一种数控系统结构和通用数控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数控系统结构；实现了数控系统的解释器，包括常用G代码和条件判断指令、跳转指令和子程序调用，公开了解释器系统程序流程图；开发了数控系统轨迹规划器，实现7段速度S曲线并具有速度前瞻功能；公开了数控系统插补器程序流程图，给出了得到当前时间电机轴位置的方法；开发了数控系统的自动模式、MDI模式、JOG模式、单步模式、回零模式，给出了软件界面；公开了数控系统动态倍率调整程序流程图；给出了数控系统多通道实现方法，及共享变量的使用；强调数控系统的柔性，也是工业4.0的重要基础内容，对上层开发了FTP文件传输服务器接口、Web Service服务接口、tcp/ip命令接口和JSON解析器，上层系统可以方便的对设备进行远程控制和监控，大大提高设备整体柔性。综上所述，该发明专利技术具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种数控系统结构和通用数控系统
本专利技术涉及核心基础类装备制造业
，尤其涉及一种数控系统结构和通用数控系统。
技术介绍
数控机床属于核心基础装备制造业，号称"工业母机"，其技能水平代表着一个国家的核心竞争力，尤其是五轴联动高级数控机床对一个国家的航空、航天、军事、科研、精细机械、高精医疗设备等职业有着无足轻重的影响力。数控系统是机床配备的大脑，是决定数控机床功能、可靠性、成本价格的要害因素，也是制约我国数控机床职业发展的瓶颈。数控装置是根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。输入数据处理程序接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。有的系统还要进行补偿计算，或为插补运算和速度控制等进行预计算。通常，输入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。轨迹规划器是数控系统运动过程中的位移、速度和加速度的曲线轮廓，与机构的运动学和动力学都有关系。为了减少设备的振动，提高设备运行的平稳性，轨迹规划的最低要求是加速度曲线要连续。传统的CNC轨迹规划在单段NC程序上完成，这样加工效率较低。插补控制器指的是决定坐标轴联动过程中各坐标轴的运动顺序、位移、方向和速度的协调过程即为插补。影响数控插补效果最重要的因素是实时性。由于数控系统的插补运算不但实时性要求高，而且运算数据量也大，因此较好的方案是在实时操作系统环境下实现主站的插补运算。目前，关于实时操作系统的研究比较成熟，市面上有很多成熟的产品可供选择，如RTX、VxWorks、uC/OS-II、RT-Linux、QNX、KRMotion等。CNC系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终点、既定速度等进行中间输出点的插值密化运算。上述密化计算不仅要严格遵循给定轨迹要求还要符合机械系统平稳运动加减速的要求。根据运算结果，分别向各坐标轴发出形成进给运动的位置指令。这个过程称为插补运算。插补运算计算得到进给运动的位置指令通过CNC内或伺服系统内的位置闭环、速度环、电流环控制调节，输出电流驱动电机带动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。在插补控制器与关键的伺服驱动器设备的实时通信方面，目前仍以脉冲技术为主。实时以太网总统技术作为脉冲技术的替代技术，最为突出的要数EtherCAT，己成为下一步技术发展趋势，正在处于快速发展阶段。实时以太网总线技术具有如下优点：(1)传输速度快，数据包容量大，传输距离长；(2)使用通用以太网元器件，性价比高。随着经济全球化的发展，面对越来越残酷的市场竞争，只有简单的产品加工功能的单通道数控系统已经不能满足客户日益增长的需求。在目前数控加工、工业自动化应用中，存在多种复杂控制情况，如加工同时自动上下料，或工件需要不同刀具进行加工，但是二次夹装或者换刀都需要重新对位，影响加工精度。单一通道数控系统已经不能满足复杂加工的要求。传统数控系统缺乏统一有效和高速的通道与其他控制设备和网络设备进行互联，信息被锁在“黑匣子”中，每一台设备都成为自动化的“孤岛”，对企业的网络化和信息化发展是一个障碍。加工制造的一个趋势是提高设备的柔性。机床的柔性，即指某一机床进行变更以适应加工不同工件的能力。柔性技术的发展和柔性概念的不断变化都是由于社会对产品需求的多样性与产品的多变性造成的。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于他是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术开发了一种数控系统结构和通用数控系统。能够实现指令解释、轨迹规划、插补、动态倍率调整，运行模式有自动、MDI、JOG、单步模式；开放了FTP服务器、tcp/ip命令通道和WebService来响应上层如MES系统的文件和指令；硬件平台只需要在实时系统下即可。为了达到上述目的，本专利技术开发出了一种数控系统解释器，该方法包括：数控代码解释器关系到加工效率、加工质量,是解析用户代码的必要途径,具有重要的作用。数控程序编译水平及效率是影响数控加工效率的一项重要因素。解释器解释输入的零件加工程序，经过词法和语法分析后，得到数控系统其他模块需要的数据结构并放到队列中。可以实现对常用G代码的解释，如快速定位、直线插补、圆弧插补、延时、坐标系变换等指令。在此基础上，针对相同指令不同坐标位置且坐标位置有规律的循环运动场合，解释器支持变量运算。为了在加工过程中，根据不同外部环境的条件有不同的执行效果，解释器支持条件判断指令、跳转指令和子程序调用。为了达到上述目的，本专利技术开发出了一种数控系统轨迹规划器，该方法包括：规划器根据加速度和轨迹误差度策略采用速度前瞻的算法来保证加工曲线在曲线过渡过程中速度不会降到零，有效实现了连续轨迹间过渡速度的高速衔接，大大缩短了加工时间，提高加工效率。速度前瞻是在对解释器送来的每条指令，预先对加工轨迹进行分析，根据分析，来判定曲线过渡点的速度。规划器采用7段速度S曲线，S曲线算法的核心思想是让加速度不产生突变，从而使被控对象的速度控制具有快速、平稳的特性。为了达到上述目的，本专利技术开发出了一种数控系统插补器，该方法包括：机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为“数据点的密化”。插补器基本要求：（1）插补所需的原始数据较少。（2）有较高的插补精度，插补结果没有累计误差，局部偏差不能超过允许的误差（一般应保证小于规定的分辨率）。（3）沿进给路线，进给速度恒定且符合加工要求。（4）硬件实现简单可靠，软件算法简洁，计算速度快。为了达到上述目的，本专利技术开发出了一种数控系统操作模式处理方式，该方法包括：为了更好更方便的使用数控系统，数控系统应该有多种模式。系统的模式有自动模式、MDI模式、JOG模式、单步模式、回零模式。为了达到上述目的，本专利技术开发出了一种数控系统动态倍率调整处理方式，该方法包括：数控机床的倍率主要是改变快速运动、直线/圆弧插补的运行速度。为了调试方便，正常加工时，可以改变操作界面上的倍率旋钮开关来改变相应的运行速度。为了达到上述目的，本专利技术开发出了一种数控系统多通道处理方式，该方法包括：随着数控机床向大型化、复杂化方向的发展，数控机床的控制轴数也越来越多，所要求的功能也越多，对加工的同时性要求也越来越高，往往要求机床在同一时间能加工不同的零件、做不同的操作，且互相独立、互不影响，这就需要数控系统具备多通道技术。通过配置文件的修改，系统可以控制多个同时加工的数控设备，设备之间可以通过共享全局变量进行信息的交换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控系统结构和通用数控系统，包括：多通道的运行方式、系统解释器、轨迹规划模块、插补器、动态倍率调整、TP服务器、tcp/ip命令通道和Web Service服务。/n

【技术特征摘要】
1.一种数控系统结构和通用数控系统，包括：多通道的运行方式、系统解释器、轨迹规划模块、插补器、动态倍率调整、TP服务器、tcp/ip命令通道和WebService服务。


2.根据权利要求1所述的数控系统结构和通用数控系统，其特征在于：数控系统提供多通道的运行方式，各通道之间互不影响，可以通过共享全局变量的方式进行信息传递和互斥等操作，使得系统可以用于更复杂的工况。


3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：开朗，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：陕西开普欣信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61