本发明专利技术公开了一种数控车床的智能控制系统及其控制方法。它解决了现有数控机床为接触式测量装置，只能静态测量工件，无法与数控系统结合提供在线测量，加工与工艺相分离，由不同的工作人员分别完成，导致工艺设计周期延长的问题，具有配置合理，自动化程度高，成本较低，易于同现有车床结合，能有效缩短工艺设计周期等优点。其技术方案为：它由数控车床、上位机、下位机等组成，上位机与下位机组成开放式的控制系统，上位机和下位机间通过ＵＳＢ串行通信联系；在数控车床上还有光电检测装置，该光电检测装置与下位机接，可在不接触回转体工件下对其进行定位和尺寸测量，然后将测量信息反馈回上位机，实现在线检测。
Intelligent control system of numerical control lathe and control method thereof
The invention discloses an intelligent control system of a numerically controlled lathe and a control method thereof. It solves the existing CNC machine for contact type measuring device, only the static measurement of the workpiece, not with online measurement and control system, the processing process and phase separation were done by different staff, to prolong the period of process design problems with reasonable configuration, high degree of automation, low cost, easy to present combined with the advantages of lathe, can effectively shorten the cycle of process design etc.. The technical scheme is that it consists of CNC lathe, the upper and lower machine, the upper machine and lower machine composed of open control system, through the USB serial communication between upper machine and lower machine; in the CNC lathe and the photoelectric detection device, the photoelectric detection device and a computer interface, can be positioned the measurement of the size and not in contact with the workpiece, and then measuring back PC information feedback, online detection.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种数控车床，尤其涉及。
技术介绍
数控系统从50年代专利技术以来，经历了由硬接线数控装置NC向基于计算机的CNC发展的过程，基于计算机的开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向发展。高端的数控机床具有集加工与测量于一体的功能，目前主要有用于镗铣床接触式探针测头或昂贵的非接触式激光测量系统，在车磨回转类加工机床中采用的测量传感系统大多为接触式测量装置。且这些测量装置通常仅用于工件或刀具的定位，尺寸测量等固定功能，没有实现和数控系统的有机结合完成加工过程的智能化。同时目前普及型以下的数控机床通常都没有测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有数控机床为接触式测量装置，只能静态地测量工件，无法与数控系统结合提供在线测量，加工与工艺相分离，由不同的工作人员分别完成，导致工艺设计周期延长的问题，提供一种具有配置合理，自动化程度高，成本较低，易于同现有车床结合，能有效缩短工艺设计周期等优点的数控车床智能控制系统及其控制方法。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案一种数控车床的智能控制系统，它由数控车床、上位机、下位机等组成，它采用上位机与下位机组成开放式的控制系统，即由上位机完成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、加工仿真的任务；下位机安装在数控车床上，进行在线测量、电机控制、直线、圆弧插补运算，完成工件的加工；上位机和下位机间通过USB串行通信联系；在数控车床上还有光电检测装置，该光电检测装置与下位机(2)连接，可在不接触回转体工件下对其进行定位和尺寸测量，然后将测量信息反馈回上位机，实现在线检测。所述上位机为PC计算机，所述下位机为型号为TMS320LF2407A的DSP芯片，所述USB串行通信为带有并行总线和局部DMA传输能力的高速USB芯片，其型号为PDIUSBD12。所述光电检测装置为它包括安装在数控车床的车床刀架上的刀柄，以及与刀柄连接的刀头，在刀头两相对端内侧有至少一对相配合的光电检测器，光电检测器与下位机连接。所述刀头为U型，光电检测器为一对激光二极管和光敏二极管，分别安装在刀头的两相对平行端内侧的相应位置。一种数控车床的智能控制方法，它的步骤为a上位机提取CAD图形信息；b下位机将数控车床初始化等待上位机的命令；c上位机通过USB串行通信向下位机发出测量命令，并获取反馈的测量信息；下位机启动测量功能获得加工件的初始尺寸和定位信息，并反馈回上位机；d上位机基于所得测量信息对刀具路径进行智能规划、基于智能工艺数据库选择加工工艺参数、自动生成数控代码、加工仿真和数控代码检查、将检查过的数控代码传送给下位机并控制监控下位机工作状态；e下位机接收数控代码，控制电机按数控指令运行，完成数控加工同时将加工中的状态信息反馈给上位机；f加工完成后，上位机再次启动测量功能，对工件尺寸和形状进行自动检测，实现加工质量的主动控制；g下位机接受上位机命令后再次启动测量功能对工件的关键尺寸和形状等质量状态进行在线检测，并反馈上位机。在所述步骤a中上位机读取CAD绘图中的图形交换文件DXF，读取时判断是否为实体段，即构成轮廓的各个实体的坐标，若为实体段，则判断实体类型为直线、圆还是圆弧；若为直线，则要提取直线的起始点与终点坐标；若为圆弧，则要提取圆心的坐标与半径和起、终点的弧度值；由于实体信息的顺序在dxf文件中是按照画图时的顺序排列，因此需进行排序，重新组成零件的轮廓；在所述步骤d中对刀具路径智能规划，即建立待加工零件的外轮廓描述链；然后逐段偏移求交，进行拓扑检查以消除偏移轮廓的自交；最后采用平行合并和等距线裁剪优化方法得最终的加工轨迹，生成刀位文件；基于智能工艺数据库选择加工工艺参数，它根据加工条件参数与工艺数据库中的数据对比后，合理选择切削加工工艺参数及相应的刀具参数；数控代码自动生成，上位机逐行读入刀位文件，判断是工艺参数，还是加工实体，若为工艺参数则记录下其数值，若为加工实体则记录其类型，起点和终点等参数，按照所用的数控系统的格式要求，写入数控代码文件中；加工仿真和数控代码检查，它对整个数控程序正确性进行检验，是生成加工指令的逆过程，即将数控程序转化为图形文件，并将其表现出来。在所述步骤c中，下位机控制光电检测装置进行测量工作过程为，首先，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，此时即建立了测量装置在机床坐标系中的位置；对于工件回转类加工机床工件坐标系的X向原点通常与机床坐标系原点即回转中心重合。；其次，确定工件坐标系原点在机床坐标系中的位置，它包括工件坐标系X向坐标原点在机床坐标系位置的确定，测量装置随刀架沿Z向运行至最靠近主轴卡盘位置处，此位置控制系统可以设置，Z向停止运动，然后刀架沿X向向工件靠近，此过程中，由于工件的遮挡，光接收装置处必然会发生光信号由有到无，再从无到有的过程，进而转化为电压的由低到高，再由高到低的过程，即电压变化存在一个上跳沿和一个下降沿，这一变化可以引发下位机的捕获中断，通过这种方式，系统可以探测电平跳变处的位置，而电平跳变处的位置正是工件的轮廓位置处，两次电平的跳变，可以使系统记录工件两个轮廓在机床坐标系X向上的两个坐标值X1和X2，则工件坐标系原点X0＝(X1+X2)/2，工件的直径D＝(X2-X1)/2；工件坐标系Z向坐标原点在机床坐标系位置的确定，在上一步骤中，由于已经确定了X0，则刀架沿X向将激光发射装置调整到X0位置处，此时X向停止，然后刀架沿Z向向其正方向移动，当测量位置处于工件的端面时，光接收装置处的光信号由无到有，电信号由高到低变化时，系统探测到电平的跳变处的Z向位置，其即为工件坐标系Z向坐标原点在机床坐标系位置；再次，工件尺寸的测定，工件尺寸的测定过程，雷同工件坐标系的建立过程，可以确定任何位置处工件的轮廓尺寸信息；最后，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。在所述步骤e中，下位机预处理完毕计算出其必要参数，然后按照上位机优化路径进行插补计算，实时计算出插补数据，并送入输出模块，以驱动电机运行。所述插补计算采用数据采样插补法，包括直线插补法和圆弧插补法。本专利技术采用上位机+下位机(PC+NC)构成开放式体系结构，选用高速DSP作为CPU来完成实时性的下位机内核任务，实现电机实时控制以及在线检测，而由上位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。系统创造性的设计一种非接触式光电测量装置，实现了工件坐标系的自动建立；并通过对加工过程中对工件的工序尺寸进行在线检测，实现刀具尺寸自动补偿；以及在加工结束后对工件尺寸和形状的自动检测，实现加工质量的主动控制；采用基于图形的自动编程系统，充分利用提取的AUTOCAD图形的几何信息，并结合通过测量获取的实际轮廓信息，自动规划车削加工路径，实现自动编程功能。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。通过本专利技术的实施，可提高数控车床的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种数控车床的智能控制系统，它由数控车床、上位机（１）、下位机（２）等组成，其特征是：它采用上位机（１）与下位机（２）组成开放式的控制系统，即由上位机（１）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、加工仿真的任务；下位机（２）安装在数控车床上，进行在线测量、电机控制、直线、圆弧插补运算，完成工件的加工；上位机（１）和下位机（２）间通过ＵＳＢ串行通信（３）联系；在数控车床上还有光电检测装置，该光电检测装置与下位机（２ ）连接，可在不接触回转体工件下对其进行定位和尺寸测量，然后将测量信息反馈回上位机，实现在线检测。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张承瑞，徐晓东，邵峰，王金江，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
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