数控车床智能控制系统的研究

0 引言

　　从20世纪80年代末以来，国内开始充分利用计算机的软件资源来提高数控系统的性能。先后借助于MS—DOS和Windows操作系统平台来开发基于个人计算机(PC)的新一代数控系统。

　一般系统采用当前先进的PC+NC开放式体系结构，选用高速DSP作为CPU来完成实时性的NC内核任务，实现电机实时控制以及在线检测，而由PC机来完成非实时性的任务，诸如编程模块中的图形信息提取，通过USB串行通信实现上、下位机信息的交互。

1 数控车床智能控制系统结构

　　1.1 数控车床智能控制系统总体体系结构

　　整个系统采用当前先进的PC+DSP运动控制卡开放式体系结构，上位机系统负责完成CAD图形信息提取、刀具路径智能规划、工艺参数数据库优化、数控代码自动生成、加工仿真等大运算量，非实时性功能任务，下位机系统负责进行在线测量、电机控制、直线、圆弧插补运算等实时性强的任务，通过USB串行通信实现上、下位机信息的交互。这种结构充分利用了上位机PC丰富的资源和强大的运算能力和下位机DSP实时性强的特点，整套系统功能配置合理，性价比高。系统功能结构如图1所示。

图1系统功能结构图 

　　1.2 系统工作流程

　　详细的系统工作流程如图2所示。

图2系统工作流程示意图 

2 测量系统

　　通过引入测量系统，提高了数控车床的精度、生产效率和自动化程度，同时基于测量的加工路径规划功能使得数控车床的加工操作更加简便，使数控车床具有了智能性。

　　2.1 测量的实现

　　测量实现的物理基础：工件为不透明物体，当有光发射、接收元件组成的测量装置扫过其轮廓时，显然在工件轮廓外光不被遮挡，接收元件可收到光；在工件轮廓内光将被挡住，接收元件接收不到光，因此，工件的轮廓位置可以由光的有无变化，进而由传感器转化为电压的高低变化，来探测确定。如图3所示。

图3测量的实现 

　　2.2 测量方法

　　测量要完成的任务是要确定工件坐标系的原点位置以及工件轮廓尺寸信息，并根据尺寸信息分析出刀具参数信息，实现刀具补偿值的自动修正。测量步骤如下：

　　(1)数控机床启动后刀架先回机床零点，并通过换刀命令使测量装置处于工作位置，即测量装置面向待加工件。

　　(2)确定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置。

　　(3)工件尺寸的测定，可以确定任何位置处工件的轮廓尺寸信息。

　　(4)测量结束后，刀架返回换刀点，通过换刀命令使刀架转位，使下一工序使用的刀具处在工作位置处，然后进行正常切削加工即可。