开放式数控系统插补前处理关键技术研究

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1、华中科技大学硕士学位论文欧洲二十多家机床、控制生产与开发商及有关研究机构联合启动的自动化系统中的控制的开放系统体系结构(OpenSystemArchitectureForControlsWithinAutomationSystems)，简称OSACA，它借鉴ISO的开放式系统互联模型OSI，通过对现有控制系统的详细分析提出了一个“分层的系统平台+结构功能单元”的结构，即将不同[2~3]的功能单元在基于消息的平台上连接起来。在美国，一项名为“开放式、模块化体系结构控制器(OMAC)”的计划于1994年由通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司开始启动，其目的是用更加开放、更加

2、模块化的控制结构使制造系统更具柔性、更加敏捷。该计划启动不久便公布了一名为[4~8]“OMACAPT”的规范，并促成了一系列相关研究项目的运行。1.2.2开放式数控系统在国内的现状及其发展在数控系统的开放式体系结构的研究开发上，中国起步较晚，但进入九十年代以来，也已取得了很大的成绩，涌现出一批如南京四开、华中数控、航天、深圳摩信等高新技术企业，它们研究开发了有自主知识版权、技术上不逊于国外的基于PC的开放式数控系统，并且均在产业化道路上有所建树。其中以华中Ⅰ型较具代表性，它采用工业PC机上配适配器卡的结构，是基于通用32位工业PC机和DOS平台的开放式体系结构，具有

3、较好的模块化、层次化特征，系统配套能力强，扩展与伸[9~12]缩性较好，便于二次开发。就采用计算机技术发展的新成果而言，我国和世界上最先进的数控系统生产厂家的差距并不太大，大家都处于同一条起跑线上。应该说，一个难得的历史机遇就在我们的面前。1.3数控插补前置处理系统及其发展插补前置处理作为连接用户加工程序和后续处理的桥梁，是CNC控制系统的重要组成部分。它的任务是接收来自CAD/CAM软件生成或用户手工编写的零件加工指令行，对其进行译码解码、坐标系转换、刀偏刀补及前瞻处理，生成便于进行插补处理的数据结构体。因此，在从载入加工程序到数控机床按照所加工程序的要求加工出产

4、品的过程中，插补前置处理系统起着举足轻重的作用，它的效率将直接影[13~14]响到数控系统的实时处理能力和数控机床加工的运动速度及加工生产率。2华中科技大学硕士学位论文目前，国内已有不少学者针对插补前置处理系统做了大量、有益的探讨和研究，并取得了一定的成果，如采用了建立用户程序段模态信息的功能信息录、合理地安排各子程序的排列顺序、采用预扫描和超前预读取技术及对系统控制软件进行分段处理等技术。但这些技术都是针对已有数控系统的插补前置处理模块进行的改造，由于数控系统的硬件配置千差万别，各数控系统为了竞争的需要还会在数控加工程序的标准代码（如ISO代码、DIN代码）外扩充

5、一些非标准的内容，所以，在编制数控加工程序插补前置处理软件时，必须针对数控系统的硬件配置及其对应的加工程序代码系统。这不仅给系统开发人员增加开发难度，同时也会限制数控系统的跨[15~17]系统应用。1.4本论文的主要工作本课题主要研究插补前处理中的解释器工作方式及其实现，即译码模块的设计。本论文共分五章，具体内容及安排如下：第一章为绪论。讨论了课题的来源、研究背景和意义，综述了开放式数控系统的国内外研究现状、插补前处理系统及其应用发展状况，介绍本文的主要内容和结构。第二章为插补前处理的概念及其总体结构。本章对开放式数控系统的插补前处理模块的概念和功能进行了论述。介绍

6、了现代高速高精数控系统对插补前处理模块的功能提出的要求。重点分析了插补前处理模块的结构及其运行流程。第三章为解释过程的流程控制。本章分析了原有系统在流程处理上的不足，介绍了编译过程中流程控制的概念及功能，并在此基础上提出将流程控制从代码解释任务中独立出来、作为整个插补前处理系统管理核心的思想。第四章为字典及译码技术。本章介绍了新型插补前处理模块在进行词法处理时使用的关键技术：字典和基于正则表达式的译码技术。分析了原有译码系统在词块提取时的不足，并给出相应的解决方法。提出了字典的数据结构并论述了其在译码中的应用，提出了基于正则表达式译码的概念及其原理。第五章为全文总结

7、与展望。本章首先对全文研究的内容进行了总结，然后对本课题进一步研究展望。3华中科技大学硕士学位论文2插补前处理的概念及其总体结构2.1插补前处理的概念NC程序在送往插补器进行加工之前，必须经过一系列转换和处理，使原始输入的数据转变为插补器可以识别的数据格式，如图2.1所示。此外，用户输入的NC程序描述的是以用户定义的工件坐标系为基准的一段工件轮廓轨迹，对这些轮廓轨迹需要根据NC程序中的指令进行由工件坐标系到机床坐标系的转换，同时根据机床类型添加刀具偏移距离使之成为机床加工的走刀轨迹，之后对走刀轨迹中的连续小线段进行前瞻处理，最后提交给插补器进行插补点计算，最终转