CN102789193A - 一种数控机床数控系统的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床数控系统的运行方法，运行过程为：数控机床根据数控程序代码开始运行；当运行至程序代码出现输入/输出命令时，数控机床中止运行，并在显示终端要求机床操控人员输入执行参数的对话框或命令语句；而后输入参数后程序代码根据输入内容做相应变化；最后数控机床执行变化后的数控程序代码，运行直至程序终止。本发明不仅能够实现加工过程信息的及时提示，而且可以实现操作者通过修改参数，实现对加工工艺的及时修订，以及在自动加工程序既定的众多工艺方案中现场进行选择，拓展了数控机床自动加工的工艺能力。

Description

一种数控机床数控系统的运行方法

技术领域

本发明涉及机床数控系统的运行方式，更具体的说，涉及数控系统与操作者的交互方法。

背景技术

目前，公知的数控系统自动加工方式采用G代码描述运动轨迹，S代码描述主轴的转速，F代码描述进给速度，M代码描述逻辑系统(PLC)所需要执行的辅助功能。数控系统自动加工功能内部实现通常由几部分构成：数控加工程序文件操作器、程序代码解析器(预处理单元)、插补器等几部分构成。

问题在于，现有技术的自动加工方式仅有通过用户暂停操作(机床键盘)和计划停车(M01指令)来暂停自动加工过程，暂停后用户仅有继续执行和撤销程序两种选择，操作者无法直接获取除暂停点坐标之外的其他信息，也无法在自动加工程序中方便地实现加工参数修改，人机交互生硬，对加工工艺的局限性大。

发明内容

为了克服现有数控装置自动加工过程人机交互方式的缺陷，拓展自动加工的工艺能力，本发明提出一种机床数控系统与操作者的交互方法，该方法不仅能够实现加工过程信息的及时提示，而且可以实现操作者通过修改参数，实现对加工工艺的及时修订，以及在自动加工程序既定的众多工艺方案中现场进行选择，拓展了数控机床自动加工的工艺能力。

本发明一种数控机床数控系统的运行方法，包括如下步骤：

S1、数控机床根据数控程序代码开始运行；

S2、当运行至所述程序代码出现输入/输出指令时，所述数控机床中止运行，并在显示终端要求机床操控人员输入执行参数的对话框或命令；

S3、输入参数后所述程序代码根据输入内容自所述输入/输出指令开始做相应变化直至所述程序代码的最终代码段；

S4、所述数控机床执行变化后的所述数控程序代码，运行直至程序终止。

上步骤S3中程序代码的变化包括：执行命令的加入、删除，或者位置指令信息或变量存储内容的调整。所述位置指令信息包括运动目标的坐标、机床电机的进给速度、主轴转速等。所述变量是指加工零件的次数、时间等参数信息。

优选方式下，步骤S2中，在数控机床中止运行的同时，在显示终端显示出数控机床的工作状态信息；而后，在步骤S3或S4中，操控人员存储或打印或确认所述工作状态信息后，数控机床继续执行所述程序代码，直至程序终止。其中，工作状态信息包括机床的运行时间、机床部件或被加工工件的温度，再或者机床电机的位置、角度、速度、功率、误差运行参数。

通过上一优选方式，本发明还公开了一种数控机床数控系统的运行方式，包括如下步骤：

1、数控机床根据数控程序代码开始运行；

2、当运行至所述程序代码出现输出指令时，所述数控机床中止运行，并在所述显示终端显示出所述数控机床的工作状态信息；

3、操控人员存储或打印或确认所述工作状态信息后，所述数控机床继续执行所述程序代码，直至程序终止。

也就是说，本发明在数控机床中止运行的同时，在显示终端可独立或与输入对话框同时显示出数控机床的工作状态信息；或者数控机床中止运行的同时，数控系统存储数控机床的工作状态信息。其中，工作状态信息包括机床的运行时间、机床部件或被加工工件的温度，再或者机床电机的位置、角度、速度、功率、误差等运行参数等。

本发明中所说的“输入/输出指令”是指那些要求数控系统与操作者交互的数控程序语句。其主要完成如下两方面的内容：

1、数控机床中止运行，刀具和工件停止动作。

2、弹出对话框或弹出要求操控人员输入信息的命令，或弹出机床加工的状态信息或存储机床加工的状态信息。

此后，操控人根据对话框或命令的内容输入信息。程序代码根据输入内容自动修改代码内容，确切的说从实现数控机床中止的这一输入/输出指令开始相应变化程序代码，直至程序代码的最终。程序代码变化后，刀具和工件自停止的加工位置开始继续加工，直至“输入/输出指令”后续的程序代码终止。

本发明涉及一种数控系统与操作者的交互方法，能够在数控机床程序化自动加工过程中为用户提供更多干预自动加工的机会，同时也使数控系统自动加工的运行情况能够及时提示用户。本发明能够实现加工过程信息的及时提示，同时可以实现操作者通过修改参数，实现对加工工艺的及时修订，以及在自动加工程序既定的众多工艺方案中现场进行选择，拓展了数控机床自动加工的工艺能力。

附图说明

图1本发明数控机床数控系统实现的基本原理示意图；

图2是基于图1实现原理具体实现本发明数控机床数控系统的一种实施方式原理示意图；

图3是本发明数控机床数控系统的运行流程示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案是：通过程序代码解析器启动和管理用户人机界面与系统变量的访问管理器问的自动加工程序中可编程的数据交互过程。

首先需要在组成自动加工程序的基本指令集中(包括G\M\S\T\F指令)，扩展输入/输出指令。编写自动加工程序的通过在传统描述加工轨迹的自动加工程序中，计划性地插入扩展输入/输出指令，使数控系统在自动加工过程中通过弹出对话框或者在特定显示区域与操作者交互，实现必要的工艺参数的选择或者加工状况的提示、汇报、记录。负责对输入/输出指令解析的程序代码解析器不仅负责依据自动加工程序记述的输入/输出指令向人机界面模块提请相应的显示以及接受键盘输入，还负责将这些字符串信息转化成数据并通过系统变量访问管理器实现数控系统变量的读写操作，从而影响和改变有关加工工艺参数和工序，也通过系统变量的显示向操作者提示必要的状态信息。

本发明基本原理如图1所示相关单元联系情况。其中，操作者通过人机交互单元的人机界面交互实现信息的输入输出，并通过该单元实现信息的记录和存储。数控加工程序文件操作器负责从数控系统的文件系统中打开被选择的文件，并提供接口逐行输出文件中的数控加工程序。程序代码解析器负责调用数控加工程序文件操作器服务接口，以行为单位获取数控加工程序。而系统变量访问管理器与系统变量存储区A......N交互实现变量的存储和提取，从而为数控系统执行命令提供参数信息。

根据图1所示原理，本发明提出的控制方法依据数控系统选用的不同的操作系统和开发工具有多种实现方式。图2具体展示了本发明的一种实现方式。下面具体说明图2实施方式的情况：

数控系统由数控系统硬件、实时操作系统、数控系统软件三大部分构成。

数控系统硬件，可以有多种计算机系统构成，例如X86PC构架、ARM处理器构架、DSP处理器构架、单片机构架以及多个上述处理器构成的多CPU构架。中央处理器CPU通过内部计算机总线与其他设备连接，包括数控系统所必需的实时钟、伺服及I/O设备接口、存储介质和显示设备及输入设备。采用X86PC构架的硬件系统可以用X86PC构架内8253时钟管理器或其兼容时钟体系作实时钟；可通过PCI总线或ISA总线接口模拟量输出卡和数字量输入输出卡实现伺服及I/O设备接口，对于现场总线接口的伺服及I/O设备，可采用相应现场总线通讯接口卡实现伺服及I/O设备接口；可采用标准硬盘或SD卡、CF卡作为文件系统存储介质。

实时操作系统可以选用VxWorks，RTLinix等专业的实时操作系统，也可以选用Windows结合实时扩展RTX，或在系统性能要求较低时选择Windows CE等具有一定软实时特征的操作系统。实时操作系统中除了支持常规的文件管理及存储介质驱动和图形用户接口GUI，主要通过实时钟定时中断处理程序实现周期性地实时任务调度。数控设备驱动可以采用实时操作系统提供的标准驱动程序开发框架，封装对伺服及I/O设备接口的数据操作，这些数据包括对伺服的指令及对I/O的指令，也包括采集来自伺服的反馈数据及I/O的数据。

数控系统软件可用实时操作系统支持的应用程序开发工具来开发，例如RTLinux操作系统支持的GCC开发环境，对于选择Windows+RTX作为实时操作系统的，选择微软C语言开发环境进行数控系统软件的开发。数控系统软件主要包括两个实时任务：程序代码解析器和插补器。依据不同的实时操作系统的工作方式，上述实时任务可以是实时线程，也可以是能够被实时任务调度系统加载运行的循环函数体。数控软件各部分实现的原理如下：

●数控加工程序文件操作器，负责从数控系统的文件系统中打开被选择的文件，并提供接口逐行输出文件中的数控加工程序。数控加工程序大多以回车换行字符作为行结束的标志。通常数控加工程序文件操作器处于被调用的运行方式，不具备自主运行的要求，即可以一组服务函数的形式实现，也可以具有一组服务接口的对象实现。

●数控人机交互子系统，负责接受来自键盘等输入设备的用户操作信息，同时实现数控系统其他构成单元的信息显示。在操作系统图形用户接口的支持下，数控人机交互子系统可以进程的形式实现，与数控系统软件的其他构成部分以进程通信的方式进行信息交互，包括共享内存、管道、Socket等；数控人机交互子系统也可以与数控系统软件的其他部分公用一个进程，以线程的形式实现，则与其它部分共享进程内存空间。在Windows族类操作系统支持下，数控人机交互子系统可以采用MFC提供的Doc/View模式开发实现。不论何种方式，数控人机交互子系统均采用主动运行的工作方式，包括查询操作输入和周期性的数据显示刷新。在Windows族类操作系统支持下，查询操作输入可以采用Windows消息实现，数据显示刷新可以在timer或多媒体定时器的周期任务中实现刷新触发。数控人机交互子系统作为主动运行的子系统，因其实时性要求比较低，通常可以不纳入到实时任务调度中，或以较低的优先级参与任务调度。

●插补器，负责接受来自程序代码解析器解析和预处理过的宏观运动指令(直线、圆弧、NURBS曲线等)；将运动指令插值为伺服设备能够执行的微观增量指令，并且严格周期(1ms，2ms，4ms等)方式通过数控设备驱动向伺服设备接口输出。由于对插补器具有严格周期输出的需求，通常插补器以实时线程或实时任务的形式，纳入实时任务调度。通常插补器的核心插补算法可以是经典的逐点比较法、数值计分法，也可以其他具有微分功能的参数方程等算法。

●系统变量访问管理器，负责数控系统软件中各组成部分信息交互必需的系统变量进行统一的注册(含内存分配)、访问操作。系统变量访问管理器属于被调用的运行方式，不具备自主运行的要求，即可以一组服务函数的形式实现，也可以具有一组服务接口的对象实现。注册服务接口将为新的系统变量分配内存，并建立一个变量名到内存地址的索引，其问可以包括变量的类型、读写属性、数据范围等信息以供数据访问时进行必要的校验；内存分配可以是连续的，也可以是分散的；注册完毕后可以返回参数的地址，以供高速实时的数据访问。访问操作服务接口及实现通过变量字符串名称访问变量的服务，系统变量访问管理器根据注册服务生成的索引，实现对系统变量访问和修改操作。

●PLC子系统，主要负责设备(数控机床)控制所必需的辅助功能，包括冷却、润滑、主轴开关等。PLC子系统可以采用梯形图扫描方式执行，也可以将梯形图转化为布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言解释执行，或将逻辑语言最终编译为机器语言运行。为了响应数控系统自动加工程序中的M\S\T指令，PLC子系统为程序代码解析器提供M\S\T指令的服务接口；PLC子系统将接受到的M\S\T指令作为触发相应逻辑子程序的开关，一旦接受来自程序代码解析器的服务请求则启动相应的逻辑功能子程序。

●程序代码解析器为本发明的重点。其主要负责调用数控加工程序文件操作器服务接口，以行为单位获取数控加工程序；将字符串型的数控加工程序行经过词法分析(可以选用Lex)和语法分析(可以选用Yacc)，上述解析工作由指令类别甄别器完成。针对每个解析出的关键字进行分类处理，例如对G代码的逐一处理，对坐标点的逐一处理，对M、S、T代码的逐一处理，上述工作由常规运动指令解析器完成，处理结果主要是根据G代码表征的运动请求结合坐标信息，转化为与插补器约定的数据结构，通过插补器对程序代码解析器的接口调用送入插补器。对于指令类别甄别器识别的输入/输出指令，则送入程序代码解析器进行处理。程序代码解析器为插补器提供宏观数据，具有一定的实时输出的需求，通常程序代码解析器以优先级较低的实时线程或实时任务的形式，纳入实时任务调度。

程序代码解析器中的输入/输出指令解析器针对输入/输出指令的扩展部分是本方案的关键。该部分的主要处理流程如图3所示：

首先在数控系统执行的程序代码中插入计划停车。在数控机床开始执行程序代码后，运行至计划停车位置时，数控机床中止执行。

而后，数控系统通过输入单元以及显示终端输出数控系统的状态信息或者要求操作者输入参数信息。

此后，在输入完毕情况下，程序代码做相应修改，最后恢复程序代码解析器继续运行，恢复插补器，数控机床继续运行。而在输出状态下，操作者根据需要存储数控系统的状态信息或打印状态信息，一切正常后，恢复程序代码解析器继续运行，恢复插补器，数控机床继续运行。

实施例1.工艺人员在本发明支持的交互方法下，可以在零件加工程序起始时，或者在数控机床开始执行数控程序后以及零件加工程序起始前，编写一个输入对话框，要求操作者输入零件重复加工次数，以及零件重复间隔时间，并用系统变量接受；此后编写的零件程序即可按照系统变量记录的次数进行循环，即实现多个相同的零件的批量加工。

实施例2.工艺人员在本发明支持的交互方法下，可以在零件加工程序起始时，或者在数控机床开始执行数控程序后以及零件加工程序起始前，编写操作者输入对话框，要求操作者输入自己的工号，用系统变量接受工号字符串，再用文件输出指令，将操作者工号与加工起始时间计入文件；在零件程序结束前，并结合宏指令实现开始时间与结束时间时间差计算，编写文件输出指令，将加工时间计入文件，即实现了加工工时的统计。

实施例3.对于相同形状的零部件加工，可能由于不同的工件材料和刀具材料的不同需要应用不同的切削参数。工艺人员在本发明支持的交互方法下，可以在零件加工程序起始时，或者在数控机床开始执行数控程序后以及零件加工程序起始前，编写两个输入对话框，要求操作者分别输入工件材料和刀具材料，并用系统变量接受输入结果；此后在零件加工程序中根据输入对话框记录的系统变量所代表的工件材料与刀具材料的组合，在工艺人员记录在加工程序中既定的切削用量中进行优选，记入相应的系统参数，应用于后续的零件加工代码，实现较优工艺的选择。

实施例4.对于选用相同零件加工程序的粗精加工需求，工艺人员在本发明支持的交互方法下，可以在零件加工程序使用输入指令时，或者在数控机床开始执行数控程序后以及零件加工程序起始前，提请操作人员选择粗加工还是精加工，并用系统变量接受输入结果；此后在零件加工程序中输入对话框记录的系统变量所代表的粗精加工选择，在工艺人员记录在加工程序中既定的切削用量中进行优选，记入相应的系统参数，应用于后续的零件加工代码，实现粗精加工不同的切削工艺参数的应用。

实施例5.数控机床运行到一定程度，在进行关键零部件加工工序前，需要关注包括机床主轴温度、环境温度、丝杠螺母温度等重要环境信息。工艺人员在本发明支持的交互方法下，可以在关键零件加工程序代码的关键位置设置输出指令。此时，数控机床根据程序代码开始执行，执行到“输出指令”时，机床刀具和被加工零件停止，并记录停止状态下的加工位置。同时，在显示设备上实现环境信息的提示，以便于操作者决定是否继续有关工序的加工。当操控人员输入继续操作指令时(此时可以同时要求输入零件的加工数量)，数控机床从被加工零件停止加工的位置开始，继续零件的加工直至加工结束。

实施例6.在进行关键零部件加工工序前，需要关注刀具磨损情况。工艺人员在本发明支持的交互方法下，可以在零件加工程序关键位置使用输入指令，提请操作人员现场测量刀具的实际尺寸并输入系统，有关输入结果可以直接改变相关刀具尺寸的系统参数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数控机床数控系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、数控机床根据数控程序代码开始运行；

S2、当运行至所述程序代码出现输入/输出指令时，所述数控机床中止运行，并在显示终端要求机床操控人员输入执行参数的对话框或命令；

S 3、输入参数后，所述程序代码根据输入内容自所述输入/输出指令开始做相应变化直至所述程序代码的最终代码段；

S4、所述数控机床执行变化后的所述程序代码，运行直至程序终止。

2.根据权利要求1所述数控机床数控系统的运行方法，其特征在于，步骤S3中所述程序代码的变化包括：执行命令的加入、删除，或者位置指令信息或变量存储内容的调整。

3.根据权利要求2所述数控机床数控系统的运行方法，其特征在于，所述位置指令信息包括运动目标的坐标、机床电机的进给速度、主轴转速。

4.根据权利要求1-3任一所述数控机床数控系统的运行方法，其特征在于，在步骤S2中所述数控机床中止运行的同时，在所述显示终端显示出所述数控机床的工作状态信息；

而后，在步骤S3或S4中，操控人员存储或打印或确认所述工作状态信息后，所述数控机床继续执行所述程序代码，直至程序终止。

5.根据权利要求4所述数控机床数控系统的运行方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述工作状态信息包括机床的运行时间、机床部件或被加工工件的温度，再或者机床电机的位置、角度、速度、功率、误差运行参数。

6.一种数控机床数控系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、数控机床根据数控程序代码开始运行；

S2、当运行至所述程序代码出现输入/输出指令时，所述数控机床中止运行，并在所述显示终端显示出所述数控机床的工作状态信息；

S3、操控人员存储或打印或确认所述工作状态信息后，所述数控机床继续执行所述程序代码，直至程序终止。

7.根据权利要求6所述数控机床数控系统的运行方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述工作状态信息包括机床的运行时间、机床部件或被加工工件的温度，再或者机床电机的位置、角度、速度、功率、误差运行参数。

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