基于USB的编译型数控系统关键技术研究-机械制造及其自动化专业论文.docx

Classified Index: TG519.1 U.D.C: 621 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON THE KEY TECHNOLOGY OF COMPILED-TYPED CNC SYSTEM BASED ON USB COMMUNICATION INTERFACE (Academic) Candidate： Ren Yanhai Supervisor： Associate Prof. Zhou Liang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Mechanical Manufacturing and Automation Affiliation： School of Mechatronics Engineering Date of Defence： July, 2013 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 数控系统是数控机床的核心功能部件，其性能的好坏直接影响着数控机 床的加工质量和加工效率，当前数控系统技术作为数控领域的先导技术和基础 性战略技术，越来越受到各国的重视和大力发展。 传统的数控系统为一种专用封闭的系统，大大限制了数控系统的功能扩 展、平台匹配及模块的重用性。这使得当前数控系统技术的研究向着更加开放 化、模块化及网络化的方向发展以提高数控系统的可互换性、可伸缩性、可移 植性及可扩展性。 为解决当前开放式数控系统运行平台的实时性差及数控程序解释运行方 式造成的运行效率低下，插补功能受限等问题，本文提出了一种基于 USB 通 讯方式的编译型数控系统，采用乒乓数据存储模式来降低系统的实时性要求， 利用类似计算机中高级语言的编译方式处理数控程序，以解决解释运行方式存 在的问题，并对系统的可行性进了理论分析和实验验证。 本文通过对传统型数控系统工作原理的分析，提出了基于 USB 的编译型 数控系统设计架构，研究了编译型数控系统实现过程中的数据存储模式、通讯 方式及系统可行性分析等几个关键问题；采用模块化设计思想分析编译型数控 系统硬件结构，将系统划分为基本功能模块和扩展功能模块，对各模块进一步 细分，搭建起基于 USB 的编译型数控系统硬件系统；深入研究了 USB 数据传 输方式、USB 驱动程序模型、多线程操作机制及 ARM 处理器启动代码等技 术，完成了上位机通讯软件、USB 驱动程序及下位机系统固化程序的开发工 作；通过对数控程序译码和插补原理的研究，开发出 Windows 操作系统下的 数控程序编译器，在对 CK0630 型数控车床的传动系统和坐标系统进行分析的 基础上搭建起基于 USB 的编译型数控系统实验测试系统。 利用开发的基于 USB 的编译型数控系统进行虚拟和实际加工实验，与原 数控系统加工效果进行对比，验证了这种编译型数控系统设计方案的可行性并 提出下一步的研究重点。 关键词：编译；数控系统；开放式体系结构；USB 接口 I - Abstract CNC system is the key part of NC machine. Its performance has a great impact on HYPERLINK /w/machining/ machining HYPERLINK /w/quality/ quality and efficiency. The technology of CNC system, as a leading and strategic technology, has been given more and more attentions by all countries. The traditional CNC system is a closed system with special used architecture and the function extension, match of platform and reusability of modules have been greatly limited. Nowdays the development of CNC system has become more open, highly modular and more networked to improve the interchangeability, scalability, portability and extensibility of CNC syst