在线测量与控制功能的数控实现研究.docx

《在线测量与控制功能的数控实现研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《在线测量与控制功能的数控实现研究.docx（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、在线测量与控制功能的数控实现研究 zhangting 导语：本文分析了在通用数控系统中实如今线测量与控制功能所存在的问题。 【摘要】 本文分析了在通用数控系统中实如今线测量与控制功能所存在的问题，通过引入“条件短路功能指令等，使数控系统的多种在线测控问题经零件编程即可解决。文中以外圆磨削在线测控零件尺寸为例，详细讨论了这种机制的实现原理。 关键词：在线测量与控制 数控系统 零件尺寸balign=centerResearch On Realization Online M easm-cment and ControlFunction in GeneralNC System/align/balig

2、n=centerCheng Lianghong Gao Ansheng Qian XinenHubei Automotive Industry Institute 442002/alignAbstract：The problem that realize on line measurement and control function in general NC system is analyzed，By establishing“Condition short circuitfunction instruction，etcthe problems in various online meas

3、urement an d control Can be soh,ed only by program ming part program Take the external cylindrical grinding part size of on line mea surement and control as exampbThe realizationprinciple of this function is explained in detl in this paperkeywords：NC system；onlinemeasurementan d control；Part size1 引

4、 言 对于零件加工精度要求高、相对刀具磨损率又比拟大的精细机床，如精细磨床，采用在线零件尺寸测量与控制以获得高加工精度的方法，已有较长的历史。传统实现方法是构造图1所示的在线量仪零件尺寸自动控制系统，在机床数控系统和非数控系统中实现，要针对加工黧对象 研制专门的硬、软件控制模块警，构成的系统复杂并缺乏通用性。 本文就在线测量与控制功能在通用数控系统中的实现问题进展研究，分析了实现中存在的问题并提出解决方法。给出 图 在线直接自动尺寸控制系统一种具有在线测量与控制功能的通用数控系统设计法，所构成的系统具有高的开放程度和柔性化特点。 2 问题描绘 为表达问题方便，下面讲明本文将用到的两个提法： 提

5、法1：数控系统零件加工程序编程后轨迹不可变。 数控机床的自动零件加工经过是通过顺序执行零件程序指令实现的。机床刀具轨迹及进给速度等均在编程时设定，程序运行时不能实时改变。这里称数控系统此项特性为“编程后轨迹不可变。 提法2 条件短路。 本文拟引入的一种新的数控功能指令。数控系统的实时插补模块每采样周期进展一次伺服控制，并对当前程序段进展一次插补运算，但首先测试该段是否含有条件短路指令，假设有那么测试该指令指定的条件是否知足，知足那么继续当前段插补，否那么中止短路当前段并开场后面新程序段。 下面通过例证两个论点，讲明在通用数控系统中实如今线测量与控制功能所存在的问题及解决问题的可行方法： 论点1

6、 数控零件加工程序编程后轨迹不可变，是阻碍在线测控机制实现的问题所在。 证实：以磨削外圆为例，设具有实时测量与控制的磨削系统如图2所示。砂轮刀具半径为r，工件轴心装卡于工件坐标系原点0，要求加工终了的工件尺寸直径为d。工作台载着砂轮从起始位置b点出发，沿x负向 陕进、精磨、光磨三种速度向工件进给。当测量仪量得工件尺寸到达系统所设置的第一个阈值，即精磨尺寸到、工件直径=d 时，控制进给速度由精磨工进切换成光磨工进；当量得工件尺寸到达第二个阈值，即光磨尺寸到、工件直径=d时，控制砂轮快退至b点。 由于砂轮磨损率高，加工经过中的r值为变量，使得机床进给轨迹段的切换点尺寸不能事先确定，要通过在线测量实

7、时控制。就是讲，欲引人在线测控机制，机床刀具轨迹尺寸能实时改变是必要条件。论点1得证。 论点2 在数控系统中引人条件短路指令，能使编程后轨迹实时可变。 证实由提法2知，条件短路指令通过检测指定的条件知足与否，能实时决定两程序段切换点位置，使编程后轨迹可变。论点2得证。 论点2为在通用数控系统中引入在线测控机制提供了一种解决方案。下面的例子讲明这一点。 设数控系统具有条件短路指令，并且控制图2所示的磨削加工，那么基于在线测控的自动加工经过可按以下操纵内容编程实现： 1控制刀具砂轮中心从b点快进至点； 2指令刀具中心点精磨工进制点，该段含条件短路指令，以“精磨尺寸到信号作短路条件； 3指令刀具中心

8、从当前点光磨工进至坐标原点，该段含条件短路指令，以“光磨尺寸到信号作短路条件； 4指令刀具中心从当前点快退至b点； 5程序完毕。 3 系统设计原理31 系统硬件构造 具有在线测控机制的数控系统硬件构造与传统数控的完全一样。工件测量仪作为数控系统的外部设备，经I/0接VI电路与数控系统相连接，测量仪的测量阈值电平作为输入开关量，供数控系统测试并作控制条件用。 32 系统软件设计 软件设计主要在传统数控系统软件根底上增加对条件短路指令的支持。 设条件短路指令具有格式： 其中，M95为条件短路指令字，Ek代表第k号条件，可以是系统任意I/0信息的状态。由于条件知足与否具有实时性，故条件短路指令的算法

9、主要在实时插补阶段实现。下面介绍算法。 通常数控系统对零件加工程序的数据处理近似按流水方式进展，大致分为译码、刀朴、插补三个数据处理阶段。其中插补模块处理如图3所示的数据构造队列，该队列是译码和刀补模块对零件加工程序逐段处理时动态建立的。 不失一般性，这里用矢量表示程序段轨迹的坐标位移量，而不管轨迹段的线型怎样。设第号程序段轨迹的坐标位移量为X、Y、Z 记为S，这里： 同理，记：S为第i号程序段当前时刻已完成的坐标位移量；S为第i号程序段当前未完成的坐标位移量； 为矢量累加器，用来存放因条件短路指令造成的程序段剩余坐标位移量的累加和。累加器在开场一个新的零件加工程序时具有零初值。 设当前插补第

10、i号程序段，其中的条件短路算法通过执行下面经过实现： 1假设当前程序段无M95或者Ek未知足，转 ； 2假设当前程序段有M95且测试Ek知足，那么按式2计算并按式3累加剩余坐标位移量，然后挪动插补数据区指针到下一个数据构造新程序段； 3假设当前程序段是G90编程并且是新程序段，那么按式4修改该段的原设定坐标位移量，然后清零S累加器。否那么转； 4执行常规的伺服控制和插补运算； 5完毕返回中断返回。 在上述算法中，将被短路程序段的剩余坐标位移量叠加到后面第一个出现的用G90编程的轨迹段，能确保后面相对位移量段G91编程段不受前面短路指令的影响，仍能从当前位置相对挪动程编的坐标位移量，而绝对位移段

11、G90编程段那么园前面的“短路而影响了整个方案位移量，使该段不能到达指定位置，而经式4叠加修正后正好能消除影响。 在应用条件短路指令编写零件加工程序时，必须根据需要正确指定各程序段的G90或者 G9l 另外应留意以下几点： 在含有条件短路指令程序段的后面和加工程序完毕之前，至少应安排一条G90编程的直线轨迹段。否那么，受“短路掉轨迹这一随机因素影响，停刀点会是一个随机点； 强调后面G90轨迹段是直线，是由于其它线型的终点坐标不便随机修改。33 编程简例 问题：用在线测控的通用数控系统完成图2所示的外圆磨削加工，试编写零件加工程序。 解：把砂轮看作机床刀具1号刀，其半径值r置人机床参数表。设x方

12、向位移量以直径值表示，起刀点为b机床坐标系原点，那么对应的零件加工程序为： 上述程序代码以ISO10561975E为基准，其中，fl、f2分别代表光磨和精磨进给速度；E1、E2分别代表“光磨尺寸到和“精磨尺寸到条件。 4 结 语 1通用数控系统的编程后轨迹不可变，是阻碍在线计量与控制机制实现的阃韪所在。 2在数控系统中引入条件短路指令，能使编程后轨迹实时可变。 3条件短路指令为在通用数控系统中实如今线测控机制提供了一种解决方案。 4本文的方法使在线测量与控制功能可编程，使CNC系统的通用化程度与开放性进一步进步。用户可根据需要决定是否选择这些功能，假设选择，机床的在线测量与控制细节那么可根据消

13、费工艺要求，通过编制零件程序灵敏实现。对CNC的其他功能无影响。 采用本文方法，我们在通用数控系统中引入在线测量与控制机制，以高性能价格比成功实现了对H175曲轴磨床的数控改造 。在线测量装置由可控测量架和意大利Marposs测量仪传感头组成，测量精度1 m，设计机床进给分辨率为1 m，速度范围005ramrain一10mrain，验收零件轴径的加工指标到达：轴径外表粗糙度为Ra04、轴径端面和圆弧粗糙度为Ra08；轴径宽度为3801 ram；尺寸分散度0016mm 该磨床已投入使用一年多，系统运转正常，受到用户好评。 1陈典正译，磨削加工中在线检测技术的新进展，磨床与磨削，1993，3：2高安生，程良鸿，钱新思，一种新型的数控机床计算机控制系统，机械工业自动化，1994，33钱新思，高安生，程良鸿，新型曲轴磨床数控系统的应用，制造技术与机床，199711。 程良鸿，男，教授 1957年生，湖北老河口市人。1988年在华中理工大学获工学硕士学位。目前主要从事计算机控制与应用、机电装备自动化方面的理论与工程技术研究。相关科研工程：“曲轴磨床新型数控系统的研制与应用，1999年获中国汽车工业科技进步四等奖。 0