開放式火焰切割機數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能設(shè)計

1、開放式火焰切割機數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能設(shè)計郭艷玲(東北林業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 , 哈爾濱 150040摘要 :分析火焰切割機的工藝特點 , 論述了系統(tǒng)功能的設(shè)計原則 , 在此基礎(chǔ)上設(shè)計火焰切割機開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟件 功能 , 劃分功能模塊并描述其層次結(jié)構(gòu) 。關(guān)鍵詞 :火焰切割 ; 數(shù)控系統(tǒng) ; 功能模塊中圖分類號 :TG 481+12 文獻標識碼 :A 文章編號 :1001-3881(2004 12-125-2The Softw are Functions of the Open Architecture for M achine G UO Y(The C ollege of Mechtronics

2、 , , China Abstract :The , the design principles were discussed , and thus the s oftware were m were divided , and the hiberarchy was described.K eyw ords ; m odules1火焰切割機床不像金屬切削機床那樣靠切削工 具與工件的剛性接觸來去除被加工材料 , 而是靠材料 燃燒的熱能和氣體的動能加工材料 。 火焰切割過程包 括 點 火 預(yù) 熱 通 切 割 氧 切 割 熄 火 返回原點等步驟 , 由于加工時要有預(yù)熱 , 所以不 能像激光加工 、

3、電加工那樣對能量收放自如 , 也不能 像機械加工那樣能在任意一點停止和開始加工 1,2。 由于火焰切割要預(yù)熱打孔 , 所以切割時一定要有 引入線和引出線 , 以避免破壞零件輪廓。 要根據(jù)工件 的具體形狀和工藝要求 , 在不同的位置、 以不同的切 入方式和不同切割方向來切入 。 不同的位置是說加工 的起點可以是零件編程輪廓的特征點或非特征點 (任 意點 ; 不同的切入方式是指引入和引出線不全為直 線 , 可以是圓弧 、 折線或直線 , 以解決被加工材料的 受熱變形問題 ; 加工的順逆方向用戶也可以自行選 擇。 在加工每條連續(xù)的曲線前要穿孔 , 所以每段連續(xù) 曲線加工時都要有引入線和引出線 。由于

4、各種因素的影響 , 有時會發(fā)生鋼板未割穿的 現(xiàn)象 , 此時割炬應(yīng)能按原軌跡返回重新切割。 數(shù)控火 焰切割機應(yīng)具有隨時暫停及按原軌跡返回功能 , 冷加 工機床一般不需要局部返回加工 3。2 數(shù)控系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計原則本系統(tǒng)是為哈爾濱華崴焊切成套設(shè)備有限公司 研制的換代產(chǎn)品 , 代替公司自主版權(quán)的在 DOS 下開 發(fā)的數(shù)控切割軟件 NCCC 。軟件功能的設(shè)計應(yīng)符合以 下原則 :211 開放性原則功能的設(shè)定要符合開放的原則 , 開放的數(shù)控系統(tǒng) 具有可擴展性 、 可移植性、 互換性和互操作性 。 系統(tǒng) 功能應(yīng)模塊化 , 各模塊相互獨立 , 可獨立開發(fā) , 做成 “ 即插即用”的軟件芯片 4。模塊之間有

5、標準接口 , 只要符合接口標準 , 每一個模塊都能被同類模塊替 換。 當然 , 也允許用戶來開發(fā)并集成新的軟件和硬件 模塊或添加特殊功能 , 可以靈活配置和組合功能 , 以 便裁剪成最適于用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。212 通用性原則要具有一般數(shù)控系統(tǒng)都具有的功能 , 如自動編 程 、 譯碼、 刀補 、 仿真等功能模塊 , 將這些功能制成 具有標準輸入輸出接口的可重用模塊 , 這些模塊可用 于其它機床數(shù)控軟件系統(tǒng)。213 可靠性原則除硬件上可靠外 (優(yōu)先選用高主頻 、高性能的 CPU 和可靠性高的板卡作為系統(tǒng)的運算和控制核心 , 并盡量用軟件來實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能 , 大量減少系統(tǒng) 硬件的規(guī)模等 , 在系統(tǒng)

6、的軟件上 :(1 應(yīng)具有良好 的容錯能力和盡量完備的數(shù)據(jù)正確性檢查手段 ; (2 模型構(gòu)造與求解的算法穩(wěn)定可靠 ; (3 提供豐富可靠 的基本數(shù)值運算方法庫。214 方便性原則由于加工環(huán)境惡劣 , 用戶使用鍵盤操作 , 故系統(tǒng) 應(yīng)具有良好的用戶界面和實時交互能力 , 對用戶的專 業(yè)要求要低。 常用的功能應(yīng)置于明顯處 , 方便操作 。 各主要功能的使用應(yīng)方便快捷。應(yīng)提供聯(lián)機幫助功 能 、 虛擬訓(xùn)練和維修功能及加工參數(shù)智能選擇等功 能 , 使用戶使用更方便 , 減少加工過程中人為因素造 成的加工效率下降、 加工精度降低等問題 , 使非熟練 工也能達到熟練工的操作水平。215 先進性原則除了保持原系

7、統(tǒng)的特色外 , 還要充分了解和參考 國內(nèi)外同類機床和其它類機床的流行趨勢和特色。 在 此基礎(chǔ)上 , 增加和優(yōu)化系統(tǒng)功能 , 增加目前國內(nèi)外切 割機數(shù)控軟件都不具備、 或不完備的功能。 例如在零 件任意位置增加引入線、 引出線的功能。 力求使系統(tǒng) 更具先進性和實用性 , 不僅要適應(yīng)當前數(shù)控系統(tǒng)的要 求 , 而且要充分考慮下一代控制器的發(fā)展需要 , 考慮 未來先進制造技術(shù)對數(shù)控系統(tǒng)的要求。216 實用性原則從面向工程應(yīng)用的角度考慮本系統(tǒng)的功能和操 作 , 表現(xiàn)在 :具有符合人的思維過程的圖形輸入方式 521機床與液壓 20041N o 112 和參數(shù)化標準函數(shù)庫 ; 多種輸入方式 (圖形 、代碼

8、等 兼容 , 每種方式還可以有不同的形式 ; 前后處理 能力豐富 ; 系統(tǒng)的運行環(huán)境要求不高 , 在微機環(huán)境下 運行。 另外 , 采用全中文操作界面 , 方便各層次的操 作者使用。 3 數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能將軟件功能分為以下幾個模塊或?qū)哟?:311 主框架與界面主框架是控制系統(tǒng)軟件本身的構(gòu)架 , 盡量集中處 理各種消息和任務(wù) 。 各種功能 , 與主框架相對應(yīng)。 1界面。 312 , 數(shù)控代碼可以圖 1 熱切割機數(shù)控系統(tǒng)操作界面通過手工編程和自動編程輸入 。 手工編程就是通過零件編輯模塊 , 手工輸入數(shù)控代碼或編輯已有的數(shù)控代 碼。 自動編程可以通過參數(shù)化自動編程 圖形庫模 塊、 基于圖形的自動編

9、程系統(tǒng) C AD 的 Dx f 接口轉(zhuǎn) 換模塊、 混合式自動編程模塊等方式進行。圖形庫是數(shù)控火焰切割機必不可少的組成部分 , 在圖形庫中存在大量的標準工件 , 帶參調(diào)用這些標準 工件 , 就能為相同及相似的工件編制加工程序。 圖形 庫還存在編輯功能和套料功能 :能對標準件的尺寸 、 數(shù)量、 位置等進行編輯 , 將不同的零件合并在同一個 鋼板中進行排料 , 并自動生成加工代碼 , 等手動和自 動排料 , 能在零件任意位置加輸入線和輸出線等 , 功 能十分強大 。C AD 是目前企業(yè)應(yīng)用最多的繪圖工具 , C AD 程 序接口設(shè)計利用圖形的 DXF 格式文件 , 對所繪的二 維圖形進行自動整理 ,

10、 按加工方向進行排序 , 自動生 成數(shù)控加工代碼 。混合式自動編程模塊能根據(jù)零件圖紙 , 采用導(dǎo)引 和參數(shù)化結(jié)合的方式 , 在畫零件圖的同時 , 生成標準 數(shù)控代碼。 可以實現(xiàn)絕對和增量兩種方式下的編程 , 可以在每段封閉曲線前加引入線 , 可以重復(fù)編程 , 對前面所編程序進行刪除和修改。 313 數(shù)控代碼的處理對數(shù)控代碼的處理包括譯碼和刀具半徑補償。 譯 碼模塊處理的是標準的 G 代碼 , 該模塊中集成了對 數(shù)控代碼的讀入、規(guī)范 、語法檢查、代碼優(yōu)化等功 能 。 對于其它格式的代碼 , 系統(tǒng)應(yīng)有過濾轉(zhuǎn)換成標準 G 代碼的功能 5。將割縫寬度作為 , 3仿真模塊是在不啟動電機的情況下而實現(xiàn)加工

11、過 程模擬的繪圖模塊。該模塊與主框架的視類密切聯(lián) 系 , 是由具體繪圖函數(shù)、 尺寸計算函數(shù)以及插補運算 函數(shù)組成的。調(diào)用此功能 , 能對零件的代碼進行檢 驗 , 繪制零件加工的軌跡圖形。自動加工需要上位機軟件與下位機配合實現(xiàn)。 所 采用的加工數(shù)據(jù)是經(jīng)過譯碼、 刀補等處理 , 優(yōu)化得到 的數(shù)據(jù)系列。 數(shù)控系統(tǒng)首先確定加工數(shù)據(jù)的量 , 即加 工代碼的長度 , 然后判斷是否需要同時用兩個程序緩 存 , 將加工數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的內(nèi)存中后 , 系統(tǒng)延時并置 相應(yīng)的標志位 , 其余的工作由下位機完成。自動加工模塊可以實現(xiàn)正向加工、 反向加工、 中 斷處理 、 斷點保存、 改變預(yù)熱時間 、 改變加工速度等 功能

12、 。 315 操作處理模塊點動 、 連續(xù)移動和定長移動是對割炬的移動操 作 , 以便控制鋼板和割炬的相對位置。 點動按鈕按一 次移動的距離、 連續(xù)移動和定長移動的速度等 , 都可 以在參數(shù)設(shè)置中事先指定。 事實上 , 回零也是對機床 的移動操作。準直是為了自動加工而設(shè)置的輔助功 能 , 通過檢驗鋼板的實際位置與理想位置的差異 , 自 動調(diào)整工件的編程坐標系 , 使編程坐標系與鋼板實際 坐標系重合。 316 上下位機通訊功能為建立上下位機的聯(lián)系 , 除了硬件連接和軟件編 程外 , 建立標志位是上下位機通訊的關(guān)鍵。 標志位實 際上是單個單位或連續(xù)的多單位的下位機內(nèi)存空間 , 這些內(nèi)存空間中所動態(tài)寫

13、入的值和加工數(shù)據(jù)代表了不 同的控制內(nèi)容 , 下位機實時檢測這些內(nèi)存空間 , 根據(jù) 其內(nèi)容決定下位機的動作 , 進行運動控制。 317 系統(tǒng)設(shè)置及監(jiān)控診斷(下轉(zhuǎn)第 164頁 621 機床與液壓 20041N o 112 模數(shù) ;/ 查到記錄 , 可進行數(shù)據(jù)庫的存取 , 刪除 , 修改操作 . pset1->C lose (;/關(guān)閉記錄集 m -database. C lose (;/關(guān)閉數(shù)據(jù)庫 11212 數(shù)據(jù)庫的遍歷CrecordSet 提供 5個成員函數(shù)用于表的遍歷 。 (1 v oid CrecordSet :M oveFirst ( , 滾動至記錄 集的第一條記錄 。 (2 v o

14、id CrecordSet :M (:M ovePrev ( v CrecordSet :( , 錄 集 中 后 滾 一 條 記 錄。 11213 增加 , 編輯及刪除記錄增加、 編輯及刪除記錄的操作非常相似 , 步驟 為 :(1 調(diào)用 CrecordSet 類的成員函數(shù) CanUpdate ( 判斷記錄是否可以更新 , 如果函數(shù)調(diào)用返回非零 , 則 可以增加 , 編輯及刪除記錄。 (2 對于增加 、編輯及 刪除記錄分別調(diào)用 CrecordSet 類的成員函數(shù) AddNew (, Edit ( 和 Delete ( , 其中 Delete ( 函數(shù)立即 將記錄標志設(shè)定為可刪除的。 (3 執(zhí)行

15、AddNew ( 和 Edit (后 , 設(shè)定新記錄域數(shù)據(jù)的值。 AddNew ( 和 Edit (準備記錄集作編輯緩沖器的作用。 (4 調(diào) 用 CrecordSet 類的成員函數(shù) Update (更新數(shù)據(jù)庫。 2 結(jié)論圖 1本文通過齒輪精度數(shù)據(jù)庫的建立和訪問實例 (界面見圖 1 , 介紹了在 ObjectARX 應(yīng)用程序中如何利用 MFC 類庫 , 實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序設(shè)計 , 對其它應(yīng)用程 序具有一定的參考價值。參考文獻【 1】 Chuck W ood 1Visual C +610數(shù)據(jù)庫編程大全 1北京 :電子工業(yè)出版社 , 20001【 2】王瑜濤 1用 VC +如何實現(xiàn)表結(jié)構(gòu)的動態(tài)操作

16、1計算機應(yīng)用 , 2000(9 1作者簡介 :李 峰 (1971 男 , 講師 , 華中科技大 學(xué)在職碩士生 , 主要研究領(lǐng)域 C AD/C AM 。收稿時間 :2003-10-24(上接第 126頁 實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和對數(shù)控系統(tǒng)軟硬件的 監(jiān)控。318 其它功能包括虛擬操作功能、幫助功能 、網(wǎng)絡(luò)通訊功能 等。 4 小結(jié)圖 2 開放式火焰切割機床數(shù)控系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)以上的功能可以分為 6個層次 , 如圖 2所示 , 前4個層次就是軟件功能 6。按此設(shè)計出的數(shù)控系統(tǒng)作為哈爾濱華崴焊切公司自主產(chǎn)權(quán)數(shù)控系統(tǒng)的換代產(chǎn) 品 , 已經(jīng)在 2002年 11月北京愛森國際機床展覽會上 參展 。參考文獻【 1】梁桂芳 1切割技術(shù)手冊 1機械工業(yè)出版社 , 1997131【 2】董慶華 1CSII 型數(shù)控火焰切割機設(shè)計 1微計算機信息 ,2002, 18(3 1【 3】陳金成 , 周向東 , 黃 健 1基于工業(yè) PC 機的數(shù)控火焰切割機數(shù)控系統(tǒng)開發(fā) 1機床與液壓 , 1999(5 1【 4】左 靜 , 魏仁選等 1數(shù)控系統(tǒng)軟件芯片的研制和開發(fā) 1中國機械工程 , w w w e -w orks 1net