一種雙代碼聯合作用的數控加工控制方法與流程
2023-12-04 23:49:01 2
本發明屬於數控加工相關技術領域，更具體地，涉及一種雙代碼聯合作用的數控加工控制方法。
背景技術：
數控加工的g&m代碼程序文件遵循iso6983標準，但iso6983標準中的運行指令僅包含簡單圓弧和直線，小線段依然是複雜曲面加工中比較通用的刀具軌跡表達方式；要保證好的加工品質，數控系統需要根據刀具軌跡的幾何屬性進行速度規劃(如需要根據形狀變化處的曲率以顯示大曲率處的進給速率，以滿足工具機的加速約束和輪廓軌跡的精度)；然而數控系統中的計算又必須保證實時性，要求算法不能太複雜，必須把算法的時間消耗控制在很低的水平，這就使得數控系統只能從鄰近少量點的位置坐標估算該點的曲率。由於cam軟體從零件的cad模型生成刀具路徑時存在計算和控制公差，因此數控系統僅用少量點的位置坐標計算該點的切線方向、曲率等幾何屬性時，計算結果的準確性難以保證，即採用鄰近少量點的位置坐標估算該點曲率的算法對誤差的變化會比較敏感，如圖1所示，由於每個點都存在誤差，三點(鄰近少量點)計算曲率半徑的精確度劣於五點(鄰近多點)計算曲率半徑的精確度。
為了解決上述問題，本領域相關技術人員已經做了一些研究，如歐洲的一些企業和研究機構提出了包括三維幾何信息、刀具信息、製造特徵和工藝信息等全部信息的step-nc標準。step-nc標準相對於iso6983標準引入了特徵描述(槽、型腔、孔和平面等)並採用express語言進行編程，因此需要使用step-nc文件的信息提取與解析器取代g代碼編譯解析器以及採用express程式語言，這種方式與傳統基於g代碼的編程軟體和數控系統都很難兼容，至今都未能實際推廣應用。又如某些系統為提高加工的速度和精度，使用了性能更好的處理器，如西門子802dsl及以上版本的數控系統均支持程序段壓縮器功能compcad，使用g指令的compcad可以對cad/cam的程序進行優化，如此雖然提升了加工的質量和效率，但是compcad功能需要更高的數控系統配置才能使用，限制了使用範圍，且增加了使用成本。相應地，本領域存在著發展一種成本較低且靈活性較高的數控加工控制方法的技術需求。
技術實現要素：
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種雙代碼聯合作用的數控加工控制方法，其基於現有數控系統速度規劃的特點，針對數控加工控制方法進行了設計。所述數控加工控制方法在不改變現有g代碼的格式和語法的條件下，增加了一個包含刀具軌跡幾何屬性信息的第二加工代碼，以在數控加工過程中提供更加準確的刀具軌跡幾何特徵信息用於優化加工過程的速度及加速度控制，進而解決複雜曲面加工過程中一些需要宏觀分析和計算的幾何屬性信息在強實時性的環境下難以精確計算的問題，同時將基於工具機歷史數據的工具機優化和補償信息用於提升工具機的抗振性和穩定性，由此解決在數控加工過程中由於變形、磨損和振動導致的加工質量下降的問題。此外，所述數控加工控制方法通過較少的計算消耗(代碼的解碼與合併)，實現了更優的加工控制，同時保留了傳統的g代碼處理方式，以能夠兼容現有的編程軟體和數控系統。
為實現上述目的，本發明提供了一種雙代碼聯合作用的數控加工控制方法，其包括以下步驟：
(1)在數控加工準備階段或者離線過程中，根據g代碼計算刀具軌跡的幾何特徵信息，以生成第二加工代碼；
(2)在加工前的代碼載入階段，數控系統同時載入所述g代碼及所述第二加工代碼；
(3)在加工運行階段，所述數控系統同步解析所述g代碼的位置信息及所述第二加工代碼中與當前所述g代碼的位置信息相匹配的刀具軌跡的幾何特徵信息，並將所述刀具軌跡的幾何特徵信息合併到所述g代碼經解析所生成的程序數據結構中，以優化加工過程的速度及加速度控制。
進一步地，所述刀具軌跡的幾何特徵信息包括曲率半徑及切線方向信息。
進一步地，所述第二加工代碼的生成方式有三種，三種方式分別為：(1)採用含有第二加工代碼生成模塊的cam軟體在生成所述g代碼的同時生成所述第二加工代碼；(2)將所述g代碼導入含有第二加工代碼生成模塊的第三方軟體以生成所述第二加工代碼；(3)由所述數控系統中的第二加工代碼生成模塊在加工準備階段生成所述第二加工代碼。
進一步地，所述第二加工代碼包含四類信息，四類信息分別為：(1)檢測和所述g代碼是否匹配的檢驗信息；(2)數控加工用到的刀具軌跡的幾何特徵信息；(3)與所述g代碼建立的映射關係的對應關係信息；(4)關於工具機的優化和補償信息。
進一步地，所述數控系統根據所述第二加工代碼的行號信息建立起所述第二加工代碼與所述g代碼之間的映射關係。
進一步地，所述數控系統使用所述第二加工代碼及所述g代碼同步加工，加工運行的界面上只顯示所述g代碼的內容。
進一步地，所述數控系統保存生成的所述第二加工代碼，以避免下次重新生成所述第二加工代碼。
總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，本發明提供的雙代碼聯合作用的數控加工控制方法主要具有以下有益效果：
(1)第二加工代碼採用離線生成的方式，在離線計算的過程中不需要滿足實時性的苛刻要求，因此可以採用更多次迭代或者利用更大範圍內的位置信息以將刀具軌跡的幾何屬性計算的更準確；
(2)第二加工代碼中包含了複雜的刀具軌跡特徵信息，數控加工的過程中這些信息直接通過第二加工代碼解析讀取，無需實時性計算，節省了數控系統計算的時間，滿足強實時性的要求且不需要更換性能更好的處理器，降低了成本，拓寬了使用範圍；
(3)使用第二加工代碼不需要更換解析器，不需要使用其他的程式語言，在數控系統加工的過程中數控界面顯示的內容依然為g代碼，便於工具機操作人員設置斷點進行調試，同時對於工具機的操作人員不需要由於更換解析器和程式語言而重新學習一門新的語言，降低了使用要求及整體加工控制周期；
(4)採用離線生成第二加工代碼的方式，離線生成可以由一臺電腦或者一個伺服器生成多組需要進行加工的第二加工代碼，相對於每一個數控系統更換解析器或者更換性能更好的處理器，其成本更低；
(5)通過較少的計算消耗(代碼的解碼與合併)，實現了更優的加工控制，同時保留了傳統的g代碼處理方式，以能夠兼容現有的編程軟體及數控系統，靈活性較高，且控制簡單；
(6)所述第二加工代碼中包含了基於零件加工過程歷史數據的有關工具機特性的優化和補償信息，提升了加工的精度和工具機的切削穩定性。
附圖說明
圖1是現有技術中的採用鄰近少量點的位置坐標估算該點曲率的示意圖。
圖2是本發明較佳實施方式提供的雙代碼聯合作用的數控加工控制方法涉及的三種第二加工代碼生成方式的流程示意圖。
圖3是圖2中的雙代碼聯合作用的數控加工控制方法涉及的第二加工代碼與g代碼同步運行的示意圖。
圖4是採用圖2中的雙代碼聯合作用的數控加工控制方法的一實例的流程示意圖。
圖5是本發明較佳實施方式提供的雙代碼聯合作用的數控加工控制方法的流程圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解析本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
請參閱圖2、圖3及圖5，本發明較佳實施方式提供的雙代碼聯合作用的數控加工控制方法，其包括以下步驟：
步驟一，在數控加工準備階段或者離線過程中，根據g代碼計算刀具軌跡的幾何特徵信息及其他有助於提高加工效果的信息，以生成第二加工代碼。所述第二加工代碼被保存下來，使得一個數控加工代碼文件的第二加工代碼只需要計算生成一次即可。具體地，根據零件加工過程的歷史數據計算得到有關工具機響應特性的優化和補償信息，將刀具軌跡的幾何特徵信息及計算得到的優化和補償信息保存起來，以形成所述第二加工代碼；根據刀具軌跡的幾何特徵生成所述第二加工代碼的方式有三種：第一種為採用含有第二加工代碼生成模塊的cam軟體在生成所述g代碼的同時生成所述第二加工代碼；第二種為將所述g代碼導入含有所述第二加工代碼生成模塊的第三方軟體以生成所述第二加工代碼；第三種為由數控系統中的第二加工代碼生成模塊在加工準備階段生成所述第二加工代碼。
通過第一種方式或者第二種方式生成的所述第二加工代碼可以通過雲端合作或者其他方式導入數控系統，所述數控系統會保存生成的所述第二加工代碼，以避免下次重新生成所述第二加工代碼。
所述第二加工代碼包含四類信息，具體為：1.檢測和所述g代碼是否匹配的檢驗信息；2.數控加工用到的刀具軌跡特徵信息(曲率、切線方向)；3.關於工具機的優化和補償信息；4.與所述g代碼建立的映射的對應關係信息(程序段行號)。
本實施方式中，所述第二加工代碼的格式如下：
校驗信息
對應關係信息刀具軌跡特徵信息
對應關係信息刀具軌跡特徵信息
………
對應關係信息刀具軌跡特徵信息
現以下面的一個實例來說明所述第二加工代碼：
date2016/12/15/13/52/50
n1r15vec[0.7071，0.7071，0]
n2vec[0.7001，0.7001，0.1400]
n3vec[0.6917，0.6917，0.2075]
n4vec[0.6917，0.6917，0.2075]
.....
n20r5vec[0.7071，0.7071，0]
其中，單詞date所接的一排數字和字符為校驗信息(此例以和所述第二加工代碼進行匹配的g代碼的最後修改時間作為校驗信息)，字母n所接的數字為行號信息，r所接的數字表示曲率半徑，vec所接的是當前點的切線方向所表示的單位向量，曲率半徑和切線方向為刀具軌跡特徵信息。如以上的例子，其中校驗信息為g代碼的最後修改時間即2016年12月15日13點52分50秒，由於曲率半徑屬於模態信息，所以從第一行至第19行的曲率半徑均為15mm，第二十行的曲率半徑為5mm。
步驟二，在加工前的代碼載入階段，數控系統同時載入所述g代碼及所述第二加工代碼。具體地，可以在所述數控系統中設置開關來決定是否使用所述第二加工代碼，在加工前的代碼載入階段，如果所述開關打開，則所述數控系統同步載入所述第二加工代碼；如果所述開關關閉，則所述數控系統只載入所述g代碼，如華中8型數控系統通過設置第二加工代碼使能參數來決定是否使用第二加工代碼，其中參數設置為1為使用第二加工代碼，則在加工前的代碼載入階段，華中8型數控系統同步載入所述第二加工代碼；參數設置為0為不適用第二加工代碼，則在加工前的代碼載入階段，數控系統只載入g代碼。
步驟三，在加工運行階段，所述數控系統同步解析所述g代碼的內容及所述第二加工代碼中與所述g代碼被解析出來的內容相匹配的內容，並將所述第二加工代碼中的刀具幾何特徵信息合併到所述g代碼解析所生成的程序數據結構中，以優化加工過程的速度及加速度控制。具體地，所述數控系統根據所述第二加工代碼的行號信息建立起所述第二加工代碼與所述g代碼之間的映射關係，然後同步解析所述g代碼的位置信息和所述第二加工代碼與所述位置信息相匹配的刀具軌跡幾何特徵信息(曲率半徑、切線方向信息)，合併出附加有刀具軌跡複雜幾何屬性信息的數據結構，進而利用更為精準的數據信息來優化加工過程的速度及加速度控制；同時，所述第二加工代碼中的優化和補償信息能夠提升加工的精度和工具機的切削穩定性。
所述數控系統根據提供的基於工具機歷史數據的工具機優化和補償信息來提升工具機的加工精度和切削穩定性，其中提供熱補償信息和刀具磨損補償信息來提升加工的精度，優化系統的動態特性來增強系統的抗負載擾動的能力，提升了工具機的切削穩定性。
所述數控系統使用所述第二加工代碼及所述g代碼同步加工，但是加工運行的界面上只顯示所述g代碼的內容，這樣當加工程序出現問題時，方便操作人員設置斷點調試分析。當然，某些數控系統使用nurbs曲線插補加工，因此數控系統的界面上顯示的是nurbs曲線的控制點，所以無法準確的將斷點設置在需要調試的位置上。
請參閱圖4，以下以一個實例來進一步說明本發明。數控系統生成的所述第二加工代碼的文件後綴名為.inc，所述第二加工代碼與所述g代碼具有相同的名稱，此數控系統生成所述第二加工代碼及同步運行的步驟如下：
1.將所述g代碼導入所述數控系統，並打開副代碼使用開關，即將所述第二加工代碼使能參數設置為1(設置為1表示使用所述第二加工代碼加工，設置為0表示不使用所述第二加工代碼加工)。
2.加載所述g代碼到所述數控系統，在加載所述g代碼的同時檢測是否有和當前所述g代碼相匹配的所述第二加工代碼。具體地檢測包括以下兩個方面：所述第二加工代碼與所述g代碼的命名是否一致；所述第二加工代碼中的校驗信息與所述g代碼的最後修改時間是否一致。
3.如果檢測到了所述第二加工代碼與所述g代碼匹配，則可以直接同步運行。如果所述第二加工代碼與所述g代碼不匹配，所述數控系統會檢測當前所述g代碼的後綴名是否為.hnc，如果為.hnc，則所述數控系統會自動生成所述第二加工代碼，否則需要用戶手動點擊按鈕「副代碼」手工生成所述第二加工代碼。所述第二加工代碼與所述g代碼同步加工運行，同時所述數控系統會保存所生成的所述第二加工代碼，以避免下次重新生成所述第二加工代碼。
本實例中，以g代碼的最終修改信息作為校驗信息，以行號信息作為對應關係信息，並在數控系統加工的過程中提供了當前點的切線方向和當前點的曲率半徑兩種刀具軌跡幾何特徵信息；在數控加工的過程中，數控系統可以直接從第二加工代碼中讀取這兩種刀具軌跡特徵信息，避免了對這兩種複雜信息的實時計算。
本發明提供的雙代碼聯合控制的數控加工控制方法，其在不改變現有g代碼的格式和語法的條件下，增加了一個包含刀具軌跡幾何屬性信息的第二加工代碼，以在數控加工過程中提供更加準確的刀具軌跡幾何特徵信息用於優化加工過程的速度及加速度控制，進而解決複雜曲面加工過程中一些需要宏觀分析和計算的幾何屬性信息在強實時性的環境下難以精確計算的問題。此外，所述數控加工控制方法通過較少的計算消耗(代碼的解碼與合併)，實現了更優的加工控制，同時保留了傳統的g代碼處理方式，以能夠兼容現有的編程軟體和數控系統。
本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。