【摘要】 本文分析了在通用數控系統中實現在線測量與控制功能所存在的問題，通過引入“條件短路”功能指令等，使數控系統的多種在線測控問題經零件編程即可解決。文中以外圓磨削在線測控零件尺寸為例，具體討論了這種機制的實現原理。 關鍵詞：在線測量與控制 數控系統 零件尺寸 [b][align=center]Research On Realization On—line M easm-cment and Control Function in GeneralNC System[/align][/b] [align=center]Cheng Lianghong Gao Ansheng Qian Xinen （Hubei Automotive Industry Institute 442002）[/align] Abstract：The problem that realize on line measurement and control function in general NC system is analyzed，By establishing“Condition short circuit”function instruction，etc．the problems in various on—line measurement an d control Can be soh,ed only by program ming part program ．Take the external cylindrical grinding part size of on— line mea surement and control as exampb．The realization principle of this function is explained in det～l in this paper． keywords：NC system；on—linemeasurementan d control；Part size 1 引 言 對于零件加工精度要求高、相對刀具磨損率又比較大的精密機床，如精密磨床，采用在線零件尺寸測量與控制以獲得高加工精度的方法，已有較長的歷史。傳統實現方法是構造圖1所示的在線量儀零件尺寸自動控制系統，在機床數控系統和非數控系統中實現，要針對加工黧對象 研制專門的硬、軟件控制模塊警，構成的系統復雜并缺乏通用性。 本文就在線測量與控制功能在通用數控系統中的實現問題進行研究，分析了實現中存在的問題并提出解決方法。給出 圖 在線直接自動尺寸控制系統一種具有在線測量與控制功能的通用數控系統設計法，所構成的系統具有高的開放程度和柔性化特點。 2 問題描述 為敘述問題方便，下面說明本文將用到的兩個提法： 提法1：數控系統零件加工程序編程后軌跡不可變。 數控機床的自動零件加工過程是通過順序執行零件程序指令實現的。機床刀具軌跡及進給速度等均在編程時設定，程序運行時不能實時改變。這里稱數控系統此項特性為“編程后軌跡不可變”。 提法2 條件短路。 本文擬引入的一種新的數控功能指令。數控系統的實時插補模塊每采樣周期進行一次伺服控制，并對當前程序段進行一次插補運算，但首先測試該段是否含有條件短路指令，若有則測試該指令指定的條件是否滿足，滿足則繼續當前段插補，否則中止（短路）當前段并開始后面新程序段。 下面通過例證兩個論點，說明在通用數控系統中實現在線測量與控制功能所存在的問題及解決問題的可行方法： 論點1 數控零件加工程序編程后軌跡不可變，是阻礙在線測控機制實現的問題所在。 證明：以磨削外圓為例，設具有實時測量與控制的磨削系統如圖2所示。砂輪（刀具）半徑為r，工件軸心裝卡于工件坐標系原點0，要求加工終了的工件尺寸（直徑）為d。工作臺載著砂輪從起始位置b點出發，沿x負向 陜進、精磨、光磨三種速度向工件進給。當測量儀量得工件尺寸達到系統所設置的第一個閾值，即精磨尺寸到、工件直徑=d 時，控制進給速度由精磨工進切換成光磨工進；當量得工件尺寸達到第二個閾值，即光磨尺寸到、工件直徑=d時，控制砂輪快退至b點。 由于砂輪磨損率高，加工過程中的r值為變量，使得機床進給軌跡段的切換點尺寸不能事先確定，要通過在線測量實時控制。就是說，欲引人在線測控機制，機床刀具軌跡尺寸能實時改變是必要條件。論點1得證。 論點2 在數控系統中引人條件短路指令，能使編程后軌跡實時可變。 證明由提法2知，條件短路指令通過檢測指定的條件滿足與否，能實時決定兩程序段切換點位置，使編程后軌跡可變。論點2得證。 論點2為在通用數控系統中引入在線測控機制提供了一種解決方案。下面的例子說明這一點。 設數控系統具有條件短路指令，并且控制圖2所示的磨削加工，則基于在線測控的自動加工過程可按以下操作內容編程實現： （1）控制刀具（砂輪）中心從b點快進至點； （2）指令刀具中心點精磨工進制點，該段含條件短路指令，以“精磨尺寸到”信號作短路條件； （3）指令刀具中心從當前點光磨工進至坐標原點，該段含條件短路指令，以“光磨尺寸到”信號作短路條件； （4）指令刀具中心從當前點快退至b點； （5）程序結束。 3 系統設計原理 3．1 系統硬件結構 具有在線測控機制的數控系統硬件結構與傳統數控的完全相同。工件測量儀作為數控系統的外部設備，經I/0接VI電路與數控系統相連接，測量儀的測量閾值電平作為輸入開關量，供數控系統測試并作控制條件用。 3．2 系統軟件設計 軟件設計主要在傳統數控系統軟件基礎上增加對條件短路指令的支持。 設條件短路指令具有格式： 其中，M95為條件短路指令字，Ek代表第k號條件，可以是系統任意I/0信息的狀態。由于條件滿足與否具有實時性，故條件短路指令的算法主要在實時插補階段實現。下面介紹算法。 通常數控系統對零件加工程序的數據處理近似按流水方式進行，大致分為譯碼、刀樸、插補三個數據處理階段。其中插補模塊處理如圖3所示的數據結構隊列，該隊列是譯碼和刀補模塊對零件加工程序逐段處理時動態建立的。 不失一般性，這里用矢量表示程序段軌跡的坐標位移量，而不論軌跡段的線型如何。設第號程序段軌跡的坐標位移量為X、Y、Z 記為S，這里： 同理，記：S為第i號程序段當前時刻已完成的坐標位移量；S為第i號程序段當前未完成的坐標位移量； 為矢量累加器，用來存放因條件短路指令造成的程序段剩余坐標位移量的累加和。累加器在開始一個新的零件加工程序時具有零初值。 設當前插補第i號程序段，其中的條件短路算法通過執行下面過程實現： （1）若當前程序段無M95或Ek未滿足，轉③ ； （2）若當前程序段有M95且測試Ek滿足，則按式（2）計算并按式（3）累加剩余坐標位移量，然后移動插補數據區指針到下一個數據結構（新程序段）； （3）若當前程序段是G90編程并且是新程序段，則按式（4）修改該段的原設定坐標位移量，然后清零S累加器。否則轉④； （4）執行常規的伺服控制和插補運算； （5）結束返回（中斷返回）。 在上述算法中，將被短路程序段的剩余坐標位移量疊加到后面第一個出現的用G90編程的軌跡段，能確保后面相對位移量段（G91編程段）不受前面短路指令的影響，仍能從當前位置相對移動程編的坐標位移量，而絕對位移段（G90編程段）則園前面的“短路”而影響了整個計劃位移量，使該段不能達到指定位置，而經式（4）疊加修正后正好能消除影響。 在應用條件短路指令編寫零件加工程序時，必須根據需要正確指定各程序段的G90或 G9l 另外應注意以下幾點：① 在含有條件短路指令程序段的后面和加工程序結束之前，至少應安排一條G90編程的直線軌跡段。否則，受“短路掉軌跡”這一隨機因素影響，停刀點會是一個隨機點；② 強調后面G90軌跡段是直線，是因為其它線型的終點坐標不便隨機修改。 3．3 編程簡例 問題：用在線測控的通用數控系統完成圖2所示的外圓磨削加工，試編寫零件加工程序。 解：把砂輪看作機床刀具（1號刀），其半徑值r．置人機床參數表。設x方向位移量以直徑值表示，起刀點為b（機床坐標系原點），則對應的零件加工程序為： 上述程序代碼以ISO1056—1975E為基準，其中，fl、f2分別代表光磨和精磨進給速度；E1、E2分別代表“光磨尺寸到”和“精磨尺寸到”條件。 4 結 語 （1）通用數控系統的編程后軌跡不可變，是阻礙在線計量與控制機制實現的閫韙所在。 （2）在數控系統中引入條件短路指令，能使編程后軌跡實時可變。 （3）條件短路指令為在通用數控系統中實現在線測控機制提供了一種解決方案。 （4）本文的方法使在線測量與控制功能可編程，使CNC系統的通用化程度與開放性進一步提高。用戶可根據需要決定是否選擇這些功能，若選擇，機床的在線測量與控制細節則可根據生產工藝要求，通過編制零件程序靈活實現。對CNC的其他功能無影響。 采用本文方法，我們在通用數控系統中引入在線測量與控制機制，以高性能價格比成功實現了對H175曲軸磨床的數控改造” 。在線測量裝置由可控測量架和意大利Marposs測量儀傳感頭組成，測量精度1 m，設計機床進給分辨率為1 m，速度范圍0．05ram／rain一10m／rain，驗收零件軸徑的加工指標達到：軸徑表面粗糙度為Ra0．4、軸徑端面和圓弧粗糙度為Ra0．8；軸徑寬度為38±0．1 ram；尺寸分散度≤0．016mm 該磨床已投入使用一年多，系統運轉正常，受到用戶好評。 參考文獻 [1]陳典正譯，磨削加工中在線檢測技術的新進展，磨床與磨削，1993，3： [2]高安生，程良鴻，錢新思，一種新型的數控機床計算機控制系統，機械工業自動化，1994，3 [3]錢新思，高安生，程良鴻，新型曲軸磨床數控系統的應用，制造技術與機床，1997．11。 作者簡介 程良鴻，男，教授 1957年生，湖北老河口市人。1988年在華中理工大學獲工學碩士學位。目前主要從事計算機控制與應用、機電裝備自動化方面的理論與工程技術研究。相關科研項目：“曲軸磨床新型數控系統的研制與應用”，1999年獲中國汽車工業科技進步四等獎。