蒲智強

摘 要：隨著我國高端制造業(yè)的快速發(fā)展，航空航航天、船舶、鋼鐵、工程機械等行業(yè)的強勢發(fā)展為我國的數(shù)控機床市場提供具體的發(fā)展機遇和市場，本文就是簡要分析數(shù)控系統(tǒng)中軟件控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；軟件控制技術(shù)；軟件控制

數(shù)字控制系統(tǒng)簡稱數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)人員在計算機中事先存儲的控制程序來執(zhí)行相關(guān)數(shù)值控制功能，并相應(yīng)配有伺服驅(qū)動裝置和接口電路的專用計算機系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過專用數(shù)字變成指令完成對一臺或多臺機械設(shè)備的動作控制，已達(dá)到對位置、角度、速度等機械數(shù)值的控制。

一、數(shù)控系統(tǒng)軟件簡介

雖然目前市場上數(shù)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)形式各異，各有特點和優(yōu)勢，但都圍繞系統(tǒng)的初始硬件和軟件對的工程設(shè)計思路和初始的基礎(chǔ)要求進(jìn)行設(shè)計完成，都是有三大部分共同組成，分別是控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和位置測量系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)為專用計算機變成語言系統(tǒng)，通過編程指令的輸入和輸出功能完成加工弓箭程序的插補運算，然后將指令發(fā)送給伺服驅(qū)動系統(tǒng)。在機械機床運轉(zhuǎn)過程中，其設(shè)備的回轉(zhuǎn)和直線運動位置、速度等參數(shù)由測量系統(tǒng)回饋給控制系統(tǒng)，以便系統(tǒng)修正控制指令，起到調(diào)節(jié)控制數(shù)據(jù)的作用。隨著科學(xué)技術(shù)和計算機軟件語言的日趨完善，數(shù)控系統(tǒng)對通用計算機的使用使得其更加具有軟件為主的特點，隨著傳統(tǒng)機床的邏輯控制裝置被PLC代替，數(shù)控系統(tǒng)哥哥家靈活、小巧、易于操作更為復(fù)雜的數(shù)控功能，并且實現(xiàn)了網(wǎng)路連接和遠(yuǎn)程通信控制功能，更加方便對數(shù)控系統(tǒng)的使用和功能實現(xiàn)。

二、數(shù)控系統(tǒng)軟件控制結(jié)構(gòu)

1.輸入數(shù)據(jù)

輸入數(shù)據(jù)處理程序主要有三部分內(nèi)容分別是：輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理。輸入是根據(jù)加工元器件的要求轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的計算機編程代碼并且將數(shù)據(jù)輸入計算機零件加工程序，通過加工指令完成機械操作。軟件編譯過程這種完成指令和數(shù)據(jù)的譯碼和處理，并按照軟件邏輯進(jìn)行規(guī)定的格式存放。部分系統(tǒng)需要補償計算或為了機械速度控制和插補運算進(jìn)行預(yù)計算。

2.插補計算

CNC作為典型的實施控制方式，在進(jìn)行插補運算的同時進(jìn)行機械加工。CNC系統(tǒng)根據(jù)加工器件的數(shù)據(jù)要求在軟件加工程序中的體現(xiàn)，如曲線的種類、起點、終點等參考數(shù)值進(jìn)行中間輸出點的插值密集化運算，這種運算需要咱哥按照程序給定軌跡要求同時也需要符合機械系統(tǒng)平穩(wěn)運動過程中對加減速的要求。根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)算結(jié)果，對機械操作坐標(biāo)軸發(fā)送進(jìn)給運動的位置指令，這就是插補運算。運算得到的位置指令通過CNC內(nèi)或者伺服系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備的調(diào)節(jié)，對輸出電流驅(qū)動電機產(chǎn)生相應(yīng)的指令控制，配合刀具的運動滿足加工任務(wù)需求規(guī)定，挖成器件的加工任務(wù)。

3.管理程序

在加工過程中對數(shù)據(jù)的輸入、處理和插補運算等相關(guān)處理服務(wù)的各種程序的調(diào)度管理由管理程序負(fù)責(zé)，同時還需要對面板命令、時鐘信號、故障信號等會引起設(shè)備中斷的情況進(jìn)行維護(hù)和處理。其實現(xiàn)需要計算機硬件結(jié)構(gòu)下實施操作系統(tǒng)的支持。

4.診斷程序

診斷程序的主要功能是在數(shù)控系統(tǒng)程序運轉(zhuǎn)過程中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，同時指出相應(yīng)的故障類型?；蛘哒谶\行前或者系統(tǒng)故障發(fā)生后檢查系統(tǒng)中各主要部件是否存在功能異常，找出相應(yīng)的故障部位。

三、流程中軟件控制技術(shù)分析

軟件控制技術(shù)是通過計算存貯器中的程序運用完成數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備要求，軟件實現(xiàn)其全部或部分控制功能，其中包括刀具補償、插補、位置控制、速度處理等方面。采用半導(dǎo)體存儲設(shè)備代替原有打孔零件紙帶程序進(jìn)行控制加工，在顯示、編輯、檢查和修改方面降低了對系統(tǒng)硬件配置的需求，提高系統(tǒng)操作可靠性，同時降低了系統(tǒng)成本。

1.軟件輸入及編譯技術(shù)

首先需要將控制參數(shù)、補償量等數(shù)據(jù)要求的加工指令轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)軟件操作指令進(jìn)行輸入，通過計算機硬件設(shè)備的接口或者網(wǎng)絡(luò)傳輸來完成，CNC裝置在其輸入過程中需要完成無效碼的刪除和代碼校驗、轉(zhuǎn)換等工作做。無論軟件系統(tǒng)采用MDI或者存儲器方式進(jìn)行運轉(zhuǎn)，都是將零件加工程序拆分成程序段進(jìn)行處理，按照一定的邏輯將各種零件信息、輪廓要求、加工速度等信息轉(zhuǎn)換為計算機識別數(shù)據(jù)形式，存儲在制定位置。同時軟件控制系統(tǒng)中有語法檢驗功能，將譯碼過程中不符合語法邏輯或者語法錯誤的程序段進(jìn)行報警處理。

2.應(yīng)用數(shù)據(jù)處理

目前采用的CNC裝置是以零件的輪廓軌跡進(jìn)行編程，在控制過程中軟件系統(tǒng)將刀具的長度和半徑進(jìn)行補償，以便將加工過程中的輪廓軌跡轉(zhuǎn)換為刀具的中心軌跡，包括程序段之間的過切削判別和自動轉(zhuǎn)接。軟件控制技術(shù)需要對刀具的移動速度進(jìn)行編程，區(qū)中包含各個坐標(biāo)位置的合成方向速度。需要將刀具運動速度拆分為坐標(biāo)軸速度進(jìn)行控制，系統(tǒng)軟件對機場有最低和最高速度的限制，同時處理自動加減速。加工過程中遇到曲線數(shù)據(jù)處理就需要做“數(shù)據(jù)點的密化”控制起點和終點之間的曲線，插補程序就是通過周期運行對速度的控制計算出微小的直線數(shù)據(jù)段，達(dá)到曲線加工軌跡的完成。

3.位置控制實現(xiàn)

位置控制是由軟件進(jìn)行控制實現(xiàn)的，其處于伺服回路的位置環(huán)上。軟件控制每個采樣周期內(nèi)將實際反饋的位置與理論位置進(jìn)行比較，并將兩者之間的插值傳輸給伺服電動機。為了提高數(shù)控系統(tǒng)的定位精度，需要在系統(tǒng)控制過程中完成位置回路的增益調(diào)整和誤差補償?shù)裙ぷ?，通過相應(yīng)軟件的輸入、輸出和控制，已達(dá)到零件加工標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.顯示及診斷功能實現(xiàn)

數(shù)控系統(tǒng)的顯示功能直觀的將零件程序的加工過程顯示出來，包括各個步驟參數(shù)顯示、刀具位置顯示、各坐標(biāo)位置顯示及機床狀態(tài)顯示，有些還可以將刀具的加工軌跡通過靜態(tài)和動態(tài)的圖形進(jìn)行顯示，方便操作人員的調(diào)整和控制。對于系統(tǒng)中不正常的情況，通過聯(lián)機和脫機診斷及時進(jìn)行定位和檢查。

四、軟件控制技術(shù)的發(fā)展

1.自動編程技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

原有數(shù)控系統(tǒng)通常采用手工編程和自動編程兩種方式完成，通過實踐數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用手工編程方式占用的機床加工時長比例為30：1，這種方式無法滿足現(xiàn)階段對元器件的加工需求，為了提高工作效率，需要采用計算機自動編程系統(tǒng)代替原有對的手工編程。通過自動化編程語言即數(shù)控語言的應(yīng)用，大大提高了數(shù)控系統(tǒng)的編程效率，隨著技術(shù)水平的不斷提高，圖像數(shù)控編程技術(shù)的出現(xiàn)有效解決了原有的幾何造型和幾何形狀的顯示問題。同時軟件控制技術(shù)的應(yīng)用協(xié)助數(shù)控系統(tǒng)完成交互設(shè)計和刀具軌跡生成及走刀過程的仿真驗證和顯示，大大提高了使用和成品效率，推動了CAD和CAM系統(tǒng)的一體化發(fā)展，大大減少系統(tǒng)的占用空間，提高系統(tǒng)的快速性和可靠性。

2.開放式技術(shù)的發(fā)展

早在19世紀(jì)80年代，機床制造商就允許在開放系統(tǒng)平臺上增加一定的硬件和軟件設(shè)備，構(gòu)造自己的操作系統(tǒng)。目前主流的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家采用的是將PC板和CNC相結(jié)合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。其中PC板主要進(jìn)行非實時控制，CNC負(fù)責(zé)以坐標(biāo)軸運動為主的實時控制。這樣有利于原有數(shù)控機床的升級和改造，秩序在原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加PC板就可以完成，同時給用戶提供鍵盤使兩者之間能夠交互和建立聯(lián)系，大大提高了人機界面的控制功能，原來越多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家重視軟件控制技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)，是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。

五、結(jié)束語

數(shù)控系統(tǒng)是目前應(yīng)用比較高效的操作系統(tǒng)，其綜合了自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、精密測量等方面最新的研究成果，其軟件控制技術(shù)的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，保障了數(shù)控系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行作業(yè)，為數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展提供積極影響。

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