數控加工模擬器加工代碼的計算機識別

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   時間:2014-03-11 13:45:52
數控加工模擬器加工代碼的計算機識別簡介
     數控加工是CIMS環境下最能明顯發揮效益的生產環節之一,它可以保障產品達到很高的加工精度和穩定的加工質量,生產效率高,準備周期短,可以大大節省……
數控加工模擬器加工代碼的計算機識別正文
  

數控加工是CIMS環境下最能明顯發揮效益的生產環節之一,它可以保障產品達到很高的加工精度和穩定的加工質量,生產效率高,準備周期短,可以大大節省專用工藝裝備,適應產品快速更新換代的要求。在CIMS環境下,針對不同的製造過程要求,需要不同的模擬器來進行相關問題的模擬。比如對功能性、切削加工性、裝配性等等,數控加工過程模擬系統是這些模擬器中的一個。隨著數控技術、計算機模擬與建模技術的發展,切削模擬系統可被用來檢驗刀具路徑、預測設計零件的加工形狀,已經成為數控數據驗證的一個重要工具。
 

近年來,為滿足設計、製造集成一體化和全面提高多品種小批量產品加工質量及生產效率的要求,我們迫切需要一個功能更加強大的切削模擬系統。它不僅僅是一個簡單的刀具路徑驗證系統,該系統除了具備幾何模擬的功能外,還應具有對物理過程參數如切削力、切削誤差和刀具疲勞以及由此引起的產品質量問題的分析預測功能,使之成為可以對切削加工性能進行分析評價的有效工具。從嚴格意義上講,已有的數控模擬系統仍屬於一個幾何模擬驗證系統,較多的是利用刀位數據作為模擬系統模擬運動的驅動代碼。而利用數控加工信息載體——數控程序直接驅動模擬系統,由於考慮了加工環境及加工狀態等因素,與生產加工實際更加接近,非常適合於精確的、功能完備的數控加工模擬。因此,對數控代碼進行合理有效的分析處理,使其成為控制模擬系統機床運動部件可以接受的數據,是建立CIMS環境下集加工參數預測、產品質量分析的製造單元模擬系統的關鍵課題。

一、數控代碼及其特點

數控加工中,零件的加工程序是由程序段組成的,每個程序段由若干個數據字組成;字是控制系統的具體指令,它是由表示地址的英語字母、特殊文字和數字集合而成。

程序段格式是指一個程序段中字、字元、數據的書寫規則,通常有以下三種格式:

使用分隔符的程序段格式,它一般用於功能不多且較固定的數控系統。此格式程序不直觀,容易出錯。

固定程序段格式,該方法程序段長且不直觀,目前也很少使用。

字-地址程序段格式。該格式由語句號字、數據字和程序段結束標誌組成。各字前有地址,字的排列順序要求不嚴格,數據的位數可多可少,不需要的字以及與上一程序段相同的續效字可以不寫。優點是程序簡短、直觀以及容易檢驗、修改,因此,該格式在目前廣泛使用。字-地址程序段格式如下:

目前數控系統品種繁多,一些性能良好的卻大多在國際標準出台之前就早已形成了自己的一套數控代碼。儘管多數依據ISO和EIA標準,一般均有擴充,使得各系統的代碼千差萬別。為使模擬系統能夠適應多種數控系統,並且能夠真實地反映實際的加工環境和加工狀態,對數控代碼的計算機識別分析方法、能力及準確程度都提出了較高的要求。對各系統的數控代碼綜合分析后發現,儘管在一些代碼上存在著功能的差異,但又都有以下共同的特點:1)數控程序段為典型的上下文無關文法,即語法單位可完全獨立於其可能出現的環境。2)數控代碼語法規則簡單,數量較少。基於以上分析和數控模擬目的,我們只需在眾多的數控代碼中尋找提煉與模擬系統運動部件有關的運動與狀態信息,而對於那些無法體現在模擬系統里的運動及狀態信息。沒有必要刻愈地去分析,只要計算機能夠識別它們並進行詞法的檢驗就可以了。

二、數控加工代碼的計算機識別及分析實現

 

總體結構


 

圖1預處理控制方法流程圖


本文以Windows98為平台,Visual C++5為開發環境,基於模擬系統對加工狀態、模擬精度及模擬實時連續性的要求,又綜合考慮了複雜曲面產品數控代碼龐大而導致的緩衝區容量需求,我們利用Win32 API的多任務、多線程編程及CPU分時共享特性,採用預處理控制流程,很好地解決了數控代碼的計算機識別與分析向題。總體結構如圖1所示。預處理任務負貴對零件程序的掃描與詞法、語法識別,並將結果放入緩存區;解釋任務完成對緩存區數據的掃描提取與分析,從而形成模擬驅動文件。該方法綜合了加工過程解釋和編譯控制方法的優點,保證了模擬的及時性與高效性。

預處理模塊

預處理模塊首先對輸入的數控程序採用單向鏈表結構來組織管理,利用鏈表的每個節點來對應一個程序段。單向鏈表的結構如下:

然後對保存在單向鏈表中每個節點的程序段進行識別處理,去除不必要的註釋及回車符,形成僅含功能代碼字的標準程序段。再按照地址符轉入相應的詞法、語法判別檢驗處理分支在詞法分析中,數控程序均按標準程序段編寫,先按標識符類型記錄其後面的表達式字元串,再按各賦值方式進行分析;語法分析是將詞法分析產生的表示符分組,形成語法短語再完成語法的綜合。經過對輸入程序的預處理過程,若有詞法及語法錯誤,就將鍺誤代碼位置及錯誤性質記錄到錯誤信息文件中,以待改正。最後將改正的程序存人級沖區。

解釋模塊


 

圖2解釋模塊結構框圖

解釋模塊負責提取有關命令動作和狀態信息,並將運動的數據按位移和速度的變化劃分成時間片段,從而駱動模擬系統棋型的運動,模塊的總體結構

通過對已經存在入緩存區的數據結構進行分析掃描,提取出與模擬有關的動作及狀態信息。G代碼是數控代碼中最重要的代碼,幾乎控制了數控機床所有的功能和重要設置,必須對其進行合理、有效的處理。從眾多的G代碼中我們發現,只有如下的代碼與模擬有關:G00點位控制;G01直線擂補;G02/G03圓弧擂補;G17/G18/G19坐標面設置;G40/G41/G42半徑補償;G90/G91設置絕對或相對坐標。為此,在本文的研究中我們將忽略其它G代碼而只對上述G代碼進行分析。為使數控模擬系統不僅能夠棋擬實際的材料幾何去除過程,還可以反映出加工過程的物理特性,使其成為集加工參數優化和加工質量情況預測的一個功能完菩的系統,我們對一些加工代碼如M代碼,T代碼、F代碼及S代碼做進一步的分析。對多數數控系統來說,M03/M04代碼分別代表了主軸的旋轉方向;F代碼,也叫進給功能字,通常以每分鐘進給距離的方式指定速度;S代碼則定義了主軸的轉速。將這三個代碼作為一個分支處理,使其與G代碼信息綜合,可以得到任意時刻刀具的精確位置及姿態。T代碼,即刀具選擇代碼,根據地址碼T後面的編號,可以進入模擬系統的刀具庫,並可返回相關的刀具幾何及物理信息,如刀具類型、型號、切削刃的幾何表達和刀具的材料特性等。經過上述處理,我們就可得到數控加工過程精確物理模擬所需的任競刀具位置、姿態及刀具切削刃的幾何信息。這些信息用以下的數據結構表示:

這裡有一點值得注意:上述代碼均為模態指令,即本欄位產生后一直有效,直至再次遇到同樣的字元指令,原來的指令值才會失效。在本文的研究當中,我們對數據結構採取由後向前的搜索策略,經初值判斷後,可以得到各程序段的模態指令狀態該方法在實施上是非常容易的。

三、結論

隨著CIMS與虛擬製造的不斷發展,作為製造單元的數控加工模擬系統已經發揮了越來越大的作用。為建立起一個能夠反映真實加工過程的模擬系統,首先必須對數控加工代碼進行準確無誤的識別與分析,將其轉化為模擬系統的驅動數據。本文在分析了數控代碼特點的基礎上,提出了方便計算機處理與分析的預處理控制方法。該方法已成功地應用在作者所開發的基於質量預測與分析的複雜曲面數控加工模擬系統中。
 

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