通用數(shù)控加工程序校驗軟件設(shè)計方法

數(shù)控技術(shù)作為一種準確、可靠、方便、易用的現(xiàn)代控制方法，近年來正以前所未有的速度廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，同時也廣泛用于普通機床的數(shù)控化改造和設(shè)備檔次的提升。在數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用中，對數(shù)控加工程序編制后的語法檢查和刀具運行軌跡認證十分重要，這一環(huán)節(jié)是提高加工編程效率和減少編程出錯率的重要技術(shù)保證。

本文介紹一種通用的數(shù)控加工程序檢測軟件設(shè)計方法。設(shè)計中包含各種常用的數(shù)控指令功能，以滿足各種數(shù)控設(shè)備對功能的要求；為了適應(yīng)各種設(shè)備對有效指令范圍的不同要求，對指令的有效性設(shè)計了可選功能。對編制完成的數(shù)控程序，檢測軟件具有語法檢查功能，可以對出錯位置和錯誤原因進行提示，以便發(fā)現(xiàn)錯誤及時糾正，提高編程效率。檢測軟件具有模擬加工功能，可在屏幕上以圖形方式動態(tài)顯示加工過程中工件外廓的變化過程和刀具中心的運行軌跡，直觀地驗證加工輪廓控制的正確性。

數(shù)控加工程序檢測處理過程大體可分為以下幾個部分：數(shù)控加工程序輸入、數(shù)控設(shè)備類型選擇、設(shè)備有效功能選擇、語法檢測、圖形跟蹤和其他功能等。檢測處理過程的控制流程框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)控加工程序校驗軟件的結(jié)構(gòu)按檢測處理流程和功能進行模塊化設(shè)計。采用功能劃分的模塊化設(shè)計方法，可以使各程序段功能明確且相對獨立，各模塊之間的關(guān)系清晰，便于調(diào)試；其中一些功能模塊對多數(shù)數(shù)控設(shè)備具有普適性，可以通用。下面對數(shù)控加工程序檢測軟件的具體設(shè)計方法進行討論。

一、程序輸入

通常數(shù)控加工指令源程序是按標準數(shù)控指令格式，以文本文件保存。因此，程序的輸入模塊中設(shè)計一個通用程序編輯器，加工程序可以通過該編輯器直接輸入，并以文本格式保存。也可以將已經(jīng)編好的加工指令源程序直接調(diào)入該編輯器進行編輯和修改。

二、設(shè)備選擇

該模塊的主要功能是選擇待檢測加工程序所對應(yīng)的加工設(shè)備類型，以便正確進行與設(shè)備類型相符的程序校驗。

不同數(shù)控設(shè)備生成的加工軌跡有所不同。如數(shù)控銑床和銑削加工中心，加工生成的工件輪廓是一個與刀具中心軌跡相同或平行的圖形，而車床和車削加工中心，加工生成的工件輪廓則是一個以刀具中心軌跡軸為母線的軸對稱圖形。因此，在檢測程序設(shè)計中，首先按設(shè)備類型特點分類，然后不同類型分別編制相應(yīng)的圖形跟蹤顯示軟件。使用時按類型自動調(diào)用相應(yīng)處理軟件。

此外，數(shù)控指令的含義也與加工設(shè)備類型有關(guān)。例如，在銑床類設(shè)備上表示的終點坐標X值，在車床類設(shè)備上則表示為終點處的直徑值，采用相對坐標表示徑向位移量時，是以直徑差值表示，即位移量（半徑差）是顯示值（直徑差）的一半，等等……。因此，可用設(shè)備選擇功能正確區(qū)分這些差別。

輸入了設(shè)備類型后，設(shè)備選擇模塊具有類型分類判別功能，按軌跡控制特點和加工零件圖形特點分類，并自動設(shè)置類別標志，為后續(xù)工作中進行正確的校驗提供相關(guān)程序調(diào)用依據(jù)。設(shè)備類型分類控制流程如圖2所示。

三、指令選擇

不同數(shù)控設(shè)備功能各異，因而所選用的有效數(shù)控代碼也不同；因此，設(shè)計中應(yīng)盡可能包含所有常用標準數(shù)控代碼（ISO code）的語法檢查；然后，設(shè)計一個有效代碼增減功能。實際使用時，針對具體設(shè)備的不同要求，選擇相應(yīng)的有效數(shù)控代碼范圍，即可實現(xiàn)該模塊具有通用的語法檢查功能。

指令選擇采用功能列表方式，在每個功能指令旁設(shè)計一個選擇窗口，通過在選擇窗口內(nèi)打勾確定該功能在程序中是否有效，以適應(yīng)對各種設(shè)備加工控制指令進行語法檢查的需要。指令選擇程序框圖如圖3所示。

四、語法檢查

可以實現(xiàn)對特定數(shù)控設(shè)備運動控制參數(shù)的語法檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤及時糾正，然后將檢查合格的數(shù)控指令文本文件轉(zhuǎn)換成符合該設(shè)備要求的數(shù)據(jù)格式。

其基本功能如下：

打開一個文本文件，對按標準數(shù)控指令格式編寫的數(shù)控加工程序進行語法分析。主要內(nèi)容為，能夠依據(jù)設(shè)備的刀具運行范圍要求，設(shè)定運動軌跡超限檢測和糾錯提示；針對設(shè)備的指令功能范圍選擇，進行有效功能代碼的語法檢查，對無效功能代碼進行糾錯提示；對非數(shù)控指令的錯誤代碼進行糾錯提示；對超過該設(shè)備最高轉(zhuǎn)速或進給速度的設(shè)定值，進行超限提示。

語法檢查正確后，自動轉(zhuǎn)換為能夠進行軌跡控制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，生成的數(shù)據(jù)可供圖形跟蹤，也可在運行圖形跟蹤程序的同時，通過匹配的接口電路直接控制數(shù)控設(shè)備運行。

語法檢查及格式轉(zhuǎn)換模塊的內(nèi)部程序控制流程如圖4所示。該模塊的設(shè)計要點在于通用化設(shè)計。實際使用時，針對具體設(shè)備的不同要求，選擇有效代碼范圍和各運動參數(shù)有效范圍，即可實現(xiàn)對不同設(shè)備數(shù)控加工程序的語法檢查。

五、刀具軌跡圖形跟蹤模塊

圖形跟蹤模塊在加工程序的校驗中，可以在與數(shù)控設(shè)備脫機的條件下，在屏幕上模擬顯示將要進行的工件加工全過程，并在程序運行結(jié)束時在屏幕上呈現(xiàn)實際加工結(jié)果，直觀驗證加工程序編制的控制軌跡是否正確。程序驗證過程變得十分便捷。為了便于應(yīng)用，它應(yīng)具備以下幾個功能：

設(shè)備分類判別處理功能，可按分類標志調(diào)用不同的圖形顯示程序，正確顯示工件輪廓加工效果；使圖形自動縮放功能，可將被加工工件以適當(dāng)?shù)谋壤暾仫@示在屏幕上；顯示已加工部分的外廓；動態(tài)顯示刀具加工外廓軌跡、顯示工件待加工外廓圖形；顯示已加工、正在加工和將要加工的數(shù)控程序段。顯示其他主要加工參數(shù)（當(dāng)前運動軸的動態(tài)位置、第三軸位置、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率等）

下面給出刀具軌跡圖形跟蹤程序基本結(jié)構(gòu)框架如圖5所示。

六、I/O接口模塊

該模塊提供了一個對數(shù)控設(shè)備有實際數(shù)控要求的控制通道。通過該模塊的接口電路可對設(shè)備直接進行加工運動軌跡控制。

接口控制模塊為非通用模塊。應(yīng)根據(jù)控制精度要求和所選伺服電機類型進行有針對性的特定設(shè)計。該模塊的入口參數(shù)來自插補算法模塊中控制各軸進給步長及運動方向程序段的運行結(jié)果。模塊的出口向相應(yīng)口地址輸出各伺服電機運動控制參數(shù)，如步長（或距離）、速度（或脈沖頻率），方向（或繞組環(huán)形分配通電順序）等。對于帶有反饋信號的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，還應(yīng)編寫相應(yīng)的反饋信號接收、判斷和處理控制程序。

上述各模塊的功能組合，使得用這種方法設(shè)計的軟件能夠適應(yīng)各種數(shù)控設(shè)備對加工程序校驗的不同要求，體現(xiàn)了校驗的通用性特點。

該軟件簡易、實用適用范圍寬的設(shè)計特點，尤其適合中小企業(yè)在掌握和開發(fā)現(xiàn)代數(shù)控加工新技術(shù)中使用。

七、結(jié)論

1、數(shù)控加工程序校驗程序設(shè)計中帶有盡可能多的常用數(shù)控指令功能，可使該校驗軟件具有廣泛的通用性；

2、設(shè)計對數(shù)控指令有效性的可選功能和控制參數(shù)有效范圍的可選功能，可以滿足各種數(shù)控設(shè)備對程序校驗的不同要求。

3、設(shè)計對設(shè)備類型的分類，可以滿足各類數(shù)控加工設(shè)備在刀具軌跡控制中，調(diào)用不同圖形顯示子程序、生成不同零件外廓效果的要求，以便直觀校驗加工程序控制軌跡的正確性。