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

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

2、行了深入的研究。
　　對于具有高實時、高性能要求的開放式數(shù)控系統(tǒng)，運動控制接口作為最核心的接口應該具備高度實時以及高精度同步的特性?；诖送ㄟ^分析開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件結構，本文選用SERCOS接口作為運動控制接口并采用PC機、通用Windows操作系統(tǒng)以及RTX實時擴展系統(tǒng)搭建數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件平臺。同時，按照SERCOS協(xié)議的要求，摒棄了以往需要其他商用軟件進行I/O設備間的高速串行通訊，建立了符合SERCOS標準的SERCOS

3、服務通道與命令通道，使得整個系統(tǒng)在進行工作的過程中，可以按照用戶的需要進行數(shù)據(jù)流提取，為智能制造加工算法分析提供了數(shù)據(jù)支持并提高了整個系統(tǒng)的開放性。
　　針對高速高精加工中傳統(tǒng)的NURBS算法沿曲線方向進行單一插補時，曲線的弧長與參數(shù)之間無精確的解析關系、進給速度又總是受到非線性變化的曲線曲率約束，導致基于S型加減速進行NURBS插補時，曲線長度的實時計算以及對減速點的預測十分困難，無法獲得曲線余下部分的速度約束信息，而且在進行實

4、時插補的過程中可能出現(xiàn)計算負荷過大、導致數(shù)據(jù)饑餓的現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)的實時性能。針對以上問題，本系統(tǒng)采用基于S形加減速的尋回實時插補算法。該算法不依賴于曲線弧長的精確計算，采用正向與反向同步插補的方法。首先，在前瞻插補模塊中先對曲線進行逆向插補，確定正反向插補的校驗點，以及正向插補所需的相關信息;然后，在實時插補模塊中，通過對比校驗點的速度，判斷是調(diào)用逆向插補的數(shù)據(jù)還是繼續(xù)進行正向插補，從而實現(xiàn)滿足速度約束條件的最優(yōu)插補。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和曲線終點，很好的保證了插補過程中的實時性。通過插補實例證明了算法簡單高效、適應性以及實時性好，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))轉化成數(shù)字控制數(shù)據(jù)的重要接口。由于五軸機床結構的多樣性以及數(shù)控系統(tǒng)間的獨立性導致五軸機床的數(shù)據(jù)補償變得十分復雜。本文建立了一個基于刀具半徑優(yōu)化補償?shù)奈遢S通用后處理器。基于刀具磨損模型，通過探究五軸端銑加工中常用刀具的半徑補償

6、向量，提出一種半徑的優(yōu)化補償方法。同時，應用所建立的五軸機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床。通過仿真實驗與加工實驗，驗證了所建立的后處理器的準確性與實用性并且可以有效的提高加工質(zhì)量和減少總的加工時間和花費。
　　采用面向對象技術及模塊化的思想，為開放式數(shù)控系統(tǒng)建立了用于數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)處理模塊以及用于對數(shù)據(jù)進行加工分析的智能算法模塊。為了防止多個線程同時訪問同一共享資源，使數(shù)據(jù)的讀寫和進程間有序的執(zhí)行，對數(shù)據(jù)

7、處理模塊和智能算法模塊進行了多線程設計?？紤]到在進行實驗的過程中用戶可以根據(jù)實驗的預期效果動態(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。
　　對于翻譯型編譯原理的軟PLC會降低數(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，關鍵字匹配的方法開發(fā)了能夠對指令表程序進行逐行拾取和循環(huán)執(zhí)行的解釋型運行系統(tǒng)。最后通過實例驗證了解釋型軟PLC功能