专利名称：记录及利用操作信息的数控系统及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种数控系统，更具体地说，涉及数控系统加工过程的改进。
背景技术：
通常数控系统编程时需要指定加工进给速度，主轴倍率等参数。这些参数是根据预想的加工条件(包括工件材料及热处理、工件刚度、刀具材料、机床刚度、主轴速度转矩特性)，但实际加工中加工条件可能出现变化(例如工件毛胚尺寸及材质的差异、刀具磨损、使用替代刀具、机床条件与编程时预想有差异，及出现切削振颤并激发机床震动)，因此需要操作者监控加工状态并随时调整进给速度、主轴倍率、刀具补偿参数。通常数控加工中数控系统不记录上述调整行为，因此在下次相同零件的加工时需要操作者重新监控并调整。上述过程不仅加大了操作者的工作强度，还造成不同经验的操作者的不同操作行为造成的加工质量的差异，不利于加工品质保障。
发明内容
本发明旨在提供一种机床数控系统操作信息与数控加工程序对应记录方法，并利用该记录及在后续重复加工中复现操作过程的方法，从而实现加工过程的优化。为了达到上述目的，本发明提供了一种记录及利用操作信息的数控系统，其特征在于，包括操作行为监控服务器、操作行为备份文件处理器以及插补器。其中，所述操作行为监控服务器，用于周期性监控来自人机交互系统的操作干预，包括进给倍率调整操作和主轴倍率调整操作；接收来自所述插补器的运动指令的进度信息；实现将上述两类信息合成操作干预记录，送至所述操作行为备份文件处理器；所述操作行为备份文件处理器设有操作干预记录列表，所述操作干预记录列表用于接收来自所述操作行为监控服务器的操作干预记录，并将干预记录列表保存为操作行为备份文件；在操作干预复现的过程中，用于加载操作行为备份文件还原操作干预记录列表，在接收来自所述插补器的执行进度信息并通过程序行信息校验后，向所述插补器发送自动操作干预指令，实现记录操作干预的复现；所述插补器，用于将程序代码解析器得到的运动指令插值密化为符合各进给轴物理特性的微观指令；所述插补器还接收来自人机交互系统的操作干预信息，也接受来自于所述操作行为备份文件处理器复现的自动操作干预；所述插补器还用于向所述操作行为监控服务器和操作行为备份文件处理器输出每个运动指令的执行进度信息。优选方式下，所述运动指令为直线指令、圆弧指令、NURBS曲线指令或螺旋线指令。所述操作干预信息为进给倍率的调整信息或者主轴倍率的调整信息。所述进度信息包括两部分内容当前执行程序行文本信息，当前程序行执行进度，用以标示操作行为发生时刻。本发明还提供了一种记录及利用操作信息数控系统的操作方法，包括如下步骤SI、在首次运行特定自动加工程序时，操作行为监控服务器周期性地监控来自人机交互系统的操作干预信息；
S2、操作行为监控服务器结合插补器送出的执行进度信息，将加工干预信息与执行进度信息关联起来，形成操作干预记录，送操作行为备份文件处理器；S3、操作行为备份文件处理器将操作干预记录逐条存储于操作行为备份文件；S4、再次运行指定自动加工程序时，用户选择再现操作干预记录后，操作行为备份文件处理器加载操作行为备份文件，并还原为操作干预记录列表；操作行为备份文件处理器处于周期工作状态，周期性接收插补器执行进度信息；操作行为备份文件处理器提取执行进度信息中的程序行信息，并与操作干预记录列表中的行信息进行校验，校验成功后，进行执行进度的监控；当操作行为备份文件处理器发现当前执行进度达到操作干预记录中的记录的操作动作发生时刻的进度时，即向插补器发送关于记录中记录的操作干预行为。本发明记录及利用数控系统操作信息的方法，记录数控系统操作信息并与数控加 工程序关联，保存为操作行为备份文件，用户再次调用数控程序加工相同零件时，加载操作行为备份文件，数控系统解析上述文件，并在相应的数控轨迹程序行自动复现加工进给速度，主轴倍率调整操作及刀具半径补偿操作，复现用记录的加工参数进行加工，从而减少了操作者在批量零件多次重复自动加工中对参数的重复设定，提高加工效率，复现熟练操作者的操作技能。
图I是本发明数控系统实现的结构原理框图；图2是一种具体实现本发明系统的数控系统结构示意图；图3是插补器进给倍率干预响应操作算法的流程示意图；图4是一种实施例中插补器进给倍率干预响应操作算法的流程示意图；图5是主轴倍率干预响应操作算法的流程示意图；图6是执行进度服务器执行流程示意图；图7是监控服务器执行进度请求通知接口函数的算法流程示意图；图8是操作行为备份文件处理器的执行进度请求通知接口函数的执行过程示意图。
具体实施例方式本发明的技术方案是通过在数控系统自动加工特定零件，运行自动加工程序时，在内存中记录操作者操作行为(包括对进给倍率和主轴倍率的调整)，并且与数控加工程序行运行进度绑定；上述记录可以在运行中进行同步保存或程序运行结束后批量保存，生成操作行为备份文件。在需要复现操作调整过程时，操作行为备份文件与对应的数控加工程序同时被打开，逐行检测数控加工程序行的执行进度，当执行行进度与操作行为备份文件记录的操作调整操作发生点执行进度吻合时，数控系统自动复现相应操作，不再需要操作者干预。如图I所示，上述过程主要由数控系统中以下几部分实现操作行为监控服务器。负责监控来自人机交互系统的操作干预，包括进给倍率调整操作和主轴倍率调整操作；负责接收来自插补器的运动指令的进度信息；负责将上述两类信息合成操作干预记录，送操作行为备份文件处理器。
操作行为备份文件处理器。其中的操作干预记录列表负责接收来自操作行为监控服务器的操作干预记录，并将干预记录列表保存为操作行为备份文件；在操作干预复现的过程中，负责加载操作行为备份文件还原操作干预记录列表，在接收来自插补器的执行进度信息并通过程序行信息校验后，向插补器发送自动操作干预指令，实现记录操作干预的复现。插补器。负责将程序代码解析器得到的运动指令(直线、圆弧、NURBS曲线、螺旋线)插值密化为符合各进给轴物理特性的微观指令。本发明公开的插补器还接收来自人机交互系统的操作干预信息(包括进给倍率的调整，主轴倍率的调整)，也接受来自于操作行为备份文件处理器复现的自动操·作干预。本发明公开的插补器还要向操作行为监控服务器和操作行为备份文件处理器输出每个运动指令的执行进度信息，该信息包括两部分内容当前执行程序行文本信息，当前程序行执行进度(丛O到100% )，用以标示操作行为发生时刻。本发明还公开了一种数控系统记录保存和再次利用自动加工中的操作行为的方法，包括如下步骤SI、在首次运行特定自动加工程序时，操作行为监控服务器周期性地监控来自人机交互系统的操作干预信息。S2、操作行为监控服务器结合插补器送出的执行进度信息，将加工干预信息与执行进度信息关联起来，形成操作干预记录，送操作行为备份文件处理器。S3、操作行为备份文件处理器将操作干预记录逐条存储于操作行为备份文件。S4、再次运行特定自动加工程序，用户选择再现操作干预记录后，操作行为备份文件处理器加载操作行为备份文件，并还原为操作干预记录列表。操作行为备份文件处理器处于周期工作状态，周期性接收插补器执行进度信息。操作行为备份文件处理器提取执行进度信息中的程序行信息，并与操作干预记录列表中的行信息进行校验，校验成功后，进行执行进度的监控。当操作行为备份文件处理器发现当前执行进度达到操作干预记录中的记录的操作动作发生时刻的进度时，即向插补器发送关于记录中记录的操作干预行为。系统实施例I :本发明提出的影子文件方案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展示了本发明的一种具体实施方式
。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机内8253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作为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VC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多个实时任务程序代码解析器、插补器、PLC子系统。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。数控软件中本发明主要涉及的各部分实现的原理如下数控加工程序文件操作器，负责从数控系统得文件系统中打开被选择的文件。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，也包括本发明涉及的来自用户的操作干预(包括进给倍率调整、主轴倍率调整机刀具补偿参数调整)；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一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，以进程中的线程形式实现，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，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。程序代码解析器，主要负责调用数控加工程序文件操作器服务接口，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)。指令类别甄别器在语法分析(可以选用Yacc)的基础上，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。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。作为主动运行的子系统，程序代码解析器具有一定的实时性要求，通常可以纳入到实时任务调度中，以较低的优先级参与任务调度。插补器，负责对来自程序代码解析器和界面手动操作的运动服务请求。这些运动服务请求包括直线、圆弧等常规几何轨迹。为了支持本发明公开的操作干预方法，运动服务请求中需要包括该运动在原始数控加工程序中相应行文本信息。插补器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。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。此外插补器具有接收操作干预的接口，对于进给倍率调整的操作干预请求，插补器可以在插补计算得到理论结果(输出增量微位移序列)的基础上进行二次插值，其算法流程如图3-4所示。对于主轴转速倍率调整请求，插补器可以遵循主轴适用的加减速曲线，分多个周期放逐步实现，图5展示依据直线加减速的主轴调整算法流程。为了支持操作干预记录和复现，本发明公开的插补器中包括执行进度服务器，主要负责周期性地向操作行为监控服务器、操作行为备份文件处理器发送执行进度信息。该信息包括两部分内容当前执行程序行文本信息，当前程序行执行进度(从
O到100% )，用以标示操作行为发生时刻。插补器作为主动运行的子系统，插补器具有较高的实时性要求，通常纳入到实时任务调度中，被严格周期性地执行。执行进度服务器也在插补器运行周期内运行，其运行算法流程如图6所示。由于执行进度服务器本身内嵌于插补器的周期性任务中运行，在其调用下操作行为监控服务器、操作行为备份文件处理器都不必单独主动运行。监控服务器，负责监控来自人机交互系统的操作干预，包括进给倍率调整操作和主轴倍率调整操作；负责接收来自插补器的运动指令的进度信息；负责将上述两类信息合成操作干预记录，送操作行为备份文件处理器。操作行为监控服务器由一组函数接口实现，主要包括接收操作干预信息的接口函数，该函数可将传递来的干预动作的类型、干预程度记录在模块内，并设立标示，标示有新的调整请求。操作行为监控服务器的另一个重要接口是执行进度请求通知接口函数。该接口函数被插补器执行进度服务器周期性调用。主要行为是检测受否有新的未响应的操作干预请求，如果有，则将其与插补器送达的执行进度信息组合成操作干预记录，调用操作行为备份文件处理器的接口，保存到操作行为备份文件处理器列表中。由于执行进度服务器本身内嵌于插补器的周期性任务中运行，在其调用下操作行为监控服务器不必单独主动运行。执行进度请求通知接口函数的算法流程见图7所
/Jn ο操作行为备份文件处理器,负责记录操作干预记录列表，并将其保存为操作行为备份文件；复现操作行为时，负责加载操作行为备份文件，并将其还原为操作干预记录列表。该处理器具有干预记录接收接口，被监控服务器调用(见图7)，负责将监控服务器送达的干预记录保存到操作干预记录列表。该处理器还具有干预记录列表保存接口以及操作行为备份文件还原干预记录列表接口。复现操作行为时，插补器中的执行进度服务器调用操作行为备份文件处理器的执行进度请求通知接口函数。在该接口函数中，将对当前正在插补执行的程序行信息与操作干预记录列表首部的操作干预记录中保存的程序行信息进行校验；一旦校验成功，既说明本程序行中存在操作干预行为，即开始匹配程序行的执行进度；当执行进度达到操作干预记录中保存的进度，即向插补器发送操作干预请求。操作行为备份文件处理器的执行进度请求通知接口函数的执行过程如图8所示。由于执行进度服务器本身内嵌于插补器的周期性任务中运行，在其调用下操作行为备份文件处理器都不必单独主动运行。方法实施例I :程序自动加工的进给速度通过编程的方式，写在程序的F值中，操作者根据实际的切削状态，通过调整进给倍率开关来选取合适的进给速度，利用本发明可以记录操作者的速度调整操作，并保存在操作行为备份文件中，下次再加工时，打开加工程序的同时，自动打开记录操作的操作行为备份文件，数控系统依据记录的信息自动调整进给倍率，无须操作者手动调整进给倍率。方法实施例2 :程序自动加工时的主轴转速，该指令是通过数控加工程序中的S指令指定，操作者根据实际的切削状态，通过调整主轴倍率开关来调整主轴转速，并保存在操作行为备份文件中。下次再加工相同零件时，打开加工程序的同时，自动打开操作行为备份文件，数控系统依据记录的信息自动调整主轴倍率，无须操作者手动调整主轴倍率。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。
权利要求
1.一种记录及利用操作信息的数控系统，其特征在于，包括操作行为监控服务器、操作行为备份文件处理器以及插补器；其中， 所述操作行为监控服务器，用于周期性监控来自人机交互系统的操作干预，包括进给倍率调整操作和主轴倍率调整操作；接收来自所述插补器的运动指令的进度信息；实现将上述两类信息合成操作干预记录，送至所述操作行为备份文件处理器； 所述操作行为备份文件处理器设有操作干预记录列表，所述操作干预记录列表用于接收来自所述操作行为监控服务器的操作干预记录，并将干预记录列表保存为操作行为备份文件；在操作干预复现的过程中，用于加载操作行为备份文件还原操作干预记录列表，在接收来自所述插补器的执行进度信息并通过程序行信息校验后，向所述插补器发送自动操作干预指令，实现记录操作干预的复现； 所述插补器，用于将程序代码解析器得到的运动指令插值密化为符合各进给轴物理特性的微观指令；所述插补器还接收来自人机交互系统的操作干预信息，也接受来自于所述操作行为备份文件处理器复现的自动操作干预；所述插补器还用于向所述操作行为监控服务器和操作行为备份文件处理器输出每个运动指令的执行进度信息。
2.根据权利要求I所述记录及利用操作信息的数控系统，其特征在于，所述运动指令为直线指令、圆弧指令、NURBS曲线指令或螺旋线指令。
3.根据权利要求I所述记录及利用操作信息的数控系统，其特征在于，所述操作干预信息为进给倍率的调整信息或者主轴倍率的调整信息。
4.根据权利要求I所述记录及利用操作信息的数控系统，其特征在于，所述进度信息包括两部分内容当前执行程序行文本信息，当前程序行执行进度，用以标示操作行为发生时刻。
5.一种记录及利用操作信息数控系统的操作方法，其特征在于，包括如下步骤 S1、在首次运行指定自动加工程序时，操作行为监控服务器周期性地监控来自人机交互系统的操作干预信息； S2、操作行为监控服务器结合插补器送出的执行进度信息，将加工干预信息与执行进度信息关联起来，形成操作干预记录，送操作行为备份文件处理器； S3、操作行为备份文件处理器将操作干预记录逐条存储于操作行为备份文件； S4、再次运行所述指定自动加工程序时，用户选择再现操作干预记录后，操作行为备份文件处理器加载操作行为备份文件，并还原为操作干预记录列表；操作行为备份文件处理器处于周期工作状态，周期性接收插补器执行进度信息；操作行为备份文件处理器提取执行进度信息中的程序行信息，并与操作干预记录列表中的行信息进行校验，校验成功后，进行执行进度的监控；当操作行为备份文件处理器发现当前执行进度达到操作干预记录中的记录的操作动作发生时刻的进度时，即向插补器发送关于记录中记录的操作干预行为。
全文摘要
一种记录及利用操作信息的数控系统，包括操作行为监控服务器、操作行为备份文件处理器以及插补器。实现过程为1、在首次运行加工程序时，操作行为监控服务器周期性地监控操作干预信息；2、结合插补器送出的执行进度信息，将加工干预信息与执行进度信息关联起来，形成操作干预记录，送操作行为备份文件处理器；3、将操作干预记录逐条存储于操作行为备份文件；4、再次运行指定程序，加载操作行为备份文件，还原操作干预记录列表。本发明记录数控系统操作信息并与数控加工程序关联，保存为操作行为备份文件，用户再次调用程序加工，复现加工参数加工，从而减少了操作者在批量零件多次重复自动加工中对参数的重复设定，提高加工效率。
文档编号G05B19/4155GK102789208SQ20111012955
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者于德海, 刘庆宏, 刘沛, 林猛, 汤洪涛, 王声文, 王大伟, 白彦庆, 耿文剑, 董大鹏, 陈虎 申请人:大连光洋科技工程有限公司