基于软件组件的智能化激光加工数控软件

　　基于微机的开放式多功能四轴三联动激光加工数控系统，可同时实现二维激光切割、平而或回转体激光焊接和激光表而改性等多种激光加工作业。该系统采用工控微机加PMAC;伺服控制片等通用硬件和标准的Windows软件平台。与传统专用的CNC比较，它具有开放性和很高的性能价格比，这种开放性使系统中各个模块能够力一便地扩展、更换，以便增加功能，提高性能。

　　在激光加工数控系统中，软件是系统的灵魂，它管理着蔡套硬件的工作流程、处理用户的输入、辅助用户进行工艺设计等。所研制的该套软件将DCOM技术应用到激光数控加工系统中，提高了系统的柔性、网络性和扩展性。该软件还利用基于遗传基因算法的人工智能力一法，综合考虑了激光切割质量和切割效率，优化切割轨迹，成功地解决了激光切割的轨迹规划问题。下而主要介绍这套激光加工数控软件系统中的关键技术及其算法。

　　数控软件的结构

　　由于该系统采用的是微机与PMAC伺服控制片相结合的硬件结构，因此软件从结构上可以分成控制片监控软件和微机软件两大部份，如图1所示。

图1 软件结构框图 

　　1.控制片监控软件

　　控制片监控软件运行在PMAC伺服控制片的DSP处理器上，它主要完成数控系统中硬件状态的监视(即PLC监控)、伺服电机的运动控制和G代码转换等任务。

　　PLC监控模块利用DSP运算速度快的特点，采用DSP循环扫描的软件力一式实现。这能与PMAC;控制硬件很好结合，避免使用专用的PLC硬件，以简化硬件结构、降低成本、提高控制性能。伺服电机的运动控制模块根据光码盘反馈的位置信号，采用标准的PID算法计算出伺服电机的速度，最终控制整套机械系统的运动。PMAC;控制片采用一套独特的宏指令进行运动控制，而口前最常用的加工控制力一式是采用G代码指令。为了使PMAC控制片兼容G代码指令，专门开发了G代码转换模块，该模块利用PMAC中子程序调用的特点，通过G代码子程序列表，在G代码装载过程中实现动态翻译。这个模块使PMAC控制片能够直接接受传统的G代码，大大提高该控制片的开放性和兼容性。

　　2.微机数控软件

　　微机数控软件是一组基于Windows操作系统的软件组件，可以完成用户交互、远程控制、文件输入输出、系统配置和计算机辅助工艺设计等任务。

　　该软件是基于微软公司开发的DCOM(分布式组件对象模型)基础上研制的。形象地说， DCOM就像电源插座，不管电器是如何设计的，只要该电器的插头符合电源插座规范，都可以接到插座上。在该数控软件系统中，定义了一组适合激光数控加工的软件接口规范，包括图形拓扑数据接口规范、图形加工数据接口规范、硬件输入/输出接口规范等，强迫不同的软件组件模块实现相同的通信接口，降低各个模块之间的祸合性，提高系统的柔性。其中图形拓扑数据接口规范被定义为加工零件的拓扑信息，即加工零件的轮廓、尺寸精度和表而粗糙度等。这主要来源于两个力一而:一力一而是通过用户输入参数，软件计算得到的;另一力一而是通过转换现存的CAD(计算机辅助设计)图形文件得到的。

　　用户输入的数据是由用户交句_模块计算成图形拓扑数据的。这里的用户交句_模块不同于一般数控软件的模块，它实际上是一组符合同一软件规范的软件组件，这些组件采用不同的力一式实现不同的用户交句_界而。例如，有的组件实现G代码编辑界而，有的组件实现图形编辑界而，有的组件则实现零件库选择界而。这些组件虽然实现力一式和效果千差万别，但它们都符合图形拓扑数据接口规范，能够通过DCOM技术力一便地集成在一起，组成一个模块。这种实现力一式比传统的做法优越得多，它可以根据用户的个人爱好任意选择自已喜欢的界而;也可以使用户界而模块运行在与本系统联网的任意微机上而;用户自已还可根据图形拓扑数据接口规范实现新的用户交句_组件，添加新的加工操作力一式。

　　CAD图形文件是通过文件转换模块转换成图形拓扑数据的，它与用户交句_模块类似，也是一组实现图形拓扑数据接口规范的软件组件。不同的组件可以转换不同类型的文件，例如有的可以转换DXF文件，有的可以转换BMP文件。用户还可以自已编写新的转换组件，实现对所需格式文件的转换。从以上两个模块可以看出，该数控加工软件具有良好的柔性和可扩展性。它不仅提供了各种功能，还提供了框架服务。用户在这个框架下只要完成自已特定的工作，就可任意改进蔡套加工软件的功能。

　　硬件输入/输出接口规范定义软件应该如何控制硬件，如何从硬件读取状态信息。它通过定义规范隔离了软件和硬件，使软件脱离具体的硬件，使蔡套加工控制系统即使在定型后也能力一便地更改大多数硬件或添加新的硬件，而不会影响绝大多数软件模块。例如，不同的加工力一式需要不同的辅助硬件，激光切割需使用水阀、气阀等硬件，而激光焊接则需要焊缝跟踪传感器，在本系统中可以根据加工需要随时更换这些硬件设备，更换硬件设备时只需要更改系统的设置即可，而不需改变软件。

　　在硬件输入/输出接口规范基础上实现的虚拟加工控制终端模块，不仅继承了DCOM柔性好的特点，还实现“所见即所得”的控制力一式。所谓“所见即所得”是指用户在屏幕上可以看到与激光实际加工过程一样的效果，例如在屏幕上可以看到激光头当前的运动位置、激光扫描速度、各个阀门的状态等。这种控制力一式使用户可以摆脱环境恶劣的激光加工现场，通过网络实现远程控制和监视加工。

　　图形加工数据接口规范定义为如何对图形拓扑数据进行实际加工，它包括激光功率、激光扫描速度、扫描轨迹等诸多力一而。图1中的激光加工工艺辅助设计模块是实现该规范的软件组件模块，其主要任务是根据用户直接输入或CAD图形文件输入的图形拓扑信息，通过智能化算法辅助用户选择适宜的加工工艺。拟定加工工艺的工艺设计是一项对经验性、智能性要求很高的设计过程，它既是激光加工中的难点，又是激光加工中的重点，因为工艺直接决定最终加工的质量。传统的数控加工软件都无法解决这个难题，而该数控加工软件中的工艺辅助设计模块则首次采用了独特的遗传基因算法，较好地解决了这个问题。