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第1章 绪论 1

1.1 开放式数控系统 1

1.1.1 背景 1

1.1.2 研究进展 3

1.1.3 软件数控 8

1.2 智能数控系统 10

1.3 开放式智能数控与智能制造 14

1.3.1 工业4.0 14

1.3.2 工业互联网 15

1.3.3 中国制造2025 16

1.3.4 大数据与智能制造 18

1.4 开放式智能数控系统的主要特征 20

第2章 开放式智能数控系统的整体架构 22

2.1 智能数控系统实施需求分析 22

2.1.1 系统需具有开放性 22

2.1.2 系统需满足实时性要求 23

2.1.3 系统需具有完备的数据接口及双向信息传递机制 24

2.1.4 系统需融合人工智能与加工知识模型 25

2.2 开放式智能数控系统软硬件平台 27

2.2.1 硬件平台 27

2.2.2 软件平台 31

2.3 体系模式 35

2.3.1 欧盟的OSACA工程 36

2.3.2 日本的OSEC工程 37

2.3.3 美国的OMAC工程 37

2.3.4 三个工程项目的比较 38

2.4 整体架构 40

2.4.1 采用构件／框架结构 41

2.4.2 使用客户机／服务器通信模式 45

2.4.3 使用IDL语言定义接口 47

2.4.4 有限状态机技术 50

2.4.5 系统架构 51

第3章 开放式控制器的建模与软件实现 57

3.1 基于有限状态机的动态行为模型 57

3.1.1 机床的行为建模 57

3.1.2 行为建模方法 58

3.1.3 有限状态机模型的软件化 59

3.1.4 模块通用的行为模型 62

3.1.5 数据流的控制与执行层FSM 64

3.1.6 任务单元的嵌套与模块间的协作 67

3.2 任务生成器和任务协调器 69

3.3 轴组模块 73

3.4 自适应控制模块 74

3.5 软PLC技术 77

3.5.1 开发系统 78

3.5.2 运行系统 85

3.6 人机界面 90

第4章 STEP-NC技术 92

4.1 STEP-NC产生的背景 92

4.1.1 ISO 6983标准的发展瓶颈 92

4.1.2 产品数据交换标准的发展 94

4.1.3 STEP-NC的出现 97

4.2 STEP-NC文件结构 99

4.2.1 STEP-NC描述语言EXPRESS 100

4.2.2 STEP-NC程序文件结构划分 105

4.2.3 两种编程标准的对比 109

4.2.4 STEP-NC数控系统的类型 112

4.3 STEP-NC闭环加工系统构架 114

4.3.1 闭环制造加工过程控制需求分析 115

4.3.2 基于STEP-NC的闭环加工系统架构功能模型 118

4.4 开放式STEP-NC数控系统软件内核设计与开发 128

4.4.1 软件内核结构设计及信息交互实现 129

4.4.2 软件内核功能模块设计 131

4.4.3 软件内核运行与协调机制 138

4.5 在线STEP-NC文件解释实现 140

4.5.1 STEP-NC数据模型到C＋＋的映射 140

4.5.2 STEP-NC解释应用程序接口设计与实现 143

4.5.3 在线STEP-NC文件解析实现 144

4.5.4 在线刀具轨迹生成实现 148

4.5.5 STEP-NC信息输出实现 153

4.6 STEP-NC闭环加工中过程控制的实现 155

4.6.1 实现原理 155

4.6.2 加工过程信息STEP-NC数据模型 158

4.6.3 开放式STEP-NC数控系统加工过程控制功能集成 165

4.7 STEP-NC制造特征加工实验 174

4.8 基于STEP-NC的在线检测及加工过程控制实验 178

4.9 基于STEP-NC的实时加工过程控制实验 182

4.9.1 模糊恒力铣削算法集成与验证 183

4.9.2 基于STEP-NC标准的恒力铣削实验 188

4.10 STEP-NC发展的瓶颈及未来发展趋势 194

第5章 数控系统的智能化 196

5.1 智能数控系统与智能加工的关系 196

5.1.1 智能数控系统 196

5.1.2 智能加工 196

5.1.3 智能加工技术研究现状 199

5.1.4 智能加工关键技术 200

5.2 智能数控系统实现技术 203

5.2.1 传感集成技术 203

5.2.2 硬实时采集技术 204

5.2.3 智能策略高效算法实现 209

5.3 基于切削力约束的智能数控系统研究 213

5.3.1 开放式智能数控系统控制器行为建模 213

5.3.2 切削力控制数据流的模块间传递技术 216

5.3.3 进给倍率修调数据流的模块间传递技术 218

5.4 在线智能颤振抑制技术研究 220

5.4.1 铣削颤振的监控技术 221

5.4.2 颤振监控敏感信号实验研究 221

5.4.3 颤振信号有效信息的提取 233

5.4.4 变主轴转速抑制颤振的算法研究 240

5.4.5 在线颤振抑制数控实现技术 243

5.5 智能数控系统加工实验研究 246

5.5.1 基于切削力约束的加工实验 246

5.5.2 非智能控制加工实验 247

5.5.3 智能控制加工实验 249

5.5.4 非智能与智能实验结果对比分析 251

5.5.5 在线颤振抑制实验 252

参考文献 257

名词索引 268