2 改造后數(shù)控系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)

1. 系統(tǒng)基本功能
   通用數(shù)控系統(tǒng)功能 系統(tǒng)保留了原通用數(shù)控系統(tǒng)的基本功能轴捎，如最多16軸數(shù)控9軸聯(lián)動的軸控制功能，程序校驗功能蚕脏，MDI功能侦副，直線、圓弧驼鞭、螺旋線插補功能秦驯，M、S挣棕、T功能译隘，故障診斷顯示功能，內(nèi)嵌式PLC功能等洛心。
   自動數(shù)控編程功能 該系統(tǒng)的最大特點就是在標準通用數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上固耘，集成了刀具磨削加工編程軟件，直接在CNC系統(tǒng)上以圖形菜單方式輸入被磨刀具的結(jié)構(gòu)尺寸與加工工藝词身，即可自動編程和加工厅目，實現(xiàn)了編程加工一體化。
   刀具測量和自動對刀功能 在本系統(tǒng)將刀具測量功能集成在數(shù)控系統(tǒng)中哪峰。在刀具數(shù)控磨削加工中冷吏，自動對刀解決了手工對刀繁瑣、精度差的問題守搬。
2. 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
   經(jīng)過改造后的數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示杰趾，主要由計算機數(shù)控單元鲸锻、伺服驅(qū)動單元(包括電機)和測量單元三個部分組成。
   

   圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

   數(shù)控單元包括工業(yè)PC機稀销、位置控制模塊鸡捉、輸入輸出模塊，是組成數(shù)控系統(tǒng)的最基本單元。其中工業(yè)PC機可根據(jù)需要配置CPU甚岩、內(nèi)存贱按、顯示卡、顯示器涡相、硬盤或電子盤哲泊、軟驅(qū)等；位置控制模塊有多個位置檢測接口催蝗，采集光電編碼器的脈沖信號切威，作為機床各個坐標的位置反饋，并通過多路D/A輸出信號控制速度單元丙号，既可與武漢華中數(shù)控公司生產(chǎn)的全數(shù)字交流伺服單元及電機配套先朦，也可與德國西門子公司、德國AMK公司犬缨、日本三洋公司喳魏、松下公司的驅(qū)動單元配套。輸入輸出模塊是 CNC系統(tǒng)內(nèi)嵌PLC的硬件輸入輸出接口怀薛，輸入輸出電壓為24V截酷，最大電流為100mA，用于操作面板的按鈕信號輸入乾戏、機床的開關(guān)檢測輸入等，基本輸入/ 輸出點數(shù)為48/48點三热，也可根據(jù)需要擴展為256/196點鼓择。
   伺服單元及電機是系統(tǒng)可靠運行的最重要保證。交流伺服單元采用光電編碼器實現(xiàn)位置檢測反饋澈嘱，2500個脈沖/r的讯。系統(tǒng)最小分辨率為0.001mm/0.001°。
   測量單元是系統(tǒng)實現(xiàn)刀具測量和自動對刀功能的必需硬件組成收黔。包括信號處理模塊和測量元件某现。前者主要指A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)濾波，后者為刀具測量和對刀傳感器(測頭)颊嘱，可根據(jù)需要選擇接觸式或非接觸式測頭宋睦。
   

   圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

3. 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
   1. 總體結(jié)構(gòu)
      華中Ⅰ型通用數(shù)控系統(tǒng)基于DOS開發(fā)，采用分層模塊化結(jié)構(gòu)腊拍。系統(tǒng)軟件分為四層：第一層為操作系統(tǒng)層琐侣，包括文件管理，進程管理呆淑，實時任務(wù)調(diào)度汇径，參數(shù)數(shù)據(jù)庫的物理管理層。系統(tǒng)管理軟件是在DOS的基礎(chǔ)上擴充，增加了實時任務(wù)調(diào)度史隆，CRT驅(qū)動程序魂务，參數(shù)庫接口軟件。任務(wù)控制的入口是INT62泌射，軟中斷粘姜，具有轉(zhuǎn)調(diào)度、創(chuàng)建魄幕、掛起相艇、撤消、阻塞纯陨、喚醒坛芽、延遲和獲取任務(wù)狀態(tài)的控制原語。第二層為機床輸入輸出層翼抠，包括位置環(huán)控制軟件咙轩，MST代碼輸出，調(diào)掛管理及開關(guān)量輸入輸出阴颖。位置控制軟件通過內(nèi)部通訊區(qū)接收控制及位置指令活喊，并將位置控制指令傳遞給伺服單元。第三層為插補控制層孽衩，為ISO代碼插補箫俯，包括插補、刀補和程序編譯陌沟。第四層為用戶操作層怕事。各層具體內(nèi)容如圖2所示，這種層次模塊化結(jié)構(gòu)便于改進和移植截巢。刀具數(shù)控磨削自動編程軟件和刀具測量與自動對刀軟件就是集成在用戶操作層中旅测。
   2. 刀具數(shù)控磨削自動編程軟件
      刀具數(shù)控磨削自動編程軟件的結(jié)構(gòu)如圖3所示。軟件主要由以下幾部分組成：

      2. 工藝數(shù)據(jù)庫 編程軟件收集了所要編程加工刀具的有關(guān)工藝數(shù)據(jù)呻蚪，采用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行組織和管理兆布，形成工藝數(shù)據(jù)庫。這些工藝數(shù)據(jù)包括數(shù)控系統(tǒng)信息础姚、機床結(jié)構(gòu)信息佛或、刀具幾何參數(shù)、砂輪外形參數(shù)摹色、加工工序信息以及加工工藝參數(shù)三稿。工藝數(shù)據(jù)庫是整個編程軟件的支撐。數(shù)控系統(tǒng)信息是描述所采用的數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控代碼格式的信息沛慢，是后置處理中格式轉(zhuǎn)換所必需的信息赡若；機床結(jié)構(gòu)信息用來描述數(shù)控工具磨床結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)參數(shù)达布，包括機床機構(gòu)模型代碼、機床運動鏈各坐標系之間的初始位置關(guān)系和機床各運動軸方向逾冬；刀具幾何參數(shù)指被加工刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)和切削參數(shù)黍聂，以刀具結(jié)構(gòu)要素為基本對象進行描述；砂輪外形參數(shù)是用來描述磨削用砂輪的形狀和尺寸的參數(shù)身腻；加工工序信息用來描述所編程加工刀具的加工工藝产还，系統(tǒng)以刀具結(jié)構(gòu)要素為基本單元將各種刀具的磨削加工工藝進行分類、組織和管理嘀趟，形成加工工序庫脐区；加工工藝參數(shù)主要指刀具各加工工序中的進給速度、主切削速度她按、進給量牛隅、加工余量、冷卻液開關(guān)等信息酌泰。
         

         圖3 刀具數(shù)控磨削自動編程軟件結(jié)構(gòu)

      3. 參數(shù)化輸入模塊 參數(shù)化輸入模塊是編程軟件實現(xiàn)人機信息交互的接口媒佣。該模塊通過輸入加工信息，從工藝數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相關(guān)的工藝參數(shù)漂烂，然后根據(jù)具體加工對象据伏、加工條件和加工要求，對工藝信息進行必要的修改束多，生成供后續(xù)刀位計算與刀位驗證模塊和后置處理模塊使用的數(shù)據(jù)文件骏庙。具體有：數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置，機床設(shè)置拳股，刀具設(shè)置还幅，工序設(shè)置，砂輪設(shè)置玉惫，工藝設(shè)置。
      4. 編程程序庫和刀位計算與刀位驗證模塊 編程程序庫是編程軟件所有編程刀具的刀位計算程序民议、刀位驗證程序的程序包计灌。刀位計算與刀位驗證模塊的功能就是從加工工藝文件中順序讀出刀具每個加工工序的加工要素信息、砂輪切削表面信息和工藝信息迂腔，根據(jù)這些信息從編程程序庫中調(diào)用相應(yīng)的刀位計算程序和刀位驗證钟牛，生成刀位數(shù)據(jù)文件和CC點數(shù)據(jù)文件。刀位計算與刀位驗證是自動編程的關(guān)鍵膝擂，編程程序庫是整個編程軟件的核心虑啤。
      5. 后置處理 后置處理就是將刀位計算后生成的刀位文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控工具磨床能夠執(zhí)行的數(shù)控代碼的過程。包括機床運動求解架馋、非線性加工誤差校核與處理狞山、進給速度的校核與修正和文件格式轉(zhuǎn)換等全闷。
   3. 刀具測量與自動對刀軟件
   4. 該軟件包括刀具測量和自動對刀兩個相對獨立的軟件模塊，兩者基于共同的硬件結(jié)構(gòu)萍启。其中對刀軟件的功能就是確定編程坐標系和機床坐標系之間的相對位置關(guān)系总珠，只要硬件可靠，軟件實現(xiàn)起來較為簡單勘纯。
   5. 對于刀具的重磨加工局服，由于有關(guān)刀具形狀和切削參數(shù)的理論數(shù)據(jù)并不已知，數(shù)控編程和加工的唯一依據(jù)是刀具實物模型驳遵。刀具測量系統(tǒng)的功能就是通過對刀具實物模型進行采樣淫奔，將刀具實物模型的幾何模擬量轉(zhuǎn)換成自動編程軟件能夠接收的幾何數(shù)字量，以實現(xiàn)刀具編程和加工堤结。刀具測量軟件主要由測頭運動控制模塊斜擎、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成，其中測頭運動控制模塊是整個軟件的關(guān)鍵淑免，對于不同的刀具種類及加工要求即倦、不同的測頭類型，具有不同的運動控制策略(限于篇幅暑礼，本文不再展開)疚线。

3 數(shù)控系統(tǒng)改造實例

1. 硬件改造 用華中2000型數(shù)控單元替換原來的控制系統(tǒng)硬件享秒；用日本松下交流伺服單元和電機替換原來X、Z压伸、A軸步進電機和驅(qū)動單元蛆古；增裝刀具測量和對刀裝置；保留原有機床的主軸單元和液壓系統(tǒng)鳞乏。
2. 軟件改造 用華中2000型工具磨床專用數(shù)控系統(tǒng)替換原來的控制系統(tǒng)舔伴。