專利名稱：一種數控車床的智能控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種數控車床，尤其涉及一種數控車床的智能控制系統及其控制方法。
背景技術：
數控系統從50年代發明以來，經歷了由硬接線數控裝置NC向基于計算機的CNC發展的過程，基于計算機的開放式體系結構使數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，并向智能化、網絡化方向發展。高端的數控機床具有集加工與測量于一體的功能，目前主要有用于鏜銑床接觸式探針測頭或昂貴的非接觸式激光測量系統，在車磨回轉類加工機床中采用的測量傳感系統大多為接觸式測量裝置。且這些測量裝置通常僅用于工件或刀具的定位，尺寸測量等固定功能，沒有實現和數控系統的有機結合完成加工過程的智能化。同時目前普及型以下的數控機床通常都沒有測量裝置。

發明內容
本發明的目的就是為了解決現有數控機床為接觸式測量裝置，只能靜態地測量工件，無法與數控系統結合提供在線測量，加工與工藝相分離，由不同的工作人員分別完成，導致工藝設計周期延長的問題，提供一種具有配置合理，自動化程度高，成本較低，易于同現有車床結合，能有效縮短工藝設計周期等優點的數控車床智能控制系統及其控制方法。
為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案一種數控車床的智能控制系統，它由數控車床、上位機、下位機等組成，它采用上位機與下位機組成開放式的控制系統，即由上位機完成CAD圖形信息提取、刀具路徑智能規劃、工藝參數數據庫優化、數控代碼自動生成、加工仿真的任務；下位機安裝在數控車床上，進行在線測量、電機控制、直線、圓弧插補運算，完成工件的加工；上位機和下位機間通過USB串行通信聯系；在數控車床上還有光電檢測裝置，該光電檢測裝置與下位機(2)連接，可在不接觸回轉體工件下對其進行定位和尺寸測量，然后將測量信息反饋回上位機，實現在線檢測。
所述上位機為PC計算機，所述下位機為型號為TMS320LF2407A的DSP芯片，所述USB串行通信為帶有并行總線和局部DMA傳輸能力的高速USB芯片，其型號為PDIUSBD12。
所述光電檢測裝置為它包括安裝在數控車床的車床刀架上的刀柄，以及與刀柄連接的刀頭，在刀頭兩相對端內側有至少一對相配合的光電檢測器，光電檢測器與下位機連接。
所述刀頭為U型，光電檢測器為一對激光二極管和光敏二極管，分別安裝在刀頭的兩相對平行端內側的相應位置。
一種數控車床的智能控制方法，它的步驟為a上位機提取CAD圖形信息；b下位機將數控車床初始化等待上位機的命令；c上位機通過USB串行通信向下位機發出測量命令，并獲取反饋的測量信息；下位機啟動測量功能獲得加工件的初始尺寸和定位信息，并反饋回上位機；d上位機基于所得測量信息對刀具路徑進行智能規劃、基于智能工藝數據庫選擇加工工藝參數、自動生成數控代碼、加工仿真和數控代碼檢查、將檢查過的數控代碼傳送給下位機并控制監控下位機工作狀態；e下位機接收數控代碼，控制電機按數控指令運行，完成數控加工同時將加工中的狀態信息反饋給上位機；f加工完成后，上位機再次啟動測量功能，對工件尺寸和形狀進行自動檢測，實現加工質量的主動控制；g下位機接受上位機命令后再次啟動測量功能對工件的關鍵尺寸和形狀等質量狀態進行在線檢測，并反饋上位機。
在所述步驟a中上位機讀取CAD繪圖中的圖形交換文件DXF，讀取時判斷是否為實體段，即構成輪廓的各個實體的坐標，若為實體段，則判斷實體類型為直線、圓還是圓弧；若為直線，則要提取直線的起始點與終點坐標；若為圓弧，則要提取圓心的坐標與半徑和起、終點的弧度值；由于實體信息的順序在dxf文件中是按照畫圖時的順序排列，因此需進行排序，重新組成零件的輪廓；在所述步驟d中對刀具路徑智能規劃，即建立待加工零件的外輪廓描述鏈；然后逐段偏移求交，進行拓撲檢查以消除偏移輪廓的自交；最后采用平行合并和等距線裁剪優化方法得最終的加工軌跡，生成刀位文件；基于智能工藝數據庫選擇加工工藝參數，它根據加工條件參數與工藝數據庫中的數據對比后，合理選擇切削加工工藝參數及相應的刀具參數；數控代碼自動生成，上位機逐行讀入刀位文件，判斷是工藝參數，還是加工實體，若為工藝參數則記錄下其數值，若為加工實體則記錄其類型，起點和終點等參數，按照所用的數控系統的格式要求，寫入數控代碼文件中；加工仿真和數控代碼檢查，它對整個數控程序正確性進行檢驗，是生成加工指令的逆過程，即將數控程序轉化為圖形文件，并將其表現出來。
在所述步驟c中，下位機控制光電檢測裝置進行測量工作過程為，首先，數控機床啟動后刀架先回機床零點，并通過換刀命令使測量裝置處于工作位置，即測量裝置面向待加工件，此時即建立了測量裝置在機床坐標系中的位置；對于工件回轉類加工機床工件坐標系的X向原點通常與機床坐標系原點即回轉中心重合。；其次，確定工件坐標系原點在機床坐標系中的位置，它包括工件坐標系X向坐標原點在機床坐標系位置的確定，測量裝置隨刀架沿Z向運行至最靠近主軸卡盤位置處，此位置控制系統可以設置，Z向停止運動，然后刀架沿X向向工件靠近，此過程中，由于工件的遮擋，光接收裝置處必然會發生光信號由有到無，再從無到有的過程，進而轉化為電壓的由低到高，再由高到低的過程，即電壓變化存在一個上跳沿和一個下降沿，這一變化可以引發下位機的捕獲中斷，通過這種方式，系統可以探測電平跳變處的位置，而電平跳變處的位置正是工件的輪廓位置處，兩次電平的跳變，可以使系統記錄工件兩個輪廓在機床坐標系X向上的兩個坐標值X1和X2，則工件坐標系原點X0＝(X1+X2)/2，工件的直徑D＝(X2-X1)/2；工件坐標系Z向坐標原點在機床坐標系位置的確定，在上一步驟中，由于已經確定了X0，則刀架沿X向將激光發射裝置調整到X0位置處，此時X向停止，然后刀架沿Z向向其正方向移動，當測量位置處于工件的端面時，光接收裝置處的光信號由無到有，電信號由高到低變化時，系統探測到電平的跳變處的Z向位置，其即為工件坐標系Z向坐標原點在機床坐標系位置；再次，工件尺寸的測定，工件尺寸的測定過程，雷同工件坐標系的建立過程，可以確定任何位置處工件的輪廓尺寸信息；最后，測量結束后，刀架返回換刀點，通過換刀命令使刀架轉位，使下一工序使用的刀具處在工作位置處，然后進行正常切削加工即可。
在所述步驟e中，下位機預處理完畢計算出其必要參數，然后按照上位機優化路徑進行插補計算，實時計算出插補數據，并送入輸出模塊，以驅動電機運行。
所述插補計算采用數據采樣插補法，包括直線插補法和圓弧插補法。
本發明采用上位機+下位機(PC+NC)構成開放式體系結構，選用高速DSP作為CPU來完成實時性的下位機內核任務，實現電機實時控制以及在線檢測，而由上位機來完成非實時性的任務，諸如編程模塊中的圖形信息提取，通過USB串行通信實現上、下位機信息的交互。系統創造性的設計一種非接觸式光電測量裝置，實現了工件坐標系的自動建立；并通過對加工過程中對工件的工序尺寸進行在線檢測，實現刀具尺寸自動補償；以及在加工結束后對工件尺寸和形狀的自動檢測，實現加工質量的主動控制；采用基于圖形的自動編程系統，充分利用提取的AUTOCAD圖形的幾何信息，并結合通過測量獲取的實際輪廓信息，自動規劃車削加工路徑，實現自動編程功能。通過引入測量系統，提高了數控車床的精度、生產效率和自動化程度，同時基于測量的加工路徑規劃功能使得數控車床的加工操作更加簡便，使數控車床具有了智能性。通過本發明的實施，可提高數控車床的生產效率，提升智能化和自動化的水平，降低對操作人員的要求，有利于實現智能化控制。本發明的優點還有，非接觸式快速在線測量裝置，具有安裝方便，使用靈活，制作容易，成本低廉；測量信息直接反饋到上位機，由其實現刀具加工路徑的智能規劃，可以減少工人對數控加工過程的干預；將工藝與加工結合起來，通過交互式的工藝參數選擇或工藝數據庫的智能學習功能，可以方便地將工藝設計加入數控加工過程中，極大地縮短了工藝設計周期；的CAD圖形信息提取功能及自動編程功能，免除了傳統的G代碼編程，可以減少數控車床操作人員的勞動量，使數控車削加工更加簡便。


圖1為本發明的系統框圖；圖2為本發明的光電檢測裝置結構示意圖；圖3為本發明的控制流程圖；圖4為本發明光電檢測裝置確定坐標系的Z軸零點結構示意圖；圖5為本發明光電檢測裝置確定坐標系的X軸零點結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
圖1給出了本發明控制系統的組成。它有上位機1，上位機1是計算機；下位機2為數控車床上的控制裝置，它為型號是TMS320LF2407A的DSP芯片；上位機1和下位機2間通過USB串行通信3聯系它是采用了帶有并行總線和局部DMA傳輸能力的高速USB，其型號為PDIUSBD12。上位機1通過相應軟件可進行CAD圖形信息的提取、刀具路徑的智能規劃、工藝參數數據庫優化、數控代碼的生成以及加工仿真。下位機2通過光電檢測裝置3實現在線測量、并控制電機的運行、直線圓弧插補法對刀具的加工量進行補償。整個系統以上位機1和下位機2構成開放式系統，光電檢測裝置3可將檢測的信息在線反饋到上位機1，由上位機1對刀具加工路徑進行智能規劃。
圖2，光電檢測裝置3有一刀柄4，它可安裝在數控車床的車床刀架上，刀柄4上有刀頭5，刀頭5的兩平行端內側為一對激光二極管和光敏二極管組成的光電檢測器6。該光電檢測裝置可隨車床刀架一起運動，完成對環轉工件的測量。測量結果可通過相應的電路處理后直接反饋給上位機1。
圖3為給出了本發明的控制流程圖。其工作過程為a上位機1提取CAD圖形信息，每個CAD系統都有自己的數據文件，數據文件分圖形數據文件、幾何模型文件和產品模型文件幾種，DXF為AutoCAD系統的圖形數據文件，具有專門格式的ASCII碼文本文件，它易于被其它程序處理，主要用于實現高級語言編寫的程序與AutoCAD系統的連接，或其它CAD系統與AutoCAD系統交換圖形文件，DXF文件本質上是由成對的代碼和與代碼關聯的值組成的。這些代碼(即組碼)不僅指出了其后關聯的數(組值)的類型，而且與此組值配對，通過使用這些配對的組碼和組值，DXF文件被組織成區域，在DXF文件中，每個組碼和每個組值都各占一行，組碼是一個非零的正整數，相當于數據類型代碼，每個組碼的含義是由AutoCAD系統約定好的，組的第二行為組值，相當于數據的值，采用的格式取決于組碼指定的組的類型，組碼和組值合起來表示一個數據的含義和它的值，每個區域都是以一個其后跟隨著字符串SECTION的組碼0開始，接著是組碼2和表示區域名稱的字符串，每個區域都是由定義它的元素的組碼和組值組成，其后跟著字符串ENDSEC的組碼0表示該區域結束。分析車削加工零件的幾何信息，即從CAD軟件中得到的圖形，可以認為從DXF讀得的零件的幾何信息主要由直線和圓弧組成，對于由其它曲線組成的表面輪廓段，根據加工精度的要求，可以采用插值算法將其換算為直線或圓弧，描述直線、圓弧和螺紋的方法很多，根據DXF文件的數據描述，直線用起點坐標和終點坐標描述，圓弧則采用圓心坐標、半徑、圓弧起始角度、圓弧終止角度加以描述，對于車削加工零件的自動編程，最關鍵的部分就是構成輪廓的各個實體的坐標在DXF文件中，一切實體都在“ENTITIES”區域中說明，按照“ENTITIES″中LINE，ARC等實體的說明格式，可以讀取其構成要素，如起點、終點、圓心、起始角度、終止角度、半徑等，按加工方向排列構成輪廓的實體，如直線、圓弧、螺紋、輔助結構，提取圖形信息時，打開dxf文件，讀入一行記錄，判斷是否為實體段，若為實體段，則判斷實體類型為直線、圓還是圓弧，若為直線，則要提取直線的起始點與終點坐標，若為圓，則要提取圓心的坐標與半徑，若為圓弧，還需提取起始、終點的弧度值，由于實體信息的順序在dxf文件中是按照畫圖時的順序排列，因此需進行排序，重新組成零件的輪廓；b下位機2將數控車床初始化等待上位機1的命令；c上位機1通過USB串行通信3向下位機2發出測量命令，下位機2通過光電檢測裝置對工件進行檢測后獲取初始尺寸和定位信息，并由USB串行通信送入上位機1，首先，數控機床啟動后刀架先回機床零點，并通過換刀命令使測量裝置處于工作位置，即測量裝置面向待加工件；其次，確定工件坐標系原點在機床坐標系中的位置，它包括工件坐標系X向坐標原點在機床坐標系位置的確定，測量裝置隨刀架沿Z向運行至最靠近主軸卡盤位置處，此位置控制系統可以設置，Z向停止運動，然后刀架沿X向向工件靠近，此過程中，由于工件的遮擋，光接收裝置處必然會發生光信號由有到無，再從無到有的過程，進而轉化為電壓的由低到高，再由高到低的過程，即電壓變化存在一個上跳沿和一個下降沿，這一變化可以引發下位機(2)的捕獲中斷，通過這種方式，系統可以探測電平跳變處的位置，而電平跳變處的位置正是工件的輪廓位置處，兩次電平的跳變，可以使系統記錄工件兩個輪廓在機床坐標系X向上的兩個坐標值X1和X2，則工件坐標系原點X0＝(X1+X2)/2；工件坐標系Z向坐標原點在機床坐標系位置的確定，在上一步驟中，由于已經確定了X0，則刀架沿X向將激光發射裝置調整到X0位置處，此時X向停止，然后刀架沿Z向向其正方向移動，當測量位置處于工件的端面時，光接收裝置處的光信號由無到有，電信號由高到低變化時，系統探測到電平的跳變處的Z向位置，其即為工件坐標系Z向坐標原點在機床坐標系位置；再次，工件尺寸的測定，工件尺寸的測定過程，雷同工件坐標系的建立過程，可以確定任何位置處工件的輪廓尺寸信息；最后，測量結束后，刀架返回換刀點，通過換刀命令使刀架轉位，使下一工序使用的刀具處在工作位置處，然后進行正常切削加工即可；
d上位機1根據所得信息對刀具路徑智能規劃、基于智能工藝數據庫選擇加工工藝參數、數控代碼自動生成、加工仿真和數控代碼檢查、將檢查過的數控代碼傳送給下位機2并控制監控下位機2工作狀態；在編制數控加工程序時，要確定主軸轉速和進給速度等工藝參數，而主軸轉速由切削速度、刀具半徑所確定，切削速度又由刀具耐用度、工件材料、刀具類型和材料以及切削深度、切削寬度、刀齒數等因素確定，這些參數彼此間有相互影響，關系十分復雜，在程序繪制時，為了確定這些參數，編程人員需要查閱大量復雜的表格，并進行復雜的計算，不僅費時費力，而且容易出錯，因此建立了一個方便實用的工藝數據庫，它積累和存儲了大量金屬切削的生產和實驗數據，能根據用戶提出的要求按理論和經驗模式處理，快速計算出所需的且經過優化的切削用量，對每次成功的加工實例進行存儲，當新工件加工條件與數據庫存儲的成功的加工實例類似時，就可以調用原有的相類似的加工參數，適當修改就可以作為新工件的加工參數，如果切削效果不錯又可以存儲起來，從而豐富切削數據庫。刀具參數數據庫包括刀具名、刀具號、刀具補償號、刀柄長度、刀柄寬度、刀角長度、刀尖半徑、刀具前角、刀具后角、刀具副偏角、車刀類型、偏置方向等。切削參數包括刀具的選擇、主軸轉速、切削深度和寬度等。首先把加工條件參數通過接口從自動編程系統的窗口傳到金屬切削數據庫的數據輸入表中，當得到合理優化的切削參數后，傳回到自動編程系統中，實現了基于智能工藝數據庫選擇加工工藝參數；結合數控車削加工的特點，建立待加工零件的外輪廓描述鏈；逐段偏移求交，進行拓撲檢查以消除偏移輪廓的自交；采用平行合并和等距線裁剪優化方法得最終的加工軌跡，完成對刀具智能規劃，生成刀位文件；它將表面輪廓離散為一系列的直線和圓弧，建立起對零件表面輪廓的統一表達方式，通過對這些直線和圓弧進行逐段偏移求交而得到偏移后的等距輪廓，將零件的輪廓表面采用邊界點描述后，就得到了整個輪廓邊界鏈，它經過離散處理后便可形成一條只由直線和圓弧構成的偏移邊界鏈，零件輪廓的偏移和裁剪都是相對它來進行操作的；在該過程中采用了輪廓偏移算法，它分為三步，(1)逐段偏移，為了處理方便，我們規定了一個偏移方向，各輪廓段均需朝外即朝右方向偏移，這個方向是各輪廓段的統一偏移方向，對圓弧來說，考慮其方向性，有順圓和逆圓之分，逆圓的向外偏移呈一種擴長的趨勢順圓的向外偏移呈一種收縮的趨勢；(2)逐段求交，邊界鏈中的各段輪廓經逐段偏移后，可以得到一條新的邊界鏈，遍歷這條邊界鏈，將鏈中的每一段輪廓與前一段相鄰輪廓求交點，把各輪廓段的起點和終點值依次修改為所求到的交點值，便得到一條初步的偏移輪廓。對于一些有尖點的輪廓，在輪廓偏移后與相鄰輪廓間沒有交點，則需在這之間插入一過渡圓弧；(3)逐段檢查，對于一些凹陷輪廓，如其自身尺寸較小，在不斷的偏移中，會逐步收縮，到最終將形成輪廓的自交，所以要檢查，發現這種變化要將對應的輪廓段從邊界鏈中刪除，然后用下段輪廓和前一段輪廓重新求交點。
刀位文件中的每一行代表了一段實體，因此，在處理時只需逐行讀入刀位文件，根據標志符判斷是工藝參數，還是加工實體，若為工藝參數則記錄下其數值，若為加工實體則記錄其類型，起點和終點等參數，按照所用的數控系統的格式要求，寫入到數控代碼文件中；仿真過程實際上是生成加工指令的逆過程，即將數控程序轉化為圖形文件，并將其表現出來，檢驗過的代碼送入下位機2；在數控加工中，數控系統通過讀取數控加工程序，將其轉換成控制脈沖，控制數控機床主軸旋轉及各個方向的進給運動，來進行工件的加工，數控程序的正確與否，決定了加工刀具能否安全有效的加工出合格的零件，因此，對自動編程來說，在將數控程序傳送到數控系統進行加工之前，檢驗程序的正確性是極其重要的一環；隨著計算機技術、計算機圖形學及CAD技術等方面的發展，目前已有許多方法可用于加工程序的計算機驗證，常用的方法是采用線框模塊法進行程序驗證，可用于在熒光屏上顯示刀具軌跡，實際驗證時，刀具軌跡可以用顯示刀位點間的矢量來模擬，對于二維輪廓加工來說，在進行加工仿真時只需驗證刀具軌跡，而不考慮刀具過切現象，整個仿真過程實際上是生成加工指令的逆過程，即將數控程序轉化為圖形文件，并將其表現出來；數控代碼文件的正確讀取與識別是進行加工仿真的前提和基礎，這一過程與上節所述刀位文件處理過程幾乎相反，其具體步驟如下1)、設置各續效指令初值；2)、讀入一行數控代碼文件，由于每一行NC文件代表一加工步驟，即代表一加工實體，分析G代碼，可得出實體類型；除第一次出現的X、Y、Z指令值表示實體起點坐標外，其后的此類指令值均表示其終點坐標，在此，續效指令處理方法與刀位文件處理過程的續效指令處理方法相同，在處理過程中，如果在程序編制時采用的是絕對坐標編程，獲得的是編程軌跡的絕對坐標，若在輸出時數控代碼采用相對坐標表示，則必須進行坐標變換，從第二點開始，每一點以前一點為基點進行換算，得到其絕對坐標，這樣所得的圖形即為刀心軌跡；e下位機2接收數控代碼，通過程序控制電機按數控指令運行，完成數控加工同時將加工中的狀態信息反饋給上位機1；下位機2采用逐點比較插補法，控制步進電機的運轉，使步進電機具有整步距工作方式、半步距工作方式和四分之一步距工作方式，完成對工件的加工。
其中對于步進電機，下位機2控制CPLD輸出脈沖方波，輸入到步進電機驅動器，對于伺服電機，以脈沖形式進行控制時與步進電機相同；以模擬量形式進行控制時采用PCM56U芯片；下位機2還移植了uc/os-II操作系統；采用數據采樣插補法直線插補和圓弧插補方式，驅動電機運行；f加工完成后，上位機1再次啟動測量功能，對工件尺寸和形狀進行自動檢測，實現加工質量的主動控制；g下位機2接受上位機1命令后再次啟動測量功能對工件的關鍵尺寸和形狀等質量狀態進行在線檢測，并反饋上位機1，上位機1進行優化后，發回下位機2對刀具長度和半徑作出相應補償，以提高加工精度。
權利要求
1.一種數控車床的智能控制系統，它由數控車床、上位機(1)、下位機(2)等組成，其特征是它采用上位機(1)與下位機(2)組成開放式的控制系統，即由上位機(1)完成CAD圖形信息提取、刀具路徑智能規劃、工藝參數數據庫優化、數控代碼自動生成、加工仿真的任務；下位機(2)安裝在數控車床上，進行在線測量、電機控制、直線、圓弧插補運算，完成工件的加工；上位機(1)和下位機(2)間通過USB串行通信(3)聯系；在數控車床上還有光電檢測裝置，該光電檢測裝置與下位機(2)連接，可在不接觸回轉體工件下對其進行定位和尺寸測量，然后將測量信息反饋回上位機，實現在線檢測。
2.根據權利要求1所述的數控車床的智能控制系統，其特征是所述上位機(1)為計算機，所述下位機(2)為型號為TMS320LF2407A的DSP芯片，所述USB串行通信為帶有并行總線和局部DMA傳輸能力的高速USB，其型號為PDIUSBD12。
3.根據權利要求1所述的數控車床的智能控制系統，其特征是所述光電檢測裝置為它包括安裝在數控車床的車床刀架上的刀柄(4)，以及與刀柄(4)連接的刀頭(5)，在刀頭(5)兩相對端內側有至少一對相配合的光電檢測器(6)，光電檢測器(6)與下位機(2)連接。
4.根據權利要求3所述的數控車床的智能控制系統，其特征是所述刀頭(5)為U型，光電檢測器(6)為一對激光二極管和光敏二極管，分別安裝在刀頭(5)的兩相對平行端內側的相應位置。
5.一種數控車床的智能控制方法，其特征是它有如下步驟a上位機(1)提取CAD圖形信息；b下位機(2)將數控車床初始化等待上位機的命令；c上位機(1)通過USB串行通信(3)向下位機(2)發出測量命令，并獲取反饋的測量信息；下位機(2)啟動測量功能獲得加工件的初始尺寸和定位信息，并反饋回上位機(1)；，d上位機(1)基于所得測量信息對刀具路徑進行智能規劃、基于智能工藝數據庫選擇加工工藝參數、自動生成數控代碼、加工仿真和數控代碼檢查、將檢查過的數控代碼傳送給下位機(2)并控制監控下位機(2)工作狀態；e下位機(2)接收數控代碼，控制電機按數控指令運行，完成數控加工同時將加工中的狀態信息反饋給上位機；f加工完成后，上位機(1)再次啟動測量功能，對工件尺寸和形狀進行自動檢測，實現加工質量的主動控制；g下位機(2)接受上位機(1)命令后再次啟動測量功能對工件的關鍵尺寸和形狀等質量狀態進行在線檢測，并反饋上位機(1)。
6.根據權利要求5所述的數控車床的智能控制方法，其特征是在所述步驟a中上位機(1)讀取CAD繪圖中的圖形交換文件DXF，讀取時判斷是否為實體段，即構成輪廓的各個實體的坐標，若為實體段，則判斷實體類型為直線、圓還是圓弧；若為直線，則要提取直線的起始點與終點坐標；若為圓，則要提取圓心的坐標與半徑；若為圓弧，還需提取起始、終點的弧度值；由于實體信息的順序在dxf文件中是按照畫圖時的順序排列，因此需進行排序，重新組成零件的輪廓；在所述步驟d中對刀具路徑智能規劃，即建立待加工零件的外輪廓描述鏈；然后逐段偏移求交，進行拓撲檢查以消除偏移輪廓的自交；最后采用平行合并和等距線裁剪優化方法得最終的加工軌跡，生成刀位文件；基于智能工藝數據庫選擇加工工藝參數，它根據加工條件參數與工藝數據庫中的數據對比后，合理選擇切削加工工藝參數及相應的刀具參數；數控代碼自動生成，上位機(1)逐行讀入刀位文件，判斷是工藝參數，還是加工實體，若為工藝參數則記錄下其數值，若為加工實體則記錄其類型，起點和終點等參數，按照所用的數控系統的格式要求，寫入數控代碼文件中；加工仿真和數控代碼檢查，它對整個數控程序正確性進行檢驗，是生成加工指令的逆過程，即將數控程序轉化為圖形文件，并將其表現出來。
7.根據權利要求5所述的數控車床的智能控制方法，其特征是在所述步驟c中，下位機(2)控制光電檢測裝置進行測量工作過程為，首先，數控機床啟動后刀架先回機床零點，并通過換刀命令使測量裝置處于工作位置，即測量裝置面向待加工件，此時即建立了測量裝置在機床坐標系中的位置；對于工件回轉類加工機床工件坐標系的X向原點通常與機床坐標系原點即回轉中心重合；其次，確定工件坐標系原點在機床坐標系中的位置，它包括工件坐標系X向坐標原點在機床坐標系位置的確定，測量裝置隨刀架沿Z向運行至最靠近主軸卡盤位置處，此位置控制系統可以設置，Z向停止運動，然后刀架沿X向向工件靠近，此過程中，由于工件的遮擋，光接收裝置處必然會發生光信號由有到無，再從無到有的過程，進而轉化為電壓的由低到高，再由高到低的過程，即電壓變化存在一個上跳沿和一個下降沿，這一變化可以引發下位機(2)的捕獲中斷，通過這種方式，系統可以探測電平跳變處的位置，而電平跳變處的位置正是工件的輪廓位置處，兩次電平的跳變，可以使系統記錄工件兩個輪廓在機床坐標系X向上的兩個坐標值X1和X2，則工件坐標系原點X0＝(X1+X2)/2，工件的直徑D＝(X2-X1)/2；工件坐標系Z向坐標原點在機床坐標系位置的確定，在上一步驟中，由于已經確定了X0，則刀架沿X向將激光發射裝置調整到X0位置處，此時X向停止，然后刀架沿Z向向其正方向移動，當測量位置處于工件的端面時，光接收裝置處的光信號由無到有，電信號由高到低變化時，系統探測到電平的跳變處的Z向位置，其即為工件坐標系Z向坐標原點在機床坐標系位置；再次，工件尺寸的測定，工件尺寸的測定過程，雷同工件坐標系的建立過程，可以確定任何位置處工件的輪廓尺寸信息；最后，測量結束后，刀架返回換刀點，通過換刀命令使刀架轉位，使下一工序使用的刀具處在工作位置處，然后進行正常切削加工即可。
8.根據權利要求5所述的數控車床的智能控制方法，其特征是在所述步驟e中，下位機(2)預處理完畢計算出其必要參數，然后按照上位機(1)優化路徑進行插補計算，實時計算出插補數據，并送入輸出模塊，以驅動電機運行。
9.根據權利要求8所述的數控車床的智能控制方法，其特征是所述插補計算采用數據采樣插補法，包括直線插補法和圓弧插補法。
全文摘要
本發明公開了一種數控車床的智能控制系統及其控制方法。它解決了現有數控機床為接觸式測量裝置，只能靜態測量工件，無法與數控系統結合提供在線測量，加工與工藝相分離，由不同的工作人員分別完成，導致工藝設計周期延長的問題，具有配置合理，自動化程度高，成本較低，易于同現有車床結合，能有效縮短工藝設計周期等優點。其技術方案為它由數控車床、上位機、下位機等組成，上位機與下位機組成開放式的控制系統，上位機和下位機間通過USB串行通信聯系；在數控車床上還有光電檢測裝置，該光電檢測裝置與下位機接，可在不接觸回轉體工件下對其進行定位和尺寸測量，然后將測量信息反饋回上位機，實現在線檢測。
文檔編號G05B19/19GK1740932SQ200510044600
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月14日 優先權日2005年9月14日
發明者張承瑞, 徐曉東, 邵峰, 王金江 申請人:山東大學