基于軟件工程的并聯(lián)機(jī)床控制軟件設(shè)計(jì)分析

1、<p>　　基于軟件工程的并聯(lián)機(jī)床控制軟件設(shè)計(jì)分析</p><p>　　摘 要:隨著人們?nèi)找鎸?duì)生產(chǎn)與生活環(huán)境適應(yīng)性的不斷提高,最近幾年,很多國(guó)內(nèi)外機(jī)床制造業(yè)企業(yè)都在積極研制和探索新型的具有多功能的系統(tǒng)與制造裝備,文章從當(dāng)前在結(jié)構(gòu)技術(shù)上,具有突破性進(jìn)展的并聯(lián)機(jī)床入手,結(jié)合并聯(lián)機(jī)構(gòu)的進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況,進(jìn)行了大量的分析和研究。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:并聯(lián)機(jī)床 軟件工程 軟

2、件設(shè)計(jì) </p><p>　　目前,機(jī)床制造業(yè)企業(yè)在設(shè)計(jì)并聯(lián)機(jī)床的過(guò)程中,都在積極研制和探索新型的具有多功能的系統(tǒng)與制造裝備。從設(shè)計(jì)上看,并聯(lián)機(jī)床所有的機(jī)械部分都是相對(duì)比較簡(jiǎn)單的,然而它卻有著很多其他設(shè)計(jì)所不能替代的具體結(jié)構(gòu)形式,這種實(shí)現(xiàn)形式會(huì)影響整個(gè)機(jī)床的工作性能。并聯(lián)機(jī)床的控制系統(tǒng)主要包括兩個(gè)相對(duì)負(fù)責(zé)的部分,它就是硬件和軟件的結(jié)構(gòu),因?yàn)樗軐?shí)現(xiàn)用軟件去實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)軌跡控制以及其他的操作功能,這一功能就是并聯(lián)機(jī)

3、床優(yōu)秀于其他技術(shù)的地方。所以說(shuō),控制軟件的設(shè)計(jì)是不是合理,是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)床優(yōu)越性能的唯一保障。 </p><p><b>　　1 可行性研究 </b></p><p>　　我們?cè)谠O(shè)計(jì)中完全采用了工程化的思維,用這一理性思路充當(dāng)軟件研制的向?qū)?。通常情況下,我們都是從三個(gè)不同的方向去研究和探討并聯(lián)機(jī)床所有控制軟件開發(fā)中的操作可行性、經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性,最后才能根據(jù)所設(shè)計(jì)

4、的機(jī)床基本要求,通過(guò)軟件獲得最初的數(shù)據(jù)流簡(jiǎn)圖。一般情況下,我們都是以傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的控制軟件設(shè)計(jì)作為研究基礎(chǔ),根據(jù)機(jī)床所要執(zhí)行的全部任務(wù)再給出所有驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡。之后根據(jù)提前所規(guī)劃好的實(shí)測(cè)的驅(qū)動(dòng)桿長(zhǎng)量和運(yùn)行軌跡作一個(gè)比較,這樣就能得到數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn),通過(guò)計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)不間斷的監(jiān)控和故障分析。在這一環(huán)節(jié)最常見的就是開放性軟件結(jié)構(gòu),因?yàn)橹挥羞@樣才能方便所有用戶對(duì)機(jī)床進(jìn)行改變和重組。這種開發(fā)的成本比較低,但在操作方式和技術(shù)上都有著極強(qiáng)的可行

5、性,經(jīng)過(guò)一系列的可行性分析,就可以得到控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖。 </p><p><b>　　2 需求的分析 </b></p><p>　　設(shè)計(jì)的控制軟件一定要滿足所有并聯(lián)機(jī)床的基本功能所需,最關(guān)鍵的就是必須保證其能在動(dòng)平臺(tái)的活動(dòng)范圍之內(nèi)可以加工所有不同形狀的零部構(gòu)件,由于零部構(gòu)件具有形態(tài)各異的形狀,所以在加工中就會(huì)隨時(shí)出現(xiàn)機(jī)床伸縮臂的運(yùn)動(dòng)方式與刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡大不相同。這樣

6、就必須要根據(jù)實(shí)際加工的零件,設(shè)計(jì)出刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡,然后再根據(jù)不同類別的零部構(gòu)件進(jìn)行相關(guān)的控制模塊的編寫。通過(guò)兩種設(shè)計(jì)就可以進(jìn)給軌跡加上刀具姿態(tài)變化組合而成刀具姿態(tài)變化,同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)其他復(fù)雜的進(jìn)給軌跡。通常情況下,我們都是通過(guò)以下的兩種方式解決對(duì)精度要求的細(xì)化。 </p><p>　　首先,通過(guò)改變細(xì)化控制時(shí)候所輸出的脈沖當(dāng)量的變化,設(shè)置出脈沖分配的模塊,模塊參數(shù)的相互調(diào)整,可以提高相應(yīng)的精度;其次:傳感器的選擇

7、是否合適也是至關(guān)重要的,我們通過(guò)對(duì)所有的信息反饋功能模塊進(jìn)行設(shè)置,實(shí)現(xiàn)了在機(jī)床進(jìn)行加工的過(guò)程中,對(duì)其加工的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè),然后再將信息反饋到控制系統(tǒng),這樣一來(lái)就可以使系統(tǒng)根據(jù)具體情況做出相應(yīng)的補(bǔ)償,從而以滿足了精度的要求。 </p><p><b>　　3 數(shù)據(jù)字典 </b></p><p>　　用軟件工程的思想法去進(jìn)行設(shè)計(jì)并聯(lián)機(jī)床控制軟件,建立數(shù)據(jù)字典成了一個(gè)至

8、關(guān)重要的中心環(huán)節(jié),它不但能提供數(shù)據(jù)的詳細(xì)描述信息,還能做到增強(qiáng)程序的可維護(hù)性和可讀性。以下介紹一種并聯(lián)機(jī)床的控制軟件字典。 </p><p>　　檢測(cè)反饋:實(shí)時(shí)檢測(cè)、拾取動(dòng)平臺(tái)位置姿態(tài)信息,并反饋給控制系統(tǒng),并對(duì)該信息進(jìn)行比對(duì)。加工余量:材料的三維去除量;零件形狀:被加工的所有零件都具有自身比較特殊的幾何特征(水平平面、空間曲面、豎直平面、空間平面);六桿伸縮量:相對(duì)于動(dòng)平臺(tái)零點(diǎn)位移量(正、負(fù));步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù):

9、精度:零件形狀與刀具軌跡的一致性;與桿長(zhǎng)伸縮量(正、反轉(zhuǎn))相對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù);位姿:動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài);參數(shù)輸入:人機(jī)交互的界面,輸入且顯示零件的形狀、精度、加工余量值;配置:根據(jù)所有構(gòu)件和動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)行姿態(tài)和綜合位置;脈沖協(xié)調(diào)與分配:按精度將六桿伸縮量分配成脈沖,并協(xié)調(diào)各桿對(duì)應(yīng)電機(jī)的伺服脈沖頻率;反求軌跡:根據(jù)工件形狀及加工余量確定各桿伸縮量的功能模塊拾取法。 </p><p><b>　　4 總體設(shè)計(jì)

10、</b></p><p>　　采用模塊化結(jié)構(gòu)根據(jù)軟件模塊化理論為思路,進(jìn)行并聯(lián)機(jī)床控制軟件的總體設(shè)計(jì),軟件的模塊內(nèi)部應(yīng)具有高聚合性,模塊之間應(yīng)具有低耦合性,模塊的層次深度不可以設(shè)置太大,扇出數(shù)4～6,才有利于控制;扇入數(shù)盡量大,以便減少軟件設(shè)計(jì)中的冗余度,根據(jù)此原則對(duì)并聯(lián)機(jī)床控制軟件進(jìn)行規(guī)劃。 </p><p>　　4.1 參數(shù)輸入模塊 </p><p>

11、;　　輸入的參數(shù):精度、余量、形狀。這些后續(xù)模塊與參數(shù)的關(guān)系:反饋+余量→反求模塊。形狀→加工形狀選擇模塊。精度→脈沖分配協(xié)調(diào)模塊。 </p><p>　　4.2 加工形狀選擇模塊 </p><p>　　包括平面曲線加工模塊、空間直線加工模塊、刀具姿態(tài)變化模塊、空間曲線加工模塊。 </p><p><b>　　4.3 反求模塊 </b><

12、/p><p>　　通過(guò)現(xiàn)有的動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的軌跡(待加工零件的形狀),求取六條伸縮臂的空間位置向量的變化值。 </p><p><b>　　4.4 優(yōu)化模塊 </b></p><p>　　實(shí)時(shí)計(jì)算中所有桿的加速度、速度、運(yùn)動(dòng)位移,以及所有的受力情況,通過(guò)了系統(tǒng)優(yōu)化的計(jì)算方法得出所需最佳的桿長(zhǎng)配置。 </p><p>　　4.5

13、脈沖分配協(xié)調(diào)模塊 </p><p>　　將六條伸縮臂的空間位置向量的變化值,要按精度要求分配成脈沖量輸出給電機(jī),因?yàn)樵谝淮渭庸み^(guò)程中,所有桿的伸縮量有大有小、有正有負(fù),所以模塊還需具有協(xié)調(diào)所有桿在每步動(dòng)作中的位移的功能。 </p><p><b>　　5 結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　本文詳細(xì)闡述了軟件工程中關(guān)于并聯(lián)機(jī)床控制軟件設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)

14、了工程的方法研制以及軟件的開發(fā),采用模塊化的方法設(shè)計(jì)所需的軟件,從而增強(qiáng)了并聯(lián)機(jī)床控制軟件的可行性。這與與傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床軟件相比較,具有設(shè)計(jì)周期短,維護(hù)性能強(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 黃真.并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論與控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997. </p><p>　　[2]