基于PC-SERCOS的開放式數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、在《中國(guó)制造2025》中，智能制造被定為中國(guó)制造的主攻方向。制造的智能化離不開相關(guān)智能算法的開發(fā)以及數(shù)控系統(tǒng)的支持。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)相對(duì)封閉不利于用戶根據(jù)自己的需要或者加工的需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更改或者升級(jí)，大大制約了智能制造領(lǐng)域的發(fā)展。所以，數(shù)控系統(tǒng)的開放性對(duì)于智能制造的進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，開發(fā)我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的開放式數(shù)控系統(tǒng)也是縮短我國(guó)制造業(yè)水平與世界先進(jìn)水平距離的有效途徑。在此背景下，本文針對(duì)于實(shí)現(xiàn)開放式數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)

2、行了深入的研究。
　　對(duì)于具有高實(shí)時(shí)、高性能要求的開放式數(shù)控系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制接口作為最核心的接口應(yīng)該具備高度實(shí)時(shí)以及高精度同步的特性?；诖送ㄟ^分析開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，本文選用SERCOS接口作為運(yùn)動(dòng)控制接口并采用PC機(jī)、通用Windows操作系統(tǒng)以及RTX實(shí)時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)搭建數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)。同時(shí)，按照SERCOS協(xié)議的要求，摒棄了以往需要其他商用軟件進(jìn)行I/O設(shè)備間的高速串行通訊，建立了符合SERCOS標(biāo)準(zhǔn)的SERCOS

3、服務(wù)通道與命令通道，使得整個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行工作的過程中，可以按照用戶的需要進(jìn)行數(shù)據(jù)流提取，為智能制造加工算法分析提供了數(shù)據(jù)支持并提高了整個(gè)系統(tǒng)的開放性。
　　針對(duì)高速高精加工中傳統(tǒng)的NURBS算法沿曲線方向進(jìn)行單一插補(bǔ)時(shí)，曲線的弧長(zhǎng)與參數(shù)之間無精確的解析關(guān)系、進(jìn)給速度又總是受到非線性變化的曲線曲率約束，導(dǎo)致基于S型加減速進(jìn)行NURBS插補(bǔ)時(shí)，曲線長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)計(jì)算以及對(duì)減速點(diǎn)的預(yù)測(cè)十分困難，無法獲得曲線余下部分的速度約束信息，而且在進(jìn)行實(shí)

4、時(shí)插補(bǔ)的過程中可能出現(xiàn)計(jì)算負(fù)荷過大、導(dǎo)致數(shù)據(jù)饑餓的現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。針對(duì)以上問題，本系統(tǒng)采用基于S形加減速的尋回實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法。該算法不依賴于曲線弧長(zhǎng)的精確計(jì)算，采用正向與反向同步插補(bǔ)的方法。首先，在前瞻插補(bǔ)模塊中先對(duì)曲線進(jìn)行逆向插補(bǔ)，確定正反向插補(bǔ)的校驗(yàn)點(diǎn)，以及正向插補(bǔ)所需的相關(guān)信息;然后，在實(shí)時(shí)插補(bǔ)模塊中，通過對(duì)比校驗(yàn)點(diǎn)的速度，判斷是調(diào)用逆向插補(bǔ)的數(shù)據(jù)還是繼續(xù)進(jìn)行正向插補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)滿足速度約束條件的最優(yōu)插補(bǔ)。該算法無需求解高

5、次方程并可以保證以確定的速度通過曲率極值點(diǎn)和曲線終點(diǎn)，很好的保證了插補(bǔ)過程中的實(shí)時(shí)性。通過插補(bǔ)實(shí)例證明了算法簡(jiǎn)單高效、適應(yīng)性以及實(shí)時(shí)性好，能夠滿足高速高精度數(shù)控加工的要求。
　　后處理器是將刀位數(shù)據(jù)(CL數(shù)據(jù))轉(zhuǎn)化成數(shù)字控制數(shù)據(jù)的重要接口。由于五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)的多樣性以及數(shù)控系統(tǒng)間的獨(dú)立性導(dǎo)致五軸機(jī)床的數(shù)據(jù)補(bǔ)償變得十分復(fù)雜。本文建立了一個(gè)基于刀具半徑優(yōu)化補(bǔ)償?shù)奈遢S通用后處理器?；诘毒吣p模型，通過探究五軸端銑加工中常用刀具的半徑補(bǔ)償

6、向量，提出一種半徑的優(yōu)化補(bǔ)償方法。同時(shí)，應(yīng)用所建立的五軸機(jī)床通用模型使得所開發(fā)的后處理器可以廣泛適用于各類五軸機(jī)床。通過仿真實(shí)驗(yàn)與加工實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所建立的后處理器的準(zhǔn)確性與實(shí)用性并且可以有效的提高加工質(zhì)量和減少總的加工時(shí)間和花費(fèi)。
　　采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)及模塊化的思想，為開放式數(shù)控系統(tǒng)建立了用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)處理模塊以及用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工分析的智能算法模塊。為了防止多個(gè)線程同時(shí)訪問同一共享資源，使數(shù)據(jù)的讀寫和進(jìn)程間有序的執(zhí)行，對(duì)數(shù)據(jù)

7、處理模塊和智能算法模塊進(jìn)行了多線程設(shè)計(jì)?？紤]到在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中用戶可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果動(dòng)態(tài)的調(diào)整程序，這樣做將大大減少開發(fā)周期、方便數(shù)據(jù)的查看與修改，本文采用IDB文件建立HMI模塊與數(shù)據(jù)處理模塊間的通訊。
　　對(duì)于翻譯型編譯原理的軟PLC會(huì)降低數(shù)控系統(tǒng)的開放性與靈活性的問題，本文基于解釋型編譯原理，利用逐行掃描，關(guān)鍵字匹配的方法開發(fā)了能夠?qū)χ噶畋沓绦蜻M(jìn)行逐行拾取和循環(huán)執(zhí)行的解釋型運(yùn)行系統(tǒng)。最后通過實(shí)例驗(yàn)證了解釋型軟PLC功能