随着人们日益对生产与生活环境适应性的不断提高,最近几年,很多国内外机床制造业企业都在积极研制和探索新型的具有多功能的系统与制造装备,文章从当前在结构技术上,具有突破性进展的并联机床入手,结合并联机构的进给传动机构的实际情况,进行了大量的分析和研究。
《制造技术与机床》由中国机械工程学会和北京机床研究所主办，是机床及机械制造领域专业技术期刊，创刊于1951年，国际标准大16开本。报道国内外制造技术与机床方面的科技成果和经验，为提高我国机械制造业技术水平而服务。
目前,机床制造业企业在设计并联机床的过程中,都在积极研制和探索新型的具有多功能的系统与制造装备。从设计上看,并联机床所有的机械部分都是相对比较简单的,然而它却有着很多其他设计所不能替代的具体结构形式,这种实现形式会影响整个机床的工作性能。并联机床的控制系统主要包括两个相对负责的部分,它就是硬件和软件的结构,因为它能实现用软件去实现各种运动轨迹控制以及其他的操作功能,这一功能就是并联机床优秀于其他技术的地方。所以说,控制软件的设计是不是合理,是实现并联机床优越性能的唯一保障。
1 可行性研究
我们在设计中完全采用了工程化的思维,用这一理性思路充当软件研制的向导。通常情况下,我们都是从三个不同的方向去研究和探讨并联机床所有控制软件开发中的操作可行性、经济可行性、技术可行性,最后才能根据所设计的机床基本要求,通过软件获得最初的数据流简图。一般情况下,我们都是以传统数控机床的控制软件设计作为研究基础,根据机床所要执行的全部任务再给出所有驱动关节的运动轨迹。之后根据提前所规划好的实测的驱动杆长量和运行轨迹作一个比较,这样就能得到数字控制器的实现,通过计算机的实时不间断的监控和故障分析。在这一环节最常见的就是开放性软件结构,因为只有这样才能方便所有用户对机床进行改变和重组。这种开发的成本比较低,但在操作方式和技术上都有着极强的可行性,经过一系列的可行性分析,就可以得到控制系统数据流图。
2 需求的分析
设计的控制软件一定要满足所有并联机床的基本功能所需,最关键的就是必须保证其能在动平台的活动范围之内可以加工所有不同形状的零部构件,由于零部构件具有形态各异的形状,所以在加工中就会随时出现机床伸缩臂的运动方式与刀具的运动轨迹大不相同。这样就必须要根据实际加工的零件,设计出刀具的运动轨迹,然后再根据不同类别的零部构件进行相关的控制模块的编写。通过两种设计就可以进给轨迹加上刀具姿态变化组合而成刀具姿态变化,同时还可以实现其他复杂的进给轨迹。通常情况下,我们都是通过以下的两种方式解决对精度要求的细化。
首先,通过改变细化控制时候所输出的脉冲当量的变化,设置出脉冲分配的模块,模块参数的相互调整,可以提高相应的精度;其次:传感器的选择是否合适也是至关重要的,我们通过对所有的信息反馈功能模块进行设置,实现了在机床进行加工的过程中,对其加工的位置进行实时的监测,然后再将信息反馈到控制系统,这样一来就可以使系统根据具体情况做出相应的补偿,从而以满足了精度的要求。
3 数据字典
用软件工程的思想法去进行设计并联机床控制软件,建立数据字典成了一个至关重要的中心环节,它不但能提供数据的详细描述信息,还能做到增强程序的可维护性和可读性。以下介绍一种并联机床的控制软件字典。
检测反馈:实时检测、拾取动平台位置姿态信息,并反馈给控制系统,并对该信息进行比对。加工余量:材料的三维去除量;零件形状:被加工的所有零件都具有自身比较特殊的几何特征(水平平面、空间曲面、竖直平面、空间平面);六杆伸缩量:相对于动平台零点位移量(正、负);步进电机脉冲数:精度:零件形状与刀具轨迹的一致性;与杆长伸缩量(正、反转)相对应的电机转数;位姿:动平台的位置和姿态;参数输入:人机交互的界面,输入且显示零件的形状、精度、加工余量值;配置:根据所有构件和动平台的运行姿态和综合位置;脉冲协调与分配:按精度将六杆伸缩量分配成脉冲,并协调各杆对应电机的伺服脉冲频率;反求轨迹:根据工件形状及加工余量确定各杆伸缩量的功能模块拾取法。
4 总体设计
采用模块化结构根据软件模块化理论为思路,进行并联机床控制软件的总体设计,软件的模块内部应具有高聚合性,模块之间应具有低耦合性,模块的层次深度不可以设置太大,扇出数4～6,才有利于控制;扇入数尽量大,以便减少软件设计中的冗余度,根据此原则对并联机床控制软件进行规划。
4.1 参数输入模块
输入的参数:精度、余量、形状。这些后续模块与参数的关系:反馈+余量→反求模块。形状→加工形状选择模块。精度→脉冲分配协调模块。#p#分页标题#e#
4.2 加工形状选择模块
包括平面曲线加工模块、空间直线加工模块、刀具姿态变化模块、空间曲线加工模块。
4.3 反求模块
通过现有的动平台运动的轨迹(待加工零件的形状),求取六条伸缩臂的空间位置向量的变化值。
4.4 优化模块
实时计算中所有杆的加速度、速度、运动位移,以及所有的受力情况,通过了系统优化的计算方法得出所需最佳的杆长配置。
4.5 脉冲分配协调模块
将六条伸缩臂的空间位置向量的变化值,要按精度要求分配成脉冲量输出给电机,因为在一次加工过程中,所有杆的伸缩量有大有小、有正有负,所以模块还需具有协调所有杆在每步动作中的位移的功能。
5 结语
本文详细阐述了软件工程中关于并联机床控制软件设计,强调了工程的方法研制以及软件的开发,采用模块化的方法设计所需的软件,从而增强了并联机床控制软件的可行性。这与与传统数控机床软件相比较,具有设计周期短,维护性能强等特点。
参考文献
[1] 黄真.并联机器人机构学理论与控制[M].北京:机械工业出版社,1997.
[2] 冯玉林.软件工程方法工具和实践[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1992.
