數(shù)控編程解析精選(九篇)

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第1篇：數(shù)控編程解析范文

關(guān)鍵詞：變電站;土建工程;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TM411+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）36-0020-02

電力行業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，現(xiàn)在各行各業(yè)的發(fā)展都離不開電力行業(yè)的支撐。如國家的基礎(chǔ)建設(shè)離不開電器設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)信息建設(shè)離開了電力資源，信息遍沒法流通;工廠沒有電，就無法成產(chǎn)作業(yè);人們平時生活中沒有了電，生活中便出現(xiàn)了諸多的不便利等。

1 變電站土建工程建設(shè)的特點(diǎn)

1.1 復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn)

變電站的選擇不是隨意的，是根據(jù)發(fā)電站的地點(diǎn)，用電用戶的地理分布及供電網(wǎng)絡(luò)的的分布形式確定?；谶@種特點(diǎn)，在實際工作中應(yīng)進(jìn)行實地考察，對供電網(wǎng)絡(luò)中的地理條件及地質(zhì)條件進(jìn)行充分的研究分析。這無疑對變電站的土建工作有益，但無形中卻增加了土建工作的難度。

1.2 技術(shù)含量及資金投入較大

變電站由于包括多種建筑物，如配電室、控制室及變壓器基礎(chǔ)設(shè)施等，所以在建造時，投入的資金也會增大。此外，由于變電站一般都建在地理條件較為復(fù)雜的地方，所以施工時需要更多的人力和財力，這也會加大資金的投入。變電站土建工程和其它建筑工程相比自動化程度更高，所用的機(jī)器及儀器精準(zhǔn)、技術(shù)含量高，所以在投建時要考慮到相應(yīng)的技術(shù)人才的引進(jìn)，而技術(shù)人才的引進(jìn)又無形中增加了資金的使用。

1.3 參建單位較多

在變電站土建工程實施之前，要涉及工程的可行性研究、初步設(shè)計工作、施工階段、調(diào)試階段等，所以，土建工程的進(jìn)度及質(zhì)量就收到設(shè)計工作、施工及調(diào)試工作的影響。此外，土建工程涉及到建設(shè)部門、施工單位、監(jiān)理單位及材料供應(yīng)單位等的參與，它們在工程建設(shè)中即關(guān)聯(lián)有獨(dú)立，所以，在工作中要調(diào)節(jié)好它們之間的關(guān)系，合理分配它們的工作，使工程在保證質(zhì)量的前提下能提前進(jìn)度。變電站土建工程施工的這種特殊性也就造成了其工作機(jī)制的復(fù)雜性。

2 變電站土建工程建設(shè)的方案優(yōu)化選擇

2.1 變電站選址的選擇

在變電站土建工程實施前，要對變電站的站址進(jìn)行確定。確定方案可能有多個，所以在選擇時，要進(jìn)行對比及專家評審。在此過程中，要重視審查專家的建議及意見，以選取最佳的方案。另外，還要結(jié)合具體的施工條件，進(jìn)行科學(xué)、合理的對選定方案進(jìn)行修改，以滿足施工中的具體要求。

2.2 變電站構(gòu)建方案的選擇

①平立面方案主要包括兩個目的，其一是要滿足各功能房間有足夠的空間，其二是平立面要達(dá)到美學(xué)的效果。

②地基設(shè)計方案有好幾種，每種都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢，如強(qiáng)夯法適用于填土較厚的情況，天然地基處理法在地質(zhì)條件較好的情況下較為實用，預(yù)壓法及水泥土攪拌樁在淤泥較厚的情況下較為實用。

③在暖通風(fēng)及水工設(shè)計方面，要考慮到設(shè)備正常運(yùn)行的條件及出現(xiàn)故障時如何消除等情況。

④在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，要考慮到變電站的抗震蕩及洪水等自然災(zāi)害等因素。

2.3 變電站排水及消防方面的方案設(shè)計

變電站的供水主要有生活供水及消防供水，所以在設(shè)計之初，要將供水考慮在內(nèi)，排水應(yīng)采用分流排放。在消防系統(tǒng)建設(shè)方面，應(yīng)考慮到檢查設(shè)備和建筑物之間的距離是否恰當(dāng)，如果大于距離標(biāo)準(zhǔn)，不予以處理，否則應(yīng)采用防火墻或防火窗。

2.4 圍墻及電纜溝的設(shè)計

圍墻應(yīng)當(dāng)采用裝配式圍墻，可加快工程進(jìn)度，提高施工效率。電纜溝應(yīng)根據(jù)變電站數(shù)字化的特點(diǎn)，采用電纜埋置、預(yù)制電纜槽及預(yù)制電纜溝的方式，改善施工條件，提高工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度等。

2.5 暖通系統(tǒng)的設(shè)計

為了節(jié)約變電站中用水，衛(wèi)生間內(nèi)應(yīng)采用只能環(huán)保裝置。在供暖方面，應(yīng)當(dāng)采用節(jié)能性空調(diào)及排風(fēng)機(jī)等裝置。

3 變電站土建工程的關(guān)鍵技術(shù)及控制

3.1 支架基礎(chǔ)施工

①由于變電站建設(shè)涉及的工程較多，所以支架基礎(chǔ)的使用量也就增加，所以在使用前要對支架的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。

②土建施工中，要對軸線位置及高程進(jìn)行校準(zhǔn)，以達(dá)到設(shè)計的要求。另外，確?？踊驮O(shè)計要求相一致，以避免坑基承載不足而造成的沉降問題。

③施工前，要對模板、鋼筋以及混凝土等材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗，尤其在模具選擇時，要選擇整齊、光滑且剛度及硬度高的，以防止重載下發(fā)生變形。在混凝土澆灌時，要有專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)，要符合澆灌程序及工藝，以保證工程質(zhì)量的可靠。

3.2 預(yù)埋件安裝

預(yù)埋件的安裝是變電站土建工程中的重要環(huán)節(jié)，也對土建工程質(zhì)量有著直接的影響。所以，在安裝時要嚴(yán)格的控制。如在中心線、定位軸線及高程的安裝時，要測量工程框架的相關(guān)部委，所以，施工要嚴(yán)格保證中心線和高程的準(zhǔn)確性。又如，在變電站基礎(chǔ)、墻面等的預(yù)埋件安裝時，要事先焊接一個鋼筋固定架，此架應(yīng)按照埋件的規(guī)格制作。還有，對于預(yù)埋體積較為大的部件，如變壓器預(yù)埋鋼板，由于其體積和面積都較大，并且砼結(jié)構(gòu)的表面積比也較大，預(yù)埋位置應(yīng)當(dāng)合適。

3.3 混凝土結(jié)構(gòu)施工

①由于混凝土施工對建筑物本身及配件的可靠性都有重要的影響，所以施工中要嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行。如在防火墻建設(shè)及混凝土施工等方面，既要嚴(yán)格按照施工工藝，又要保證工程的外觀美。

②當(dāng)出現(xiàn)麻面情況時，應(yīng)當(dāng)用清水處理，然后用1：2比例的混凝土砂漿修平整;當(dāng)出現(xiàn)露筋、蜂窩等情況時，先將鋼筋用清水洗干凈，然后用1：2.5的混凝土抹平。當(dāng)蜂窩面積較大時，要按照孔洞缺陷處理方式處理。

4 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力供電行業(yè)已經(jīng)延伸到國家建設(shè)的各個領(lǐng)域，這不僅是機(jī)遇，更充滿了挑戰(zhàn)。變電站作為連接發(fā)電站和用戶的中間環(huán)節(jié)，要在供電方面做的更好，就要充分重視土建工程，才能夠為供電提供基礎(chǔ)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何純光.淺談變電站土建工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)及其控制[J].大科技，2014，16（19）：97-99.

第2篇：數(shù)控編程解析范文

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車削；用戶宏程序；加工原理；數(shù)學(xué)模型；變量指定；編程

引言

用戶宏程序常用于數(shù)控系統(tǒng)對非圓弧輪廓曲線編程問題的解決。在編輯非圓弧輪廓曲線的程序時不能直接應(yīng)用G代碼，這對編程人員和加工者帶來了很大的困難。在幾次的數(shù)控技能大競賽中，用戶宏程序都是考試的重點(diǎn)和難點(diǎn)。論文重點(diǎn)闡述用戶宏程序的步長的取值和編輯。

1.非圓弧輪廓曲線的加工原理

求非圓弧輪廓曲線分為解析曲線和類似列表曲線那樣的非解析曲線。對于用戶宏程序編程來說，一般解決的是解析曲線的加工。解析曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式的形式可以是以 的直角坐標(biāo)的形式給出，也可以是以 的極坐標(biāo)形式給出，還可以參數(shù)方程的形式給出。通過坐標(biāo)變換，后面兩種形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式，可以轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)表達(dá)式。

在編程時應(yīng)決定是采用直線段逼近非圓弧輪廓曲線，還是采用圓弧逼近非圓弧輪廓曲線。若采用直線段逼近非圓弧輪廓曲線，各直線段間連接處在尖角，由于刀具在尖角處不能連續(xù)地對零件進(jìn)行切削，故零件表面會出現(xiàn)硬點(diǎn)或切痕，使加工表面質(zhì)量變差。若采用圓弧段逼近的方式，可以大大減少程序段的數(shù)目，采用這種形式又分為兩種情況，一種為相鄰兩圓弧間彼此相交；另一種則采用彼此相切的圓弧段來逼近非圓弧輪廓曲線。后一種方法由于相鄰圓弧彼此相切，一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，工件表面整體光滑，從而有利于加工表面質(zhì)量的提高。但無論哪種情況都應(yīng)使 ≤ （允許誤差）。由于在實際的編程中，若采用圓弧逼近的方式就不適合用戶宏程序的編制，因其不便于數(shù)學(xué)模型。因此，主要采用直線逼近法，來進(jìn)行用戶宏程序的編制。

直線段逼近非圓弧曲線，目前常用的有等間距法、等步長法和等誤差法等。論文以等間距法為主要論述。

1.1 等間距法。

（1）基本原理 等間距就是將某一坐標(biāo)劃分成相等的間距。如圖1所示，沿X軸方向取Δx為等間距長，根據(jù)已知曲線的方程 ，可由 求得 。如此求得一系列點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)。由于要求曲線 與相鄰節(jié)點(diǎn)連線間的法向距離小于允許的程序編制誤差 ，Δx不能任意設(shè)定。若設(shè)置的值大了，就不能滿足這個要求，一般先取Δx值為0.1進(jìn)行試算，然后選擇曲線上曲率最大的曲線段進(jìn)行逼近誤差校驗。

圖1等間距法直線段逼近

（2）誤差校驗方法 設(shè)需校驗 曲線段。

點(diǎn)：（ ， ）

點(diǎn)：（ ， ）已求出，則 、 兩點(diǎn)的直線方程為

令 ， ， 則 即為過 兩點(diǎn)的直線方程，距 直線為 的等距線 的直線方程可表示為 式中，當(dāng)所求直線 在 上邊時，則C后取“+”，在 下邊時，則C后取“-”號。 為 與 兩直線間的距離。通過聯(lián)立方程

得 ，要求 ≤ ，一般 允許取零件公差的1/5～1/10。

以圖2為例。對精加工非圓弧輪廓曲線進(jìn)行加工原理分析。

件1和件2配合加工，該非圓弧輪廓曲線是橢圓曲線，長半軸為40，短半軸為24，其輪廓度要求值為0.04，刀具加工路徑從右端中心點(diǎn)開始加工，以直線段逼近非圓弧輪廓曲線等間距法加工橢圓。假設(shè)步長為0.1，分析驗算其誤差是否是滿足 ≤ ， c=0.04橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程式為 ，把y作為自變量 ，在數(shù)控車床上是以xz平面作為基準(zhǔn)平面的，所以必把橢圓方程中的x換為z，y換為x，因此

點(diǎn)：（ ， ）

點(diǎn)：（ ， ）

=40， =0， 和 由 求出 =1.696， =39.9，則 、 兩點(diǎn)的直線方程為

令 ， ， 則

得出 =0.025， ≤ 成立，假設(shè)步長成立。

2.數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是數(shù)學(xué)理論與實際問題相結(jié)合的一門科學(xué)。它將現(xiàn)實問題歸結(jié)為相應(yīng)的數(shù)學(xué)問題，并在此基礎(chǔ)上利用數(shù)學(xué)的概念、方法和理論進(jìn)行深入的分析和研究，從而從定性或定量的角度來刻畫實際問題，并為解決現(xiàn)實問題提供精確的數(shù)據(jù)或可靠的指導(dǎo)。

建立數(shù)學(xué)模型的要求：

2.1 真實完整。

2.1.1 真實的、系統(tǒng)的、完整的，形象的映客觀現(xiàn)象；

2.1.2 必須具有代表性；

2.1.3 具有外推性，即能得到原型客體的信息，在模型的研究實驗時，能得到關(guān)于原型客體的原因；

2.1.4 必須反映完成基本任務(wù)所達(dá)到的各種業(yè)績，而且要與實際情況相符合。

2.2 簡明實用。在建模過程中，要把本質(zhì)的東西及其關(guān)系反映進(jìn)去，把非本質(zhì)的、對反映客觀真實程度影響不大的東西去掉，使模型在保證一定精確度的條件下，盡可能的簡單和可操作，數(shù)據(jù)易于采集。

2.3 適應(yīng)變化。隨著有關(guān)條件的變化和人們認(rèn)識的發(fā)展，通過相關(guān)變量及參數(shù)的調(diào)整，能很好的適應(yīng)新情況。

數(shù)學(xué)模型常見的形式：數(shù)學(xué)表達(dá)式；柱形圖；關(guān)系曲線；記錄數(shù)據(jù)的表格。

在數(shù)控編程中常用數(shù)學(xué)表達(dá)式或關(guān)系曲線，來作創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型，因其簡明實用，對數(shù)學(xué)知識要求相對較低。在對曲線分析時也較容易理解和掌握。如圖2所示，該圖是重慶市第二屆職業(yè)技能競賽教師組樣題，該零件是一個配合零件，在右端有一橢圓輪廓曲線，并且有輪廓度的要求，用G代碼不能直接編制出程序。根據(jù)零件標(biāo)注可以讀出橢圓的長半軸和短半軸，因此，采用數(shù)學(xué)表達(dá)式來描繪出零件的輪廓曲線形狀的數(shù)控模型， ，再通過直線段逼近非圓弧輪廓曲線的方法編輯出用戶宏程序加工出零件輪廓。

如圖2所示，以工件的右端面設(shè)為基準(zhǔn)平面。橢圓圓心在工件工作坐標(biāo)系的坐標(biāo)值為（-40，48），但橢圓的表達(dá)式是以橢圓圓心為O（0，0），為了使坐標(biāo)的變化與工件工作坐標(biāo)系保持一致。因此，Z軸方向因?qū)憺閆軸的變化量減長半軸。

車削件1 車削件2

圖 2

3.用戶宏程序的變量指定

用戶宏程序有兩種，即用戶宏程序功能A和用戶宏程序功能B。由于用戶宏程序功能A的宏程序需要使用“G65Hm”格式的宏指令來表達(dá)各種數(shù)學(xué)和邏輯關(guān)系，極不直觀，且可讀性非常差，因而導(dǎo)致在實際工件中很少人使用它，因此，將以用戶宏程序功能B進(jìn)行闡述。

變量

使用用戶宏程序時，數(shù)值直接指定或用變量指定。變量的表示計算允許使用變量名，用戶宏程序則不行，變量需用變量符號“#”和后面的變量號指定。例如：#1表達(dá)式可以用于指定變量號，這時表達(dá)式必須封閉在括號中。例如：#[#1+#12-10]變量的類型變量從功能上主要可歸納為兩種，即：系統(tǒng)變量（系統(tǒng)占用部分），用于系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算時各種數(shù)據(jù)的存儲。用戶變量包括局部變量和公共變量，用戶可以單獨(dú)使用，系統(tǒng)作為處理資料的一部分。

在非圓弧輪廓曲線的加工原理中已經(jīng)闡述了橢圓輪廓曲線的方程式， ，y作為變量轉(zhuǎn)換方程式 ，注意在數(shù)控車床上的基準(zhǔn)平面。用局部變量來設(shè)置變量，令#1為長半軸，#2為短半軸，#3為x軸的變化量，#4為z軸的變化量，把方程式 轉(zhuǎn)化為宏程序指令表示#3=#2*sqrt[1-#4*#4/[#1*#1]]算術(shù)和邏輯運(yùn)算，采用循環(huán)（WHILE語句）用此語句可以減少程序段數(shù)。其執(zhí)行過程為

程序為：

O0001

M03S1200；

T0101；

G00G41D1X51Z2；

M08；

G71U1R1X1P1Q2F80；

N1G00X0；

Z2；

G01Z0F40；

#1=48；

#2=24；

#4=48；

WHILE#4GE-30DOGOTO1；

#3=#2*SQRT[1-#4*#4/[#1*#1]]；

G01X[#3*2]Z[#4-#1]F40；

#4=#4+0.1；

END1；

G01Z-45.138；

X48Z-48；

N2G01X50；

G00X100；

Z100；

M09；

M30；

4.結(jié)束語

在對非圓弧輪廓曲線加工常常采用宏程序編輯程序，這種編輯不僅能解決G代碼不能加工的輪廓曲線，而且還能減少輸入的程序段數(shù)。在宏程序中還應(yīng)注意#4=#4+0.1這種格式，它是宏程序運(yùn)作的源動力。多考慮數(shù)學(xué)模型的建立，這是宏程序編輯的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳海舟：《數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實例》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 陳鴻鸞：《數(shù)控車工（技師、高級技師）》北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2008.

[3] 北京FANUC機(jī)電有限公司.BEIJING-FANUC0i-T系統(tǒng)操作說明書.

[4] [美]彼得·斯密德（Peter Smid）著 羅學(xué)科 劉瑛 黃根隆 等譯《 數(shù)控編程手冊》.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2008

[5] [美]彼得·斯密德（Peter Smid）著 羅學(xué)科 劉瑛 趙玉俠 等譯《FANUC數(shù)控系統(tǒng)用戶宏程序與編程技巧》.

第3篇：數(shù)控編程解析范文

關(guān)鍵詞： 數(shù)控系統(tǒng)； 軟件架構(gòu)； 數(shù)字信號處理器； BIOS

中圖分類號： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）20?0065?05

Software system architecture of motion controller based on DSP and BIOS kernel

ZHOU Chen?zhong， LI Jian?wei， PI You?guo

（DOE Key Lab of Autonomous System and Network Control， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China）

Abstract： Texas Instruments （TI） company’s BIOS real?time kernel was used on the controller hardware platform， which takes TI’s DSP as the main control chip and FPGA as the auxiliary control device. A software architecture solution for a motion controller is proposed， in which the secondary development and transplantation of functional components can be achieved according to the needs of different users. The modular design is adopted for software source code， which has standardized function interface and good maintainability. The experimental test indicates it can meet the requirements of openness， real time and portability.

Keywords： CNC system； software architecture； DSP； BIOS

0 引 言

作為數(shù)控系統(tǒng)核心控制部件的運(yùn)動控制器，市場上有基于單片機(jī)、基于ARM為主控處理+FPGA/CPLD作為輔控處理、基于DSP為主控處理+FPGA/CPLD作為輔控處理等多種硬件平臺的解決方案。在不同的硬件平臺上，軟件系統(tǒng)調(diào)度方案可以采用μC/OS?Ⅱ，BIOS，RT?Linux，VxWorks等多種實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，因而衍生出各種軟件系統(tǒng)的架構(gòu)方案[1]。采用TI公司TMS320C6713系列DSP芯片為主控芯片+FPGA作為輔控芯片的硬件平臺的解決方案，其數(shù)據(jù)吞吐量和高速浮點(diǎn)運(yùn)算上具有一般單片機(jī)不可比擬的優(yōu)勢。而采用TI公司的DSP芯片和CCS的開發(fā)平臺，可以使用配套的非開放源代碼的BIOS實時內(nèi)核，在中小型數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)上，其更加專業(yè)，相比采用ARM硬件平臺而使用的開放性源代碼的實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，采用DSP硬件平臺與BIOS內(nèi)核的運(yùn)動控制器穩(wěn)定性更好，能夠節(jié)約實時操作系統(tǒng)移植和測試時間，縮短開發(fā)周期，因而其是一種合理有效的解決方案[2]。

為了能夠在該平臺上進(jìn)行有效的模塊化數(shù)控功能組件的開發(fā)、維護(hù)和移植，本文提出了一種標(biāo)準(zhǔn)化的軟件分層與接口架構(gòu)方案。該方案可作為一種設(shè)計模式，滿足不同用戶的基本功能與二次開發(fā)需求。

1 系統(tǒng)整體方案

1.1 運(yùn)動控制器硬件實現(xiàn)平臺

本文采用的運(yùn)動控制器的硬件系統(tǒng)[3]框圖如圖1所示。其中，TMS320C6713系列DSP具有浮點(diǎn)運(yùn)算器，能快速高效地完成工件加工軌跡插補(bǔ)計算。其集成外部擴(kuò)展擴(kuò)的EDMA和EMIF總線具有數(shù)據(jù)吞吐量大的特點(diǎn)。該DSP主頻為225 MHz，對應(yīng)的指令周期為4.4 ns，相應(yīng)的運(yùn)算速度可達(dá)1 800 MIPS/1 350 MFLOPS，適用于中小型數(shù)控系統(tǒng)主控制器的需求[4]。

ACTEL公司的A3P400系類FPGA是一種高密度，等效40萬門器件，其可配置的I/O可以兼容多種類型的數(shù)字電平。另外ACTEL公司提供的Libero集成開發(fā)工具，能提供數(shù)字PLL、高速FIFO等多種通用型軟核模塊，能夠節(jié)約開開發(fā)時間與成本，是作為運(yùn)動控制器外部通信總線接口的一種可靠高效的硬件方案。

圖1 運(yùn)動控制器硬件結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)軟件層次劃分

本文軟件系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)劃分[1]，其層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件架構(gòu)層次圖

（1） 用戶應(yīng)用接口層。可根據(jù)具體的用戶需求開發(fā)各種功能的數(shù)控應(yīng)用模塊，并將各功能模塊作為組件通過接口嵌入到系統(tǒng)軟件中來。本文所開發(fā)的基礎(chǔ)用戶組件塊及其功能將在下一節(jié)詳細(xì)描述。

（2） BIOS內(nèi)核層。采用TI公司的CCS3.3提供的BIOS內(nèi)核以及其各種內(nèi)核組件，可有效縮短內(nèi)核移植和測試時間。CCS3.3提供圖形化界面接口，如圖3所示。其可對內(nèi)核各個組件進(jìn)行配置和應(yīng)用。它的內(nèi)核通過編譯后將在文件鏈接時植入程序，生成最后可執(zhí)行文件。

（3） 硬件驅(qū)動層。用于管理運(yùn)動控制器板卡上與DSP相連的各個硬件設(shè)備的驅(qū)動，并為內(nèi)核與用戶應(yīng)用層提供硬件訪問接口。板卡硬件包括：FIFO通信緩沖器、CNC脈沖發(fā)生器、UART總線控制器、SERCOS總線控制器等。外部模擬數(shù)字硬件設(shè)備采用FPGA或?qū)Ｓ肐C實現(xiàn)。

圖3 BIOS內(nèi)核圖形化配置界面

2 用戶應(yīng)用軟件任務(wù)劃分

用戶應(yīng)用軟件組件模塊可分為基礎(chǔ)組件和擴(kuò)展組件[5]?；A(chǔ)組件提供數(shù)控系統(tǒng)基本的加工、維護(hù)、調(diào)試、監(jiān)控等各種接口控制功能。擴(kuò)展組件根據(jù)特定的用戶需求可選擇性裁剪安裝，一般擴(kuò)展組件包括軟PLC編程接口，SERCOS總線、脈沖、TCP/IP、UART等各種通信協(xié)議數(shù)據(jù)包解析與格式轉(zhuǎn)換等功能。BIOS內(nèi)核是一款多任務(wù)實時內(nèi)核，可以在系統(tǒng)多個用戶基礎(chǔ)任務(wù)之間進(jìn)行調(diào)度。本文所描述系統(tǒng)基本用戶組件任務(wù)劃分見圖4。

圖4 運(yùn)動控制器硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 HMI任務(wù)

HMI通信數(shù)據(jù)包幀格式如表1所示。HIM任務(wù)處理流程如圖5所示。

（1） 通信數(shù)據(jù)包格式。通信數(shù)據(jù)包格式固定，但功能信息結(jié)構(gòu)格式不固定[6]。不同的信息，如調(diào)試信息、G代碼腳本信息的內(nèi)容等采用不同的信息格式，這樣用戶在增加新的功能組件時，只要自己編寫新的信息格式和編碼與解析方式，就能利用原有的通信協(xié)議進(jìn)行開發(fā)，使得系統(tǒng)代碼能夠移植和重新利用。

表1 HMI數(shù)據(jù)包幀格式

圖5 HIM任務(wù)處理流程圖

（2） 數(shù)據(jù)包生成器。從已處理完的HMI信息隊列中按照不同約定信息格式讀取信息，并按照數(shù)據(jù)包的格式為其添加幀頭、物理地址、校驗碼等，生成一組數(shù)據(jù)幀，并將該數(shù)據(jù)幀通過EMIF總線寫入FPGA中的UART發(fā)送FIFO，待其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)數(shù)字電平發(fā)送給上位機(jī)。

（3） 數(shù)據(jù)包解析器。通過EMIF總線從在FPGA中實現(xiàn)的UART總線接收FIFO中讀取一個數(shù)據(jù)幀，并按照約定的用戶應(yīng)用的解析方式解析成對應(yīng)的信息，并將信息加載到HMI接收信息隊列，等待數(shù)據(jù)處理與交換任務(wù)啟動進(jìn)行處理。

2.2 用戶數(shù)據(jù)處理與交換任務(wù)

用戶數(shù)據(jù)處理與交換任務(wù)流程如圖6所示。

本系統(tǒng)提供G代碼腳本解釋器、調(diào)試維護(hù)命令殼、系統(tǒng)錯誤診斷器三個基礎(chǔ)組件。用戶可根據(jù)特定需求植入新的組件，并編寫對應(yīng)組件接口信息編碼與解析方式。

（1） G代碼腳本解釋器[7]

數(shù)控G代碼解釋的方案很多。部分廠商采用在上位機(jī)解析成配置信息碼，并發(fā)送給運(yùn)動控制器的方案。但此方案會增加數(shù)據(jù)通信量，使得通信時延增加。本系統(tǒng)采用的方案是：上位機(jī)以字符串格式將數(shù)控G代碼腳本信息打包發(fā)送給運(yùn)動控制器，運(yùn)動控制器對字符串進(jìn)行重新組合，并通過識別組合碼配置數(shù)控參數(shù)控制塊。該方案可以減少通信負(fù)擔(dān)，減小通信延時，但是將增大DSP的運(yùn)算處理量。因為DSP運(yùn)算速度明顯要塊于通信傳輸速率，所以該方案是一種合理的折中方案。

圖6 用戶數(shù)據(jù)處理與交換任務(wù)流程圖

（2） 調(diào)試維護(hù)命令殼

該功能用于系統(tǒng)開發(fā)階段和系統(tǒng)維護(hù)階段。系統(tǒng)集成該功能夠之后，根據(jù)開發(fā)人員提供的維護(hù)指令手冊，在上位機(jī)輸入維護(hù)指令，返回運(yùn)動控制器相應(yīng)的關(guān)鍵系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)碼，能幫助維護(hù)人員快速地判斷系統(tǒng)運(yùn)行中的故障，并為數(shù)控機(jī)床每個加工軸提供電機(jī)測試接口。

（3） 系統(tǒng)錯誤診斷器

負(fù)責(zé)管理和存儲數(shù)控系統(tǒng)需要監(jiān)控運(yùn)行的重要模塊信息，一旦重要模塊運(yùn)行發(fā)生故障，則把錯誤編碼保存在系統(tǒng)錯誤診斷器中，并在任務(wù)運(yùn)行時將錯誤碼發(fā)送給上位機(jī)。

2.3 運(yùn)動控制任務(wù)

運(yùn)動控制任務(wù)是運(yùn)動控制器最核心的部分，也是BIOS內(nèi)核所管理的任務(wù)中優(yōu)先級最高的一個任務(wù)。不同廠商的控制器有不同的實現(xiàn)方案。為了能夠清晰理解與移植本文所述系統(tǒng)的運(yùn)動控制程序，圖7給出了運(yùn)動控制的行為與數(shù)據(jù)流框圖。

根據(jù)圖7所描述的運(yùn)動控制行為，編寫的運(yùn)動控制任務(wù)程序的流程圖如圖8所示。

圖7 運(yùn)動控制的行為與數(shù)據(jù)流圖

圖8 運(yùn)動控制任務(wù)流程圖

（1） 加工軌跡計算。加工軌跡計算控制器，綜合數(shù)控配置參數(shù)與實時的反饋數(shù)據(jù)，通過各種數(shù)值計算方法，進(jìn)行各種數(shù)控插補(bǔ)計算，得到最終的加工數(shù)據(jù)，可以通過脈沖編碼格式或者SERCOS通信總線，發(fā)送給控制CNC的每個軸的伺服電機(jī)驅(qū)動器，控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給。

（2） 電機(jī)驅(qū)動管理。實時地管理監(jiān)控CNC每個軸的電機(jī)驅(qū)動器。讀取驅(qū)動器的工作狀態(tài)，將需要上位機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)控的數(shù)控實時運(yùn)行數(shù)據(jù)寫入CNC接收信息隊列，并通過數(shù)據(jù)交換控制任務(wù)，發(fā)送到上位機(jī)用于監(jiān)控。當(dāng)有電機(jī)驅(qū)動器運(yùn)行出現(xiàn)異常時，可以及時進(jìn)行保護(hù)停止，并發(fā)送運(yùn)行故障編碼。

3 軟件方案的驗證性測試

在本實驗室研發(fā)的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)測試平臺如圖9所示。其中，HMI板通過JTAG接口與調(diào)試主機(jī)1相連，運(yùn)動控制板通過JTAG接口與調(diào)試主機(jī)2相連。HMI板與運(yùn)動控制板通過RS 422總線連接，并在采用UART協(xié)議進(jìn)行通信[6，8]。

由于電機(jī)運(yùn)行軌跡與效果無法很好通過圖片展示，并且本實驗?zāi)康闹饕球炞C整個軟件系統(tǒng)架構(gòu)的可行性，并修補(bǔ)程序BUG。因而建議采用硬件模擬運(yùn)行加Matlab仿真的驗證方法。

圖9 運(yùn)動控制測試平臺

采用圓弧插補(bǔ)測試的方法，在上位機(jī)通過G代碼腳本格式導(dǎo)入測試指令腳本，運(yùn)動控制器讀取數(shù)據(jù)包，解析出測試腳本信息后，進(jìn)行處理和運(yùn)算，得出的運(yùn)算數(shù)據(jù)保存后，導(dǎo)入Matlab仿真軟件，生成運(yùn)行軌跡圖，以便模擬仿真電機(jī)的實際運(yùn)行軌跡。表2為CNC測試腳本的加工軌跡數(shù)據(jù)。

表2 測試加工軌跡數(shù)據(jù)

圖10為經(jīng)過系統(tǒng)運(yùn)行得到的加工軌跡與原始測試數(shù)據(jù)的軌跡對照。

圖中點(diǎn)線：測試腳本數(shù)據(jù)擬合曲線；實線：DSP計算的加工數(shù)據(jù)擬合曲線。從方案驗證性測試實驗得到的模擬數(shù)據(jù)擬合圖像和原始腳本測試數(shù)據(jù)對比，可以驗證該軟件架構(gòu)方案和基礎(chǔ)用戶組件能在實驗室的CNC系統(tǒng)平臺上穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，因而驗證了該軟件架構(gòu)方案的可行性。

圖10 加工軌跡測試與模擬軌跡

4 結(jié) 語

本文基于TI公司的C6713系列DSP+FPGA作為硬件實現(xiàn)方案的運(yùn)動控制器平臺，提出一種可移植性軟件架構(gòu)方案。通過三層軟件結(jié)構(gòu)模型的描述和基礎(chǔ)性用戶組件與接口的任務(wù)劃分，為用戶的功能的二次開發(fā)與軟件代碼的維護(hù)提供的一個基礎(chǔ)性平臺。并通過加工腳本測試驗證了方案的可行性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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第4篇：數(shù)控編程解析范文

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑加工；刀具選擇；切削用量

引言

數(shù)控銑加工表現(xiàn)為如下的要點(diǎn)：選取合適的刀具、設(shè)定加工的路徑、確認(rèn)切削總量。確認(rèn)了系數(shù)后，自動生成設(shè)定好的軟件程序然后輸入實時的編程信息。在編程步驟中，切削用量及選取刀具的規(guī)格都關(guān)系到質(zhì)量，不可予以忽視。選擇最適當(dāng)?shù)那邢饔昧?，確保刀具的匹配性，是數(shù)控加工范圍內(nèi)的要點(diǎn)。

1.數(shù)控銑刀的工藝特性

從刀具類型來看，數(shù)控銑加工包含了孔加工以及銑削類的刀具。具體在加工時，銑削的流程是較復(fù)雜的。為了適當(dāng)加工，數(shù)控銑加工也配備了多樣的刀具種類。從結(jié)構(gòu)本體來看，數(shù)控銑刀包含了整體性的、鑲嵌式及特殊式三類的刀具，從材質(zhì)來看，包含了合金硬質(zhì)的、金剛石及高速鋼刀具。從切削標(biāo)準(zhǔn)看，又可分成平端式的、圓角式及球頭的銑刀。從加工角度來看，數(shù)控加工應(yīng)能在根本上提升精確度，確保最優(yōu)的加工實效。與此同時，還需縮減附帶性的刀具損耗。對于數(shù)控機(jī)床，需要判斷機(jī)床的耐久性及剛度，依照設(shè)定好的指標(biāo)來具體判定。具體來看，選取刀具的規(guī)格應(yīng)當(dāng)吻合總w的刀具剛性，優(yōu)選切削用量較大的刀具。依照切削量來適當(dāng)調(diào)整，優(yōu)選耐久性最佳的刀具類型。具體在加工時，還需判斷刀具表層是否遭受到磨損進(jìn)而影響精度。若影響到精度，則應(yīng)替換為其他類刀具。及時查看銑刀的偏差，優(yōu)選最佳耐久性的銑刀用來加工。這樣做符合了高層次的加工指標(biāo)。

2.數(shù)控加工高速切削的關(guān)鍵技術(shù)

2.1高速切削刀具技術(shù)模塊

由機(jī)床、刀具和工件構(gòu)成的高速切削加工工藝體系中，刀具是最關(guān)鍵的要素。切削刀具是確保高速切削加工順利進(jìn)行的最重要技術(shù)之一。隨著切削速度的大幅度進(jìn)步，對切削刀具資料、刀具幾許參數(shù)、刀體構(gòu)造等都提出了不同于傳統(tǒng)速度切削時的請求，高速切削刀具資料和刀具制作技術(shù)都發(fā)生了巨大的改變，高速切削加工時，要確保高的生產(chǎn)率和加工精度，更要確保安全可靠。因而，高速切削加工的刀具體系必須滿意具有良好的幾許精度和高的裝夾重復(fù)定位精度，裝夾剛度，高速工作時良好的平衡狀況和安全可靠。盡可能減輕刀體質(zhì)量，以減輕高速旋轉(zhuǎn)時所遭到的離心力，滿意高速切削的安全性請求，改善刀具的夾緊方法。刀具體系的技術(shù)研究和開展是數(shù)控高速切削加工的要害使命之一。

2.2數(shù)控高速切削工藝

高速切削作為一種新的切削方法，要運(yùn)用于實踐出產(chǎn)，缺少可供參考的運(yùn)用實例，更沒有有用的切削用量和加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫，高速加工的技術(shù)參數(shù)優(yōu)化是當(dāng)時制約其運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。別的，高速切削的零件NC程序請求有必要確保在全部切削過程中載荷安穩(wěn)，可是如今運(yùn)用的大都CNC軟件中的主動編程功用都還不能滿意這一請求，需求由人工編程加以彌補(bǔ)和優(yōu)化，這在一定程度上降低了高速切削的價值，有必要研究選用一種全新的編程方法，使切削數(shù)據(jù)合適高速主軸的功率特性曲線，充分發(fā)揮數(shù)控高速切削的優(yōu)勢。

3.數(shù)控刀具的選擇

3.1按照零件的加工階段選擇刀具

即粗加工期間以去掉余量為主，應(yīng)挑選剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工期間以確保零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應(yīng)挑選耐用度高、精度較高的刀具，粗加工期間所用刀具的精度最低、而精加工期間所用刀具的精度最高。如果粗、精加工挑選一樣的刀具，主張粗加工時選用精加工篩選下來的刀具，由于精加工篩選的刀具磨損狀況大多為刃部細(xì)微磨損，涂層磨損修光，持續(xù)使用會影響精加工的加工質(zhì)量，但對粗加工的影響較小。

3.2數(shù)控程序編寫

數(shù)控程序是驅(qū)動數(shù)控機(jī)床的代碼，因系統(tǒng)不同，程序代碼也不同。當(dāng)前我國常用的系統(tǒng)有法那科、西門子。因手工編寫程序效率太低，甚至有零件曲面部分手工無法編寫程序。沿海地區(qū)工廠更多使用電腦軟件進(jìn)行程序編寫。當(dāng)前常見的編程軟件有：UGNX、CATIA、CIMATRON、MASTERCAM、POWERMILL、CAXA等工具，這些軟件各有特色，如MASTERCAM易學(xué)、CATIA功能強(qiáng)大、POWERMILL效率高。編程者可以根據(jù)自已的喜好、特長、專業(yè)選擇，剛參加工作的年青人最好選用MASTERCAM這種易學(xué)的，據(jù)說沒有基礎(chǔ)的年青人，不到一個月就可以學(xué)好。當(dāng)然，筆者推薦使用CATIA。CATIA不但可以編程，還可以進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，且軟件的開發(fā)商是達(dá)縈飛機(jī)，其工業(yè)背景比較雄厚，但是，這個軟件的學(xué)習(xí)卻十分的苦惱，不是每個人都可以學(xué)好的。當(dāng)前廣東地區(qū)的UGNX被大量的企業(yè)使用。

3.3按照工件的幾何形狀、加工余量、零件的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇刀具

正前角刀片：對于內(nèi)輪廓加工，小型機(jī)床加工，工藝系統(tǒng)剛性較差和工件結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜應(yīng)優(yōu)先選擇正型刀片。負(fù)前角刀片：對于外圓加工，金屬切除率高和加工條件較差時應(yīng)優(yōu)先選擇負(fù)型刀片。一般外圓車削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工常用55°、35°菱形和圓形刀片；在考慮到刀具能承受的切削用量前提下綜合機(jī)床剛性、功率等條件，加工大余量、粗加工應(yīng)選擇刀尖角較大的刀片，反之選擇刀尖角較小的刀片。

4.切削用量的設(shè)定

4.1設(shè)定切削速度

銑削加工步驟中，刀具的耐用狀態(tài)密切關(guān)系到切削速度，二者是不可分割的。確定切削速度，需要衡量綜合性的吃刀量、銑削的總齒數(shù)、側(cè)面的吃刀量。在這其中，若設(shè)定了較多的銑加工齒數(shù)，那么與之相應(yīng)的刀刃負(fù)荷以及切削時的熱能都會增加，刀具也會遭受到更快的磨損。由此可見，若要在根本上提升切削的時速，需要優(yōu)選最耐用的一類刀具。延長刀具的直徑，改善了刀具切削時的散熱狀態(tài)，切削速度也因而獲得提升。

4.2設(shè)定進(jìn)給速度

在數(shù)控機(jī)床中，進(jìn)給速度被看作必要參數(shù)。具體在加工時，確定精確的進(jìn)給速度就要參照工件精確度及粗糙程度。經(jīng)過綜合性的考慮，再去設(shè)定合適的進(jìn)給速度。一旦選取了較慢或較快的進(jìn)給速度，那么機(jī)床剛性就會表現(xiàn)出制約性。針對工件邊框，加工至拐角處時，有必要減慢原先的進(jìn)給速度。這樣做，是為避免不適當(dāng)?shù)倪吙蚣庸?。制作工件時，應(yīng)能確保短時加工得到合適的工件產(chǎn)品。對于回程的刀具，最好設(shè)定較快的進(jìn)給速度，符合編程的情況。

5.結(jié)束語

數(shù)控銑加工是現(xiàn)階段內(nèi)不可缺失的數(shù)控技術(shù)。在數(shù)控加工的流程內(nèi)，切削用量以及選取的刀具型號相互影響，與此同時，切削用量及刀具規(guī)格也密切關(guān)系到銑加工獲得的綜合實效因此應(yīng)經(jīng)過定量解析，確定不同加工狀態(tài)下的切削用量。從目前情況來看，數(shù)控銑加工仍未得到完善，有待長期的改進(jìn)。未來的實踐中，還需繼續(xù)摸索經(jīng)驗，服務(wù)于數(shù)控加工總體質(zhì)量的提升。

參考文獻(xiàn)：

第5篇：數(shù)控編程解析范文

關(guān)鍵詞：數(shù)控軋輥車床 維護(hù)與操作 操作技巧

中圖分類號：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2013）06-0010-01

一、數(shù)控軋輥車床組成

現(xiàn)代的數(shù)控軋輥車床雖是在傳統(tǒng)數(shù)控車床的基礎(chǔ)上加以改造而來的，但是其主要的組成部件依然沒有太多變化，即控制系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及車床本體四部分。

1.控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是數(shù)控軋輥車床與操作人員建立聯(lián)系并實現(xiàn)控制命令與數(shù)控加工時各種信息的輸入與輸出的系統(tǒng)平臺。

2.數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控軋輥車床的重要組成部分，也是核心部分，是控制車床實現(xiàn)自動化運(yùn)作，完成各種零件加工的信息處理中心，是整個數(shù)控軋輥車床各種控制命令的解析和執(zhí)行中心，可以說是數(shù)控軋輥車床的大腦。主要由外部命令輸入裝置、命令及加工監(jiān)視器、主控制系統(tǒng)、編程控制器等組件構(gòu)成。其中主控系統(tǒng)是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，由高性能的CPU、硬盤存儲器、控制器等部件組成，用于對車床加工部件的加工位置、加工角度、速度以及溫度、壓力等加工參數(shù)進(jìn)行自動化的計算和調(diào)整，以保證數(shù)控軋輥車床正常運(yùn)作。

3.伺服系統(tǒng)

所謂伺服系統(tǒng)指的是用于數(shù)控系統(tǒng)控制車床本體以對各種零部件進(jìn)行加工的動力裝置，一般主要由伺服電動機(jī)、動力控制系統(tǒng)、位置檢測系統(tǒng)以及反饋系統(tǒng)等組成，可以根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的具體指令信號實現(xiàn)精準(zhǔn)的加工操作。

4.車床本體

數(shù)控軋輥車床的車床本體是指其安裝各種組件的機(jī)械結(jié)構(gòu)本體，與傳統(tǒng)的軋輥車床相比，其整體上還是由機(jī)械傳動部件、操作臺、車床床身以及各種立柱等部件組成，但在外觀造型、整體布局以及控制和操作方式上卻有著很大不同。

二、數(shù)控軋輥車床的操作技巧

現(xiàn)代的數(shù)控軋輥車床由于采用了先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)可以實現(xiàn)高度的自動化運(yùn)作，其操作較以往的軋輥車床來說，雖然操作步驟簡單了很多，但是其專業(yè)性卻提高了。由于操作人員專業(yè)知識不足，以致在目前的數(shù)控軋輥車床使用中依然存在不少問題，下面就對這些問題以及可用的操作技巧進(jìn)行逐一分析與介紹。

1.精車孔型加工深度不夠

精車孔型加工深度不夠的原因一般為以下四種情況。

1.1車床X軸有間隙，造成鉆頭鉆進(jìn)深度不夠。

1.2車床的剛性不足，在鉆頭遇到硬度較大的加工部件時，其荷載造成車床變形，因而減小了鉆頭的鉆進(jìn)深度。

1.3設(shè)定的鉆頭進(jìn)給量不合理，以致孔型深度不達(dá)標(biāo)。

1.4孔型部位余量大。

針對此類問題，首先，操作人員可以利用百分表測量車床各加工軸之間的間隙是否合理。如果不合理，應(yīng)該立即進(jìn)行調(diào)整。然后，操作人員可以在車床的承載部位加裝防護(hù)板，以提高車床的剛性，從而避免由于車床荷載過大引發(fā)的變形問題。最后，操作人員要對孔型處的加工余量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并合理設(shè)定鉆頭的進(jìn)給量。

2.孔型圓弧加工不對稱

出現(xiàn)孔型圓弧加工不對稱的原因一般是加工刀具刀刃磨損不對稱，或者走刀量、走刀速度未調(diào)節(jié)一致。一般來說，操作人員要定期對數(shù)控軋輥車床上的各種刀具按照相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理的刃磨，以求達(dá)到統(tǒng)一的加工要求，并依照技術(shù)規(guī)定設(shè)定車床的走刀量和走刀速度，就可以避免加工孔型圓弧的不對稱問題。

3.快速編程的方法

數(shù)控軋輥車床的操作及自動化運(yùn)作在很大程度上依賴于快速的編程方法。但是每次都重新編寫指令，需要浪費(fèi)大量的時間和精力，尤其是編寫一套復(fù)雜零件的加工指令，此時，操作人員可以利用以下幾點(diǎn)技巧提升編程效率。

3.1復(fù)制程序

對于車床型號相同，參數(shù)規(guī)格不同的軋輥程序，操作人員可以采取直接復(fù)制的方式，只是更改相應(yīng)的參數(shù)即可。

后臺編輯是指通過數(shù)控軋輥車床的自動化運(yùn)作功能，在數(shù)控軋輥車床自動化運(yùn)行某一指令期間，操作人員在后臺同時編輯另一指令，統(tǒng)籌兼顧各項指令的運(yùn)行，可以大大的減少數(shù)控軋輥車床的等待時間，提高了工作效率。

三、數(shù)控軋輥車床的維護(hù)技巧

學(xué)會操作技巧可以實現(xiàn)對數(shù)控軋輥車床的正確、高效操作，對提高數(shù)控軋輥車床的工作效率和延長其使用壽命有著重要意義。維護(hù)方面，下面逐一進(jìn)行介紹。

1.數(shù)控系統(tǒng)維護(hù)技巧

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控軋輥車床的核心部件，一定要嚴(yán)格依照產(chǎn)品說明書的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)；制定詳細(xì)的操作章程和維護(hù)制度，并嚴(yán)格監(jiān)督執(zhí)行；定期檢查和更換數(shù)控系統(tǒng)的后備電源，不私自打開數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控柜和強(qiáng)電柜門。

2.機(jī)械部件維護(hù)技巧

數(shù)控軋輥車床的機(jī)械部件維護(hù)主要包括主傳動鏈、自動換刀裝置、刀具刃磨、液壓系統(tǒng)等部件的維護(hù)。對主傳動鏈要定期加注油，并進(jìn)行清潔；及時更換自動換刀裝置中磨損的刀具，定期調(diào)整換刀裝置的間隙；刀具刃磨要嚴(yán)格依照相關(guān)的技術(shù)要求，進(jìn)行均勻的打磨；對于液壓系統(tǒng)，除了及時補(bǔ)充液壓液外，要對其各個密封閥門進(jìn)行檢查，以防泄露液壓液造成壓力不足。

第6篇：數(shù)控編程解析范文

關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 刀具補(bǔ)償 刀具軌跡計算 刀位點(diǎn)

一、刀具補(bǔ)償功能簡介

使用數(shù)控機(jī)床的人都知道，用立銑刀在數(shù)控銑床或數(shù)控加工中心上加工工件時，可以清楚看出刀具中心的運(yùn)動軌跡與工件已加工輪廓不重合，這是因為工件輪廓是立銑刀以運(yùn)動包絡(luò)的方式形成的。立銑刀的中心（底端面與軸線相交點(diǎn)）稱為刀具的刀位點(diǎn)，刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡即代表刀具的運(yùn)動軌跡。在數(shù)控加工中，是按工件輪廓尺寸編制程序，還是按刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡編制程序，顯然是完全不一樣的，需要根據(jù)具體情況來處理。

如圖1所示，在數(shù)控銑床或數(shù)控加工中心中，由于數(shù)控系統(tǒng)有刀具補(bǔ)償功能，可按工件輪廓尺寸進(jìn)行程序編制。建立、執(zhí)行刀補(bǔ)后，數(shù)控系統(tǒng)會自動計算，刀位點(diǎn)自動調(diào)整到刀具運(yùn)動軌跡上。直接利用工件尺寸編制加工程序，刀具磨損時可重磨刀片（此時需根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整刀具補(bǔ)償值）或更換刀具，而加工程序不變，因此使用簡單、方便。

目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床（部分機(jī)床無刀具補(bǔ)償功能）性能簡化、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，在企業(yè)和學(xué)校中有一定的擁有量。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，如果沒有刀具補(bǔ)償功能，只能按刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡尺寸編制加工程序，這就要求先根據(jù)工件輪廓尺寸和刀具直徑及幾何尺寸計算出刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。因此計算量大、過程復(fù)雜，且刀具磨損、更換需重新計算刀位點(diǎn)的軌跡尺寸，全部調(diào)整或重新編制加工程序，費(fèi)時費(fèi)力費(fèi)錢。

二、數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中的刀具補(bǔ)償

（一）數(shù)控車床刀具補(bǔ)償。數(shù)控車床刀具補(bǔ)償功能包括刀具位置補(bǔ)償和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償兩方面。在加工程序中用T功能指定，TXXXX中前兩個XX為刀具號，后兩個XX為刀具補(bǔ)償號，如T0202。如果刀具補(bǔ)償號為00，則表示取消刀補(bǔ)。

1、刀具位置補(bǔ)償。對于刀具磨損或重新安裝刀具引起的刀具位置變化，建立、執(zhí)行刀具位置補(bǔ)償后，其加工程序不需要重新編制。辦法是測出每把刀具的刀位點(diǎn)相對于某一理想位置的刀位偏差（X向與Z向）并輸入到指定的存儲器內(nèi)，程序執(zhí)行刀具補(bǔ)償指令后，當(dāng)前刀具的實際位置就到達(dá)理想位置。

如圖2所示的加工情況，如果沒有刀具補(bǔ)償，刀具從0點(diǎn)移動到1點(diǎn)，對應(yīng)程序段是N60 G00 X45 Z93 T0200，如果刀具補(bǔ)償是X=+3，Z=+4，并存入對應(yīng)補(bǔ)償存儲器中，執(zhí)行刀補(bǔ)后，刀具將從0點(diǎn)移動到2點(diǎn)，而不是1點(diǎn)，對應(yīng)程序段是N60 G00 X45 Z93 T0202。

2、刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。編制數(shù)控車床加工程序時，車刀刀尖被看作是一個點(diǎn)（假想刀尖P點(diǎn)），但實際上為了提高刀具的使用壽命和降低工件表面粗糙度，車刀刀尖被磨成半徑不大的圓?。ǖ都釧B圓?。?，如圖3所示，這必將產(chǎn)生加工工件的形狀誤差。另一方面，由于刀尖圓弧所處的特殊位置，車刀的形狀對工件加工也將產(chǎn)生影響，而這些可采用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償來解決。車刀的形狀和位置參數(shù)稱為刀尖方位代碼（T值），如圖4所示。

3、刀補(bǔ)參數(shù)。每一個刀具補(bǔ)償號對應(yīng)刀具位置補(bǔ)償（X和Z值）和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償（R和T值）共4個參數(shù)，在加工之前輸入到對應(yīng)的存儲器。在自動執(zhí)行過程中，數(shù)控系統(tǒng)按該存儲器中的X、Z、R、T的數(shù)值，自動修正刀具的位置誤差和自動進(jìn)行刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。

（二）加工中心、數(shù)控銑床刀具補(bǔ)償。加工中心、數(shù)控銑床的數(shù)控系統(tǒng)，刀具補(bǔ)償功能包括刀具半徑補(bǔ)償、夾角補(bǔ)償和長度補(bǔ)償?shù)鹊毒哐a(bǔ)償功能。

1、刀具半徑補(bǔ)償（G41、G42、G40）　 刀具的半徑值預(yù)先存入存儲器Dxx中，xx為存儲器號。執(zhí)行刀具半徑補(bǔ)償后，數(shù)控系統(tǒng)自動計算，并使刀具按照計算結(jié)果自動補(bǔ)償。刀具半徑左補(bǔ)償（G41）指刀具偏向編程加工軌跡運(yùn)動方向的左方（如圖5所示），刀具半徑右補(bǔ)償（G42）指刀具偏向編程加工軌跡運(yùn)動方向的右方。取消刀具半徑補(bǔ)償用G40，也可用D00取消刀具半徑補(bǔ)償。

使用中需注意：建立、取消刀補(bǔ)時，G41、G42、G40指令必須與G00或G01指令共段，即使用G41、G42、G40指令的程序段中必須同時使用G00或G01指令，而不得同時使用G02或G03。當(dāng)?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償取負(fù)值時，G41和G42的功能互換。

刀具半徑補(bǔ)償有B功能和C功能兩種補(bǔ)償形式。由于B功能刀具半徑補(bǔ)償只根據(jù)本段程序進(jìn)行刀補(bǔ)計算，不能解決程序段之間的過渡問題，要求將工件輪廓處理成圓角過渡，因此工件尖角處工藝性不好；C功能刀具半徑補(bǔ)償能自動處理兩程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接，可完全按照工件輪廓來編程，因此現(xiàn)代CNC數(shù)控機(jī)床幾乎都采用C功能刀具半徑補(bǔ)償。這時要求建立刀具半徑補(bǔ)償程序段的后續(xù)兩個程序段必須有指定補(bǔ)償平面的位移指令（G00、G01，G02、G03等），否則無法建立正確的刀具補(bǔ)償。

2、夾角補(bǔ)償 （G39）。對于只具有刀具半徑補(bǔ)償B功能的CNC系統(tǒng)，若編程軌跡的相鄰兩直線（或圓?。┎幌嗲?，則必須在零件的外拐角處人為編制出附加圓弧插補(bǔ)程序段，才能實現(xiàn)尖角過渡，否則可能產(chǎn)生超程過切，導(dǎo)致加工誤差。我們可采用夾角補(bǔ)償（G39)來解決。使用夾角補(bǔ)償G39指令時需注意，本指令為非模態(tài)的，只在指令的程序段內(nèi)有效，同時還只能在G41和G42指令后才能使用。轉(zhuǎn)貼于

3、刀具長度補(bǔ)償（G43、G44、G49）。利用刀具長度補(bǔ)償（G43、G44）指令可以不改變程序而隨時補(bǔ)償?shù)毒唛L度的變化，補(bǔ)償量存入由H碼指令的存儲器中。G43表示存儲器中補(bǔ)償量與程序指令的終點(diǎn)坐標(biāo)值相加，G44表示相減，取消刀具長度偏置可用G49指令或H00指令。程序段N80 G43 Z56 H05與中，假如05存儲器中值為16，則表示終點(diǎn)坐標(biāo)值為72mm。

存儲器中補(bǔ)償量的數(shù)值，可用MDI或DPL方式預(yù)先存入存儲器，也可用G10指令來設(shè)置，程序段G10 H05 R16.0就表示在05號存儲器中補(bǔ)償量設(shè)為16mm。

三、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中刀具軌跡的計算

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，如果沒有刀具補(bǔ)償功能，則只能計算出刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，然后按此編程，或者進(jìn)行局部補(bǔ)償加工。

1、刀具中心軌跡（刀位點(diǎn)）的計算。在需要計算刀具中心軌跡的數(shù)控系統(tǒng)中，需要算出與零件輪廓的基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的刀具中心軌跡上基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。根據(jù)經(jīng)驗我們可知：刀具中心運(yùn)動軌跡是零件已加工輪廓的等距線，由零件輪廓和刀具半徑可求出等距線的距離（這里采用平面解析幾何法）。

直線的等距線方程：

所求等距線在原直線上邊時，取“＋”號，反之取“-”號。

圓的等距線方程：

所求等距線為外等距線時，取“＋”號，反之取“－”號。

求解等距線上的基點(diǎn)坐標(biāo)，只需將相關(guān)等距線方程聯(lián)立求解。如圖6，例：求D點(diǎn)的坐標(biāo)，已知A點(diǎn)坐標(biāo)（35，50），B點(diǎn)坐標(biāo)（65，50）。

解：

由直線AB： y=50

求出直線DE： y=50+8/2=54

由圓弧AF：(x-35)2+(y-35)2=(15)2

求出圓弧CD： (x-35)2+(y-35)2=(15+8/2)2=361

聯(lián)立直線DE和圓弧CD成方程組：

y=54

(x-35)2+(y-35)2=361

解出 x=35　y=54

即D點(diǎn)的坐標(biāo)為（35，54），刀具中心軌跡上其他基點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)用相同的方法可求出，然后按此編程。

2、數(shù)控車床假想刀尖點(diǎn)的偏置分析與計算。在數(shù)控車削加工中，為了對刀方便，常以假想刀尖P點(diǎn)來對刀。如果沒有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償，在車削圓弧或錐面時，會產(chǎn)生過切或切削不足現(xiàn)象。當(dāng)零件精度要求較高且有圓弧或錐面時，可解決為：計算刀尖圓弧中心軌跡尺寸，然后按此編輯，進(jìn)行局部補(bǔ)償計算。

圖7所示為在車削1/4凸凹圓弧時， CD為工件輪廓線，O點(diǎn)為圓心，半徑為R，刀具與圓弧輪廓起點(diǎn)、終點(diǎn)的切削點(diǎn)分別為C和D，對應(yīng)假想刀尖為C1和D1。對圖7a所示凸圓弧加工情況，圓弧C1D1為假想刀尖軌跡，O1點(diǎn)為圓心，半徑為（R+r）；對圖7b所示凹圓弧加工情況，圓弧C2D2為假想刀尖軌跡，其圓心是O2點(diǎn)，半徑為（R-r）。如果按假想刀尖軌跡編程，則要以圖中所示的圓弧C1D1或C2D2（虛線）有關(guān)參數(shù)進(jìn)行程序編制。由于刀尖圓弧半徑r引起的刀位補(bǔ)償量在采用Z向和X向同時進(jìn)行刀具位置補(bǔ)償時，實際刀刃與工件接觸點(diǎn)就會移動到編程時刀尖設(shè)定點(diǎn)上。這樣，在編制加工工件圓弧程序時，其基點(diǎn)坐標(biāo)就換算成工件輪廓基點(diǎn)坐標(biāo)（Z和X）加上刀尖圓弧半徑r的補(bǔ)償量（Dz和Dx），這樣就解決了沒有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償?shù)膯栴}。

四、結(jié)述語

綜上所述，在數(shù)控加工中由于刀尖有圓弧或工件輪廓是由刀具運(yùn)動包絡(luò)形成等原因，刀具刀位點(diǎn)的實際運(yùn)動軌跡與工件的輪廓是不重合的。在全功能型數(shù)控系統(tǒng)中，可應(yīng)用其刀具補(bǔ)償指令，按工件輪廓尺寸，很方便地進(jìn)行編程加工。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中，可以根據(jù)工件輪廓尺寸、刀具等計算出刀位點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，按此編程，也可按局部補(bǔ)償?shù)姆椒▉斫鉀Q。

參考文獻(xiàn)

1.胡育輝.數(shù)控銑床加工中心.遼寧:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2005

2.湯偉文.數(shù)控機(jī)床編程與操作.北京:中國勞動社會保障出版社，2000

3.袁鋒.數(shù)控車床培訓(xùn)教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005

第7篇：數(shù)控編程解析范文

關(guān)鍵詞:CAD/CAM;數(shù)控加工;MasterCAM

中圖分類號: TG659文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-0992(2010)06A-0223-01

MasterCAM 是美國CNC Software公司研制開發(fā)集設(shè)計和制造于一體的CAD/CAM 軟件,也是我國目前機(jī)加行業(yè)中使用最普遍的軟件之一。利用MasterCAM 系統(tǒng)中的CAD繪圖建模功能繪制生成的二維或三維零件模型,或利用該系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)接口將在其它CAD 軟件中做好的零件模型數(shù)據(jù)讀入,然后綜合運(yùn)用所學(xué)過的相關(guān)知識,選擇合適的加工方法,選取要加工的對象以及刀具、切削用量、進(jìn)退刀路線等參數(shù)后,該系統(tǒng)便自動計算出加工余量,并動態(tài)顯示出各不同加工表面的刀具路徑,隨后設(shè)定工件毛坯及機(jī)床坐標(biāo)系等相關(guān)參數(shù)后進(jìn)行加工仿真模擬,經(jīng)仔細(xì)檢驗各切削參數(shù)及刀具路徑合理后,最終通過程序的后處理生成數(shù)控加工指令代碼,再通過計算機(jī)與機(jī)床的通訊接口(如RS232)將數(shù)控指令加工代碼輸入到數(shù)控機(jī)床既可完成零件的加工。

下面我就根據(jù)MasterCAM工作流程并結(jié)合圖2“奧運(yùn)標(biāo)志”零件實例詳細(xì)介紹MasterCAM軟件在數(shù)控編程中的的運(yùn)用,通過這樣的強(qiáng)化訓(xùn)練,以開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維,使學(xué)生在整個專業(yè)的知識面融會貫通提高技能。

一、利用masterCAM的CAD功能建立零件的幾何模型

建立零件的幾何模型MasterCAM可以支持三種途徑來完成。

1.由MasterCAM系統(tǒng)本身的CAD模塊來建立模型。

2.通過MasterCAM系統(tǒng)提供的DWG、DXF、IGES等多種標(biāo)準(zhǔn)圖形轉(zhuǎn)換接口,把其他CAD軟件(比如AutoCAD)生成的圖形轉(zhuǎn)換成本系統(tǒng)的圖形文件(.MC*),實現(xiàn)圖形文件共享。

3.通過MasterCAM系統(tǒng)提供的ASC圖形轉(zhuǎn)換接口,把經(jīng)過三坐標(biāo)測量儀或掃描儀測得的實物數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成本系統(tǒng)的圖形文件。由于在本文中給出的零件圖樣是AutoCAD的圖形,所以在實際生產(chǎn)中,我們可以通過系統(tǒng)提供的圖形轉(zhuǎn)換接口把該零件圖形直接轉(zhuǎn)換成MasterCAM格式的圖形。

二、選擇切削方式,設(shè)置零件加工工藝參數(shù)

在運(yùn)用軟件自動編程前,首先要對零件進(jìn)行工藝分析,確定合理的加工順序,選擇或建立新的刀具使其符合加工需要,根據(jù)零件的要求定義毛坯,同時正確選擇工件坐標(biāo)原點(diǎn),確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相對尺寸,并進(jìn)行各種加工參數(shù)的設(shè)置,比如主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、每次切削深度等。對于圖2所示的零件,材料為45鋼,毛坯尺寸為:120*88*20mm,加工時選擇的刀具主要有:Ф50端面(平面的粗、精加工)、Ф16立銑刀(外輪廓外形的粗加工及半精加工)、Ф6(外形精加工及殘料清角加工)立銑刀以及Ф6(內(nèi)部各形狀曲線的加工及標(biāo)示頭像部位的挖槽粗、精加工)鍵槽立銑刀各一把。另外在設(shè)置好刀具參數(shù)及加工切削方式后,在保證零件的表面粗糙度和加工精度的同時,還應(yīng)盡量減少換刀次數(shù),提高加工效率,并考慮零件的形狀、尺寸和加工精度,以及零件的剛度和變形等因素。

三、設(shè)置刀具路徑并對刀具軌跡進(jìn)行模擬仿真

在確定粗加工、半精加工、精加工所對應(yīng)的不同加工表面的刀具、切削用量、進(jìn)退刀路徑、主軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)后,系統(tǒng)便自動計算出機(jī)加工余量,并動態(tài)顯示出和粗加工、半精加工、精加工所對應(yīng)的不同加工表面的刀位軌跡,還可以根據(jù)加工工藝的安排,利用MasterCAM系統(tǒng)提供的實體驗證功能,能夠觀察切削加工的過程,這樣就可以檢測到加工參數(shù)的設(shè)置是否合理,零件在實際加工中是否存在干涉,設(shè)備的運(yùn)行動作是否正確,實際零件是否符合設(shè)計要求等情況,從而可以判斷刀具軌跡是否合理,刀位計算是否正確,是否存在刀具干涉、空走刀撞刀等情況,若存在問題則要對其進(jìn)行更改或調(diào)整直至合理。

四、設(shè)置并優(yōu)化后處理程序

后置處理的任務(wù)是按照具體數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動結(jié)構(gòu)形式、功能代碼和指令格式,將MasterCAM軟件前置處理生成的刀位軌跡文件,轉(zhuǎn)換成與實際數(shù)控機(jī)床相適應(yīng)的數(shù)控加工程序,只有有了NC程序我們才能在真實的機(jī)床上進(jìn)行零件的加工,所以我們還要通過一個后置處理程序?qū)⒌毒呗窂睫D(zhuǎn)換成NC文件,不同的機(jī)床所對應(yīng)的后置處理程序是不同的。針對實際機(jī)床,主要設(shè)置的內(nèi)容有以下幾點(diǎn):

1.從G54～G59的工件坐標(biāo)系指令中指定一個,對刀時需定義工件坐標(biāo)原點(diǎn),原點(diǎn)的機(jī)械坐標(biāo)值保存在CNC控制器的G54～G59指令參數(shù)中,CNC控制器執(zhí)行G54～G59指令時,調(diào)出相應(yīng)的參數(shù)用于工件加工。采用系統(tǒng)缺省的后處理文件時,相關(guān)參數(shù)設(shè)置正確的情況下可輸出G55～G59指令,但無法實現(xiàn)G54指令的自動輸出,所以要將G54設(shè)為第一輸出坐標(biāo)指令。

2.MPFAN.PST后處理文件針對的是4軸加工中心(銑床),而GSK928MA數(shù)控系統(tǒng)使用的是3軸,多出了第4軸數(shù)據(jù)“A0.“,所以要去掉其第四軸輸出。

3.去掉刀具號、換刀指令、回參考點(diǎn)動作、去掉NC文件中的注釋行。

4.GSK928MA系統(tǒng)的最小脈沖當(dāng)量為0.01mm,則輸出的NC程序要保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。

五、將生成的NC程序輸入到數(shù)控機(jī)床,并控制數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實際加工

生成正確的程序后,可以通過數(shù)據(jù)線(一般RS232C)將計算機(jī)和機(jī)床相連接實現(xiàn)在線加工,前提要正確設(shè)定通信參數(shù)。而后通過在數(shù)控機(jī)床上正確裝夾工件與刀具,設(shè)定好工件坐標(biāo)系及各參數(shù)后(具體操作過程這里不在詳述),啟動機(jī)床程序加工零件。

參考文獻(xiàn):

第8篇：數(shù)控編程解析范文

關(guān)鍵詞:插補(bǔ)算法;NURBS;S12微處理器

中圖分類號:TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2010)09-2155-03

Research on NURBS Curve and Surface Interpolation Algorithm and its Test Based on Microprocessor S12

WEI Sheng-li, CHANG Guo-quan

(Computer Science and Information Engineering Department, Anyang Institute of Technology, Anyang 455000, China)

Abstract: The traditional interpolation algorithm can not satisfy the development of NC technology, and a new interpolation algorithm based on free curve or surface is becoming the research focus. At present, the research on interpolation algorithm based on NURBS is still focus on sole-section stage and its application is still confined in the traditional NC domain. With the development of open NC technology, present a interpolation algorithm based on a whole NURBS curve or surface. Last the algorithm is tested on a microprocessor S12, and the results display its validity.

Key words: interpolation algorithm; NURBS; microprocessor S12

傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)往往只提供直線和圓弧插補(bǔ)程序,對于非直線或圓弧的曲線則采用直線或圓弧分段擬合的方法進(jìn)行插補(bǔ)。這種方法在處理復(fù)雜曲線時會導(dǎo)致諸如數(shù)據(jù)量大,精度較差,進(jìn)給速度不均,通用性差,編程復(fù)雜等一些問題[1-2]?；谝陨显?一些學(xué)者提出了曲面直接插補(bǔ)(SDI,Surface Direct Interpolation)算法[3]。所謂直接插補(bǔ)算法,指的是在一系列插補(bǔ)周期中沿插補(bǔ)曲線求出曲線上的一系列型值點(diǎn),然后用連接這些型值點(diǎn)的短直線去逼近插補(bǔ)曲線的插補(bǔ)方法。這種插補(bǔ)方法極大地提高了插補(bǔ)精度和插補(bǔ)速度,具有很大的優(yōu)點(diǎn)[4]。

目前,關(guān)于直接插補(bǔ)算法的研究多集中在B樣條曲線曲面這樣的自由曲線曲面上面(如參考文獻(xiàn)[4-5])。但由于一般的B樣條曲線曲面不能統(tǒng)一地描述標(biāo)準(zhǔn)的解析形體(圓錐曲線、旋轉(zhuǎn)面等),所以現(xiàn)在有學(xué)者研究基于NURBS(非均勻有理B樣條)曲線曲面的插補(bǔ)算法[2]。NURBS曲線曲面可以用一個統(tǒng)一的表達(dá)式描述自由曲線曲面和標(biāo)準(zhǔn)的解析形體(圓錐曲線、旋轉(zhuǎn)面等)。NURBS是B樣條的擴(kuò)展,NURBS包含B樣條的所有內(nèi)容。這些關(guān)于NURBS曲線插補(bǔ)的研究大部分還停留在單段的研究上,沒有突破傳統(tǒng)數(shù)控技術(shù)的范圍。本文實現(xiàn)了一個基于完整的三次NURBS曲線、曲面插補(bǔ)算法,并將算法移植到S12單片機(jī)上進(jìn)行測試。

1 NURBS概述

樣條函數(shù)的概念首先是由舍恩伯格(Schoenberg)在40年代提出來的,當(dāng)時并未引起重視,直到70年代,人們才發(fā)現(xiàn)了它的價值。1972年德布爾(de Boor)和考克斯(Cox)給出了B樣條的遞推定義和一套標(biāo)準(zhǔn)算法[6]。

1974年美國通用汽車公司的戈登(Gordon)和里森費(fèi)爾德(Riesenfeld)將B樣條理論應(yīng)用于形狀描述,提出了B樣條曲線曲面。它幾乎繼承了貝塞爾方法的一切優(yōu)點(diǎn),克服了貝塞爾方法的缺點(diǎn),較成功地解決了局部控制問題,又輕而易舉地在參數(shù)連續(xù)性基礎(chǔ)上解決了連接問題[7]。

B樣條方法較成功地解決了自由型曲線曲面形狀地描述問題。然而B樣條方法不能準(zhǔn)確地表示圓錐截線及初等解析曲面,都只能給出近似表示,不能適應(yīng)大多數(shù)機(jī)械產(chǎn)品的要求。80年代后期,人們希望找到一種既能描述復(fù)雜曲線曲面又能描述二次曲線和二次曲面的統(tǒng)一的數(shù)學(xué)方法,在這種情況下,非均勻有理B樣條(NURBS ,Non-Uniform Rational B-Spline)方法應(yīng)運(yùn)而生。70年代初,里森費(fèi)爾德(Riesenfeld)等人研究了非均勻B樣條,1975年,美國錫拉丘斯(Syracuse)大學(xué)的佛斯普里爾Versprille完成了有關(guān)有理B樣條的博士論文。20世紀(jì)80年代后期,美國的皮格爾(Piegl)和Tiller將有理B樣條發(fā)展成為非均勻有理B樣條(NURBS)方法。其它國內(nèi)外的學(xué)者也對NURBS方法進(jìn)行了深入的研究。

2 NURBS相關(guān)理論

目前NURBS方法已成為用于曲線曲面描述的最廣為流行的技術(shù)。非有理與有理貝塞爾和非有理B樣條曲線曲面都被統(tǒng)一在NURBS標(biāo)準(zhǔn)形式之中,因而可以用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO )繼美國的PDES標(biāo)準(zhǔn)之后,于1991年頒布了關(guān)于工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的STEP國際標(biāo)準(zhǔn),把NURBS作為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)方法。當(dāng)前在數(shù)控加工領(lǐng)域,FANUC、SIEMENS等高檔數(shù)控系統(tǒng)已能直接進(jìn)行NURBS插補(bǔ),UG等高檔CAD/CAM軟件也能輸出NURBS插補(bǔ)代碼,NURBS插補(bǔ)方法將逐漸在CNC中占重要地位。

在需要加工的產(chǎn)品中,有很多具有自由曲線和曲面形狀,而傳統(tǒng)的插補(bǔ)算法對此有時顯得無能為力,特別是針對復(fù)雜的、需要進(jìn)行高精度和高速度加工的自由曲線曲面的時候[1]。而基于B樣條或者NURBS曲線曲面的直接插補(bǔ)算法無疑是解決這一問題的有效途徑。1991年,STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data,產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))把NURBS作為定義工業(yè)產(chǎn)品幾何形體的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)表達(dá)方法[5]。而當(dāng)前在數(shù)控加工領(lǐng)域,FANUC、SIEMENS等高檔數(shù)控系統(tǒng)已能直接進(jìn)行NURBS插補(bǔ),UG等高檔CAD/CAM軟件也能輸出NURBS插補(bǔ)代碼,NURBS插補(bǔ)方法將逐漸在CNC中占重要地位。

由de Boor和Cox分別導(dǎo)出的B樣條遞推定義,B樣條曲線可表示為[6]:

(1)

Vi(i=0,1,…, )是控制頂點(diǎn),Bi,k(u)稱為B樣條基函數(shù),由下面的遞推公式定義:

、ui稱為節(jié)點(diǎn),當(dāng)ui+1-ui=常數(shù)時,則表示均勻B樣條函數(shù),反之稱為非均勻B樣條函數(shù)。如果在公式(1)中給控制頂點(diǎn)乘以相應(yīng)的權(quán)因子,則稱之為有理B樣條曲線,如果節(jié)點(diǎn)也是不均勻的,那就演化為NURBS曲線了。

B樣條曲面則定義為:

其中:其中Vi,j為控制頂點(diǎn),Bi,k(u)和Bi,k(ω)分別為k次和l次B樣條基函數(shù),u和ω是曲面的兩個參數(shù),ui和ωj分別是兩個方向的節(jié)點(diǎn)。

NURBS曲線的定義如下:

其中Vi為控制頂點(diǎn),Wi為權(quán)因子,Bi,k(u)為k次B樣條基函數(shù)。NURBS曲面則由下式定義:

其中Vi,j為控制頂點(diǎn)矢量,Wi.j為權(quán)因子,Bi,k(u)和Bi,j(ω)分別為沿u向k次和沿ω向l次B樣條基函數(shù)。

3 NURBS曲線曲面插補(bǔ)算法

插補(bǔ)算法的實質(zhì)是點(diǎn)的密化,對于NURBS曲線則轉(zhuǎn)化為求解曲線上的點(diǎn)。NURBS曲線是參數(shù)曲線,點(diǎn)的密化需要參數(shù)的密化。參數(shù)密化的方法有:1)等距法,也就是說參數(shù)是均勻增加的;2)等步長法,就是保證每次插補(bǔ)的步長基本恒定,通常用泰勒展開式實現(xiàn),為了保證步長的穩(wěn)定性,還可以進(jìn)行校正;3)自適應(yīng)法,隨插補(bǔ)曲線的曲率或者撓率的變化自適應(yīng)的改變進(jìn)給步長以保證加工精度。文獻(xiàn)[8-9]采用了等步長法,并采用了一定的措施進(jìn)行校正。文獻(xiàn)[10]則采用了自適應(yīng)方法。

對于曲面插補(bǔ),首先要將曲面離散成曲線,如圖1所示。常用的將曲面離散成曲線的方法有以下兩種:一是用一組平面切割曲面以獲得一組NURSB曲線,然后按曲線進(jìn)行插補(bǔ)。二是首先將曲面的兩個參數(shù)中的一個進(jìn)行離散,獲得一系列的值,將這些值代入曲面公式可以獲得一系列的NURBS曲線,最后可按這些曲線進(jìn)行插補(bǔ)。文獻(xiàn)[11-12]采用了第一種方法。在第二種方法中,首先要對兩個參數(shù)中的一個進(jìn)行密化以獲得一系列的值,密化的方法有當(dāng)然可以采用前面的密化方法,但在這里我們采用一種所謂的殘留誤差控制法來控制刀徑之間的殘留誤差。為了提高插補(bǔ)的速度和平穩(wěn)性,按照這些曲線進(jìn)行插補(bǔ)時最好采用“之”形的路線進(jìn)行,我們的研究采用一種方法較好的解決了這個問題。

獲得了兩個參數(shù)之后,就可以求出曲線相應(yīng)的點(diǎn)了(型值點(diǎn)),求的時候可以首先將NURBS曲線曲面用矩陣的方法來表示,然后進(jìn)行求解。這種方法可以將一部分計算放在插補(bǔ)前集中進(jìn)行以提高插補(bǔ)的實時性。也可以用de Boor方法來進(jìn)行求解,這是一種遞推方法,適宜于在計算機(jī)中使用。在算法實現(xiàn)中我們采用了de Boor方法。這種方法的好處是可以在求型值點(diǎn)的時候?qū)⒃擖c(diǎn)的一階二階導(dǎo)矢同時求出,加快計算速度,同時我們也利用了NURSB的局部性質(zhì)來加快計算速度,提高插補(bǔ)的實時性。根據(jù)圖1可以根據(jù)兩個參數(shù)求出該點(diǎn)的型值點(diǎn)、兩個參數(shù)方向的切矢、法矢等值,有了這些值就可以根據(jù)坐標(biāo)變換公式求出相應(yīng)的坐標(biāo)軸的相對運(yùn)動,實現(xiàn)刀具的移動,具體方法可以參考文獻(xiàn)[4]。

4 測試

插補(bǔ)算法最終是要在控制器上運(yùn)行的。目前有很多控制器采用單片機(jī)進(jìn)行實現(xiàn),尤其是開放式數(shù)控系統(tǒng)中,控制器多采用PC機(jī)、DSP和單片機(jī)來實現(xiàn)。在將插補(bǔ)算法用C語言實現(xiàn)后,需要測試算法及代碼在單片機(jī)上的運(yùn)行情況。這里運(yùn)行環(huán)境采用了MC9S12DG128微處理器。

本實驗系統(tǒng)采用的核心版是MC9S12DG128微處理器,它是Freescale公司MC9S12系列16位單片機(jī)中的一種,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有單片機(jī)基本部分和CAN功能塊部分組成,基本結(jié)構(gòu)包括:中央處理器單元 S12(CPU)、2個異步串行通信口SCI、2個同步串行通信口SPI,8通道輸入捕捉/輸出比較定時器,1個8通道脈寬調(diào)制模塊以及49個獨(dú)立數(shù)字I/O口(其中20個具有外部中斷及喚醒功能),在片內(nèi)還擁有128KB的Flash ROM,8KB的RAM和2KB的EEPROM,CAN功能塊包括兩個兼容CAN2.0A/B協(xié)議的msCAN控制器組成,這些豐富的內(nèi)部資源和外部接口資源可以滿足ECU對各種數(shù)據(jù)的處理、CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收要求,芯片集成了兩個MSCAN12模塊,能夠?qū)崿F(xiàn)高低速CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)功能。

運(yùn)行結(jié)果通過串口傳到PC機(jī)的超級終端中顯示,如圖2所示。算法可以實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)五個軸的運(yùn)動計算,為了簡化程序,我們這里只輸出了兩個軸的值。要完整的測試該算法,最好是驅(qū)動一個五軸運(yùn)動平臺。但是由于條件的限制,我們只能從運(yùn)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析測試的結(jié)果。

5 結(jié)束語

本文提出的基于NURBS曲面的插補(bǔ)算法是整個NURBS曲面的,有別于通常所討論的一個粗插補(bǔ)段的基于NURBS曲線的精插補(bǔ)的算法。本文所提出的插補(bǔ)算法是基于開放式數(shù)控系統(tǒng)。可以在上位機(jī)(PC機(jī))上面設(shè)計NURBS曲面,然后將該曲面參數(shù)傳遞給下位機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算,實現(xiàn)曲面的加工。從上面可以看出,算法可以給出正確的結(jié)果。但作為一個數(shù)控系統(tǒng),需要做的任務(wù)還很多,要對算法及程序代碼的穩(wěn)健性進(jìn)行測試,對插補(bǔ)的實時性進(jìn)行測試,其次將控制器和多軸運(yùn)動平臺結(jié)合,使之成為一個完整的系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn):

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第9篇：數(shù)控編程解析范文

關(guān)鍵詞：汽車；覆蓋件；模具；制造工藝

汽車模具作為我國模具行業(yè)的支柱，在行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。伴隨著汽車生產(chǎn)周期的縮短，對汽車模具的生產(chǎn)要求日益提高。延長汽車模具的使用壽命、減小汽車模具開發(fā)生產(chǎn)周期、提升汽車模具制造的精確度、增強(qiáng)汽車模具設(shè)計制造能力是現(xiàn)階段汽車模具行業(yè)需要解決的首要問題。近年來，在全世界汽車工業(yè)的推動下，拓寬了汽車覆蓋件模具的市場空間，增加了其市場需求量，企業(yè)對模具質(zhì)量的要求也更為嚴(yán)格。

1.汽車覆蓋件模具概述

1.1汽車覆蓋件內(nèi)容

汽車覆蓋件具體是指構(gòu)成汽車車身或者駕駛室，并掩蓋汽車發(fā)動機(jī)和底盤的異形體表面以及內(nèi)部零件，它為薄金屬板料材質(zhì)，它不僅是汽車外觀的裝飾性零件，還是受力零件。汽車覆蓋件是制造汽車車身中的關(guān)鍵。汽車覆蓋件表面不允許出現(xiàn)波紋、褶皺、凹凸不平、劃痕、邊緣拉痕等影響表面美感的質(zhì)量缺陷。確保覆蓋件的裝飾棱條清晰、平整、光滑、對稱且均勻過渡，另外，各個覆蓋件之間愣線連接應(yīng)一致流暢。這要求汽車覆蓋件模具也應(yīng)滿足相關(guān)要求，提高了對形位的精確度和表面質(zhì)量的要求。汽車覆蓋件通常要通過拉延、調(diào)整邊緣、沖孔、調(diào)整外形、翻邊等一系列工序后才能成型，因此，針對各道工序又有不同的模具，且每一套模具都是由不同的部分構(gòu)成。

1.2汽車覆蓋件模具制造現(xiàn)狀

汽車工業(yè)快速發(fā)展的今天，隨著汽車開發(fā)周期的日益縮短，人們更加注重汽車車身的整體質(zhì)量。在具體的設(shè)計和制造過程中，總會遇到負(fù)效益的工作，這在某種程度上影響了工期。另外，市場占有率逐漸減小，導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)能和綜合效益下降。近年來，汽車覆蓋件模具的制造能力有所增強(qiáng)，具體體現(xiàn)在計算機(jī)輔助制造技術(shù)、數(shù)控機(jī)床技術(shù)等新型制造技術(shù)的大范圍應(yīng)用中。汽車覆蓋件模具的開發(fā)研究仍處在不斷的發(fā)展階段，在未來的研制過程中，應(yīng)有效掌握最新科技，充分利用新型技術(shù)，大幅提升汽車覆蓋件模具表面的精確度和質(zhì)量。

2.汽車覆蓋件模具制造工藝

2.1確定加工工藝

加工工藝涉及的范圍較廣，小至裝夾，大到加工制造，這些均由各個工藝構(gòu)成。裝夾時應(yīng)加工壓板壓在墊塊上方，千斤頂疊加時禁止超過兩個，即便壓板下方不可放置墊鐵，也應(yīng)加設(shè)千斤頂進(jìn)行輔助支撐，在利用千斤頂時，一定要使用百分表在該模具位置校驗零位，再旋轉(zhuǎn)千斤頂，并觀察百分表指針是否發(fā)生變動。一個科學(xué)、可行且完整的工藝應(yīng)包含具體的加工對象名稱、確切的公差精確度要求、全面的加工工序、嚴(yán)格的核對程序。

2.2選用設(shè)備參數(shù)

先進(jìn)的加工技術(shù)與新型設(shè)備是提升生產(chǎn)效率和保障產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，數(shù)控加工已經(jīng)由原來的單純的型面加工過渡到型面與結(jié)構(gòu)面的綜合加工。據(jù)豐田等汽車大量的覆蓋件模具的制造經(jīng)驗可知，現(xiàn)階段，由六臺數(shù)控機(jī)床構(gòu)成模具加工生產(chǎn)線能夠較好地滿足模具系統(tǒng)的制造。日本大偎機(jī)床和沈陽機(jī)床是最為常用的機(jī)床。模具的加工可分為精加工、半精加工和粗加工，對于不同的加工方式應(yīng)在不同的機(jī)床中操作。

2.3選擇編程策略

在數(shù)據(jù)、加工工藝和設(shè)備近似完善的前提下，編程策略是最能反映模具表面質(zhì)量的指標(biāo)，刀具軌跡在模具表面的加工狀態(tài)最能反映質(zhì)量，本文列舉了以下幾項內(nèi)容：科學(xué)開粗方式如何穩(wěn)步實現(xiàn)，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，節(jié)省成本；外形不同的產(chǎn)品如何選擇合理的加工方式，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量。這是現(xiàn)階段我國汽車覆蓋件制造廠家共同面臨的問題，因產(chǎn)品要求日益嚴(yán)格、模具質(zhì)量要求逐漸提高，絕大部分生產(chǎn)商家無法避免地面臨上述問題。本文列舉門外拉延凸模，分別使用球刀和牛鼻刀，其中國球刀是傳統(tǒng)開粗工具，牛鼻刀是現(xiàn)代開粗工具。

刀具 機(jī)床 轉(zhuǎn)動速度 進(jìn)入與給出 下切量 切削量 切削次數(shù) 時間（小時）

D50R25 中捷 850 2000 3.5mm 18mm 4 31

D63R8 中捷 150 4000 1.5mm 18mm 1 21

表-1 刀具各項參數(shù)對比分析

由圖表數(shù)據(jù)可知，在其余條件相同的前提下，牛鼻刀和球刀相比更加合適，其開粗效率提高了32%，且也加強(qiáng)了機(jī)床的受力穩(wěn)定性和安全性。因此，選擇編程策略時，依據(jù)具體的外形條件和區(qū)域重要程度選擇多種加工方式。例如，在前門外拉延凸模中，單純的平行加工、三維偏置加工具有一定的缺陷，具體表現(xiàn)在刀路拐角位置有拐角折痕，這會在產(chǎn)品表面遺留清晰的刀痕，這對外板件模具而言是禁止出現(xiàn)的。雖然平行加工和三維偏置加工相比，效果相對較好，但是在陡壁位置存在部分刀路步距差異，這也會產(chǎn)生局部型面加工不合格的現(xiàn)象，最終影響模具表面質(zhì)量。參照新型的加工理念，針對不同的位置應(yīng)選擇多種加工方式共同完成的模式，對于前門外板拉延凸模的加工，在加工前門外板拉延凸模型面時，采用九十度平行加工，工藝補(bǔ)充面采用三維偏置加工，這種結(jié)合的加工的方式效果良好。針對不同的部位和外形特征選擇相應(yīng)的加工方式共同結(jié)合完成加工，具有重要部位刀路均勻、表面質(zhì)量良好、無劃痕、降低刀具的磨損程度的優(yōu)點(diǎn)，且在刀路的連接位置不存在清晰的刀痕，減小了機(jī)床負(fù)載。

3.結(jié)語

綜上所述，本文對汽車覆蓋件模具制造工藝進(jìn)行了初步解析，使筆者認(rèn)識到創(chuàng)新和突破在工藝革新中的重要性，若想進(jìn)一步推動我國汽車覆蓋件模具行業(yè)，需要我們積極探索、勇于創(chuàng)新、充分利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。只有這樣，才能沖破傳統(tǒng)、落后制造工藝的束縛，探索出獨(dú)具中國特色的制造工藝，進(jìn)而提升我國機(jī)械制造水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]張利雯.汽車發(fā)動機(jī)罩外板工藝與模具設(shè)計[D].河北科技大學(xué)，2013.