基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的熱誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)施思路
2020-8-31 來源： 宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：王 謙
摘要：在開放式數(shù)控系統(tǒng)上實(shí)施熱誤差補(bǔ)償，可以繞過通過傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)施熱誤差補(bǔ)償?shù)墓逃须y題。下面深入分析傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的弊端與開放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并詳細(xì)闡述通過開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)施思路。
關(guān)鍵詞： 數(shù)控系統(tǒng)；開放式；熱誤差補(bǔ)償
使用傳統(tǒng)方法來實(shí)施熱誤差補(bǔ)償通常是在傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)上進(jìn)行的，這些方法由于受到傳統(tǒng) CNC 系統(tǒng)封閉性和多樣性的制約而存在著固有缺陷，使得這些方法沒有被大規(guī)模地應(yīng)用。在開放式數(shù)控系統(tǒng)上來實(shí)施熱誤差補(bǔ)償，由于系統(tǒng)是開放的及采用了完全不同的方法，則可以繞過通過傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)施熱誤差補(bǔ)償?shù)墓逃须y題，而且此法更易于實(shí)現(xiàn)、補(bǔ)償精度更高。
1 、傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的弊端
傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是以封閉式的結(jié)構(gòu)發(fā)展的，各系統(tǒng)制造商生產(chǎn)的 CNC 沒有共同性和標(biāo)準(zhǔn)化的接口，彼此間并不兼容，表現(xiàn)在：
第一，系統(tǒng)的硬件組成是專用的，其主要硬件CPU板、主板、伺服板等以及硬件之間的連接方式都是專門設(shè)計(jì)的，不同制造商生產(chǎn)的同類型硬件不能通用；
第二，系統(tǒng)的控制軟件是專用的，系統(tǒng)軟件完全由系統(tǒng)制造商掌握，其技術(shù)細(xì)節(jié)不公開，也不提供給用戶；
第三，雖然系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)，但各制造商在各模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法、采用標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)政策上有著很大的差別，因此各個(gè)系統(tǒng)仍然是相對(duì)獨(dú)立而彼此封閉的。
由于以上原因，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)有著體系封閉、兼容性差、功能不易擴(kuò)展、人機(jī)界面不豐富等缺點(diǎn)，給機(jī)床制造商的生產(chǎn)和最終用戶的使用、升級(jí)等帶來諸多不便，也使得數(shù)控系統(tǒng)很難應(yīng)用上計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新成果，這些都阻礙了數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
2、 開放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
目前，絕大多數(shù)的開放式數(shù)控系統(tǒng)都是以 PC 機(jī)為平臺(tái)進(jìn)行組建的。基于 PC 的開放式數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)相比，具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：
第一，硬件系統(tǒng)平臺(tái)是開放的，且具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力。PC 硬件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，且具有很高的性能，完全滿足互換性的要求；NC 功能硬件和伺服驅(qū)動(dòng)硬件在市場(chǎng)上有很多專門的生產(chǎn)廠商，他們提供滿足多種場(chǎng)合要求的型號(hào)，在接口方面可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，用戶可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。
第二，軟件系統(tǒng)平臺(tái)是開放的，很方便進(jìn)行功能擴(kuò)展。PC機(jī)具有豐富的軟件資源和強(qiáng)大的開發(fā)工具，很方便進(jìn)行 NC 控制軟件的開發(fā)和系統(tǒng)功能的擴(kuò)展及修改。
第三，開放式數(shù)控系統(tǒng)通過功能擴(kuò)展與軟件開發(fā)，能很好地滿足加工多樣化、柔性化方面的需求。
第四，開放式數(shù)控系統(tǒng)具有豐富的人機(jī)界面和生動(dòng)的圖形和仿真顯示，這對(duì)降低人員培訓(xùn)成本和系統(tǒng)維護(hù)成本都具有比較重要的意義。
第五，開放式數(shù)控系統(tǒng)具有方便的通訊聯(lián)網(wǎng)能力，可以方便地進(jìn)行計(jì)算機(jī)群控加工和遠(yuǎn)程操作，這對(duì)減少操作人員數(shù)量、降低生產(chǎn)成本有著重要的意義，其采用和 PC 機(jī)一樣的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新成果。
3、基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的熱誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)施思路
通過傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)施熱誤差補(bǔ)償通常需要解決兩大問題：一、傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的自身結(jié)構(gòu)是封閉的，研究人員很難在其上進(jìn)行二次開發(fā)，集成熱誤差補(bǔ)償功能，通常需要使用一臺(tái)外部工控機(jī)或開發(fā)一個(gè)外部熱誤差補(bǔ)償控制器及專用的接口電路和原 CNC 系統(tǒng)相連，來集成熱誤差補(bǔ)償功能；二、熱誤差補(bǔ)償信號(hào)要經(jīng)過原CNC系統(tǒng)才能插入到伺服環(huán)中（反饋中斷法）或者內(nèi)置 CNC 控制器中（原點(diǎn)平移法）。這種插入有時(shí)是很復(fù)雜的，一般需要局部改動(dòng) CNC 控制系統(tǒng)的硬件或改變 CNC控制器中的可編程控制器單元的程序。由于上述兩個(gè)問題的存在，使得這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成本較高、技術(shù)難度較大、通用性較差，且不利于應(yīng)用在復(fù)雜環(huán)境中，這些都阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的推廣。而通過開放式數(shù)控系統(tǒng)、使用軟件補(bǔ)償法實(shí)施熱誤差補(bǔ)償則可以繞過上述難題。PC 平臺(tái)上有豐富的軟件資源和強(qiáng)大的
開發(fā)工具，借助它們可以方便地進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償軟件的開發(fā)，其軟件功能及與控制系統(tǒng)的集成易于實(shí)現(xiàn)。軟件補(bǔ)償法是通過開發(fā)的熱誤差補(bǔ)償軟件，實(shí)時(shí)地對(duì) NC 程序段中的理想位置進(jìn)行修正，再制伺服系統(tǒng)執(zhí)行。此方法避免了上述的信號(hào)插入和干涉問題，其補(bǔ)償精度也較高。
鑒于上述分析，在開放式數(shù)控系統(tǒng)上，使用軟件補(bǔ)償法來進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)施思路是：先在開放式數(shù)控系統(tǒng)的 PC 機(jī)上開發(fā)熱誤差補(bǔ)償軟件，然后采用在線補(bǔ)償?shù)姆绞酵ㄟ^熱誤差補(bǔ)償軟件預(yù)先對(duì)原 NC 指令進(jìn)行處理，使補(bǔ)償值預(yù)先經(jīng)過運(yùn)算反映到修正后的 NC 指令中，然后再將修正后的 NC 指令傳送給伺服控制系統(tǒng)，讓其執(zhí)行這些指令用于加工工件，從而實(shí)現(xiàn)熱誤差補(bǔ)償。
4、 結(jié)語
將熱誤差補(bǔ)償控制技術(shù)與開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)合是高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。通過開放式數(shù)控系統(tǒng)來實(shí)施熱誤差補(bǔ)償，具有實(shí)現(xiàn)成本較低，技術(shù)難度較小的優(yōu)勢(shì)，因此，具有廣泛的適用性，且其補(bǔ)償精度較高，能有效地實(shí)現(xiàn)熱誤差在線補(bǔ)償。
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