基于軟件工程的并聯機床控制軟件設計分析

1、<p>　　基于軟件工程的并聯機床控制軟件設計分析</p><p>　　摘 要:隨著人們日益對生產與生活環(huán)境適應性的不斷提高,最近幾年,很多國內外機床制造業(yè)企業(yè)都在積極研制和探索新型的具有多功能的系統(tǒng)與制造裝備,文章從當前在結構技術上,具有突破性進展的并聯機床入手,結合并聯機構的進給傳動機構的實際情況,進行了大量的分析和研究。 </p><p>　　關鍵詞:并聯機床 軟件工程 軟

2、件設計 </p><p>　　目前,機床制造業(yè)企業(yè)在設計并聯機床的過程中,都在積極研制和探索新型的具有多功能的系統(tǒng)與制造裝備。從設計上看,并聯機床所有的機械部分都是相對比較簡單的,然而它卻有著很多其他設計所不能替代的具體結構形式,這種實現形式會影響整個機床的工作性能。并聯機床的控制系統(tǒng)主要包括兩個相對負責的部分,它就是硬件和軟件的結構,因為它能實現用軟件去實現各種運動軌跡控制以及其他的操作功能,這一功能就是并聯機

3、床優(yōu)秀于其他技術的地方。所以說,控制軟件的設計是不是合理,是實現并聯機床優(yōu)越性能的唯一保障。 </p><p><b>　　1 可行性研究 </b></p><p>　　我們在設計中完全采用了工程化的思維,用這一理性思路充當軟件研制的向導。通常情況下,我們都是從三個不同的方向去研究和探討并聯機床所有控制軟件開發(fā)中的操作可行性、經濟可行性、技術可行性,最后才能根據所設計

4、的機床基本要求,通過軟件獲得最初的數據流簡圖。一般情況下,我們都是以傳統(tǒng)數控機床的控制軟件設計作為研究基礎,根據機床所要執(zhí)行的全部任務再給出所有驅動關節(jié)的運動軌跡。之后根據提前所規(guī)劃好的實測的驅動桿長量和運行軌跡作一個比較,這樣就能得到數字控制器的實現,通過計算機的實時不間斷的監(jiān)控和故障分析。在這一環(huán)節(jié)最常見的就是開放性軟件結構,因為只有這樣才能方便所有用戶對機床進行改變和重組。這種開發(fā)的成本比較低,但在操作方式和技術上都有著極強的可行

5、性,經過一系列的可行性分析,就可以得到控制系統(tǒng)數據流圖。 </p><p><b>　　2 需求的分析 </b></p><p>　　設計的控制軟件一定要滿足所有并聯機床的基本功能所需,最關鍵的就是必須保證其能在動平臺的活動范圍之內可以加工所有不同形狀的零部構件,由于零部構件具有形態(tài)各異的形狀,所以在加工中就會隨時出現機床伸縮臂的運動方式與刀具的運動軌跡大不相同。這樣

6、就必須要根據實際加工的零件,設計出刀具的運動軌跡,然后再根據不同類別的零部構件進行相關的控制模塊的編寫。通過兩種設計就可以進給軌跡加上刀具姿態(tài)變化組合而成刀具姿態(tài)變化,同時還可以實現其他復雜的進給軌跡。通常情況下,我們都是通過以下的兩種方式解決對精度要求的細化。 </p><p>　　首先,通過改變細化控制時候所輸出的脈沖當量的變化,設置出脈沖分配的模塊,模塊參數的相互調整,可以提高相應的精度;其次:傳感器的選擇

7、是否合適也是至關重要的,我們通過對所有的信息反饋功能模塊進行設置,實現了在機床進行加工的過程中,對其加工的位置進行實時的監(jiān)測,然后再將信息反饋到控制系統(tǒng),這樣一來就可以使系統(tǒng)根據具體情況做出相應的補償,從而以滿足了精度的要求。 </p><p><b>　　3 數據字典 </b></p><p>　　用軟件工程的思想法去進行設計并聯機床控制軟件,建立數據字典成了一個至

8、關重要的中心環(huán)節(jié),它不但能提供數據的詳細描述信息,還能做到增強程序的可維護性和可讀性。以下介紹一種并聯機床的控制軟件字典。 </p><p>　　檢測反饋:實時檢測、拾取動平臺位置姿態(tài)信息,并反饋給控制系統(tǒng),并對該信息進行比對。加工余量:材料的三維去除量;零件形狀:被加工的所有零件都具有自身比較特殊的幾何特征(水平平面、空間曲面、豎直平面、空間平面);六桿伸縮量:相對于動平臺零點位移量(正、負);步進電機脈沖數:

9、精度:零件形狀與刀具軌跡的一致性;與桿長伸縮量(正、反轉)相對應的電機轉數;位姿:動平臺的位置和姿態(tài);參數輸入:人機交互的界面,輸入且顯示零件的形狀、精度、加工余量值;配置:根據所有構件和動平臺的運行姿態(tài)和綜合位置;脈沖協(xié)調與分配:按精度將六桿伸縮量分配成脈沖,并協(xié)調各桿對應電機的伺服脈沖頻率;反求軌跡:根據工件形狀及加工余量確定各桿伸縮量的功能模塊拾取法。 </p><p><b>　　4 總體設計

10、</b></p><p>　　采用模塊化結構根據軟件模塊化理論為思路,進行并聯機床控制軟件的總體設計,軟件的模塊內部應具有高聚合性,模塊之間應具有低耦合性,模塊的層次深度不可以設置太大,扇出數4～6,才有利于控制;扇入數盡量大,以便減少軟件設計中的冗余度,根據此原則對并聯機床控制軟件進行規(guī)劃。 </p><p>　　4.1 參數輸入模塊 </p><p>

11、;　　輸入的參數:精度、余量、形狀。這些后續(xù)模塊與參數的關系:反饋+余量→反求模塊。形狀→加工形狀選擇模塊。精度→脈沖分配協(xié)調模塊。 </p><p>　　4.2 加工形狀選擇模塊 </p><p>　　包括平面曲線加工模塊、空間直線加工模塊、刀具姿態(tài)變化模塊、空間曲線加工模塊。 </p><p><b>　　4.3 反求模塊 </b><

12、/p><p>　　通過現有的動平臺運動的軌跡(待加工零件的形狀),求取六條伸縮臂的空間位置向量的變化值。 </p><p><b>　　4.4 優(yōu)化模塊 </b></p><p>　　實時計算中所有桿的加速度、速度、運動位移,以及所有的受力情況,通過了系統(tǒng)優(yōu)化的計算方法得出所需最佳的桿長配置。 </p><p>　　4.5

13、脈沖分配協(xié)調模塊 </p><p>　　將六條伸縮臂的空間位置向量的變化值,要按精度要求分配成脈沖量輸出給電機,因為在一次加工過程中,所有桿的伸縮量有大有小、有正有負,所以模塊還需具有協(xié)調所有桿在每步動作中的位移的功能。 </p><p><b>　　5 結語 </b></p><p>　　本文詳細闡述了軟件工程中關于并聯機床控制軟件設計,強調

14、了工程的方法研制以及軟件的開發(fā),采用模塊化的方法設計所需的軟件,從而增強了并聯機床控制軟件的可行性。這與與傳統(tǒng)數控機床軟件相比較,具有設計周期短,維護性能強等特點。</p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 黃真.并聯機器人機構學理論與控制[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997. </p><p>　　[2]