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電子信息工程論文 專 業(yè)： 電子信息工程 目錄摘要3abstract:4第一章 緒論51.1、數(shù)控系統(tǒng)的基本概念51.2、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀61.2.1、國外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀61.2.2、國外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀81.3、凸輪軸磨削技術發(fā)展概述101.4、本課題研究的主要內(nèi)容11第二章 mtx數(shù)控系統(tǒng)簡述132.1、mtx系統(tǒng)使用的主要特點132.2、mtx數(shù)控系統(tǒng)的組成和工作原理152.3、mtx數(shù)控系統(tǒng)的仿真17第三章 mtx系統(tǒng)編程原則193.1、簡介193.2、標準和 cpl 編程的概述203.3、變量的編程223.3.1、變量名223.3.2、可定義永久變量組243.3.3、cpl 指令：if-then-else-endif273.3.4、cpl 跳轉(zhuǎn) (goto) 跳轉(zhuǎn)至任何程序塊293.4、軸耦合 axcouple、axc29第四章 程序源代碼開發(fā)334.1、機床運行主程序開發(fā)344.2、磨削子程序374.3、軸耦合的實現(xiàn)394.3.1、功能394.3.2、程序流程圖444.4、耦合表451、耦合表具有以下結構：45第五章 軟件安裝及程序仿真調(diào)試應該注意的問題475.1、軟件安裝中遇到的問題47（1）、安裝問題47（2）、系統(tǒng)參數(shù)配置問題475.2、程序仿真調(diào)試49（1）、將自定義變量導入系統(tǒng)49（2）、程序中自動循環(huán)49（3）、關于nc程序與cpl程序之間的相互嵌套50結論51附錄53參考文獻63致謝64力士樂系統(tǒng)的凸輪軸磨床的數(shù)控加工程序摘要：根據(jù)tkm120全數(shù)控凸輪軸磨床的實際情況在力士樂mtx數(shù)控系統(tǒng)下開發(fā)了凸輪軸磨削的g代碼程序。根據(jù)凸輪磨削原理以及mtx變成手冊開發(fā)出系統(tǒng)所需程序。并利用indraworks 組件中的operation控制軟件進行了仿真調(diào)試。本文介紹了如何以力士樂mtx數(shù)控系統(tǒng)為平臺，利用力士樂公司提供的軟件開發(fā)包，開發(fā)適應于全數(shù)控凸輪磨床磨削過程的源代碼。關鍵字：凸輪軸磨削;編程手冊;mtx;g代碼;abstract:cnc cam grinding machine according to tkm120 the actual situation in rexroth mtx cnc system developed under the camshaft grinding g-code program. according to the principle and mtx into the cam grinding manual procedures required to develop the system. using indraworks component operation control software simulation debug. this article describes how to rexroth mtx cnc system platform, using rexroth provides software development kits, development of adaptation in the process of cnc cam grinding machine source code.keywords: camshaft grinding；programming manual；mtx；g code 第一章 緒論數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術的核心，其功能強弱、性能優(yōu)劣直接影響著數(shù)控設備的加工質(zhì)量和效能發(fā)揮，對整個制造系統(tǒng)的集成控制、高效運行、更新發(fā)展都具有至關重要的作用。因此，數(shù)控系統(tǒng)的研究開發(fā)作為基礎性戰(zhàn)略技術，越來越得到世界各國的高度重視和大力發(fā)展，特別是近些年來隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)正朝著標準化開放式的體系結構方向發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應運而生，bosch一rexroth公司就于2005年適時地推出了基于pc的新一代開放式indramotion mtx數(shù)控系統(tǒng)1.1、數(shù)控系統(tǒng)的基本概念數(shù)控是數(shù)字控制（numerical control，nc)的簡稱。從廣義上講，是指利用數(shù)字化信息實行控制，也就是利用數(shù)字控制技術實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)，被控制的對象可以是各種生產(chǎn)過程。而從狹義上理解，也就是利用數(shù)字化信息對機床軌跡和狀態(tài)進行控制，例如數(shù)控車床，數(shù)控銑床，數(shù)控沖床，數(shù)控加工中心等。數(shù)控系統(tǒng)與被控機床本體的結合稱為數(shù)控機床。它是具有高附加值的技術密集型產(chǎn)品，實現(xiàn)了高度的機、電、液、光、氣一體化。它集機械制造、計算機、微電子、現(xiàn)代控制及精密測量等多種技術為一體，使傳統(tǒng)的機械加工工藝發(fā)生了質(zhì)的變化。這個變化的本質(zhì)就在于用數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了加工過程的自動化控制。1.2、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀1.2.1、國外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀(1)omac計劃美國90年代提出ngc下一代控制器計劃，并撥款1億美元進行研究，其核心即是開放體系結構的研究。其首要目標是開發(fā)開放式系統(tǒng)體系結構標準規(guī)范sosac (specification for an open system architecture standard)用來管理工作站和機床控制器的設計和結構組織。sosac定義了ngc系統(tǒng)、子系統(tǒng)和模塊的功能以及相互間的關系，它提出了分級式控制結構，指出了功能性的分解; 定義了虛擬機實現(xiàn)系統(tǒng)模塊間的信息相互交換和相互操作;定義了nml(neural manufacturing language)語言進行制造系統(tǒng)中的信息傳遞。該計劃己于1994年完成了ngc原型研究，并己轉(zhuǎn)入工業(yè)開發(fā)應用。例如美國ford, gm和cresler等公司在ngc計劃的指導下，聯(lián)合提出了omac(open modular architecture controller)開發(fā)計劃，提出了系統(tǒng)基礎框架、信息庫管理、任務調(diào)度、 人機接口、運動控制、傳感器接口等構造了控制系統(tǒng)功能體系結構。該計劃的目的是使系統(tǒng)制造廠、機床廠和最終用戶分別從縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)費用、便于系統(tǒng)集成和二次開發(fā)、簡化系統(tǒng)使用和維護等方面受益。又如cincinnati milacron從1995年開始在其所生產(chǎn)的加工中心、銑床、車床及激光加工等設備中采用開放式體系結構的a2100系統(tǒng)(應用雙處理器組成，帶windows nt操作系統(tǒng)的多任務、多功能的開放式系統(tǒng))。還有delta tau公司利用ngc和omac等協(xié)議，采用pc機+pmac控制卡構成的pmac開放式cnc系統(tǒng)，獲得了良好的應用效果。(2) osaca計劃歐洲德、法、意、西等國于1990年也聯(lián)合進行了“自動化系統(tǒng)中開放式體系結構osaca(open system architecture for control within automation systems)”的研究。該計劃于1992年5月正式為歐盟官方所接受。截止目前，osaca計劃的三個階段的工作全部完成。己公布的文件包括“osaca i&ii final report，和“osaca handbook”及其他一些文件。osaca提出了一個“分層的系統(tǒng)平臺+結構功能單元”的結構。系統(tǒng)平臺由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成，系統(tǒng)軟件包含有系統(tǒng)的核心部分，如操作系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和可選的應用程序如數(shù)據(jù)庫、圖形系統(tǒng)之類。系統(tǒng)平臺通過api (application programming interface)對外提供服務(service) o osaca的三個主要組成部分為通訊系統(tǒng)(communicationsystem)，參考體系結構(reference architecture)，配置系統(tǒng)(configurationsystem)。(3) osec計劃osec計劃是日本的幾個公司共同提出的。osec討論的重點集中在nc(數(shù)字控制)本身和分布式控制系統(tǒng)上。osec的開放cnc系統(tǒng)體系結構包括了3個功能層和七個處理層。osec提出了fadl(工廠自動化描述語言)和osel(open system environment language)加工語言，實現(xiàn)加工信息的標準化和制造控制系統(tǒng)與cad/cam 系統(tǒng)之間的直接互連。韓國等其他國家也都各自進行了開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究。1.2.2、國外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀我國經(jīng)過“六五”、“七五”引進消化，“八五”自主開發(fā)，“九五”產(chǎn)業(yè)化、工程化，基本掌握了數(shù)控技術，基本形成了一支研究、開發(fā)、生產(chǎn)的隊伍，基本具備了數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品的配套能力。并根據(jù)國內(nèi)外相關技術的發(fā)展情況，調(diào)整到基于pc的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展方向上來，形成了兩種平臺，開發(fā)出了四個基本系統(tǒng)，其中，華中i型和中華i型是將數(shù)控專用模板嵌入通用pc機構成的單機數(shù)控系統(tǒng)，而航天i型和蘭天i型是將pc嵌入到數(shù)控之中構成的多機數(shù)控系統(tǒng)，形成pc+nc的前后臺型結構。目前國內(nèi)比較有代表性的新型開放式數(shù)控系統(tǒng)研究主要有以下幾種:1)基于軟件芯片的開放式數(shù)控系統(tǒng)華中科技大學(原華中理工大學)提出了一種基于軟件芯片(software integrated chip，簡稱sic)的開放式數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)模式。在該模式中，通過對數(shù)控軟件的標準化與規(guī)范化研究，運用面向?qū)ο蟮臋C制，把數(shù)控系統(tǒng)的功能進行抽象并進行封裝，將數(shù)控軟件設計成具有穩(wěn)定通用的接口、可以重用的sic,每個sic完成數(shù)控系統(tǒng)的一個獨立模塊的功能，如插補功能由插補芯片完成、位置控制功能就由位置芯片完成。并且通過建立一個數(shù)控系統(tǒng)軟件芯片集成開發(fā)環(huán)境對sic進行管理，用戶可以對sic進行檢索、瀏覽和維護，還可以添加新的sicos用戶在組裝數(shù)控系統(tǒng)或進行二次開發(fā)時，可以將芯片庫中檢索出的sicos按照用戶所要求的功能進行集成，并可以加入用戶新開發(fā)的sicos一起組裝，這樣開發(fā)出的數(shù)控系統(tǒng)比以前節(jié)省較多時間，總體質(zhì)量也有大幅提高。其局限性在于，數(shù)控軟件芯片的規(guī)范化和標準化設計很大程度上由芯片的劃分決定，它需要嚴格定義，使它們具有更強的邏輯性和更好的封裝性。另外，更重要的一點是，這種軟件芯片的使用只是簡單的程序源代碼的重用，這種移植只能是同一種編程語言下的移植，是一種極為有限條件下的移植。2)基于現(xiàn)場總線技術的開放式數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術可以將大量的并行信號轉(zhuǎn)化為串行信號，利用雙線電纜或光纜可以在上百臺設備之間實時傳遞上千路的信號。當前現(xiàn)場總線接口和數(shù)據(jù)交換大多遵循sercog (serial real-time communication specification)協(xié)議，是目前用于數(shù)字伺服而后傳動數(shù)據(jù)通信的唯一國際標準。sercos構成一個封閉的環(huán)路，根據(jù)伺服系統(tǒng)和plc的不同地址，利用插在計算機中的softsercans卡實現(xiàn)計算機與數(shù)字伺服系統(tǒng)之間的實時數(shù)據(jù)通信，形成一種基于現(xiàn)場總線的開放式結構數(shù)控系統(tǒng)。但由于sercos有三萬多個參數(shù)，在sercos參數(shù)設置方面現(xiàn)在的系統(tǒng)大多都是使用默認值，這對于開發(fā)高速、高精度的開放式數(shù)控系統(tǒng)還有很大差距。并且sercos總線技術較為昂貴，對于其普及應用也產(chǎn)生一定的不利影響。1.3、凸輪軸磨削技術發(fā)展概述凸輪軸磨削技術發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)的靠模仿型磨削法到無靠模全數(shù)控磨削法兩個階段。傳統(tǒng)的凸輪軸磨削是采用靠模仿型磨削法，當科研人員設計好一個凸輪，確定好升程表以后，車間技術人員設法制作出母凸輪，再根據(jù)凸輪用反靠法制作放大了好幾倍的靠模，最后利用靠模進行大批量生產(chǎn)。采用靠模成型法的凸輪軸磨床的發(fā)展又經(jīng)歷了兩個階段。第一代凸輪軸磨床是用一個靠模加工的機械機床，工件恒角速旋轉(zhuǎn)。雖然結構簡單，但存在以下主要質(zhì)量問題和缺陷：1.產(chǎn)品改進或換型時，需要重新設計和制造母凸輪和靠模。生產(chǎn)準備周期長，柔性較差，且母凸輪和靠模精度直接影響工件的磨削精度。2.工件恒角速旋轉(zhuǎn)，凸輪輪廓表面各點的磨削線速度變化很大，造成較大的磨削升程誤差、波紋和燒傷等表面缺陷。3.當砂輪磨損后，凸輪的升程值隨砂輪的半徑變化而變化，產(chǎn)生誤差。4.砂輪線速度低，修整工具和工藝落后，造成機床磨削效率低，影響生產(chǎn)率提高。第二代凸輪磨床采用了多種提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的措施，如采用雙靠模、雙循環(huán)、雙滾輪、變速磨削等，但由于靠模本身的精度及模型成型原理等因素，凸輪型面曲線誤差精度較大，精度低；同時表面易形成波紋和燒傷，影響凸輪的表面質(zhì)量。由于以上缺點加之凸輪型面要求不斷更新、變換，傳統(tǒng)的靠模法已無法滿足新產(chǎn)品發(fā)展的要求。于是，無靠模全數(shù)控凸輪軸磨床應運而生。采用數(shù)控技術進行加工，只需把凸輪幾何尺寸的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)控裝置中，即可進行磨削加工。這樣可使凸輪軸的生產(chǎn)廠家方便地磨削各種復雜形狀的凸輪，免除了靠模的制造，大大縮短了新產(chǎn)品開發(fā)周期，對于改進產(chǎn)品質(zhì)量、減輕勞動強度、提高經(jīng)濟效益都會獲得顯著的效果。在數(shù)控凸輪軸磨削技術中，凸輪外形輪廓曲線生成的運動方式有三種：第一種方式是把工件主軸裝在擺動工作臺上，由工件的擺動及工件主軸的旋轉(zhuǎn)兩軸聯(lián)動。第二種方式是利用砂輪架水平移動、垂直移動及工件主軸轉(zhuǎn)動三坐標聯(lián)動切點跟蹤法磨削凸輪。第三種方式是凸輪的整個輪廓依靠砂輪架移動（x軸）和工件主軸轉(zhuǎn)動（c軸）這兩個運動的同步來形成。在凸輪軸轉(zhuǎn)動的同時，砂輪架的移動產(chǎn)生進給動作，并通過數(shù)控裝置進行插補運算，控制各坐標軸按照凸輪外形輪廓運動。1.4、本課題研究的主要內(nèi)容本課題目的是在全面了解bosch一rexroth indramotion mtx數(shù)控系統(tǒng)的前提下，了解凸輪軸磨床的加工流程、過程控制做了詳細的探究。應用系統(tǒng)提供的cpl語言以及nc編程語言，開發(fā)出數(shù)控凸輪軸磨床的加工程序。具體的研究工作主要從如下幾個方面著手進行:(l)、掌握凸輪軸磨削的工作原理以及mtx數(shù)控系統(tǒng)工程組件的搭建，能在實驗室脫機狀態(tài)下模擬運行。 (2)、建立凸輪加工運動的幾何模型，對其數(shù)學建模將其轉(zhuǎn)換為相應的算法。(3)、掌握mtx編程語言，包括din66025標準nc編程語言和cpl(customer programming language)語言的應用。根據(jù)實際加工需要結合具體的算法應用cpl語言以及nc編程語言，開發(fā)出部分數(shù)控凸輪軸磨床的加工程序。(4)、最后基于mtx系統(tǒng)軟件中idraworks engineering軟件以及idraworks operation 軟件進行仿真調(diào)試。第二章 mtx數(shù)控系統(tǒng)簡述2.1、mtx系統(tǒng)使用的主要特點(l)使用方便:功能齊全的工程構架，友好的操作軟件和集成的網(wǎng)絡功能，大大簡化了編程、操作和診斷。(2)通用的平臺:創(chuàng)新的cnc內(nèi)核，大量可供使用的庫和功能包，可靈活運用于標準單機設備和全自動化的大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)中。(3)高精度的加工:高性能的中央處理器，結合力士樂前新的智能化indradrive系列驅(qū)動系統(tǒng)，可以使各種運用達到相當高的精度，甚至可以達到納米級別。集成了各種特種機床模塊為高端技術的完整解決方案，既能保證設備符合國際標準，又能滿足客戶對設備的特殊要求。(4)開放的體系結構:開放的系統(tǒng)平臺完全符合國際工業(yè)標準，比如現(xiàn)場總線、sercos、以太網(wǎng)、opc和xml，能更方便的集成于諸如sap的上位erp系統(tǒng)中。(5)杰出的性能:最短的cnc循環(huán)周期和plc處理時間，加上速度優(yōu)化的程序塊過度和預處理功能，使得運用可以達到最高的加工速度和動態(tài)響應，減少停工期，提高生產(chǎn)效率。功能齊全的軟件包為從項目設計，生產(chǎn)準備、啟動調(diào)試，到零件編程提供一條便捷之路。indramotion mtx是一個可以針對當今數(shù)控應用要求而量身定做的cnc方案的系統(tǒng)平臺。無論是將其使用在一臺單機上，還是復雜度極高的自動化生產(chǎn)線上。indramotion mtx在功能上和在性能上都具備高度的可配置性和可升級性，具有適合多種不同應用的硬件和軟件。以下的版本可以滿足所有的要求:(l)軟件版indramotion mtx:一種經(jīng)濟的軟件控制方案，操作和編程以及控制和數(shù)字驅(qū)動的連接，全部使用標準pc。計算機的處理器運行速度決定了系統(tǒng)的性能。根據(jù)計算機的硬件、操作設備和應用要求，選配相應的軟件包。(2)緊湊型indramotion mtx:硬件安裝在標準機架導軌上，系統(tǒng)提供標準接口，8個高速沁標準機床功能，提供所有簡單的cnc工作站所需的功能，最大可控制8根數(shù)字軸，2個通道、sercos最小循環(huán)周期為3ms。系統(tǒng)還配置了一個profibusdp接口，用于連接分布式拍設備及小型hmi設備。(3)標準型indramotion mtx:一套基于pc的cnc系統(tǒng)標準的機床控制系統(tǒng)。cnc和plc集成承載一塊用于工業(yè)計算機的控制卡上。最多可控制8個軸，其中兩個軸可用于主軸，包括兩個獨立的cnc通道。(4)高級型indramotion mtx:滿足所有要求的cnc控制系統(tǒng)。被封裝在高端工業(yè)計算機中的indramotion mtx高級型，是滿足嚴格工業(yè)環(huán)境中的機床加工設備的最優(yōu)系統(tǒng)解決方案?？刂破骺梢蕴峁O佳的性能以及獨特的技術功能以滿足各種特殊的要求。最多支持64個軸，其中32個可以作為主軸。12個獨立的cnc通道可以完成所有的運用。全系列的功能模塊可以優(yōu)化復雜的插補、軸的動態(tài)化、特殊的運動、高速輸入輸出等等。indramotion mtx高級型可升級，如可以增加額外接口或者現(xiàn)場總線接口。2.2、mtx數(shù)控系統(tǒng)的組成和工作原理(1)mtx數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成indramotion mtx將模塊化的系統(tǒng)設計開放的控制器結構以及國際標準的接口集成一體，以最高的動態(tài)響應和最高的精度來完成cnc技術領域的加工任務。用于柔性自動化的可配置的系統(tǒng)組件為:高性能工業(yè)級工業(yè)計算機、人體力學工業(yè)鍵盤、機床控制面板、小型顯示和控制設備、完整的cnc和plc控制卡、標準的機架安裝式cnc、靈活的輸入輸出系統(tǒng)、ip67防范等級的輸入輸出系統(tǒng)、數(shù)字式伺服驅(qū)動器和伺服電機。客戶可以根據(jù)工程的需求，配置高端和標準中的不同類型數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，從而構造符合生產(chǎn)要求的數(shù)控機床。用于本文研究運用與實驗的數(shù)控系統(tǒng)配置如圖 圖2.1mtx數(shù)控系統(tǒng)中的一種硬件配置方案(2)mtx數(shù)控系統(tǒng)軟件的組成與功能系統(tǒng)軟件indraworks是mtx數(shù)控系統(tǒng)軟件總成，主要由indraworks engineering軟件、indralogic軟件、winstudio軟件和operation軟件組成1)indraworks engineering軟件是其它軟件的平臺，在該軟件中配置mtx數(shù)控系統(tǒng)工程，設置參數(shù)和優(yōu)化力士樂驅(qū)動器參數(shù)。根據(jù)所用系統(tǒng)的需要分配和儲存驅(qū)動器數(shù)據(jù)。它具體包括:產(chǎn)生、恢復和保存工程、設置配置參數(shù)、設置驅(qū)動器的參數(shù)、編寫plc工程和編輯hmi工程。2)indralogic軟件是可編程邏輯控制plc的完整開發(fā)環(huán)境，編程語言支持指令表、功能塊圖、結構化文本、順序功能圖、梯形圖或cfc。多程序和多任務技術提供一種表達工藝控制過程的新方法。3)winstudio。軟件是集成的人機界面設計工具，可以設計用戶專用界面，通過這種方式，系統(tǒng)情況和額外的操作界面可以簡單的集成到標準用戶界面中。4)operation軟件提供了適用于所有操作的標準化界面。窗口頂部區(qū)域顯示了機床的狀態(tài)和生產(chǎn)過程?；趫D標式的對話和自動信息顯示確保信息的正確性。對話框區(qū)域提供了但前激活的信息，并且可以直接獲取信息記錄簿，發(fā)生故障和解決故障的詳細說明與對話信息同步顯示。軟件主要包括的功能模塊如下:完整的操作和編程界面、集成的刀具管理界面和nc數(shù)據(jù)可視化界面、集成的客戶專用畫面、集成的nc編輯器、故障診斷界面。mtx數(shù)控系統(tǒng)的標準界面如圖2.2;界面按鍵的定義可以由winstudio軟件設置，根據(jù)客戶的要求該系統(tǒng)還可以添加設置新的輔助界面。2.3、mtx數(shù)控系統(tǒng)的仿真為了方便應用和推廣mtx數(shù)控系統(tǒng)，博士一力士樂公司推出了該數(shù)控系統(tǒng)的仿真版，此軟件只需安裝在普通計算機的windowsxp或nt系統(tǒng)下，在無硬件配置的情況下，應用此仿真版軟件完全能夠模擬的mtx數(shù)控系統(tǒng)的實際運行。操作步驟是:首先打開mtx數(shù)控系統(tǒng)的仿真器如圖2.3所示。然后在engineer軟件中進行project的創(chuàng)建，plc、nc、hmi和控制面版的設計與編輯，最后應用mtx數(shù)控系統(tǒng)的仿真操作面版如圖2.4所示，整個系統(tǒng)的當前狀態(tài)能夠在operation軟件的hmi界面中顯示出來。圖2.2mtx數(shù)控系統(tǒng)中operation軟件界面圖2.3mtx數(shù)控系統(tǒng)仿真器圖2.4mtx數(shù)抓系統(tǒng)操們面版第三章 mtx系統(tǒng)編程原則3.1、簡介 數(shù)控控制器通過數(shù)控程序（零件程序）接收在機床上加工工件所需的所有信息。由于數(shù)控程序的結構是可變的，因而可采用各種工藝 （銑削、車削、磨削等） 對幾乎任何類型的工件進行加工。零件程序不僅含有描述刀具路徑相對于工件運動的信息，還含有工藝方面的信息。運動信息被細分為各種基本輪廓元素（直線型、圓周型、螺旋型、樣條型、nurbs 型等）。 如果按照正確的順序并用所有必要的邊界條件，在數(shù)控程序中對所有的加工步 驟均加以規(guī)定 ，那么，控制器就可在一個加工步驟內(nèi)執(zhí)行上述這些簡單幾何輪 廓元素的每一種元素的運動。此外，必要的邊界條件包括工藝函數(shù) （速率、速度等）以及各種輔助加工函數(shù)（例如，冷卻劑和軸夾緊用的函數(shù)）。 indramotion mtx 通過控制器中的文件系統(tǒng)來管理數(shù)控程序，也可以與外部驅(qū)動相連并通過外部驅(qū)動直接運行程序。每個數(shù)控程序都有一個數(shù)控程序名，而且必須符合文件命名的通用規(guī)定。 每個數(shù)控程序名最多容許使用 28 個字符，包括文件擴展名。所有字母、數(shù)字以及特殊字符.和_都是容許的。 對于 mtx 的數(shù)控程序，標準的文件擴展名是.npg。 從內(nèi)部來說，文件名和文件擴展名沒有差別。 字母區(qū)分小寫和大寫。 標識符.和.不允許用作文件名。 同一個目錄中的文件名不得重復。但是，在不同的目錄中允許有。 在特殊情況下，文件名最多容許 30 個字符（前提是相關程序不得被鏈接）。 3.2、標準和 cpl 編程的概述 控制器提供以下兩種編程方式： 標準或者 din 編程 cpl 編程（cpl：客戶編程語言）。 標準或 din 編程 可用于描述運動順序及其邊界條件（幾何學、運動學、動力 學、修正等）。標準編程是一種對機床運動進行控制并激活專用機床函數(shù)的純命令語言。 indramotion mtx 的語法包括 din 66025（g 和 m 代碼）中規(guī)定的命令，以及有關 g 代碼的重要補充和附加的常規(guī)類語言語法元素。 標準編程的基本元素也被稱為數(shù)控函數(shù)；每個數(shù)控函數(shù)都有相應的編程語法。 可使用分配給數(shù)控函數(shù)的補充參數(shù)來設定函數(shù)的參數(shù)。 示例： 數(shù)控函數(shù)：g2 順時針圓周插補 參數(shù)：i、j、k、r 中心坐標，半徑 cpl 編程 （客戶編程語言）不但與標準 basic 通用語言相似，而且還含有類 pascal 結構元素。這樣就非常便于學習。cpl 是一種有效的編程語言，由此它提供了另外一種編程方式。包括一些機床主要范圍之外的程序元素；特殊系統(tǒng)函數(shù)允許對控制器的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行訪問。 cpl 編程提供以下選項： 帶有變量的符號編程 字符串處理 文件處理 數(shù)學運算符： +, -, *, /, 以及三角函數(shù)等 關系運算符： =, , . 邏輯運算： not、and、or 控制程序運行的控制結構：repeat、while、for、if、case、goto 用于確定內(nèi)部系統(tǒng)狀態(tài)的系統(tǒng)函數(shù)： 位置、活動函數(shù)、刀具數(shù)據(jù)、接口信號等 過程服務：程序選擇、控制器復位、程序啟動、操作模式指定 上述選項可以通過變量符號創(chuàng)建和存儲各種加工程序。根據(jù)現(xiàn)有的正式輸入規(guī)定，cpl 指令一般應當采用大寫字母書寫。使用 cpl 可實現(xiàn)： 減少數(shù)控程序中的重復步驟和類似的程序段 由于訪問控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)而獲得狀態(tài)相關程序類型。 標準編程和 cpl 編程之間的最大差異是：讀取對應的程序行時 ，所有的 cpl 部分早已在塊準備時間內(nèi)完成啟動。由此，在進一步的塊準備以及數(shù)控程序塊插補時，cpl 部分是不存在的。 3.3、變量的編程 3.3.1、變量名 變量編程包含在 cpl 語言的范圍之內(nèi)！ cpl 中的變量編程用于設計程序，以便在其中進行參數(shù)設置，從而使程序執(zhí)行與當前條件相適應。 變量指滿足以下條件的、幾個特殊邊界條件的符號任意名稱： 變量名稱必須是唯一的。 變量名稱不得與保留的 cpl 命令字相同。雖然標準 nc 和 cpl 編程在形式上是分開的 ，但在理論上，變量名稱可以與數(shù)控函數(shù)或者數(shù)控函數(shù)參數(shù)同名 ；例如，雖然系統(tǒng)中存在名稱為 x 的軸，但變量 x 也可以定義。 變量名稱可由任意順序的大寫字母和數(shù)字組成；但首字符必須是大寫字母。包含字母 n 且后面只有數(shù)字的變量名稱不是有效的變量名稱。字符串與數(shù)控塊的標識相對應。 由于變量名中，只有最前面的 8 個字符被用于名稱識別，所以，只有這 8 個字符才是有效的（除了可定義的永久變量）。 指定變量有效范圍的變量組總計有 3 個。可通過在變量名稱的開頭添加標識符來指定變量組。該字符始終被視為變量名稱中的有效字符之一！ 以下是變量組及其對應的標識符： 局部變量：無特殊的標識 全局變量： # 永久變量： 始終通過在變量名稱的結尾添加標識符來指定變量的類型。如果變量名稱超過有效字符數(shù)量，這也同樣適用。 以下是變量類型及其對應的標識符： 整數(shù)型： % 雙精度型： ! 布爾型： ? 字符型： $ 實數(shù)型：無特殊標識 示例： 局部、全局和永久變量： 10 number1% = 1 局部整數(shù)型變量 20 #number2% = 2 全局整數(shù)型變量30 36% = 3 永久整數(shù)型變量 40 abcd% = 4 已定義永久整數(shù)型變量3.3.2、可定義永久變量組 可定義永久變量不通過系統(tǒng)軟件的某個組件自動聲明，而必須通過用戶進入名為 wmhperm.dat（用于機床制造商提供的專有數(shù)據(jù)）和名為anwperm.dat（用于特定最終用戶的專有數(shù)據(jù)）的文件中進行手動聲明。聲明語法將在 wmhperm.dat 和 anwperm.dat 的文件結構部分予以討論。在系統(tǒng)啟動過程中，控制器先在根目錄中搜索文件，然后在用戶 feprom 中搜索，最后在 feprom 中進行搜索。控制器按文件第一次出現(xiàn)的各自的文件名對文件進行解釋，并使用在其內(nèi)發(fā)現(xiàn)的條目來創(chuàng)建可定義永久變量，但前提是這些變量之前不存在。上述名稱的文件中未被聲明的現(xiàn)有可定義永久變量將被刪除。 可定義的永久變量的可能最大數(shù)量受限于可用的內(nèi)存空間。如果無法再為生成的變量提供內(nèi)存空間，則控制器將顯示相應的錯誤消息。 可定義永久變量的名稱始終以 字符和字符串開始。該字符串由一個大寫字母開頭，后面是大寫字母或者數(shù)字的任意組合。 對于可定義永久變量，變量名稱的前 16 個字符是有效的。如果兩個變量名稱僅在第 17 個字符或之后的字符具有差異 ，則 cpl 將會把它們解釋為同一變量！ 已定義的永久變量可以是 整數(shù)、實數(shù)、雙精度、布爾或字符 型。可通過在變量名稱的末尾添加標識符來指定變量類型。必須在零件程序中輸入該說明。 abcd%整數(shù)型已定義永久變量 efgh實數(shù)型已定義永久變量（無 %、！、$ 或者 ？） ijkl! 雙精度型已定義永久變量 mnop? 布爾型已定義永久變量 qrst$ 字符型已定義永久變量 可以使用一維和兩維的域。 整數(shù)、實數(shù)、雙精度 或布爾型域變量的最大域指數(shù)為 65535。字符型域變量的最大域指數(shù)為 1024。 示例： wznr%(1)=4 整數(shù)型的一維域 wznr 的第一個變量（指數(shù)為1）被賦值為 4。 wzkor(2,2)=0.2 實數(shù)型兩維域 wzkor 中的變量（指數(shù)為 2、2） 被賦值為 0.2。 估算新可定義永久變量的可用數(shù)量 ： 永久變量的總內(nèi)存空間：100 千字節(jié)（102400 字節(jié)） 圖：所有永久變量的內(nèi)存空間 以下為每個可定義永久變量占用的內(nèi)存空間：圖：“可定義永久變量”的數(shù)量wmhperm.dat 和 anwperm.dat的文件結構：這些文件可以只包含可定義永久變量的聲明。每個聲明占用一個單獨行 ，而且以 enter 鍵結尾。 聲明行始終具有以下結構： def ; （即使后面沒有備注，也必須寫入分隔符;） wmhperm.dat 和 anwperm.dat 的示例 def int cdef; def int abcd ;單一整數(shù)型變量 def real efgh ;單一實數(shù)型變量 def double ijkl ;單一雙精度型變量 def bool mnop ;單一布爾型變量 def char pstr1(3) ;長度為 3 的字符型變量 def int wznr(9) ;帶有 9 個變量的一維整數(shù)域 def real wzkor(9,2) ;帶有 18 個變量的二維實數(shù)域 永久變量應用示例： 10 1 = 1 15 2_counter = 2 20 abcd% = 325 efgh = 4.1 30 ijkl! = 5.12345 35 mnop?= true 40 pstr1$ = “abc 45 wznr%(2) = 6 50 wzkor(3,2) = 7.6 55 pstr2$(3) = “de 3.3.3、cpl 指令：if-then-else-endif描述： 該函數(shù)時一個簡單的條件分支指令：if 如果滿足某個特定條件，then 則執(zhí)行程序，或者 else 另外執(zhí)行其他程序。語法： if then else endif請注意以下內(nèi)容： 在同一行中條件作為 if，并且在同一行里以 then 結尾。 then 和 else 程序都是程序分支，在任何情況下都無需進行處理。 如果 else 組件被忽略，而且條件未得到滿足時，在處理 endif 命令之后，程序?qū)⒗^續(xù)運行。與循環(huán)命令的中止條件相似，if 命令的條件可以包含算術、三角和邏輯運算。這里也允許嵌套。if 命令必須始終以 endif 命令結尾，否則，將無法識別程序的終點，或者可選擇程序的終點。由于 endif 命令的位置取決于程序處理邏輯，因此，控制器有時會無法可靠地檢測并解釋丟失的 endif 命令。這將產(chǎn)生使人費解或誤解的錯誤消息。所以，編程人員要養(yǎng)成審核 if 命令的完整性的良好習慣。示例： .10 x = 120 .start30 if x=100 then40 goto .end50 else x=x+2.7560 goto .start70 endif.90 end3.3.4、cpl 跳轉(zhuǎn) (goto) 跳轉(zhuǎn)至任何程序塊描述： 在跳轉(zhuǎn)目標處無條件地繼續(xù)程序執(zhí)行。請注意以下內(nèi)容： 可將 cpl 塊編號、標準數(shù)控塊編號或標簽（跳轉(zhuǎn)標記）指定為跳轉(zhuǎn)目標。 跳轉(zhuǎn)的目標可位于當前程序塊程序文件內(nèi)的任何位置。語法： goto 示例： 10 goto n20 跳轉(zhuǎn)至塊 n20n20 x100 30 goto 120 跳轉(zhuǎn)至 cpl 塊 120. 120 goto .targ1 跳轉(zhuǎn)至標簽 .targ1. 150 .targ1 3.4、軸耦合 axcouple、axc描述： 軸耦合用于創(chuàng)建異步主動軸運動與一個或多個（最多 7 個）異步從動軸間的特定關系。若從動軸在耦合啟動時未處于耦合位置，則會以內(nèi)部生成的線性進給運動方式移動至該位置?；顒拥穆窂竭M給率和倍率電位計在此處有效。若主動軸進行進給，則所有的從動輪將自動根據(jù)與主動軸的所定義關系自動移動。主動軸和所有相關從動軸的組合也稱為耦合軸。主軸和從動軸之間的可能關系： 主動軸的命令位置通過恒定偏置變換至從動軸的相應命令位置（參見公式1）。此可用于實現(xiàn)從動軸以正向或負向進給方向，相對于主動軸按任何恒定路徑偏置。 主動軸的命令位置通過恒定耦合系數(shù)變換至從動軸的相應命令位置（參見公式 1）。此可用于相對于主動軸適當?shù)匾苿訌膭虞S。 主動軸的目標位置使用（耦合）表變換至從動軸的任何相應目標位置。在此將把提供對應主動軸位置的從動軸位置的支點以及主動軸偏置（如果需要保存）保存到表格中（參見公式 2）?？刂破骺赏ㄟ^三次樣條函數(shù)來確認各支點間的位置。圖：軸耦合的公式可按照需要組合所列出的各種關系。這樣可以非常方便地實施平行軸（如平行布局的加工臺）和電子齒輪（例如，主動軸旋轉(zhuǎn) 1 次 = 從動軸旋轉(zhuǎn) 10 次）。以下內(nèi)容適用： 屬于一個耦合軸組的所有軸必須位于同一通道。 允許同一通道中存在多個耦合軸組。示例：n100 axc(c0,a(),b() 生成一組耦合軸 c：主動軸 a/b：從動軸兩個從動軸均以線性耦合方式運行。默認值耦合距離 0.0 和耦合系數(shù) 1.0 有效。n100 axc(c0,a(act),b(act,2) 生成一組耦合軸c：主動軸a/b：從動軸兩個從動軸均以線性耦合方式運行。a 和 b 耦合至 c，無進給運動。使用耦合系數(shù)對 b 進行操作。n100 axc(c0,b(,0.5,t_b) 生成一組耦合軸c：主動軸b：從動軸從動軸 b 可以任何耦合方式運行。: n150 axc(c1,a(4.5,2) 擴展一組耦合軸a 添加作為從動軸。從動軸 a 以線性耦合方式運行。從動軸 b 仍然可以任何耦合方式運行。: n200 axc(c-1,a() 從 c 組耦合軸中刪除從動軸 a。: n200 axc(c-1) 刪除整個 c 組耦合軸。: 其他示例：主動軸 x，從動軸 y2從動軸具有不確定的軸名 y2，該軸名與使用數(shù)值 2 對 y 軸的編程相同。axc必須按照以下方式編程：axc(x,y2=(.)特性和限制： 耦合軸組中的所有參與軸必須為同步軸，至少在軸進行耦合時為同步軸。不容許將異步軸或 hirth 軸作為從動軸跟隨在一組耦合軸之后。 不允許對從動軸進行進給運動編程，這會導致出現(xiàn)錯誤消息。 從動軸不可同時在另一組耦合組中作為主動軸使用。 程序在結束時不會自動解散一組耦合的軸。 若主動軸為模軸，則在線性耦合關系下，從動軸也必須為模軸。 若要使軸逐個地進給至參考點，則必須打開耦合軸組。 將從動軸進行耦合可減小允許的主動軸進給范圍（例如，從動軸比主動軸更快到達其結束位置，或從動軸的進給范圍小于主動軸）。 最弱軸的最大動力性能決定著整組耦合軸的最大動力性能。 在一組耦合軸活動時禁止鎖定軸。 必須在測試模式關閉前解除測試模式中耦合軸的耦合狀態(tài)。第四章 程序源代碼開發(fā)數(shù)控機床按照規(guī)定的軌跡、速度等要求對毛坯或半成品進行加工，得到最終工件。因此nc程序的質(zhì)量直接決定著最終工件質(zhì)量。從數(shù)控的使用角度來說，無論用哪一類的數(shù)控機床或數(shù)控裝置，加工前首先要對零件進行編程，即將圖紙上的零件形狀尺寸變換成數(shù)控裝置能接受的形式，數(shù)控編程一般有手工和自動兩種方式。在本論文中主要應用的是手工編程方式下，加工零件的當前仿真狀態(tài)。一個數(shù)控程序是驅(qū)動數(shù)控機床完成加工任務所需信息的來源。它是由程序段按照加工順序與加工要求組成的一個有機整體。在數(shù)控程序中一般應包含:刀具運動類型信息、主軸轉(zhuǎn)速信息、切削參數(shù)信息、機床狀態(tài)信息和冷卻液開關信息等，這些信息是以功能代碼(或稱指令代碼，即g代碼、s代碼、f代碼、t代碼、m代碼等)的形式出現(xiàn)機床采用三坐標兩軸聯(lián)動控制成型磨削凸輪軸輪廓：x軸 砂輪進給運動（橫向進給）y軸 工作臺移動 （縱向進給）c軸 頭架轉(zhuǎn)動其中凸輪軸的輪廓磨削有x軸與c軸聯(lián)動實現(xiàn)，z軸實現(xiàn)跳擋換位功能。當頭架的轉(zhuǎn)動與砂輪架的進給按給定的程序聯(lián)動運動時，就可以準確的磨削出凸輪輪廓。通過全面了解數(shù)控凸輪軸磨床的工作原理，利用mtx系統(tǒng)的編程原則，開發(fā)出源代碼。4.1、機床運行主程序開發(fā)在完整的數(shù)控凸輪軸磨削過程中，應該包括如下圖所示的內(nèi)容：主程序磨削子程序（進氣、排氣）砂輪修正子程序粗磨精磨光磨無火花磨首先我們來看看典型的凸輪軸磨床加工流程：對刀加工參數(shù)設置升程表輸入生成加工程序加工工件啟動hmi根據(jù)數(shù)控凸輪軸磨床的加工流程以及工件磨削的自動循環(huán)，我們可以得出程序圖如下：調(diào)用r參數(shù)變量子程序砂輪架x軸回零判斷r0的值r0=n(r0為0時磨整根，為n時磨第n片)延時工作臺回第一片凸輪位置c軸轉(zhuǎn)至裝夾停止位程序結束磨第n片凸輪工作臺走到第n片凸輪位置取消偏移凸輪桃尖走到水平位置c軸偏移x軸進刀調(diào)用磨削子程序已磨片數(shù)加1 r470=r470+1（r470修砂后已加工的片數(shù)）判斷修正砂輪子程序下一片輪判斷r470r301r470p跳轉(zhuǎn)b1跳轉(zhuǎn)k2跳轉(zhuǎn)k3跳轉(zhuǎn)k=3k=k+14.3、軸耦合的實現(xiàn)這部分是整個加工流程最為關鍵的部分，因為x軸與c軸的聯(lián)動直接影響著凸輪軸的加工精度，由于兩個軸的運動軌跡相互獨立，有著不同的曲線，所以選擇使用表的選擇性坐標疊加耦合，接下來描述一下有關表的選擇性坐標疊加耦合的編程。4.3.1、功能此功能擴展了 selcoordcouple/scc 的選項。下列擴展可用： 將兩個源坐標耦合到一個目標坐標。 可將工件坐標和機床坐標作為源使用。 可通過一個因子和一個表來調(diào)整耦合關系。 目標坐標可結合加權系數(shù)使用。使用此功能可對某通道的工件位置 (wcs) 進行疊加校正，方法是將其耦合到另一通道的工件或機床位置。也可以選擇耦合一個或多個坐標。在耦合期間，不得執(zhí)行進給運動。應遵守與耦合相關的一些規(guī)則： 某個通道只能耦合到通道號更小的通道的坐標。 建立耦合時，請確保源通道中無任何運動。 最多為 4 個源坐標時，可激活表耦合。 已經(jīng)是現(xiàn)有坐標耦合的目標坐標的坐標不得成為另一坐標耦合的目標坐標。由此，應首先停用現(xiàn)有的坐標耦合。 已