三維激光切割數(shù)控軟件架構(gòu)及關(guān)鍵功能開發(fā).pdf

1、三維激光切割機已被廣泛應用于汽車制造行業(yè),在航空航天領(lǐng)域也發(fā)揮了重要作用,作為三維數(shù)控激光切割機的關(guān)鍵技術(shù)之一,數(shù)控系統(tǒng)在很大程度上決定了機床的功能和性能。本文采用基于 PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),以RTAI-Linux系統(tǒng)作為數(shù)控軟件的運行平臺,完成了三維激光切割機專用數(shù)控軟件架構(gòu)并實現(xiàn)了其關(guān)鍵功能,對增強我國三維激光切割專用數(shù)控系統(tǒng)的自主研發(fā)能力起到了一定作用。
　　首先,針對三維激光切割數(shù)控軟件的功能需求和實時性要求,對數(shù)控任

2、務進行分類和規(guī)劃,確立數(shù)控軟件的整體結(jié)構(gòu),并將數(shù)控軟件劃分為人機交互模塊、用戶功能模塊、通訊模塊、內(nèi)核功能模塊四個層次。用戶功能模塊運行于用戶空間而內(nèi)核功能模塊運行于內(nèi)核空間,兩模塊之間無法直接進行通訊,利用FIFO和共享內(nèi)存完成通訊模塊實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸。
　　其次,在開發(fā)人機界面、加工控制、輔助功能等基本數(shù)控功能基礎上,針對偏置式激光頭五軸聯(lián)動插補控制算法、軌跡速度平滑控制和三維顯示及動態(tài)仿真功能等關(guān)鍵功能進行了深入研究。

3、建立偏置式激光頭坐標變換數(shù)學模型,根據(jù)合成點坐標及旋轉(zhuǎn)軸的角度計算每個插補周期內(nèi)各軸的位移增量;由于激光切割運動速度較高,為保證機床的穩(wěn)定性和切割速度的平穩(wěn)性,采用預讀方法,綜合考慮機床運動過程中的速度及加速度限制因素,在實際插補控制之前,對軌跡的速度和加速度進行規(guī)劃,確定各程序段的運動狀態(tài);由于三維加工軌跡曲線較為復雜,本文開發(fā)了三維顯示及動態(tài)仿真功能,能夠顯示待加工零件的模型及預期軌跡,并在加工過程中對光斑位置及激光束的方向進行實時

4、仿真,有助于用戶了解加工狀態(tài)。
　　最后,對三維激光切割數(shù)控軟件進行模擬驗證。數(shù)控軟件的實時性取決于RTAI-Linux系統(tǒng)平臺的實時性,在系統(tǒng)中加載數(shù)控功能模擬負載,并測試其最大響應延時。設計軟件模擬試驗方案,對軟件結(jié)構(gòu)、進程間通訊以及完成的數(shù)控功能進行模擬驗證。利用基于MATLAB開發(fā)的數(shù)值仿真程序讀取數(shù)控代碼,采用與數(shù)控軟件中相同的軌跡速度平滑控制算法,對整個加工過程中的速度和加速度進行規(guī)劃,通過分析數(shù)值仿真生成的速度及加速