基于Linux的微細電火花加工數(shù)控系統(tǒng)及其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、由于可以獲得較高的精度和良好的表面質(zhì)量，微細電火花加工已經(jīng)成為微細工具和微細零部件制造的重要手段之一。微細電火花加工是在突破微細電極在線制造這一瓶頸后才獲得飛速發(fā)展的，之后在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共同努力下，微細電火花加工專用機床也逐步研制出來，為微細電火花加工技術(shù)的研究提供了強有力的平臺支持。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，微細電火花加工數(shù)控系統(tǒng)與加工工藝密切相關(guān)，因此本文開展了微細電火花加工數(shù)控系統(tǒng)的研究工作。
　　本文首先分析了微細電火

2、花加工系統(tǒng)的設(shè)計要點，進行了數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計。提出了直線電機+直線光柵尺的全閉環(huán)運動控制方案，取消了從電機到工作臺的一切中間環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)的運動精度和靈敏度，同時也分析了在微細電火花加工中應(yīng)用直線電機所需注意的問題。
　　開放源碼和基于Internet的協(xié)作開發(fā)模式帶給Linux更強的穩(wěn)定性和健壯性，而且軟件資源豐富，成為數(shù)控系統(tǒng)理想的軟件開發(fā)平臺。RTAI和RTLinux是目前僅有的硬實時Linux，本文分析了RTAI和RT

3、Linux的特點，在實時任務(wù)和實時內(nèi)核之間設(shè)計了實時抽象層，封裝了RTAI和RTLinux的編程接口，為實時任務(wù)提供了一致的API，基于實時抽象層開發(fā)的實時任務(wù)在無需修改源碼的情況下，可以在RTAI或RTLinux下編譯運行。
　　PMAC運動控制器是一個實時多任務(wù)計算機系統(tǒng)，可以實現(xiàn)復(fù)雜的實時運動控制任務(wù)。本文基于PMAC運動控制器實現(xiàn)了上下位機體系結(jié)構(gòu)的微細電火花加工數(shù)控系統(tǒng)；針對直線電機提出了PID+速度前饋+加速度前饋的運

4、動控制算法，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度，并不失穩(wěn)定性；研究了定位誤差補償技術(shù)，構(gòu)建了直線運動定位誤差補償表，獲得了較高的定位精度。通過運動軌跡緩沖和分段實現(xiàn)了電火花加工特有的回退運動，基于Linux操作系統(tǒng)開發(fā)了譯碼、界面和工藝數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)功能穩(wěn)定，使用方便，滿足了微細電火花加工的要求。
　　為了獲得較高的加工精度，微細電火花加工必須在線測量電極的尺寸。這是因為如果離線測量然后二次安裝加工，那么安裝誤差將影響加工特征的最終精度

5、。為了使數(shù)控系統(tǒng)具有在線測量電極的功能，本文在對顯微成像系統(tǒng)進行光學(xué)分析的基礎(chǔ)上，基于機器視覺技術(shù)構(gòu)建了微細電極在線檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)由鹵素光源、變焦顯微鏡頭、CCD攝像機和6自由度支架組成，具有1.61μm的分辨率。在Linux操作系統(tǒng)下，基于V4L2API開發(fā)了圖像采集程序，使用mmap()內(nèi)存映射方法獲取圖像數(shù)據(jù)。實現(xiàn)了IplImage數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和QImage類的轉(zhuǎn)換，使圖像既可以基于OpenCV進行處理，又可以基于Qt進行顯示，通過C

6、anny邊緣檢測算法提取了微細電極的邊緣輪廓。后續(xù)實驗表明系統(tǒng)在線測量值與掃描電鏡離線測量值的相對誤差在±5％以內(nèi)，滿足了微細電極在線檢測的要求。
　　為了驗證數(shù)控系統(tǒng)的各項性能指標，本文在自行研制的微細電火花加工機床上進行了塊電極電火花磨削實驗和微三維結(jié)構(gòu)電火花銑削實驗，利用數(shù)控系統(tǒng)的視覺功能進行微細電極的在線測量和補償，實驗結(jié)果證明了本文開發(fā)的微細電火花加工數(shù)控系統(tǒng)的可行性、穩(wěn)定性和可靠性，為我國研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的微細電