液壓機(jī)床計(jì)算機(jī)輔助工藝研究
前言：本站為你精心整理了液壓機(jī)床計(jì)算機(jī)輔助工藝研究范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。
為使普通液壓機(jī)床具有可編程特性，首先需對(duì)機(jī)床進(jìn)行電氣化改造。基于普通液壓機(jī)床工作特點(diǎn)，將所有機(jī)床狀態(tài)、位置等信息規(guī)整為標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，采用電磁閥等控制氣動(dòng)單元、液壓?jiǎn)卧獔?zhí)行機(jī)床動(dòng)作。從而，將機(jī)床控制問(wèn)題簡(jiǎn)化為對(duì)一序列開(kāi)關(guān)量信號(hào)的處理問(wèn)題，包括檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)一款可采集和輸出標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，處理工藝流程的數(shù)字控制電路板（以下統(tǒng)稱數(shù)控板），完成機(jī)床的數(shù)字化改造。數(shù)控板并不直接提供生成工藝流程的功能，只是根據(jù)預(yù)置的工藝流程數(shù)據(jù)執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，從而降低其復(fù)雜度。但是，固化的工藝流程會(huì)使機(jī)床失去靈活性，不能體現(xiàn)數(shù)字化控制的優(yōu)勢(shì)[2]。因此，數(shù)控板中預(yù)置的工藝流程數(shù)據(jù)必須可以簡(jiǎn)便的修改，這一功能由圖形化計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)（以下統(tǒng)稱圖形化CAPP系統(tǒng)）來(lái)完成。圖形化CAPP系統(tǒng)將液壓機(jī)床的開(kāi)關(guān)量信號(hào)序列抽象為規(guī)范I/O對(duì)象，并增加定時(shí)、計(jì)數(shù)等內(nèi)置對(duì)象，提供一種完全不同于數(shù)控機(jī)床G代碼編程方式的、基于時(shí)間軸的流程圖式的簡(jiǎn)易編程界面，從而使液壓機(jī)床既具有類(lèi)似數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)不同產(chǎn)品、工藝的可編程的特點(diǎn)，又不需要掌握復(fù)雜的數(shù)控編程技術(shù)，一線產(chǎn)業(yè)工人可快速上手；設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供CAM接口，圖形化設(shè)計(jì)結(jié)果可直接轉(zhuǎn)化為數(shù)控板可解釋執(zhí)行的編碼送往數(shù)控板用于機(jī)床加工控制。圖形化計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)創(chuàng)造性的實(shí)現(xiàn)了一種價(jià)格低廉、可圖形化編程、操作簡(jiǎn)便的液壓機(jī)床升級(jí)改造或設(shè)計(jì)制造的解決方案[3]。
2工藝流程算法模型圖形化
CAPP系統(tǒng)的最基本目標(biāo)是靈活、簡(jiǎn)便，既要使液壓機(jī)床具備一個(gè)類(lèi)似數(shù)控機(jī)床的可編程特性，又要足夠簡(jiǎn)單方便，以降低成本和對(duì)操作人員的要求，在進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮這一需求。在算法設(shè)計(jì)中，首先將機(jī)床實(shí)際工序、動(dòng)作等抽象成不同的邏輯對(duì)象，然后再根據(jù)具體機(jī)床、加工零件的不同創(chuàng)建不同的對(duì)象供用戶使用，并形成針對(duì)不同機(jī)床型號(hào)的配置文件[4]。首先，將機(jī)床加工過(guò)程中的各要素抽象為狀態(tài)、轉(zhuǎn)換條件和元件三種不同的對(duì)象類(lèi)別，其中元件又分為輸入元件、輸出元件和邏輯元件三種類(lèi)別。系統(tǒng)最基本的組成單元為元件，包括輸入元件、輸出元件和其它邏輯元件。輸入元件為液壓機(jī)床檢測(cè)信號(hào)的映射，輸出元件則為機(jī)床控制信號(hào)的映射，輸入元件和輸出元件合稱I/O元件，與數(shù)控板上的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，即輸入元件讀取對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)的值，輸出元件則數(shù)控控制信號(hào)以指令液壓機(jī)床工作。其它邏輯單元?jiǎng)t包括定時(shí)元件、計(jì)數(shù)元件和中間元件等，中間元件指不直接對(duì)應(yīng)數(shù)控板實(shí)際輸入輸出，內(nèi)部的中間變量。所有元件的值只有1和0兩種情況，但同時(shí)可以包含其它屬性，如定時(shí)元件還具備設(shè)定值、當(dāng)前值等屬性。轉(zhuǎn)換條件為元件的復(fù)合體，可以包含I/O元件、定時(shí)和計(jì)數(shù)元件等。轉(zhuǎn)換條件的值和元件一樣，只有1和0兩種情況，由元件間進(jìn)行與、或、非邏輯運(yùn)算而來(lái)。轉(zhuǎn)換條件用于系統(tǒng)狀態(tài)間的切換，例如若當(dāng)前狀態(tài)為快速進(jìn)刀，碰到行程開(kāi)關(guān)后機(jī)床切換為進(jìn)給加工狀態(tài)，則轉(zhuǎn)換條件為行程開(kāi)關(guān)信號(hào)有效（值為1）；若除行程開(kāi)關(guān)外還需其它信號(hào)有效，則轉(zhuǎn)換條件為兩者值的邏輯與。定時(shí)和計(jì)數(shù)元件則用于狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件為時(shí)間或計(jì)數(shù)的場(chǎng)合，例如一個(gè)狀態(tài)維持若干時(shí)間后自動(dòng)切換為下一狀態(tài)。狀態(tài)對(duì)應(yīng)著機(jī)床加工工序，分基本狀態(tài)和復(fù)合狀態(tài)。基本狀態(tài)為一序列輸出元件的組合，即通過(guò)輸出信號(hào)控制機(jī)床各電磁閥正確得電和失電，完成一個(gè)工序。復(fù)合狀態(tài)為子狀態(tài)、轉(zhuǎn)換條件的組合，也可理解為符合狀態(tài)中又可以包含一個(gè)工作流程，即狀態(tài)中的子狀態(tài)可以象主處理流程中的狀態(tài)一樣根據(jù)轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行切換，這樣使系統(tǒng)具有足夠的靈活性。依據(jù)狀態(tài)、轉(zhuǎn)換條件、元件之間相互關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，系統(tǒng)算法采用采用遞歸組合模式（COMPOSITE模式）。其中，為統(tǒng)一算法模型，基本元件可以進(jìn)行邏輯取反操作，基本元件間相互關(guān)系可以為空（NOP）、邏輯與、邏輯或三種，而在基本狀態(tài)中基本元件間相互關(guān)系固定為空（NOP）關(guān)系。狀態(tài)理論上可以遞歸疊加，但在本例中將其限定為兩級(jí)，以提高軟件系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便性。
3圖形化設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1對(duì)象與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)工藝流程算法模型，將系統(tǒng)各要素抽象為三大類(lèi)別對(duì)象，每個(gè)對(duì)象具有“值”及其它不同的屬性。對(duì)輸入元件、輸出元件來(lái)說(shuō)，地址對(duì)應(yīng)實(shí)際數(shù)控板中輸入輸出通道相應(yīng)地址，對(duì)計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和中間元件來(lái)說(shuō)地址為一個(gè)唯一編號(hào)，以區(qū)分不同的元件。設(shè)置值與前值的目的為判斷元件值的變化，得到其上升沿和下降沿。對(duì)轉(zhuǎn)換條件、狀態(tài)這兩類(lèi)對(duì)象而言，除具備基本元件中的別名、地址（編號(hào)）、值、前值、描述等必備屬性外，還具有基本元件或組合的子對(duì)象列表，從而形成遞歸組合的形式表達(dá)整個(gè)工藝流程的構(gòu)成?；谏鲜龇治觯到y(tǒng)采用雙向鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。首先創(chuàng)建一個(gè)抽象基類(lèi)Node來(lái)表達(dá)所有對(duì)象的共有屬性，如前向指針、后向指針、別名、地址、值、前值、描述以及視圖系統(tǒng)所需的坐標(biāo)信息等；定義所有抽象接口，如AddNode、DelNode、GetHead、GetTail、GetPrev、GetNext等對(duì)象添加刪除及遍歷操作[5]。
3.2軟件流程與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)采用基于時(shí)間軸的流程圖式界面設(shè)計(jì)，所有對(duì)象采用拖放的形式加以創(chuàng)建。首先，在視圖中建立網(wǎng)格，得到一個(gè)易于檢測(cè)計(jì)算的坐標(biāo)系統(tǒng)，所有對(duì)象根據(jù)其坐標(biāo)的不同分布于不同的網(wǎng)格中。從對(duì)象庫(kù)中可拖放需要的對(duì)象到網(wǎng)格中，并建立相互關(guān)聯(lián)。
4CAPP/CAM接口設(shè)計(jì)
在計(jì)算機(jī)圖形化編輯環(huán)境中對(duì)液壓機(jī)床工藝流程配置完成后，需轉(zhuǎn)換為特定編碼下載到數(shù)控板中實(shí)際執(zhí)行。為使系統(tǒng)具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性，系統(tǒng)定義了一種文本格式中間代碼，即系統(tǒng)在進(jìn)行CAPP/CAM代碼轉(zhuǎn)換時(shí)經(jīng)過(guò)圖形系統(tǒng)、中間代碼、執(zhí)行代碼三個(gè)環(huán)節(jié)。首先，系統(tǒng)將圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為文本格式中間代碼。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)按照工藝流程走向依次展開(kāi)，在每個(gè)中間文件的頭部有段代碼表達(dá)元件名稱和地址間的相互映射，即類(lèi)似于可編程控制器（PLC）中的I/O分配表（分別用X、Y、T、C和M表示表2中的基本元件）；每個(gè)狀態(tài)以Section開(kāi)始，以End結(jié)束，碰到復(fù)合狀態(tài)則以同樣的方式進(jìn)行遞歸展開(kāi)；每個(gè)轉(zhuǎn)換條件以Condition開(kāi)始，以End結(jié)束；輸出元件賦值以name:value形式表達(dá)，如Output1:1；轉(zhuǎn)換條件中基本元件之間的關(guān)系以串并聯(lián)的概念表達(dá)。
5結(jié)語(yǔ)
液壓機(jī)床圖形化CAPP系統(tǒng)提出了一種價(jià)格低廉的液壓機(jī)床升級(jí)改造方案，實(shí)用價(jià)值高。從提高整體性考慮，還可以進(jìn)一步精簡(jiǎn)優(yōu)化CAPP系統(tǒng)的操作和數(shù)據(jù)模型，將其從計(jì)算機(jī)上移植到嵌入式設(shè)備，如人機(jī)界面系統(tǒng)中。另外，系統(tǒng)最后生成的執(zhí)行代碼除本文提出的編碼方法外，也可直接加入單片機(jī)代碼編譯系統(tǒng)，即將中間代碼編譯成單片機(jī)可直接運(yùn)行的二進(jìn)制編碼，從而實(shí)現(xiàn)編譯運(yùn)行而不是解釋運(yùn)行，以提高系統(tǒng)性能。
作者：田文奇單位：浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院
