摘 要

随着数控加工技术不断向着高速度、高精度、高可靠性方向发展，拥有高精高效加工能力的动梁式数控雕铣机床应用领域不断扩展。但由于传统的封闭式数控系统难以满足该机床对于数控系统的快速响应和开放式结构的需求，所以基于开放式数控系统的数控雕铣软件的开发是增强数控雕铣机加工能力和扩大竞争优势的重要手段。

本文的主要内容是选择倍福开放式数控系统为动梁式数控雕铣机开发适用的雕铣控制软件，完成了数控雕铣机床主要硬件的选型、运动控制功能的程序编写、人机交互界面框架的搭建、软件控制功能与交互界面的通讯链接以及待加工模型的仿真加工实验。本文所做的主要工作如下：

1. 对数控雕铣系统的功能需求作出了分析，完成了数控雕铣系统的整体布局的设计，为主要硬件进行了选型，同时介绍了所选硬件的基本特点和依据。

2.对本数控雕铣控制软件的功能需求作出了分析，在此基础上完成了控制软件基本功能的设计。基于TwinCAT 3软件平台中实现了雕铣基本运动控制功能，在C#WinForm中完成了控制软件界面的搭建。

3.详细阐述了数控雕铣软件控制功能的具体实现过程，分别以控制软件具体功能的开发过程为例，对实现软件控制功能的程序编写、软件界面框架的搭建以及C#和PLC程序间的通讯过程进行了阐述。

4.基于倍福数控系统的需要，对Mastercam软件后处理文件进行修改，实现了倍福可识别的G代码自动生成功能。设计并完成了具体待加工模型的仿真加工实验，对软件的轨迹自动生成等功能进行了验证。

关键词：倍福；数控雕铣机；开放式数控系统；轨迹自生成；雕铣控制软件开发

Abstract

With the continuous development of CNC machining technology in the direction of high speed, high precision and high reliability, the application area of moving beam CNC engraving and milling machine tools which contain high precision and efficient processing capability is expanding. However,because the traditional closed CNC system can not meet the needs of the machine tool for the rapid response to the CNC system and the open architecture, the development of CNC engraving and milling machine software based on an open CNC system is an important means to enhance processing capability and expand competitive advantages.

The main content of this paper is to develop suitable control software which based on Beckhoff open CNC system for moving beam CNC engraving and milling machine. The selection of the main hardwares, the programming of the motion control functions, the construction of the man-machine interactive interface framework, the link between the software control functions and the interface, the simulation processing experiment of the models are completed. The main work done in this paper is as follows:

1. The analysis of the functional requirements of CNC engraving and milling system, the Design of the overall layout of CNC engraving and milling system, and the selection of main hardware are completed. It also introduces the basic characteristics and basis of the selected hardware.

2. The functional requirements of the CNC engraving and milling machine control software are analyzed,on the base of which, the design for the basic functions of the control software is completed. Then, based on the Beckhoff TwinCAT 3 software platform, the basic motion control functions of engraving and milling are completed, and the control software interface is completed in C # WinForm platform.

3. The specific development process of CNC engraving and milling software’s control functions are elaborated in detail. Taking the development process of some specific functions of control software as examples, the programming of the software control functions, the construction of the software interface framework and the communication process between the C # and PLC programs are described.

4. Based on the needs of the Beckhoff CNC system, the post-processing files of the Mastercam software were modified to realize the automatic generation of G codes recognized by Beckhoff. The simulation processing experiment of models to be processed is designed and completed, and the functions such as the automatic generation of the software trajectory are verified.

Keywords:Beckhoff; CNC engraving and milling machine; open CNC system; automatic trajectory generation; engraving and milling control software development

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题的研究背景及意义 1

1.2数控雕铣机和数控系统的国内外研究现状 1

1.2.1数控雕铣机的研究现状 1

1.2.2数控系统的研究现状 2

1.3本文的主要研究内容 4

第2章 数控雕铣系统功能需求分析 5

2.1数控雕铣系统的整体功能需求分析 5

2.2 数控雕铣系统的整体结构布局 6

2.3 数控雕铣系统的硬件选型 7

2.3.1运动控制器的选型 7

2.3.2伺服电机和伺服驱动器选型 7

2.3.3 检测装置选型 8

2.4 本章小结 8

第3章 数控雕铣控制软件的设计 9

3.1数控雕铣控制软件的功能需求分析 9

3.2数控雕铣控制软件的功能设计 10

3.3 数控雕铣控制软件设计的基本流程 10

3.4数控雕铣控制软件的开发软件 11

3.4.1 TwinCAT的特点介绍 11

3.4.2 TwinCAT功能模块介绍 11

3.4.3 TwinCAT开发环境介绍 12

3.5 数控雕铣控制软件的开发工具 13

3.6 本章小结 14

第4章 数控雕铣控制软件的开发 15

4.1 数控雕铣控制软件控制功能的实现 15

4.1.1 软件程序的文件结构 15

4.1.2 软件程序的编写过程 16

4.1.3 软件程序功能的实现 17

4.2 数控雕铣控制软件交互界面的搭建 18

4.2.1 软件界面的总体结构 18

4.2.2 软件界面的搭建过程 19

4.3 数控雕铣控制软件的通讯实现 20

4.4 轨迹自动生成功能的设计开发 21

4.4.1 轨迹自动生成功能的需求分析 21

4.4.2 轨迹自动生成功能的实现 22

4.5 数控雕铣控制软件整体实现 24

4.5 本章小结 26

第5章 数控雕铣控制软件的试验验证 27

5.1 G代码的后处理 27

5.2 试验方案 29

5.3 加工仿真试验 29

5.4 本章小结 31

第6章 总结与展望 32

参考文献 34

致 谢 36

第1章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

雕铣加工是精密机械加工的一种常用方式，是利用结合雕和铣的加工方法作用于各种金属材料包括钢材、铝材、铜材等以及其他非金属材料的表面，达到去除材料表面多余部分的目的，获得加工产品，以满足设计加工的需求。

对双驱同步移动的动梁式数控雕铣机来说，系统的快速响应能力和开发程度将影响其加工性能，同时为保障其加工过程的高精高效，轨迹自动生成功能也是必不可少的，因此开发出一款基于开放式数控系统的包含轨迹自动生成功能的系统尤为重要。这套系统的开发对提高数控雕铣机的加工精度和效率以及扩大其市场竞争优势都具有一定的实际意义。

1.2数控雕铣机和数控系统的国内外研究现状

1.2.1数控雕铣机的研究现状