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减式快速原型技术是一种高效、优质、低耗、有前途的先进制造技术,它结合了传统的切削技术和快速成型技术,在加工速度、加工精度、价格、办公室应用、应用材质等方面都具有较大的优势。在研制减式快速成型机样机的基础上,本文围绕减式快速成型机控制系统这一主题,从路径规划及干涉检测,控制系统硬件平台的设计与实现,控制系统软件的设计与实现三个方面进行了深入的研究。
路径规划及干涉检测方面:介绍了基于调和映射的路径规划算法,在此基础上重点研究了路径干涉检测,提出了一种干涉检测算法。该算法基于几何曲面求交的方法,计算相邻两刀位点的中点到相应投影三角面片的距离,并与刀具半径做差,若二者之差在加工允许误差范围内,则不存在干涉,否则存在干涉,同时算法对全局干涉进行了初步探讨,编程实现该算法并进行了相关仿真实验,验证了算法的有效性。
控制系统硬件平台的设计与实现方面,简略介绍了NextMoveES运动控制卡,伺服电机系统和变频电主轴系统等关键设备单元,在此基础上搭建实现控制系统的硬件平台:硬件平台的布线、运动控制卡10分配和硬件平台中各设备单元的连接,并进行了一系列的调试工作,确保硬件平台正确工作。为保证硬件平台安全、稳定的工作,采取了降噪、接地和急停等措施,有效的保证了硬件平台工作的安全稳定。
控制系统软件的设计与实现方面,在需求分析的基础上,将控制软件分成了初始化功能模块,控制功能模块,数据交换模块,监控模块,G代码运行模块和路径生成模块。本文重点研究了前五个功能模块的设计与实现,并说明软件开发过程中需要注意的问题,最后进行综合加工实验,得到精美的加工模型,证明了控制系统准确的加工控制性能和方便的操作性能。