怎么测试单片机跟电脑上位机是否通信正常？ - 单片机/MCU论坛 -
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怎么测试单片机跟电脑上位机是否通信正常？
13:25:55　　
实现单片机跟电脑上位机的通信1.测试单片机跟电脑上位机是否通信正常：在“上位机”上发送“test”单片机返回“OK！”显示在上位机显示面板上。2.给予“固定格式”数据，将其处理成识别数据，实现数据处理、传输：例如：“上位机”发送“SD”单片机返回“”在上位机显示面板上，中间数字能随意变化。（注意数据是没有双引号的） 这个要求怎么做，求大神具体告知b(￣▽￣)d！
已退回6积分
13:39:11　　
小白不知道怎么完成，大佬告知下呗，
高级工程师
20:18:50　　
这么负载的提问，用6个积分恐怕没人答复哦。
21:24:29　　
不懂 顶贴 期待学习& && && && && &
22:23:17　　
houjue 发表于
这么负载的提问，用6个积分恐怕没人答复哦。
刚注册没积分
08:43:01　　
good mateiral
资深工程师
21:30:02　　
不知楼主要用什么型号的单片机？
18:28:31　　
18:28:48　　
太子的空间 发表于
不知楼主要用什么型号的单片机？
资深工程师
18:40:28　　
应该是51单片机吧
资深工程师
20:46:45　　
实现的是在上位机（pc机）上用串口调试助手发送一个字符X，单片机收到字符后返回给上位机I get X串口波特率设为9600bps。代码如下：
#include &reg52.h&
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
unsigned char flag,a,i;
uchar code table[]=&I get &;
/*--------初始化操作---------------*/
void init()
TMOD=0x20; //T1定时器工作方式2
TH1=0 //装初值
TL1=0 //装初值
TR1=1; //启动定时器1
//***********************************
SM0=0; //设定串口工作方式1
SM1=1; //同上
REN=1; //允许串口接收
//***********************************
EA=1; //开总中断
ES=1; //开串口中断
//因为定时器2是自动重装初值的因此不需要开定时器中断
/*---------------------------------*/
/*-------------主函数--------------*/
void main()
if(flag==1)
for(i=0;i&6;i++) //发送数据
SBUF=table[i];
while(!TI);
while(!TI);
/*-----------------------------------*/
/*--------------串口中断---------------*/
void ser() interrupt 4
/*------------------------------------*/
资深工程师
20:47:23　　
这是些编程代码，希望可以帮得到你
助理工程师
16:01:26　　
不懂期待大师解决
助理工程师
16:01:33　　
不懂期待大师解决
助理工程师
16:01:36　　
不懂期待大师解决
助理工程师
16:02:03　　
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16:02:10　　
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助理工程师
16:02:13　　
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助理工程师
16:02:15　　
不懂期待大师解决
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基于HUST控制器的全自动数控系统产品化开发
－７１０３８Ｓ７０＂女‰――女＊：―』Ⅲ―一 ｝｝―Ⅱ丛望￡一东 大 南 学 硕士学位论文基于ＨＵＳＴ控制器的全自动 数控系统产品化开发研究爿ｉ姓名： 导师姓名： 丑亟董堂屋塑攫论文提交Ｕ期上幽鱼生―旦且学位授予单位ｊ玉―厦―盘―！Ｌ蒋辩委员会主席巾请学仇级别―二些越弛量――――一学科奇』ｋ名称―堕扭与堂Ｌ皓文答辩Ｈ蝴』地鱼垒―旦―且学位授予日期垫Ｑ§垒且―且评阉人摘要摘要基于ＨＵＳＴ（台湾产某数控器型号）控制器的全自动数控系统，是一套完全由本实验室课题组自主开发的三轴联动机电一体化平台。该平台集机械、电气控制、ＰＣ机后台管理为一体，具有很高的系统集成性和实际应用价值。根据不同情况下的加工要求，在该平台基础上加以改进，可以制造出实际产品化的机械加工车床系统。当前，国内适用于高精度机加工的高端成套系统产品基本被国外知名厂商 占领，而随着我国经济的进一步发展。在数控机加工这方面的需求日益增长，因此，该系统平台的产 品化具有很重要的现实意义。高精度数控铣床是近年来机械加工的热点。零件毛胚必须经过一定程度的切铣，才能保证表面的光 滑度，满足客户的要求。柔性板材是一种重要的建筑和装饰材料，被广泛应用于楼房搭建、室内装修、家具制造等各个领域，而套料裁切是形成板材成品的一个重要工序。目前，国产的数控系统在精度、 速度、可靠性方面与国外同类产品相比还有一定的差距，冈此国内很多厂家的数控设备大多依赖于进 口。同时，随着以计算机技术为代表的信息技术的发展，计算机集成制造（ＣＩＭ）被逐渐应用于制造 行业，企业的生产模式从生产过程的单一自动化９０产品设计、加工制造、经营管理等全过程的综合自动化。参考国外数控系统的一些先进技术，本文针对基于ＨＵＳＴ控制器的全自动数控加工系统的两套实际产品开发工作展开论述。 论文首先简述了数控技术的发展趋势和ＣＩＭ的思想，在此基础上介绍了平台系统下位机部分电控 系统设备的组成、强弱电控制系统的设计、控制过程中数据的相互传递、后台软件控制系统基本功能实现。接着分别详细叙述了高精度数控铣床控制软件和套料切割系统控制软件的设计和工程实现。铣 床控制软件包括几个主要部分――任意形状产品图形信息的导入、上位机与下位机通信接口的实现、 铣刀轨迹及其Ｇ代码的自动生成等。论文的后半部分重点阐述了高精度套料裁切系统部分的新设计，主要包括最小包围矩形、扫描复原、图形微调、异形件排样优化等四个方面。 最后，本文简要作了简单总结，并提出了一些针对系统改进和扩展的建议和方案。平台产品化之一 铣床系统已经投入商业运行，到目前为止，还没有出现明显生产错误，整个系统运行良好。关键字：铣床系统；数控技术；伺服系统；二维矩形排样优化；ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＡｕｔｏｍａｔｉｅ ＣＮＣ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｏｄ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｂｙｏｕＨＵＳＴ’ｓｃｏｎｔｒｏｌ缸ｏｎｅ ｓｅｔ ｏｆ恤ｒｅ．ａｘｉｓ ｌ砸ｋａｇｅ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｏｕｒｌａｂ ｔｅａｍｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＰＣ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｓｈｉｇｈｌｙ ｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓｐｌａｔｆｏｒｍ，ｗｅｆａｎｍａｋｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ Ｉｎ ｔｈｅｓｅ ｙｅａｒｓ，ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｇｏｎｔｒｏＩ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｍａｒｋｅｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ａｌｍｏｓｔ ｂｙ ｆｏｒｅｉｇｎｃｏｍｐａｎｉｅｓ，ａｎｄｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｏｕｒｃｏｕｕｔｒｙ ｅｃｏｎｏｍｉｃ，ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅｈｉｇｈ―ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｗｉｌｌ ｂｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｓｏ ｉｔ缸ｖｅｒｙｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｉｓ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂｅ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ．ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｃｕｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｔｏ ｍａｋｅ ｃｌｉｅｎｔｓｓａｔｉｓｆｉｅｄ，ｒｏｕｇｈｃａｓｔｓｍｕｓｔ ｂｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｔｏ ｂｅ ａｓ ｃｌｅａｎ ａｓ＿ｗｈｉｓｔｌｅ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，Ｔｈｅｂｏａｒｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｏｎｅ ｋｉｎｄ ｏｆ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ａｎｄ ｏｒｎａｍｅｎｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｈａｔ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ．Ｂｏａｒｄｃｕｔｔｉｎｇ缸ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔｂｏａｒｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｙｐｅ ｏｆｆｏｒｅｉｇｎ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｈｏｍｅ－ｍａｄｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｓｔｉｌｌ ｈａｖｅ ｄｉｓｐａｒｉｔｉｅｓ ｉｎ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ，ｒｕｎｎｉｎｇ ｄｅｐｅｎｄａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄｓｏｏｎ．Ｓｏ，ｄｏｍｅｓｔｉｃｆａｃｔｏｒｉｅｓ ｇｅｎｅｒａＵｙｕｓｅｉｍｐｏｒｔｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ｃＩＭ）ｈａｓ ｇｒａｄｕａｌ虹Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｉｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙｃｈａｎｇｉｎｇｆｒｏｍｓｉｎｇｌｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｏａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ，ｐｒｏｄｕｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．ｑｕａｉｌｔｙａｓｓｕｒａｎｃｅａｎｄ ｓｏ ｏａ．Ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｈｏｗ ｔｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆｆｏｒｅｉｇｎＮｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ａｎｄ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｉｄｅａ ｏｆＣＩＭ．ａｎａｌｙ面ｎｇｄｅｖｅｌｏｐ＿ｃｏｍｐｌｅｔｅＭｉｌｌｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｄｉｓｓｅｒｔａｆｉｏｎ．ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄｏｎＰＣ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ＣＮＣｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ ｍａｋｉｎｇＢｏａｒｄＣｕｔｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｕｃｃｅｅｄｅｄ ａｌｒｅａｄｙ ａｒｅ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍａｉｎｏｂｊｅｃｔｓＡｆｔｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑＨｅａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆＣＩＭ，ｔｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｏｆ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｏ．Ｔｏ ｔｈｅｃｅｎｔｅｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌｔｈｅｄｅｓｉｇｎ．ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｐｃ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｅｒｅ．Ｔｈｅｎ ｓｏｍｅ ｍａｉｎ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｕｃｈａｓＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＭｉｌｌｉｎｇＣｕｔｔｅｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｕｐｅｒ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ ｓｕｂ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｒｅｅｘｐａｔｉａｔｅｄｓｕｂ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｍａｉｎｌｙ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｔｔｅｒａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｓｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｎｅｗ ｗａｙｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｈｏｗ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｔｈｅＢｏａｒｄｍｉｎｉｍｕｍ ｅｎｃｉｒｃｌｉｎｇ ｒｅｃｔａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｎｄｏｍ ｄｒａｗｉｎｇａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｃｕｔｔｉｎｇｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｍｉｌｌｉｎｇｓｔｏｃｋ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｅｔｃ． ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．ＴｈｅＡｔ ｌａｓＬ Ｓｏｍｅ ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｆ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏ ｗｏｒｋ ｉｎ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｙ．Ｕｎｔｉｌ ｎｏｗ，ｎｏ ｐｒｏｂｌｅｍｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ，Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｏｒｋｓ ｗｅｌＬＫｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ；ｔｗｏ―ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｍｏｃｋ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ；Ｉｌ东南大学硕士学位论文第一章绪论１．１数控技术的产生和现状公元１９４８年美国帕森斯公司提出了采用电子计算机控制机床，并于１９５４年成功研制出世界上第一台三坐标数控铣床，这标志着数字化信息控制机床运动及复杂零件加工的数控技术的开始。这种电 子计算机以数字方式控制机床工作的技术称为数字控制技术，简称数控（缩写为ＮＣ）。到了七十年代 末期，随着计算机技术的发展以及为了提高数控系统的通用性和灵活性，产生了计算机数控（ＣＮＣ）， 但由于习惯，仍简称为“数控¨ｌＪｌ２Ｊ。由于数控是与机床控制密切相关发展起来的，因此，通常讲的“数 控”即为“机床数控”，用这种控制技术控制的机床称为“数控机床”。 数控机床自诞生以来，其数控系统随着电子器件的更新换代也在不断发展，特别是超大规模集成 电路技术和微处理器被引入数控系统，以及直流和交流伺服驱动技术的成熟，大大地推动了数控机床的发展，未来的数控将朝着高精度化、高速度化，高柔性化，高自动化，高可靠性以及开放式方向发展【３ｌ。 目前以电子信息技术为基础，集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、 传感检测技术、信息处理技术．通信技术、液压气动技术、机电技术于一体的数控技术得到迅速发展 和广泛应用㈣２１１３１。现代数控加工技术的普遍应用，使产品的加工周期大幅缩短，提高了产品的加工质量，加速了产品的更新换代，增强了产品的竞争力。当前，数控技术已经成为体现一个国家机械制造工业水平的重要标志之一，更是衡餐一个制造企业技术水平的重要标准。基于上述趋势，许多制造行 业都已经采用数控加工的方式来提高产品的竞争力。数控技术（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ，简称ＮＣ）已经对国 民经济主导工业的发展具有举足轻重的推动作用Ｉｌ Ｊ。世界上很多发达国家均投入大量的人力物力来对数控技术在生产中的应用研究，我国在这方面虽然起步较晚，但发展形势喜人。１．２数控技术的发展和计算机集成制造（ＣｌＭ）随着生产技术的发展，对产品的性能要求越来越高，产品改型频繁，采用多品种小批量生产方式的企业 越米越多，数控技术正向以下方面发展［４１。 １．高速化和高精度化 目前数控机床正向着高速化和高精度化方向发展，主轴转速可达１００００～４００００ ｒ／ｍｉｎ，迸给速度可达３０ ｍ］ｍｉｎ，快速移动可达１００ ｍ／ｍｉｎ，加速度可达ｌ ｇ，换刀时间可达１．５ ｓ，加工中心的定位精度约为＋－５∥ｍ， 有的可达到±１ｐｍ。 ２．数控系统智能化、信息化由于微电子技术、超大规模集成电路等各种技术的发展，使数控系统实现智能化变为可能。智能化的数第一章绪论控系统可以解决数控机床的故障诊断和提出排除的方法，也可以更广泛、更深入的解决加工中的技术问题。 ＩＴ（信息技术）已经成为２１世纪的重要发展潮流，数控机床将会广泛的应用ＩＴ技术实现控制、监控、 诊断、补偿、调整等功能，提高机床无人化、智能化、集成化之水平，利用ＩＴ网络将机床与工段、车间、工厂、外界数据库等进行联系，进一步实现制造、管理、经营、销售、服务等各方面之间的网络化。也就是向ＣＩＭｓ（计算机集成制造系统）方向发展。 ３．数控系统开放化 以往的数控系统是由生产厂商独自开发，自成～体，通用性很差。用户不能根据生产的实际需要添加或 改变系统功能，更不能适应信息技术发展的需要。开放式数控系统以ＰＣ为核心，系统的所有元件对用户完全开放，用户可以灵活自主地构建自己的系统。同时，从简单的串行口通信到复杂的网络，不同的信息都能得到很好的应用。开放式数控系统已经成为数控系统发展的一种趋势。 ２０世纪出现的以计算机技术为代表的信息技术，对整个社会生活带来了深刻而广泛的影响。而紧 随计算机技术发展起来的机床数控技术也极大地推动了制造业的发展。数控技术在单机自动化这一层 面渗透到所有切割（含磨削）加工机床，而且还进入到成形加工机床、激光加工机床、电火花加工机 床等领域，进而出现了加工中心、车削中心、ＦＭＣ、ＦＭＳ等，从而在一定范围内实现了一定程度的物 料流、信息流的自动化。随着信息越来越多，信息晕也越来越大，技术难度也就更加复杂ｐ】。 顺应这一技术发展的趋势，１９７４年美国Ｊｏｓｅｐｈ Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ博士提出了“计算机集成制造（ＣＩＭ） 的概念”，其基本观点为： １）企业生产的各个环节（从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产 活动）是一个不可分割的罄体、要紧密连接，统一考虑；２）整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最终形成产品可以看作是 数据的物资表现。ＣＩＭ概念的产生，拓展了人们对“制造”的认识。通常“制造”仅被理解为工艺设计、库存控制、 生成制造及维护活动等，这是一种狭义的理解；广义理解“制造”应包括对产品需求的洞察、产品概 念的形成、设计、开发、生产、销售以及对用户在使用产品过程中提供的服务等全部活动。“制造”是一个复杂的信息转换、传输处理过程，在“制造”中进行的一切活动都是信息处理连续统一体的部分。ｅｌＭ不是纯粹的技术，而是一种企业经营管理的哲理，一种新型的生产模式。ＣＩＭ的目标在于寻找一条使企业达到预定战略目标的有效途径，这就是，从系统工程的整体优化观点出发，通盘考虑市 场需求、企业经营目标、技术支撑条件和人的因素，利用现代信息技术、生产技术以及两者的有效结 合，对生产过程涉及的各个局部系统进行有效的综合集成，以达到全局性的优化目的。计算机是集成的工具，计算机辅助的各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是目标。当把ＣＩＭ实施 于某～具体生产部门时，则构成一个复杂的信息化工程系统，即计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）ｔ６］－１７１。 几十年来，ＣＩＭＳ这门高新技术已日渐成为制造业的热点，世界上一些工业发达国家和著名企业都 纷纷制订和实施本国或本企业的Ｃ１ＭＳ战略。在欧美各国和日本的各项高新技术发展计划中，ＣＩＭＳ已 经成为关键项目之一。１９９３年汉诺威博览会上有１９９家公司展出了ＣＩＭＳ应用软件，其中，为进行大批量生产的大中型企业提供的ＣＩＭＳ软件有２０家：为中小批量生产企业提供ＣＩＭＳ软件的有５０家； 为小型小批鼍企业提供ＣＩＭＳ软件的有２５家；为小型流程生产企业提供ＣＩＭＳ软件的有２５家［ｓＨｌｔＪ。２东南人学硕上学位论文我国对ＣＩＭＳ的研究和应用是很重视的，早在１９８６年就将这门高新技术列入‘中国高技术研究发 展计划纲要》（即“８６３”计划），同年１１月经国务院常务会议和中共中央政治局扩大会批准，全面付诸 实施。ＣＩＭＳ在我国的发展基本上可分为以下４步：１）建立ＣＩＭＳ工程研究中心，摸索在我国实现ＣＩＭＳ的技术路线及方法，初步形成集成制造的实验环境，着重解决总体集成的关键技术，并培养一支能承担集成系统设计的技术队伍（１９８８～１９９２）： ２）围绕ＣＩＭＳ的单元关键技术建立一批国家级实验基地，形成研究开发环境（１９９０～１９９３）；３１选择并支持若干个重点应用工厂，逐步实现从该工厂需求出发而提出的ＣＩＭＳ计划（１９９０～１９９５）； ４）逐步推广Ｃ１ＭＳ，并形成我国的ＣＩＭＳ产业（１９９４～）。经过十几年的努力，ＣＩＭＳ在我国已有了迅速的发展，并取得了十分突出的成果，具体表现在：１１建立了一批研究基地，并且已经掌握了实现ＣＩＭＳ的关键技术，因此，建立在清华大学的国 家ＣＩＭＳ工程研究中心１９９４年获得美国ＳＭＥ（制造工程协会）颁发的ＣＩＭＳ大学领先奖；２）已有几十个工厂应用了Ｃ１ＭＳ，并已取得了明显效果，其中比较突出的有成都飞机工业公司、沈阳鼓风机厂、北京第一机床厂等。北京第～机床厂还获得了美国ＳＭＥ颁发的１９９５年ＣＩＭＳ 工业领先奖｛３）由于将推广Ｃ１ＭＳ与企业技术改造相结合，国内已有一批工厂制定了应用ＣＩＭＳ的战略计划， 并已开始实施；相关Ｃ１ＭＳ产业在国内也有了一定的发展，如在我国已经在发展自己的ＣＡＤ、ＣＡＤ／ＣＡＭ等产业， 并取得了一定的效果。 通过实践，人们加深了对ＣＩＭ概念的理解，并对其进行丰富和充实。人们逐渐从强调信息集成是 核心转变到以人为本，用户为核心的ＣＩＭ。新的ＣＩＭ概念中，核心是要赢得用户，赢得市场，按照这 一个指导方向，世界上许多成熟企业正走在大批量个性化定制（以满足用户的不同要求）生产的道路 上。 目前的Ｃ／ＭＳ系统一般包括决策层、信息层、物质层三个功能结构层次。１）决策层是帮助企业领导做出经营决策；∞信息层是生成工程技术信息（ＣＡＤ、ＣＡＰＰ、ＣＡＭ及ＣＡＱ等），进行企业信息管理（包括物质需求、生产计划等）；３１物质层是处于底层的生产实体，涉及生产环境和加工制造中的许多设备、库存和销售等环节。设备根据行业不同而不同．常见的生产设备有数控机床、加工中心、机器人，自动化运输车、 自动化立体仓库、柔性制造单元和柔性制造系统等嘲。Ｉｌｌ】。在生产自动化的进程中，许多上述各层的单项技术都在不断的发展和演变。２０世纪８０年代，计算机已广泛应用于生产过程的各个领域，形成了很多计算机应用的分散系统，如ＣＡＤ、ＣＡＰＰ、ＣＡＭ、 ＣＡＥ、ＣＡＱ、ＣＡＴ等。这些分散系统在提高产品质量、减轻人类劳动强度方面发挥了重要作用。但是这些分散系统在实际应用中存在一个最大缺陷，那就是数据的重复输入。这是因为目前的ＣＡＤ、ＣＡＰＰ、ＣＡＭ等系统是相互独立发展起来的。这些系统功能不同，表达方法也不同，因此在进入ＣＡＰＰ、ＣＡＭｊ第一章绪论等系统环境时，还需要人工进行信息提起、组织输入。这不仅造成了信息中断、而且重复输入容易引 起信息的差错和丢失，严重影响工作效率的提高和系统的可靠性。所以，随着信息技术的日益发展。 自然提出要将企业内分散的系统进行集成，使信息一次产生为后续环节共享。这一设想，不仅包括生 产信息也包括生产管理过程的全部信息。 同时，作为自动化生产系统重要环节的数控技术，接收和利用ＣＡＤ等系统的信息，应能不失真地 保持和传递下去，并具有稳定的通信协议接口和开放的网络化功能。Ｉ．３数控铣床和套料裁切系统工业应用分析随着科学技术的不断更新发展，越来越多的前沿科技被运用于生产实践中，使科学技术转化为生产力变成了现实。 在很多零件生产企业，给生产好的毛胚零件内腔或外壁打磨是一道基本的工序，特别是在零件数量比较多的情况下都采用数控机床来完成这项工作。特别是近几年来。生产效率的提高关系到整个企业的生存。因此研制拥有自主开发产权的数控铣床具有很大的社会效益。目前，国内已有不少厂家在 研制整套的铣床系统（包括硬件和软件控制系统），一些大型生产商生产的数控设备甚至已经出口到国外。但是在精度和自动化程度上和国外的设备还存在不少的差距。因此精度和高自动化成为铣床的两大改进目标。 生产规模越来越大，零件和所用原材料的数量也越来越大。在许多大型机电设备生产中，零件毛 坯是从成卷套料板材上下料获得的。提高材料的利＿｝｛ｊ率，合理地选用板材可以降低产品的制造成本，提高生产效益。近２０多年来，人们提出了多种排样方法，从人机交互式的半自动排样发展到计算机自 动排样。目前比较通用的板材优化排样系统一般均是基于矩形件排样。矩形件排样优化通常是指在给定型号的矩形板材上排放所需要的矩形件，使排放区域的板材废料尽可能地少，以达到节省板材的目的。对于非矩形的不规则形状零件的排样问题，可通过计算机的图形处理技术将一个或几个零件套排 在一个最小化包容矩形中”“，注意这里包容矩形的定制也关系到优化的好坏，这一步在需要在排样前 期完成，然后对包容矩形进行排样，从而转化为矩形件排样问题。柔性板材原料是重要的建筑、装饰材料。特别是近来比较流行的布匹、轻型布质建筑装修板材， 都是在成卷的原料上面下套料，以满足不同建筑装修场合的应用。这种情况下有两种方法来定制所需 工件，一种方法是事先生成规则的原料模版，利用成熟的定矩形排样优化算法进行优化排样；另一种 方法是直接根据需Ｆ料的特点进行实时跟踪Ｆ料。很多生产柔性套料板材的企业为了在激烈的市场竞 争之中生存、发展并立于不败之地，一个十分重要的任务就是尽一切力量提高企业的经济效益，而提高效益的一个重要环节就是降低生产成本。在这样的形势要求下，开发出实用、方便的计算机辅助套 料优化排样系统是一项非常有现实意义的工作。目前，国内成套自动套料裁切系统绝大部分来源于国外一些大型跨国公司，这些大型跨国企业均能提供全套的自动套料裁切系统。这些系统集自动上料、冲裁等各项功能于一体。同时，系统软件本身也集成了ＣＡＤ计算机辅助设计系统，原料、订单、产品图形库等数据管理，冲裁工艺调整，数控ＮＣ程序自动生成以及实时监控界面等，不仅实现了生产过程的自动化，而且能自动实现信息交换、信息４东南大学硕七学位论文共享、信息传输等各种信息处理过程，在一定程度上达到了计算机集成制造（ＣＩＭ）的要求，很多国内大型企业使用效果良好。从而从工程上也证明了这种控制方法的优势所在。虽然国外的自动套料裁切系统在性能方面有优势，但在硬件与软件设计上较为封闭，不能根据不同用户需求进行修改或扩展；而且关键是价格昂贵，维修费用高、周期长。另外，由于这些系统是针对全球销 售，很难考虑到我国用户的特殊要求。鉴于以上原因，根据我国的实际情况，借鉴国外的先进技术，研制 具有自主知识产权的自动套料裁切系统，来替代同类进口设备。具有重要现实意义。１．４本文主要研究内容本文从实际上稃角度出发．以课题组已开发的基于ＨＵＳＴ控制器的全自动数控系统为平台，将该 系统工程化、产品化，分别设计出高精度自动铣床控制和套料裁切优化系统。文中阐述了开发的思路，实际＿Ｉ＝程实施期间遇到的问题，并根据问题提出理论解决方法的思路，最终在工程中的实现方法以及后续的研发中的改进。 主要内容有以下几个方面：１．第一章――绪论。首先介绍数控机床系统中主要控制设备――数控系统的产生和发展，接着就目前的～种先进制造技术――计算机集成制造（ｃ１Ｍ）的思想作简要分析，最后说明采用先进技术自主开发成套铣床系统和套料优化系统的重要性和可行性。２．第二章――平台系统设计介绍。本章在从总体上对基于ＨＵＳＴ控制器的数控系统平台进行基本的功能分析的基础上，重点介绍了平台系统的电控系统和通讯控制部分。３．第三章――产品化之一高精度铣床系统分析．重点阐述异形零件ＣＡＤ图形ＤＸＦ数据传递接口的设计和对最新图形格式的介绍；上位机（ＰＣ机）和下位机（数控系统）串行通信参数设置的实现； 保护配置的实现。４．第四章――本章详细阐述铣床系统中铣刀自动生成轨迹的算法和程序实现、加工代码的自动 第五章――产品化之二套料裁切系统分析。该系统是课题组全体成员的努力。本章主要着重生成等。５．描述笔者自己完成部分的工作，包括扫描输入和图形输出；输入图形微调；以及最小包围矩形的思想和实现。６．第六章―――套料优化算法分析及其实现。尽可能的节约型材，提高型材利用率，是企业经营的基本原则。本章提出了一种启发式的实用算法，并且编制相应测试程序进行模拟排版。模拟结果优化率良好，达到了预期要求。７．第七章――总结与展望。总结本文工作并提出了系统改进和扩展的一些方案，主要是针对目前较为流行的ＰＭＡＣ轴控｝代替数控设备的趋势分析，对就本论文中涉及的两套实际应用系统进行改进论述。５东南大学硕士学位论文第二章基于ＨＵＳＴ控制器的数控系统平台设计本章主要介绍了基于ＨＵＳＴ控制器的全自动数控系统平台的敷控器指令规范．基本电气控制．Ｐｃ机 与下位机之间通讯联系等基本配置情况．该系统平台是实验室课题组全体成员历经数年的开发成果， 其早期产品化之一全自动玻璃切割机已投入商业运行．当然，平台系统和具有实际特定加工目的的工 业机床产品之间存在一定的差异，本章主要阐述其中一些比较共性的内容。２。１数控器指令规范及说明ＨＵＳＴＩ．３的指令规范如表２－１所示【１３１１２０】。 表１－１数控器代码规范指令码Ｇｏｏ ＧＯｌ Ｇ０２ Ｇ０３ Ｇ０４ Ｇ０８ Ｇ１０ Ｇ６５功能说明 快速定位（快速进给） 直线切铣（切铣进给）指令码Ｇ１７ Ｇ１８功能说明 Ｘ．Ｙ圆弧切铣平面设定 Ｚ．Ｘ圆弧切铣平面设定 Ｕｚ圆弧切铣平面设定 程式停止。按下起动继续执行 程式结束 抬起（由气缸控制） 落Ｆ（由气缸控制）顺时针圆弧切铣（ＣＷ）逆时针圆弧切铣（ＣＣＷ） 暂停 设定机械坐标 数控器内部参数设定 用户白设宏指令（ＭＡＣＲＯ）Ｇ１９ ＭＯＯ Ｍ０２ Ｍ５５ Ｍ５６Ｇｏｏ指令是数控器命令切镜头以最高进给速度移动到程式中指定的终点位置。格式如下：Ｇ００ｘｙ．，Ｘ、Ｙ为定位终点的绝对坐标值。 ＧＯＩ指令是数控器命令切铣头以给定速度执行直线切铣功能至程式中指定的终点位置。格式如下：Ｇ０ １ｘ．一Ｙ―Ｆ二Ｊｘ、Ｙ为切铣终点的绝对坐标值，Ｆ为切铣进给率。切铣起点即为指令执行前切铣头所在位置。Ｇ０２／Ｇ０３指令分别是数控器命令切铣头以给定速度顺时针，逆时针沿圆弧切铣至程式所指定的终点位置。格式如下：Ｇ０２ Ｇ０３Ｘ ｘＹＹＩ ＩＪｊ一，即以速度Ｆ顺时针切铣图２－１所示圆弧。ＪＦ，即以速度Ｆ逆时针切铣图２．２所示圆弧。表中Ｍ５５、Ｍ５６指令由数控器与ＰＬＣ共同规划完成。当执行Ｍ５５指令时，数控器首先向ＰＬＣ送 出状态位Ｓ０２４高电平信号（ＯＮ．０．７５∞ｃ，ＯＦＦ．０．２５∞ｃ的周期方波），同时向内部寄存器Ｒ２５２写入ｓ５。 此时，ＰＬＣ将执行如下动作。并最终控制气缸来控制刀头的落下和抬升，以完成程序的完整操作。６第二章基于ＨＵＳＴ控制器的数拧系统平台设计图２．１顺时针切铣圆弧图２－２逆时针切铣圆弧 ／ＰＬｃ循环检测 ．‘图２－３Ｍ指令执行流程图。?７５ⅢＩ图２－４周期方波ｔ７东南大学硕士学位论文２．２电控主要设备构成全自动数控系统平台的电气部分主要设备及其分布如图２－５所示，具体说明如下。ＲＳ２３２Ｉｎｔｅｒｎａ］ ＰＬＣＩ／０ｏＺ Ｕ 卜 ∽ ｏ－ｒＡＸＩＳ １Ａ）【ＩＳ ２ ＡＸＩＳ ３ Ｍ １Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌ、．Ｄ＿―――――硒Ｉ／０继电板 卜咽！哐西ＰＣ机卜咽！蜮 卜咽！噬冲 卜咱肚―却ＡＣ ２ ２ ０ ＶＭＰＧ（手摇轮）图２－５主要电气设备及其分布图１．数控装置系统运动控制器采用台湾亿图公司的ＨＵＳＴ－３系列，控制三轴运动，其中ｘ、ｙ轴为工作台平面的 轨迹运动，ｚ轴为旋转运动。控制器内的操作系统负责输入数据处理（如Ｎ Ｃ程序、机床参数等）、插 补运算及位置控制、速度控制以及故障诊断等功能。ＨＵＳＴ－３控制器上还带有Ｒ８２３２串行接口，手摇 轮脉冲输入接口及内嵌的ＰＬＣ等模块。２．的继电板继电板采用ＨＵＳＴ ＮＰＮ型，每一块输入板带２４个输入点，输出板带１６个输出点，外部开关设备（如中间继电器、行程开关及接近开关、电磁阀等）信号线经Ｉ／Ｏ板接入ＨＵＳＴ－３内嵌的ＰＬＣ的１１０口。３．手摇轮手摇轮用来产生脉冲系列，用来调试系统时，在控制器点动运行模式下驱动电机。４．伺服系统。，?’系统中的执行元件为日本三洋（ＳＡＮＹＯ）’公司的ＰＹ系列交流伺服电机及其相应的驱动器，具有位置控制、速度控制和力矩控制三种控制模式。伺服系统采用半闭环的位置反馈结构。半闭 环位置伺服系统是具有位置检测和反馈的闭环控制系统，它的位置检测器（一般为光电编码器）与伺服电机同轴相连，可以通过它直接测出电动机轴旋转的角位移，进而推知当前执行机械的实际位置，由于位置检测器不是直接安装在执行机械上面，位置闭环只能控制到电机轴为止，所以被称为半闭环。半闭环的反馈结构不能考虑机械传动上的误差，因此轨迹定位不如全闭环的准确，但是可以依靠一些 补偿方法（节距误差补偿和间隙补偿）来提高控制精度。８第二章摹于ＨＵＳＴ控制器的数控系统平台设计图２－６主电源接线图２。３主要电气接线图及其说明１．主电源接线及其上电时序１２ｌｌＩ矧图２－６为平台系统主要电气设备电源供给线路图。其中两台三相普通交流电动机是参考国外同类系 统作为备用动力。按下上电按钮ＳＢＩ以后，中间继电器ＫＡｌ、ＫＡ２接通并由ＫＡ２自保持，触点ＫＡＩ 的闭合接通继电器ＫＭ２使控制器（ＣＮＣ）电源接通；继电器ＫＡ３由ＰＬＣ的输出信号控制，在控制器 电源接通几秒以后接通从而给伺服系统上电。系统需要掉电时，按下按钮ＳＢ２，首先关闭伺服电源， 由于延时断开继电器ＫＡｌ的作用，控制器电源能够继续维持一段时间后断开。图２．７显示了系统上电 的先后顺序，其中的伺服使能信号为ＤＣ２４Ｖ，由ＰＬＣ输出开关量提供。２．控制信号接线图图２－８为ＣＮＣ、伺服驱动器及其光电编码器信号接线图。伺服系统采用速度控制方式，位置信息由编码器反馈回来。ＣＮＣ发出一１０Ｖ．．．－＋１０Ｖ速度控制信号，编码器为绝对式编码，其信号也可直接接入控制器ＣＮＣ中。９蝴。僦，（Ｓｅｒｖｏ－ｏｎ）―――＿］＞１．５主电源接通 （Ｒ’Ｓｔ Ｔ）ｌ――］ 恻 一＿越厂～――］一 ～ｆ东南大学硕士学位论文１．！ｒ―――――］ｉ图２―７电源启动和闭合时序图圈２４控制信号接线图３．逻辑控制信号接线图Ｈｕｓｔ－３系列控制器中内嵌有ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）模块，主要用于配合ＣＮＣ实现其他辅助设备的逻辑控制，用户可以在系统默认的ＰＬＣ程序基础上根据实际需要添加控制程序。图２－９为系统平台中逻辑控制信号分布图。２．４主要控制过程的实现２．４．１控制系统数据的存储与传递Ｈｕｓｔ－３控制器中，存储空间分为两部分，一部分用于保存ＮＣ代码，另一部分用于保存控制过程中的数据。后者总共有１３５００个３２位的变量地址，这些变量保存了系统的参数、运行状态及其它相关资料，一些她址空间可以按位取用而被应用于ＰＬＣ中进行逻辑控制。表格２－２为ＨｔＥｔ－３控制器中变量主要地址分配及其功能说明。系统运行过程中，上位Ｐｃ机、ＣＮＣ控制系统以及ＰＬＣ之间实时地有数据和信息的传递。一般的， Ｐｃ机一方面只是通过读取控制器变量中的数据来获取系统当前运行状态，另一方面如果要发送指令到系统，则通过改变相应变量的数据，ＰＬＣ程序扫描到变量数据的改变后通知控制器执行相应动作。图ＪＯ第二章基于ＨＵＳＴ控制器的数拧系统平台设计２．１０为ＣＮＣ与ＰＬＣ之间的信号传递关系。０ＶⅡｒＩ鼍善引善ｌ回Ｉｒ量甲ｌ、 ｒ≥甲ｌｋ 丁鼻。掣、 Ⅲ善ｔ干、 ｍｌ髓于Ｌ～●蛔午０早飞午叭ｋ 孙阼麓 ａ甚阼亍一搓 （ａ）ｊ一逻辑输入信号嚣』 磊一变量地址００００１￣０９９９９蕊甄Ｌ 罩１菇！（ｂ）逻辑输出信号圈２－９逻辑控制信号分布图表２－２ＣＮＣ地址分配 定义的功能 可用户自定义 寄存器 计数器 计时器１－Ｂｉｔ Ｏ－Ｂｉｔ Ｃ．Ｂｉｔ Ｓ―Ｂ．ｔ Ａ－ＢｉｔＨＬＳＴＡ对应范围１０００肛１０２５５１０２５６～１０５１１ １０５１２－１０７６７ 】０８００～１０８０７ １０８０８～１０８１５ １０８１６～１０８２３ １０８２４～１０８３１ １０８３２～１０８６３Ｒ００肚Ｒ２５５Ｃｎ０００―：ｎ２５５Ｔｍ０００￣Ｔｍ２５５ｆ００００￣１０２５５０００００―００２５５Ｃ００００＾Ｃ０２５５ＳＯ０００～Ｓ０２５５ Ａ００００～Ａ０２５５ ｐＩ￡Ｓ―ｎＩｔ‘ｏ拜＇ｔ Ｅ｝ＩＬＳＴＨｊｔｓ Ｉ―ＢＩｔｓ●■士夺倍Ｊｊ ５塔Ｃ―Ｂｉｔｓ Ｔ１栩ｅｒ Ｒｕ‘ｉ５ｔｅｒＣｏｕｎｔｅｒ外部 Ｉ／０１２备图２．１０ＣＮＣ与ＰＬＣ信号关系其中： Ｓ－Ｂｉｔｓ：由控制器ＣｈＩＣ送到ＰＬＣ的运行状态信号； Ｃ－Ｂｉｔｓ：由ＰＬＣ发送到控制器ＣＮＣ的指令信号； ｌ－Ｂｉｔｓ／Ｏ－Ｂｉｔｓ：ＰＬＣ与外部Ｉ／Ｏ设备的输入（输出）信号；东南大学硕上学位论文Ａ―Ｂｉｔｓ：ＰＬＣ的内部辅助信号，占有表格２－２中的变量地址，可作为变量（３２位）使用； Ｒｅｇｉｓｔｅｒ：寄存器－其中Ｏ－０９可以由用户在编制ＰＬＣ程序时自由规划，１００－－２５５保存了系统的资料；２．４．２系统手动操作过程的实现系统平台提供两种手动操作方式：一是在ｐｃ机监控界面上，设定控制器为手动工作模式，鼠标按 下某一按钮，则刀具以设定速度移动；另外一种是手摇轮操作方式，在手摇轮上能直接设定移动轴向、 移动倍率，每摇一格发出～个进给脉冲。以下分别说明两种方式的具体流程，表格２－３中列举出了系 统执行手动操作时所涉及的变量和信号。 Ｉ．ＰＣ机控制方式。以手动Ｘ轴正向移动为例，当操作人员在控制器手动模式下用鼠标按下ｘ轴正 向移动按钮以后，Ｐｃ机软件经串口通信把控制器变量＃３４数值设为Ｉ，ＰＬＣ检测到以后通知控制器以固定速度一直朝ｘ正向移动，图２－１１为Ｐｃ机上系统执行手动操作流程。２．手摇轮控制方式。ＨＵＳＴ ＣｈＩＣ提供了手摇轮脉冲输入硬件接口，控制器根据接受到的脉冲数最可 以进行刀具的准确定位。玻璃切割系统中采用台湾ＭＴＴ．ＶＱ．１０２５６型手摇轮，通过该手摇轮的辅助旋钮开关信号并经ＰＬＣ处理以后可以直接设定驱动轴（ｘ、Ｙ或ｚ轴）和进给倍率（×Ｉ、×１０或ｘ １００）。图２―１２为系统利用手摇轮进行手动操作流程。 需要指出的是，第一种方式一般情况下无法确定刀具移动距离，而利用手摇轮控制，则可以根据所 发脉冲数（每摇一格发出一个脉冲）、进给倍率和控制器解析度算出刀具移动距离，具体计算公式如下 式：刀具迸给距离＝手摇轮移动格数×手摇轮迸给倍率×季誓蓑舞羔勰其中，每个”耋癸掌刍翌２蓑ｇ嚣（＃ｌ ｏ ９ ２ ５＝４）轴均有自己的解析度值，解析度分母是手摇轮发出的脉冲数，分子是刀具进给的距离。＋１接Ｊ爹等雾乎尹嚣。謦，正ｌ Ｎ―≮…一―卜～．．＜！：：！三二＝：一检谢其釜地址变 火 弋：：：：二二―７。；。手：：。 ｌ ｌ。Ｒｅ２ｔ３谢。｜２ ２９ Ｌｃ实时检测‰鼍。薏掌。‘≯雾ｌ项Ｒ２值）速率Ｉ朝Ｊ轴正向咎动Ｊ图２?１１ＰＣ机端执行手动操作流程１２第一二章基于ＨＵＳＴ控制器的数控系统甲台设计例如：解析度分母为１００个脉冲，分子为１００ｕｒｎ，进给倍率为ｌＯ，则手摇轮移动一格，刀具移动的距离为＃１Ｘ１０Ｘ １００／１００＝１０ｕｍ。≮至≮至令《沙≮陟≮型 自由Ｉ。２“３２：＝川。２”２２＂＝。Ｉ卜禺ｋ。‰ＩＩ Ｉｌ ｉ 』 上＋麓髫鞠骠黼’ｌ！！！塑堡竺塑Ｉ ∥―――一巨受蛰－控制器进馀指々一厂―：］ 一】 二：备注图２．１２手摇轮手动操作流程表２－３系统手动操作变量（信号）说明 变量地址或信号＃１１１１２＾璀１１１１４ Ｃ２２８ Ｒ２３３ Ｒ２３４ Ｒ２２２ １２４～１２６ １２７～１２９用途 ｘ、Ｙ、Ｚ轴手动速度值 ＰＬＣ置ｌ通知控制器执行手动模式下驱动马达 手动模式卜．移动方向 手动模式下移动方向 手摇轮倍率 选定手摇轮倍率 选定手摇轮移动轴控制器参数Ｒ２３３或Ｒ２３４须不为０ 为ｌ朝正向移动 为１朝负向移动１～１００分别为１、１０、１００ 分别为ｘ、Ｙ、Ｚ轴２．５数控设备和上位机通讯的实现在系统平台中，为了发送ＮＣ程序和实时监控数控运行状态，需要实现ｐｃ机与数控系统的通信。 目前在工业控制行业内，现场总线概念越来越得到重视，成熟的串行接口技术普遍存在于各种类型的数控之中。在Ｗ＋＋集成开发环境下，利用微软提供的ＡｅｔｉｖｅＸ控件，采用面向对象的程序设计方法，从而快速、高效，可靠地完成各种通信监控任务。结合本系统平台介绍了在ｖｃ＋＋编程环境下，通过嵌入微软通信控件ＭＳＣｏｍｍ，从而实现上位机与数控系统之间通信的方法。ＭＳＣｏｍｍ是Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司提供的简化Ｗｉｎｄｏｗｓ下串行通信编程的ＡｃｔｉｖｅＸ控件，它提供了两种 处理通信问题的方法：一是事件驱动方式。ＭＳＣｏｍｍ控件在所有通信事件（如ＣＴＳ线拉下）和通信错１３东南大学硕士学位论文误时都会产生一个ＯｎＣｏｍｍ事件，同时控件改变ＣｏｍｍＥｖｅｎｔ属性值反映错误或者事件类型。编程过 程中可以在ＯｎＣｏｍｍ事件处理函数中加入自己的处理代码，使得程序响应及时。可靠性高；二是查询 方式。查询方式实质上还是属于事件驱动方式，只不过此时不必对ＯｎＣｏｍｍ事件进行处理，只需要在 程序的每个关键功能以后，通过检查ＣｏｍｍＥｖｅｍ属性的值来查询事件和错误。如果应用程序较小并且 是自成一体的，这种方法可能是更可取的１１７１。图２．１３添加ＭＳＣｏｍｍ控件对话框下面首先来看一下ＭＳＣｏｍｍ控件在ＶＣ＋＋中的使用方法。ＭＳＣｏｍｍ控件不是工具箱控件，在 ＶＣ中要使用它，首先应该将控件插入应用程序所在的工程（Ｐｒｏｊｅｃｔ）中，然后才能在这个工程中使用 它１２６ｊ。首先选择Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单下ＡｄｄＴｏＰｒｏｊｅｃｔ子菜单中的Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄＣｏａＵｏｌｓ选项，在弹出的对话框中双击Ｒｅ舀ｓ妇司ＡｃｔｉｖｅＸＣｏｎｔｒｏｌｓ项（稍等一会，这个过程较慢），则所有注册过的ＡｃｔｉｖｅＸ控件出现在列表框中。选择Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｎｔｒｏｌ，ｖｅｒｓｉｏｎ６．０，单击Ｉｎｓｅｒｔ按钮将它插入到我Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ，们的Ｐｒｏｊｅｃｔ中来，接受缺省的选项。（如果你在控件列表中看不到Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔｖｅｒｓｉｏｎ６．０，那可能是你在安装ＶＣ６时没有把ＡｃｔｉｖｅＸ一项选上，重新安装ＶＣ６，选上ＡｃｔｉｖｅＸ就可以了这时在ＣｌａｓｓＶｉｅｗ视窗中就可以看到ＣＭＳＣｏｍｍ类了。（注意：此类在ＣｌａｓｓＷｉｚａｒｄ中看不到，重构ｃｌｗ文件也一样），并且在控件工具栏Ｃｏｎｔｒｏｌｓ中出现了电话图标（如图２一１３所示），现在要做的是用 鼠标将此图标拖剑对话框中，程序运行后，这个图标是看不到的。这就完成了控件的嵌入。．２．５．３ＭＳＣｏｍ控件属性及其设ＭＳＣｏｍｍ控件有许多重要的属性，其中一部分在程序中可以不必设置而使用缺省值。对于可能经常变更的属性，程序中可以使用变量代替，并通过用户界面输入变量值从而设置相应的属性。限于篇幅，下面仅介绍一些常用的属性及其设置： （１） ＣｏｍｍＰｏｒｔ．．设置或返同连接的串行端口号，默认值为ｌ（即Ｃｏｍｌ口）。如果打开的 是一个不存在的端口，控件会产生错误６８（设备无效）；１４第二章基于ＨＵＳＴ控制器的数｛宅系统甲台设计回Ｓｅｔｔｉｎｇｓ：设置或返回数据传输速率、奇偶校验、数据比特、停止比特参数，这个属性 值必须与通信的另一方（数控系统）一致； Ｈａｎｄｓｈａｋｉｎｇ：设置硬件的握手协议；④④ ④ ＠ ∽Ｒｔｈｒｅｓｈｏｌｄ：该属性值为一阀值，当输入缓冲区内字节个数达到或超过该值后会产生一个ＯｎＣｏｍｍ事件，如设为０则不产生ＯｎＣｏｍｍ事件；Ｓｔｈｒｅｓｈｏｌｄ：设置或返回输出缓冲区中允许的最小字节数，当输出缓冲区中的字节数少 于该值时，产生一个ＯｎＣｏｍｍ事件，如为０则不产生ＯｎＣｏｍｍ事件； ＩｎＰｕｔＭｏｄｅ：设置或返同传输数据的类型，当传输的数据是一些文本字符时，可以采 用文本方式，否则最好采用二进制方式； ＩｎＰｕｔＬｅｎ：设置或返回每次从输入缓冲区中的字节数，当设为０则控件每次读取缓冲 区中的全部内容； ｌｎＢｕｆｆｅｒｓｉｚｅ：设置或返回输入缓冲区的大小，默认为１０２４字节；④⑨ＩｎＢｕｆｆｅｒＣｏｕｎｔ：设置或返同输入缓冲区中等待读取的字节个数，可以通过该属性值为０来清除输入缓冲区； ＯｕｔＢｕｆｆｅｒＳｉｚｅ．－设置或返回输出缓冲区的大小，默认为５１２字节；∞Ⅲ ∞ＯｕｔＢｕｆｆｅｒＣｏｕｎｔ：设置或返回输出缓冲区中等待发送的字节个数，可以通过该属性值为０来清除输出缓冲区； ＰｏｒｔＯｐｅｎ：打开或者关闭端口．２．５．４．通信过程在ＶＣ＋＋集成环境下。上位机首先嵌入微软的Ａｃｔｉｖｅ）（通讯控件ＭＳＣｏｍｍ（ＭｉｃｒｏｓｏｌｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｔｒ０１），然后在编程中利用此控件的方法、属性和事件来实现与数控系统的串行通信。实现过程为：用户通过上位机的操作界面向数控系统发送读、写数据请求（包括下载或上传ＮＣ代码 等），数控系统接收到请求后进行校验，如正确则返回相应的数据给上位机，对于写请求则数控系统往 相席地址写入要求的数据。如通讯出错，数控系统会返回相应的错误代码。上位机端设有发送和接收 缓冲区，编程时只需要往缓冲区中写入或读出数据，而无需操作串口。图２．１４为上位机与台湾亿图公 司的ＨｕｓｔＢＸＣＮＣ的通信接线示意图口”。图２－１４上位机与数控系统的通信接线示意图１５东南大学硕士学位论文２．５．５通信协议嘲上位机通过串口与数控系统通信时一般情况下是把数控系统设为主机，由上位机向数控系统发送 通信请求命令，数控系统收到后执行相应动作并返回上位机需要的数据。其通信协议格式如下瞄】（以 台湾亿图公司的Ｈｕｓｔ３ＸＣＮＣ为例）：１）上位机设定控制器变量数据：如表２＿４所示，上位机一次仅能设定一个变量，并且输入的变量值为１６进制的ＡＳＣＩＩ码。２）上位机读取控制器变量数据：如表２－５（ａ）所示，除了指明变量个数和地址以外，上位机输出的指令还包括字头、字尾及电脑指令码等。其中的一些符号如ＤＣ２、《Ｒ＞及ＤＣＡ需用ＡＳＣＩＩ表示为Ｏｘｌ２、ｏｘＯＤ、Ｏｘｌ４。数控系统在收到正确请求后一直向上位机返回变蹙数据（直至上位机发出 停止发送变鼍数据的请求），返同数据格式如表２－５（ｂ）所示，上位机端从接收缓冲区中取出数据后要先按此格式进行校验，然后再把正确的变鼋数据从１６进制的ＡＳＣＩＩ码转为十进制数。（ａ）上位机发送到ＣＮＣ的指令（ｂ）ＣＮＣ返回的数据图２．１５从外部ＰＣ机读取控制器变量资表２－４设定控制器变量数据的协议 上位机输出的指令ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ＤＣ２字头 字头 指令码 变餐地址 ＸＸＸＸＸＸＸＸ＝输入的变量数据 字尾 字尾％＜ＣＲ＞０９０１２＜ＣＲ＞ Ｎｘｘｘｘ＜ＣＲ＞ ｄｘ．ｘｘｘｘｘｘｘ＜ＣＲ＞％ＤＣ４１６第二二章基于ＨＵＳＴ拧制器的数控系统平台设计表２－５读取控制器变量数据的协议１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ ｌｌＤＣ２字头 字头 指令码 指令编号 ＃撑＝读取变阜的总个数 ｘｘｘｘ＿第一个变晕地址 ｘｘ）【）【＝第二个变量地址 ＸＸＸＸ＝第三个变量地址 其他变量地址ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ ｌｌＤＣ２字头 字头 指令码 指令编号 送出的变晕个数 第一个变量数据（８位数） 第二个变量数据（８位数） 第二个变量数据（８位数） 其他变量数据％《ＣＲ＞０９０００＜ＣＲ＞ Ｎ０＜ＣＲ＞ ｖ撑撑《ＣＲ＞ ｄｘｘｘｘ＜ＣＲ＞％（ＣＲ＞０９００Ｉ＜ＣＲ＞ Ｈ０００００３００＜ＣＲ＞ ｖ撑群《ＣＲ＞ ｄｘｘｘｘｘｘｘｘ＜ＣＲ＞ｄｒ∞，ｘ＜ＣＲ＞ｄｘｘｘｘ＜ＣＲ＞ｄｘｘｘｘｘｘｘｘ＜ＣＲ＞ｄｘｘｘｘｘｘｘｘ＜ＣＲ＞％ＤＣ４字尾 字尾％ＤＣ４字尾 字尾（ａ）上位机发送到ＣＮＣ的指令ｂ）ＣＮＣ返回的数据３）上位机下载ＮＣ程序到控制器：上位机在下载ＮＣ程序之前，必须先发出传送请求，请求格 式与前面的相似，不同的只是指令码或指令编号。控制器收到上位机要求下载ＮＣ程序的指令后送出信号一ＤＣＩ一（Ｏｘｌ １），上位机收到此信号即开始传送ＮＣ代码到控制器。直到数控设备收到程序结束符， 完成程序输送，由于铣床加工均为单个零件，一般情况下数控的存储器完全可以满足要求来存放代码。图２．１６从外部设定控制器的参数图２－１７输送ＣＮＣ程序模式流程图１７东南大学硕七学位论文第三章数控铣床系统设计该铣床系统是专门为莱工厂定做的产品，主要用来管状零件内壁抛光．本章主要介绍了该数控铣床 系统如何形成切铣程序以及切铣过程的自动控制；介绍了铣床系统在硬件方面和保护方面的特点．在 已有自动化数控系统平台的基础上，分析了各项功能和需求后，形成系统的软硬件框架和配王．３．１铣床系统功能分析及其软件总体设计¨６１－【１９１通过与厂家协商以及和数控机床业老师傅的探讨，本着工程实用的原则，确定铣床系统的软件应该 具有以下的基本功能：１、毛胚件最终轮廓输入。一般加工件均为规则图形，但也不排除有一些异形轮廓的工件。为了便于系统管理，我们统一将接口设计成可以适合任意形状的图形，因为规则图形也是异形的一种。对于任意形状图形的工件轮廓绘制可以在ＣＡＤ软件上进行，然后保存为标准的图形数据文件（本系统中 引用格式为ＤＸＦ），通过软件图形数据接口输入到系统中。２、参数设置模块。由于涉及到切铣次数、每次切铣量、铣刀半径等一系列必要参数的设置，所以将参数设置做成一模块，和主监控界面整合在一起。３、自动生成数控ＮＣ代码功能。在传统的切铣系统中，ＮＣ代码的生成一般采用人工编辑或者利用额外的编程器进行自动编程，这种方法耗费时间长且容易出错。自动铣床系统根据参数设置和图形 输入，通过一定的算法程序，自动生成ＮＣ代码，并将其保存在临时文件中，以后遇到相同的加工件可以直接调出相应文件进行处理。４，与下位机通信功能。软件中自动生成的ＮＣ代码一般直接通过通信线缆传入下位机控制器的存储空间中。同时，下位机控制系统实时运行信息的反馈和上位机运行指令的发送均要求通信功能的 实现。目前下位机控制器（一般均指ＣＮＣ控制器）一般提供了ＲＳ２３２Ｃ串行通信接口，因此，上位机 软件需要设计一个串行通信接口实现与下位机的通信。通讯程序借助ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＣｏｍｍ控件进行上位机和数控设备的串口通讯，完成数据的交换。数控机床是现代高精度机械加工中的重要设备，在加工过程中，一般只给出最终轮廓的ＣＡＤ图纸和毛胚工件，有的工件由于租糙度不同，需要刀具走几次刀才能完成加工。在这个过程中，系统根据 用户设定的刀具半径、最终轮廓线ＤＦＸ文件、每次进刀量等参数自动生成内铣外铣的整个完整的刀具行进轨迹。在这种情况下，用户可以不必手工去编制ＣＮＣ程序，极大地提高了生产效率，真正体现了 ＣＮＣ设备的自动化生产的优势。鉴于以上考虑，制定了高精度铣床自动化控制系统整个工作的基本过程。首先，主系统读入最终轮廓线的ＤＦＸ文件（该文件由用户自己绘制，或者也可以用普通ＣＡＤ图纸转存为ＤＦＸ文件），然后从系统界面读入各种参数，经过主系统的综合处理，生成铣刀的走刀轨迹，进而再生成实际ＣＮＣ可读的Ｇ代码，同时生成文本文件，储存在文件夹中。Ｇ代码生成后通过计算机串口直接传送到ＣＮＣ设备．１８第三章自动铣床系统设计自动铣床系统的上位机软件从理论上来说属于ＣＡＤ／ＣＡＭ软件的范畴，因此其设计的过程主要是 参考ＣＡＤ／ＣＡＭ的思想进行的。图３．１所示是整个软件的系统模块图，每部分详细说明将在下面内容 中阐述：包括如何获取ＤＸＦ文件；如何设置参数：如何自动生成铣刀轨迹及其其数学依据；如何自动 生成Ｇ代码等。图３．２是主监控界面。图３－１软件系统模块图图３－２主监控界面１９东南大学硕士学位论文３．２．参数设置参数设置主要包括通讯参数的设置、铣床加工参数的设置、异形加工图形输入。通讯参数主要包 括串１：３选择、波特率、奇偶校验、数据位、停止位的设置。这些参数的改变可以使得铣床上位机和数 控设备的通讯有更多的选择。为输入异形加工图形专门做了图形接口。如图３＿３、３－４所示。 铣刀参数的设置包括精铣和粗铣的次数、每次的进刀量、铣刀轨迹的走向。精铣的时候速度较慢， 但精度较高（ｏ．１ｒａｍ），适合后道工序；粗铣的时候速度较快，但精度稍低（ｏ．５ｒａｍ），适合前道工序。图３．３铣切参数设置图３．４导入任意形状的加工图形接口２０第三章自动铣床系统设计３．３．ＤＸＦ图形信息提取接口设计［２３Ｈ２Ｓ］接下来首先介绍ＤＸＦ文件的结构形式，然后说明利用ＡｕｔｏＣＡＤ二次开发进行图形的预处理及添加一些必要信息的方法，最后阐述了从ＤＸＦ文件中提取图形数据的具体实现过程。３．３．１．ＤＸＦ图形文件的特点ＤＸＦ文件格式是一种解决ＡｕｔｏＣＡＤ与其它软件之问进行图形数据交换而定义的图形交换文件格式，具有结构严密、易于读取等特点。现在基本已成为国际上较为通用的图形交换文件之一。另外惠普公司提出的ＨＰ．ＧＬ／２图形语言标准在近年来也逐渐得到关注。 通常情况下，由ＡｔｕｏＣＡＤ生成的二维图形ＤＸＦ文件由七个段（ＳＥＣＴＩＯＮ）组成１２４］，依次为ＨＥＡＤＥＲ（标题段）、ＣＡＬＳＳＥＳ（类段）、ＴＡＢＬＥＳ（表段）、ＢＬＯＣＫＳ（块段）、ＥＮＴＩＴＩＥＳ（实体段）、ＯＢＪＥＣＴＳ（对象段）和ＴＨＵＭＢＮＳＩＬＩＭＳＧＥ（图形预览段）。每段都由一系列组构成，每一个组占两行，第一行 为组码，表示数据类型，第二行为组值，表示数据项。各段的主要功能为：１． ２．标题段包含图形文件的一般信息。由ＡｕｔｏＣＡＤ数据库的版本号和大量的系统变量组成； 类段包含系统定义的类信息，这些类的实例可以出现在块段、实体段、对象段中。类定义在 类属性中是永久不变的；３表段又由九个子表构成，有应用程序表示符号表、块引用表、标注样式符号表、图层表、线 型表、文字样式表、用户坐标系表、视图表和视口配置表；４． ５． ６．块段包含块的定义和图形中每个块引用的图形实体； 实体段包含构成图形文件的所有图形对象，其中包括块引用； 对象段组成图形文件的非图形对象。除实体、符号表记录以及符号表以外，所有对象均存储 在本段； 图形预览段为可选项，用于包含ＤＸＦ文件的预览图象数据。３．３．２．编制数据转换接口程序１．从ＤＸＦ文件中提取实体的形状信息ＤＸＦ文件中数据的组织结构严谨，条理清晰，每个段以及组码、组值都有严格的定义及书写格式， 很容易读出其中的图形信息。对于类似玻璃图样这样的二维图形，一般只需要从实体段中提取图形实 体的信息即可，编制程序时，需要注意的是：１）每一次读取应该同时取出组码及其跟随值（即同时读取ＤＸＦ文件的两行），否则，如果顺序搞乱，把前一组的跟随值当成组码，后一组的组码当成跟随值，则永远无法读出数据； ２）把读取每一种实体数据的过程单独处理成一个模块，便于稃序代码的整齐、调试及今后的 扩展。图３．５为读取数据的流程图。２１东南大学硕七学位论文开始读出组码Ｉ 读出组值 ＶａＩｉｌｃｔ。－一－－０９ ＮＴＶａ。ｌｕ哪ｅ＝＂ＩＴ ＥＳ。吗？／／５ｙ（继续蘸取数据）蓄面向读出组值ｌＶａｌＩ” ＣＹ（进入实体段）Ｉ“Ｎ曼黧巩异ｅ：掣蝼亟掣（，五磊Ｄ ｓＥ”吗？／／’＼“ｏｍ”Ｉ＝劬且Ｖａｌｕｃ＝。Ｌ １ＮＥ”吗？ｂｌ删稳…．：．（读出其他图形Ｉ实体的数据）Ｉ―０且Ｖａｌｕ矽Ａ＼／ｌＮ 图３－５ ２．对取出的原始形状信息进行处理ＲＣ”吗？读出圆弧罔心 半径．起始角 和终止角ＤＸＦ＇文件读取流程图ＤＸＦ文件中实体图形的描述是按照ＡｕｔｏＣＡＤ内部规定来进行的，大部分不符合ＮＣ程序所要求 的格式，而且数控系统一般只有直线和圆弧加工指令，故需要把实体图形分解为满足加工精度要求的直线和圆弧。这里面主要有以下几方面的工作：１）把圆弧的描述改为起点、终点和圆心，同时要记下圆弧的时钟走向（从起点到终点顺时针还是逆时针）；２）把多段线（ＬＷＰＯＬＹＬＩＮＥ）分解为直线和圆 弧。ＡｕｔｏＣＡＤ中的多段线是由相互连接的直线和圆弧构成的，必须分解为独立的宜线、圆弧。需要注 意的是，多段线对圆弧的定义用了～个较为特殊的概念：凸度，表示ｌ／４圆弧圆心角的正切，如果为 负值则圆弧从起点到终点是顺时针方向的；３）把椭圆（或椭圆弧）、样条曲线用圆弧拟合。用圆弧逼 近任意曲线已经有不少成熟的算法，典型的有相切圆弧法、双圆弧逼近法口９Ｈ”】。这部分工作借助了现有的比较成熟的程序来完成，这里不再赘述。经以上分解出的直线和圆弧，排列的顺序是不确定的，还需按加工要求重新组合。对于玻璃切割。加工时一般就是沿着玻璃轮廓轨迹连续进行，所以需要把直线和圆弧按首尾相连的顺序排序。排序过 程为：按照轨迹优化的规则取出一条曲线（可为直线或圆弧）作为起始切割线，在剩余线端点中找出第三章自动铣床系统设计与前一条线终点重合的点以及该点所在的线。如果重合点是找出线的终点，则交换其起点和终点。对于圆弧，则在交换了起点、终点后还要改变其时钟走向。然后，把前一次找出的线作为当前线．搜寻出它的连接线。如果没有找到当前线的连接线，则表明取出的曲线已经构成了一个闭合路径（可能是 玻璃的外轮廓或其中的某个孔的轮廓），这时重新接轨迹优化的规则从剩余曲线中找出一条曲线作为下 一个闭合路径的起始切割线，直至把所有曲线排完为止。 ３．存储数据结构的选取把图形数据从ＤＸＦ文件中取出并经一系列整理以后，需要设计一个合适的数据结构来存储，实现既能够节省内存空间，又方便在生成ＮＣ程序时数据的重新取出。在利用Ｖｃ＋＋开发软件时，采用面向 对象思想设计了其中的数据结构，把直线、圆弧抽象为直线类（ＣＬＡＳＳ）和圆弧类，利用动态链表存储指向它们基类的指针，在取出数据时，运用Ｃ＋＋运行时类型识别功能判断链表中的元素（基类指针）是指向直线对象还是圆弧对象。同时，利用Ｃ什提供的一种叫串行化的工具把数据以二进制流的形式保存到文件或从文件中取出。图３－６是数据结构的框架图。件名称工件ｌ对象指引１件２对象指针 工件３对象指针菇 哥 抽 皿盥曲线ｌ ｜｝｜｜线２ 曲线３辣图３．６数据结构简图３．４系统硬件功能及配置铣床系统的硬件包括运行上位机软件的工业Ｐｃ机以及下位机数字控制装置、ＰＬＣ、执行电机及其它电气设备。硬件系统的设计和制造主要由课题组联合南京长泽电气公司的技术人员米完成。经过对 各种已有设备的调研，认为下位机控制系统主要实现以下几个功能：１）解释由上位机下载过来的ＮＣ代码，进行直线和圆弧的插补，发送出进给指令给执行机构。这个工作由数字控制装置实现； ２）辅助设备的运行控制以及报警信号（如极限开关、急停按钮）的采集与处理。由于涉及的主要 是一些逻辑控制，因此可采用ＰＬＣ（可编程逻辑控制器）来进行统一的控制：３）执行电机接受控制器发出的进给指令带动切铣刀具进行轨迹的精确定位。由于切铣过程需要刀 具在切铣台面上作精度较高的运行，同时要求定位精度高（一般误差小于Ｏ．５ｍｍ），因此，铣床系统中的执行电机普遍采用性能优越的伺服系统； 根据系统硬件功能的要求，形成自动玻璃切铣系统的硬件配置如图３―７所示，下面分别介绍各个 部件。２３东南大学硕士学位论文上位ＰＣ机。根据系统要求，综合考虑主机处理速度、扩展能力、抗干扰要求及性能价格比，采用研华公司的工控机，ＣＰＵ为ＰＩｌｌ８５０，内存空间为２５６ＭＢ。ＰＣ机经ＲＳ２３２串口与下位机数控通信，并 可用以太网和上层管理系统连接； 数控装置。自动铣床系统采用台湾亿图公司生产的ＨＵＳＴ－３系列数控系统。该系列的系统设计为插卡式结构，除了主机控制板以外，其他控制单元，如存储卡、轴向控制卡、Ｒｓ２３２Ｃ卡、键盘卡、屏幕显示卡、Ｉ／Ｏ卡等都是以插卡方式插入主机控制板上的插座。ＨＵＳＴ－３最多能够同时六轴联动，最大 反应速度为１２０ｍ／ｍｉｎ［２０１，具体主板插卡结构如图３－８所示，表格３．１说明每一块插卡的功能；图３．７系统硬件配置图’ 一―、Ｐ、ｏ一厂、ｏ口ｘ］０：√］０口： ： ：：／ｔＬ＇２２０Ｖ一口Ｔ口ｏ三口Ｊ］ ＶＶ ００―／：吨 Ｈ。ｏ图３―８ ＨＵＳＴ－－３ ＣＮＣ主板插卡结构１、伺服系统。伺服系统要求驱动四象限运行并能够进行快速响应，过去，直流电机由于通过调节励磁和电枢电流可以容易地实现对转矩的控制而被广泛应用。但是直流电机有着固有的缺点，如制 造复杂、成本高、需要定期维修、运行速度受到限制，等等。近年来，由于矢量变换控制技术在交流电机控制中的应用不断成熟，同时，随着电力电子、微电子、计算机技术和永磁材料学科的发展，交流控制系统已经完全可以与直流系统媲美。相对于直流电机，交流电机结构简单，坚固耐用，便于维修，价格便宜。因此，目前，越来越多的数控机床采用交流伺服系统。本系统选取了日本ＳＡＮＹＯ公 司的Ｐｌ及Ｐ５系列交流伺服系统。表格３－２为系统各轴的伺服配置情况［２２１；２、其他控制设备，包括：ＰＬＣ，由亿图公司提供内嵌于ＨｕｓＴ一３数字控制器中；继电器，用于２４第三章自动铣床系统设计控制系统主电源、控制器电源、吹风电机、真空泵等设备的通断；电磁阀，主要控制刀具升降、定位 块上下、分片抬杆等气动设备的动作；行程开关、接近开关及刀具位置感应开关，实现刀具各个方向 上的定位及极限保护 表３－１ Ｉｑ［ＵＳＴ－－３ ＣＮＣ主板插卡说明 插口标识ＭＥＭＡＸＩＳｌ ＡＸＩＳ２ ＲＳ２３２Ｃ ＳＣＡＮ Ｐｌ―Ｐ５ Ｐ６插卡实现功能 存储膏，ＲＯＭ／ＲＡＭ 位移（轴向）控制每，Ｘ轴及Ｙ轴，Ｍ１是ＭＰＧ（手摇轮）控制线接头 位移（轴向）控制专，Ｚ轴及Ａ轴，Ｍ２是ＭＰＯ（手摇轮）控制线接头 ＲＳ２３２Ｃ串口电脑连线接头及ＨＵＳＴ按键（ＫＥＹ）卡 屏幂显示以及ＨＵＳＴ ７一段ＬＥＤ卡 ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ夤 方式ｌ：第六片ｂ＇Ｏ卡 方式２：第三片位移（轴向）控制卡表３－Ｉ伺服系统配置及其技术参数 坐标轴 Ｘ轴（带动横梁运动） Ｙ轴（带动刀具纵向运动） Ｚ轴（带动刀具旋转） 电机型号Ｐ２ Ｐ２ Ｐ５额定功率 ２ＫＷ １．５ＫＷ ４００Ｗ额定转速３０００ｒ／ｍｉｎ ３０００“ｍｉｎ ３０００ｒ／ｍｉｎ额定力矩６．３７Ｎ．ｍ ４．７９Ｎ．ｎｌ １．２７４Ｎ．ｍ３．５系统保护功能及配置考虑到系统应用于现场，并且参照数控设备的安全特性，我们在整个系统得保护功能上设置了软保 护和硬保护。 软保护主要指利用ＰＬＣ开关量设置了ｘ轴（横向）极限开关、Ｙ轴（横向）极限开关。每个方向 有正负两个保护。一旦移动装置越过这些极限中的任何一个，整个系统就会自动急停。这样的话可以 防止设备飞出影响人生安全。保护监控界面如图３－９所示。但是．考虑到铣床移动装置的重龟和移动速度，动量肯定很大。因此还在机械设备的边缘安装了铸 铁安全挡块，这样的话基本可以保证主轴电机不会飞出来。图３－９保护监控界面东南大学硕士学位论文３．６铣床系统自动工作过程的实现铣床系统在手动测试动作无误并执行回原点操作以后，即可进入自动铣切过程，该过程包括读取 ＤＸＦ数据、参数设置、自动生成铣刀行进轨迹、生成并下载ＮＣ程序、启动铣切动作以及铣切过程中 的暂停和一些保护等，图３．１０为工作流程图，具体说明如下：圈匡 圉叵 匣罂巳图３．１０铣床系统工作流程１． ２．程序运行过程中ＰＣ机端可以发出暂停指令，ＰＬＣ到指令后通知控制器执行； 系统在切铣完本次订单的所有工件以后，ＰＣ机做出一些后置处理，比如重新初始化数据，卸载内 存空间中的数据等；３．系统在自动切铣过程中，有时需要抬起切铣刀头进行空程移动，因此，刀具的升降控制是一个重 要的任务，下面简单介绍本铣床系统中刀具控制方法。表３－３刀具控制变量（及信号）说明 变量地址或信号Ｒ２５２ Ｓ０２４ Ｃ０３２用途 由控制器写入Ｍ??’码中的数值（＋”），０００－－９９９ 当控制器遇到Ｍ码时置位，通知ＰＬＣ做出处理 Ｍ码执行结束信号，由ＰＬＣ通知控制器，以便继续执行下一ＮＣ指令 系统白定义，表示抬刀指令 系统自定义，表示落刀指令Ｍ５５ Ｍ５６０００ １１６ １１７ＰＬＣ输出信号，控制电磁阀，。ｌ”落下刀，…０抬起刀ＰＬＣ输入信号，来自位置感应开关，“１”表示刀头已经抬起 ＰＬＣ输入信号，来自位置感应开关，“１”表示刀头已经落下第三章自动铣床系统设计ＨＵＳＴＣＮＣ提供了一种辅助功能码一Ｍ码，遇到加工程序中的Ｍ?”码时，控制器会送出信号（Ｓ０２４）到ＰＬＣ并设置一相应系统变量值为＋¨，用户可自定义ＰＬＣ接受到信号以后根据不同的（?”） 值做出什么样的响应。铣床系统刀具部分安装在气缸上。气缸的气路由电磁阀控制，而电磁阀的通断 则由ＰＬＣ的输出信号控制。表格３－３为系统刀具控制过程中所用到的地址变量和控制信号。 另外，刀具的升降由气缸动作实现，由于这一个过稃总是需要耗费一定的时间，为了避免在刀具没 有完全到位情况下控制器就执行下一指令，系统中刀具部分安装了位置感应开关，在刀具完全到位时 感应开关输入信号给ＰＬＣ，ＰＬＣ只有在收到输入信号以后才通知控制器执行Ｍ码后的ＮＣ指令。东南人学硕十学位论文第四章铣床系统铣刀轨迹及Ｇ代码生成铣床系统铣刀轨迹的生成是系统柔韧性和自动化的重要体现。本章主要举例介绍了已有台湾公 司数控铣床系统的轨迹生成方法，分析其优缺点，然后针对国内工厂实际的需要，设计了一种比较完 整的生成铣刀行径轨迹的方法．经过现场实际调试和工厂的试运行，证明了其确实是有效的．４．１普通铣床轨迹生成的方法下面主要先举例说明国内某公司数控铣床轨迹生成方法。由于一般零件车床切铣只要铣一遍就可 以达到加工要求，所以国内某公司使用的数控铣床均采用以下方法来实现铣刀的轨迹。该方法在加工 零件品种单一，数量巨大的情况下比较实用。 方法的主体思路就是将刀具中心所要行走的轨迹（即被加工模具的图样扣除刀具半径后的所形成 的闭合图形）及其相对于机台程序原点的距离如实反映在ＡｕｔｏＣＡＤ中，并最终生成ＤＸＦ文件。具体 方法如下：第一步：在ＡｕｔｏＣＡＤ２０００中用直线、圆弧、椭圆弧、多段线以及样条曲线等绘图命令绘制出刀具 中心所要行走的轨迹。注意需要在加工轨迹的内部设置一定点（如下图中Ａ点），外加两条角度偏差很小的直线（＜０．５ 。），与加工轨迹共同构成一闭合图形，如下图所示。另外还要确定闭合图形的行走顺序，必须规定以 轨迹内部的定点为闭合图形的起始点和终点，所以下图中闭合图形的行走顺序为：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ａ。图４＿ｌ老式铣床铣刀轨迹生成方法图第四章铣床系统铣刀轨迹及Ｇ代码生成第二步：将模具固定于机架上，将数控上电开启，在ＭＤＩ模式下执行指令Ｇ００Ｘ０．０Ｙ０．０，使刀 具中心移至程序原点。确定将要在模具上行走的刀具的中心轨迹的最左端点，量取该端点到程序原点之间的水平距离记为ｄｌ，相似地量取刀具中心轨迹的最下端点剑程序原点之间的垂直距离记为ｄ２。第三步：在Ａｕ“）ＣＡＤ中找出所绘制闭合图形的最左端点（如上图中点Ｄ），以该点为起点向左画 一条长度为ｄｌ的水平线段（如上图中线段ＤＤ，相似地找出闭合图形的最下端点（如上图中点Ｇ），以该点为起点向下画一条长度为ｄ２的垂直线段（如上图中线段ＯＨ）。执行命令ＲＢ，形成一包容矩形。其中ＲＢ命令是利用ＡｕｔｏＣＡＤ二次开发语言ＡｕｔＯＬＩＳＰ编写的命令，功能是给已画图形套上包围矩形。第四步：删除上一步骤中形成的水平线段和垂直线段（即ＤＩ和ＧＨ），并且将该图样保存为ＤＸＦ格式的文件即可。 上述方法比较清晰明了．但是第二步调试比较麻烦，有时可能为了测一个距离而要调一天的时间。 当然调试完成后铣大批量的单一品种零件还是比较有效的。但是其缺点也是显而易见的。 ｌ：该方法铣刀只能走一次完整的铣切，不能够对同一个零件第二次加工。 ２：如果零件种类较多，数量较少，调试时间肯定成倍增长。３：一旦切铣一定数量零件后，由于该方法对距离精度影响较高，又要重新调试，调整距离ｄ１，ｄ２． 鉴于以上分析，我们提出了一种比较灵活实用的自动轨迹生成新方法。４．２铣刀轨迹自动生成首先看一下几个基本概念。由于铣刀是一个圆柱体，铣刀中心和铣刀壁（直接与工件先接触部分） 相差一个铣刀半径。这样的话如果是铣刀在腔体内运行刀具中心轨迹就是工件内腔形状的缩小，在外部就是放大，如图所示。图牝铣刀工作图在实际机械加工中，由于数控铣床的特殊性，任意的图形一般均用直线和圆弧来拟合。拟合后的图形可以分割成如下的线段连接体。东南大学硕士学位论文１：直线到直线，２：直线到圆弧，３：圆弧到直线；４：圆弧到圆弧。 如图４－３所示的一种任意图形就是由１．２－３－２．４．３．１这种连接方式来组成的。 对于极端不规则曲线，经数学拟合后，还是可以分成以上种连接方式。 对于普通直线段和圆弧段的放缩比较简单，只要相应的左右平移或放缩圆弧半径即可。但连接点 的处理比较麻烦，因为既要保证刀具轨迹的连续性，又要保证放缩后的轨迹不失真。下面就几种线段 连接方式的特点来具体阐述如何处理轨迹的生成问题。３图４－３任意图形举例 ４．２．１直线到直线直线和直线之间的通常交接如图４－４所示，中间实线为工件最终的待切铣线，上下两条虚线为刀具轴中心的轨迹。实线和虚线之间法线方向上可以相差ｎ＋ｈ＋ｒ的距离，其中ｎ为切铣次数，ｈ为每次进 刀量，ｒ为刀具半径，当铣到最后一刀时，虚线和实线之间的距离就是ｒ。普通的交角如图４－４，内外铣只要在实线法向方向上平移后相交就形成了新的轨迹了，考虑到如果转弯处的夹角是小锐角的话上面 的虚线延伸肯定大，如图４－５所示。＼＼．｜＜二、心…＼图４－４普通直线连接，．＼、、图４－６直线连接圆弧图４－５直线间小角度连接角度越小的话造成的延伸越长，造成资源浪费。故针对这种情况在角项处以角顶点为圆心，作两条虚线的相切圆就可以了，刀具中心沿这条新轨迹就可以避免以上的问题，如图４－６所示。但如果不 是最后一刀的话，此圆的半径就是ｎ铀＋ｆ，其中ｎ是剩余铣切次数。ｒ是铣刀半径，ｈ是每次铣切量。相交两直线一侧有相切圆，另一侧没有相切圆。相切圆判断原则如图４－７、４－８所示，如果是内 铣，那么处理比较简单，只要将判断直线间夹角。若。大于Ⅱ，则右侧有相切圆，反之则左侧有。当第四章铣床系统铣刀轨迹及Ｇ代码生成左侧无相切圆，新圆弧起点为（ｘ２－Ｒｓｉｎ口ｔ，Ｙ２＋Ｒｃｏｓａｔ），新圆弧的终点为 （ｘ２一Ｒｓｉｎｃｒ２，Ｙ２＋Ｒｃｏｓ口２），其中Ｒ是放大缩小的大小。可以在软件界面中设置该值。相应的，如 果右侧无相切圆，右侧新圆弧起点为（ｘ２＋ＲｓｉｎｏｅＩ，Ｙ２－Ｒｃｏｓａｌ）右侧新圆弧终点为 （ｘ２＋Ｒｓｉｎｏｆ２，Ｙ２－Ｒｃｏｓａ２）。其余直线部分方程很简单，只要在原来最终轮廓线方程的基础上平移Ｒ 就可以了，Ｒ＝ｎ＊ｈ＋ｒ，平移方向随图形放大和缩小而不同，这里不再赘述。ｘ３，蚰ｌＩ，ｙＩＩｌ，，ＩＩｔｔ－矗／，图４－７直线与直线连接图４｛直线与直线的处理图４＿９直线．圆弧顺时针一＼、、Ｉ，，醯酮ｔ酣坤戡坷絮忙４．２．２直线到圆弧图４－１０直线．圆弧藤时针？逆在直线――圆弧中，铣刀轨迹有四种情况分别如图所示。图４－９和图４．１ｌ为顺时针（针对圆弧而言１切铣，主要区别在于图４－９中的Ｂ角是一个超过１８０度的角，而图４－１１中的ＩＳ Ｎ４，于１８０度，图４－９中ｇｌ用半径为ｒ的连接圆弧。事实上，这在数学算法中表现出来就是两条放缩后的曲线有没相交点的问题。顺时针走刀新轨迹生成处理方法如下： 当角Ｂ大于１８０时，右侧有相切圆（此相切圆指直线和与圆弧交点处切线的相切圆）。否则的话左侧有相切圆。有相切圆一侧新轨迹交点很容易求得。无相东南大学硕上学位论文切圆时利用以下步骤求连接圆弧：左侧无的话，图４－９所示新圆弧起点Ａ（ｘ２一Ｒｓｉｎａｉ，Ｙ２＋Ｒｃｏｓａｌ）。终点Ｂ（ｘ２＋（ｘ２一Ｘｏ）Ｒ／Ｌ，Ｙ２＋（ｙ２一Ｙｏ）Ｒ／Ｌ）。图４－１１起点Ａ（ｘ２＋ＲｓｉｎａＩ，Ｙ２－Ｒｃｏｓｏｆｉ），图４－１１ 所示终点Ｂ（Ｘ２一（ｘ２一Ｘｏ）Ｒ／Ｌ，Ｙ２一（ｙ２一Ｙｏ）Ｒ／Ｌ）．类似的，可以得到图４－１０所示连接圆弧起点 Ａ（ｘ２一ＲｓｉｎａＩ，Ｙ２一ＲｃｏｓａＩ）终点Ｂ（ｘ２＋（ｘ２一Ｘｏ）Ｒ／Ｌ，Ｙ２＋（ｙ２一Ｙｏ）Ｒ／Ｌ）。图４?１２中的起点坐 标Ａ（ｘ２一Ｒｓｉｎａｊ，Ｙ２＋ＲｃｏｓａＩ），终点Ｂ（Ｘ２－－（Ｘ２－－Ｘｏ）Ｒ／Ｌ，Ｙ２一（ｙ２一Ｙ０）Ｒ／Ｌ）?上面公式中隔＝口，Ｒ＝ｎ铀＋ｒ，为放缩的大小。、 ’’：，， ／图４－１２直线．圆弧逆时针二 如图中所示。Ｌ为实线圆弧的半径，即最终轮廓线的圆弧半径。联立直线和圆弧的方程，很容 易求出直线和圆弧的交点（）【２，ｙ２）就是连接圆弧的圆心。直线部分的放缩只要将直线方程平移就可以了，圆弧部分的放缩只要保证圆心不变，半径放缩Ｒ。具体在程序中角１３的算法可以根据两直线的夹角来算得。４．２．３圆弧到直线圆弧到直线的情况和上面直线到圆弧算法类似。也是根据Ｂ角米判断有没相切圆。具体数学推导 不再累述。典型图见下面所示。，／／，．、、、凇靠埔 缓～图４－１４圆弧．直线逆时针一图４．１３圆弧一直线顺时针一第四章铣床系统铣刀轨迹及Ｇ代码生成图４．１５圆弧．直线顺时针二图４－１６圆弧．直线逆时针二４．２．４圆弧到圆弧～｜＼≥一二二三ｆ一一／／＼Ｓ＼／ ／图４－１７圆弧到圆弧顺时针图４．１８圆弧到圆弧逆时针圆弧和圆弧相交可以分成４种情况，分别如图４．１７、图４．１８、图４．１９、图４―２０所示。前面两种情东南大学硕士学位论文况在半径扩大Ｒ的情况下新轨迹曲线（此曲线比较容易求解，只要将与曲线方程半径扩大既可以了） 必然相交，不会存在没有交点，在半径缩小Ｒ的情况下，新曲线则有可能会出现无解（没有交点），图 中各距离如下式所示。Ｊ＝√（而一而）２＋（ｎ―Ｍ）２Ｌ２＝√（而一玛）２＋（儿一弘）２Ｌ．＝√（而一而）２＋（弘－ｙ１）２当ｓ＞Ｌｌ＋Ｌ２?２Ｒ时，半径缩小Ｒ后岢定无解，即没有交点，出现这种情况下。就要利用连接圆弧来完成轨迹的连续性，起点Ａ的坐标为（ｘ３一（为一ｘ２）Ｒ／Ｌ，乃一魄一Ｙ２）Ｒ／Ｌ），终点Ｂ坐标（屯一（而一ｘ，）Ｒ／Ｌ，乃一（Ｙ３一ｙ，）Ｒ／Ｌ），圆心Ｌ就是连接点的坐标（ｘ３，Ｙ３），这样就是以Ｌ为圆心，Ａ为起点，Ｂ为终点，Ｒ为半径逆时针生成连接轨迹。对恻弧－圆弧逆时针图的处理方式也是一样的。如 果判断出有解者按照方程联立求解原则，求出转折点就可以了。注意，在求解的时候，求出两个根要 进行取舍，原则是求出的交点（】【，ｙ）。连接两个圆心构成直线，点（）【’ｙ）和点（ｘ３，ｙ３）必在此直线 的同一侧。Ｒ２－（Ｌ１－Ｒ）２ Ｒｉ｜＝（Ｌ２－Ｒ）２ （ｘ―Ｘ１）２＋（ｙｌ―ｙ）２＝Ｒ？ （ｘ―Ｘ２）２＋（ｙ２一ｙ）２＝Ｒ；联立以上４式就可以求解了。其中Ｒ１和Ｒ２分别是两个圆弧的原二｝径。 对于下面图中所示的类型（包括顺逆，逆顺两种）无论半径是缩小还是扩大，均存在交点，处理方法 和上面类似，注意：这里Ｒ≥（Ｌ１－Ｒ）２Ｒ；ｉ＝（Ｌ２＋Ｒ）２ （ｘ―Ｘ２）２＋（ｙ２一ｙ）２＝Ｒ； （ｘ―ＸＩ）２＋（ｙ】一ｙ）２＝Ｒｊ联立以上４式就可以求得交点坐标。根的取舍原则和上面一样，交点和（ｘ３，ｙ３）在圆心连接直 线的同一侧。／／一、＼。，｛图４－１９圆弧到圆弧顺逆图４－２０圆弧到圆弧逆顺第四章铣殊系统铣刀轨迹及Ｇ代码生成４．３Ｇ代码的自动生成普通机床Ｇ代码一般均通过人工编制，本系统编制了自动生成Ｇ代码模块，使得用户使用更加方 便。主程序中另外还设置了保存路径，每次生成的Ｇ代码稃序都会被保存到相应的盘符中。陌爵匾鑫圃嘲陌丽匾磊毫丽嘲Ｉ｝ 堡堑堡堑。ｌ生成网原点程序生成自动生成轨迹的程序 行圈４－２１生成ＮＣ程序流程这里Ｇ代码生成规则都是根据ＣＮＣ数控指令严格规范来实施的。下面是一段如何处理铣刀回到程序原点的代码。 ，／，回到稃序原点ＣｕｒＲｏｗＣｏｎｔｅｎｔ＝”： ＣｕｒＲｏｗＮｏ＋＝ｌ；ＳＲｏｗＮｏ．Ｆｏｒｍａｔ（”％ｄ＂，ＣｕｒＲｏｗＮｏ）；ＣｕｒＲｏｗＣｏｎｔｅｎｔ＝ＣｕｒＲｏｗＣｏｎｔｅｎｔ＋＇Ｎ＇＋ＳＲｏｗＮｏ＋）ｌ＋ＨＧ００ＸＯ．ＹＯ．”“ｃｈａｒ）１３：ｍ＿ｓｔｒａｒｒａｙＮＣＰｒｏｃｅｄｕｒｅ．Ａｄｄ（ＣｕｒＲｏｗＣｏｎｔｅｎｔ）；下面我们来看一个实际的例子：假设参数设置已完成（在界面中设置，如图３．２２所示），其中ｒ＝Ｓｃｍ，ｈ＝５ｃｍ，ｎ＝２；顺时针内铣。那么最终生成的铣刀刀具中心轨迹如图４－２３所示。东南大学硕士学位论文图４－２２主监控界面铣刀中心轨迹 加工后内壁 原始内壁图４－２３实际加工轨迹图图４－２４铣床样品机全自动数控切铣机目前已投入实际生产中。经过一段时间的实际运行，各项参数稳定，加工效果 良好。从而证明程序中的算法是正确的。 全自动数控铣孔机上位机控制系统的研制为下一步高精度数控铣床的研制打下了很好的基础。第五章奢料优化裁切系统第五章套料优化裁切系统自动套料数控系统中的上位机软件主要负责订单、原料．产品图形、加工件扫描输入，优化排样等 数据的管理，并自动生成数控加工程序，与数控实时通信以监控系统运行状态等．本系统采用ｖｃ＋＋６．０ 作为软件开发环境，利用面向对象的思想设计数据库管理，异形产品图形数据读取．排样优化以及状 态监控和控制命令的发送等各个软件模块．由于套料系统软件是在已有成熟系统上的改进，所以本章首先简要分析系统软硬件系统配置，然后重点阐述改进的工作．５．１系统软件设计自动套料裁切系统的上位机软件从理论上来说属于ＣＡＤ／ＣＡＭ软件的范畴，因此其设计的过程主 要是参考ＣＡＤ／ＣＡＭ软件开发的思想进行的。下文首先分析了软件功能，在此基础上形成软件的总体框架；然后分析了硬件配置口”。５．１．１软件功能分析根据目前市场上用户的要求，系统的软件应该具有以下的基本功能：ｌ、产品几何造型功能。套料裁切的产品分为矩形件和异形件两种。矩形件产品不需要进行产品图形的设计。对于异形件，又可以分为标准异形和任意形状两种。对于标准异形（比如圆形、椭圆、 梯形等），可以直接采用参数化设计的方法，直接在用户界面上输入形状参数即可；对于任意形状图形，则需要开发相配套的ＣＡＤ软件。由于目前市场上已有不少成熟的ＣＡＤ软件（如Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司开发的 ＡｕｔｏＣＡＤ软件），而且这些软件提供了标准的图形数据交换文件。因此，任意形状图形的产品设计可 以在这些ＣＡＤ软件上进行，然后保存为标准的图形数据文件，在套料裁切系统软件中只需要增加一个 读取图形数据的接口。２、数据管理功能。套料裁切系统需要处理的数据主要有用户订单数据、板材原料数据、产品图形数据、排样优化结果信息、由排样结栗形成的ＮＣ程序以及从下位机反馈回来的运行状态信息等。这些数据中具有格式化的（如用户订单、板材原料）和非格式化的（如产品图形、ＮＣ程序），因此，单纯利用传统的关系数据库无法实现这些数据的统一管理。目前，大多数ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的开发都采用工程数据库来管理其中的数据，但由于建立一个完善的工稃数据库管理系统需要的周期长、成本高，套料裁切系统中分别采用关系数据库存取格式化数据和文件管理方式存取非格式化数据。３、优化排样功能。套料裁切系统上位机软件的一个重要功能就是实现在现有原料的基础上对所选订单产品进行自动的优化排样，其排样结果的好坏直接影响着原材料利用率的高低。４、自动生成ＮＣ代码功能。在传统的切割系统中，ＮＣ代码的生成一般采厢人工编辑或者利用额外的编程器进行自动编程，这种方法耗费时间长且容易出错。自动套料裁切系统中根据优化结果形成东南大学硕士学位论文的中间文件自动生成ＮＣ代码，并保存在临时文件中。５、与下位机通信功能。软件中自动生成的ＮＣ代码一般直接通过通信线缆传入下位机控制器的存储空间中，同时，下位机控制系统实时运行信息的反馈和上位机运行指令的发送均要求通信功能的实现。目前下位机控制器（－－般均指ＣＮＣ控制器）一般提供了ＲＳ２３２Ｃ串行通信接口。因此，上位机软件需要设计一个串行通信接Ｅｌ实