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基於開放式（shì）數控係統的熱誤差補償技術實施思路

2020-8-31 來源：宿州職業技術學院作者：王謙

摘要：在開放式數控係統上實施熱誤差補償，可以（yǐ）繞過通過傳統數控係統實施熱誤差補償的固有難題。下麵深入分析傳統數控係統的弊（bì）端與開放式數控係統的（de）優勢，並（bìng）詳細闡述通過開放式數控係統進行熱誤差補償的實施思路。

關鍵詞：數控係統；開放式；熱誤（wù）差補償

使用傳統方法來實施熱誤差補償通常是（shì）在傳統數控（kòng）係統上進（jìn）行的，這些方法由於受到傳統 CNC 係統封閉性和多樣性的製約而存在著固有缺陷，使得這些方法沒有被大規模地應用。在開放式數控係統上來實施熱誤差補償（cháng），由（yóu）於係統（tǒng）是開放（fàng）的及采用了完全不同的方法，則可（kě）以繞過通（tōng）過傳統數控係統實施熱誤差補償的固有難題，而且此法更易於實現（xiàn）、補償精度更高（gāo）。

1 、傳統數控係統的弊端

傳統數控係統是（shì）以封閉式（shì）的結構發（fā）展的，各係（xì）統製造商生產的 CNC 沒有共同性（xìng）和標準化的接口，彼此間並不兼（jiān）容，表現在：

第一，係統的硬件組成是專用（yòng）的，其主要硬件CPU板、主（zhǔ）板、伺服板等以及硬件之間的連（lián）接方式都是專門（mén）設計的，不同製造商生產的同類（lèi）型硬件不能通用；

第二，係統的控製軟件是專用的（de），係統軟件完全由係統製造（zào）商掌握，其技術細（xì）節不公開，也不提供給（gěi）用戶；

第三，雖然係統采（cǎi）用模（mó）塊化的設計，但各製造商在各模塊的具體實現方法、采用標準（zhǔn）、技術政策上有著很大的差別，因（yīn）此各個係統仍然是相對獨立而彼此（cǐ）封閉的。

由於（yú）以上原因（yīn），傳統數控係統有著體係封閉、兼容性差、功能不易擴展、人（rén）機界麵不豐（fēng）富等缺點，給機床製造商的生產和最終用戶的使用、升級（jí）等（děng）帶來諸（zhū）多不便，也（yě）使得數控係（xì）統很難應用（yòng）上計算機技術和網絡技術的最新成果，這些都阻礙了數控技術的進一步發展。

2、開放式數控係統的優勢

目前，絕大多數的開放（fàng）式數控係（xì）統都是以 PC 機為平台進行組建的。基於（yú） PC 的開放式數控係統與傳統數控係（xì）統相比，具有以下明顯優勢：

第一，硬件係統平台（tái）是開放的（de），且（qiě）具有（yǒu）強大的運算能（néng）力。PC 硬件已經標準化、通用化，且具有很（hěn）高的性能，完全滿足互換性的要求；NC 功能硬件和伺服驅動硬件在市場上有很多專門的生產廠商，他們提供滿足多種場合要求的型（xíng）號，在接口方麵可以實現互聯，用戶可根據實際需要（yào）進行選擇。

第二，軟（ruǎn）件係統平台是開放的，很方便進行功能擴展。PC機具有豐富的軟件資源和強大的開發工具，很方便進行 NC 控製軟（ruǎn）件的（de）開發和係統功能的擴展及修改。

第三，開放式數控係（xì）統通過功能擴展與軟件開發（fā），能很好地滿足加工多樣化、柔性化方麵的需求。

第四（sì），開放式數控係統具有（yǒu）豐富的人（rén）機界麵和生動的圖形（xíng）和仿真顯示，這對降低人員培訓成（chéng）本和係統維護成本都具有比較重要的意義。

第五，開（kāi）放式數（shù）控係統具有（yǒu）方便的通訊聯網（wǎng）能力，可以（yǐ）方便地進行計算機群控加工和遠程操作，這對減少操（cāo）作人員數量、降低生產成（chéng）本有著重要的意義，其采用和 PC 機一樣的聯網技術，可（kě）應用網絡技術的最新成果。

3、基於開放式數控係統的（de）熱誤差補償的實施思路

通過傳統數控係統實施熱誤差補償通常需要解決兩大問題：一、傳統數控係統的自身結構是封閉的，研究人員很難（nán）在其上進行（háng）二次開發，集（jí）成熱誤差補（bǔ）償功能，通常需要使用一台外部工控機或開發一個外部熱誤差補償控製（zhì）器及專用的接口電路和原 CNC 係統相連，來（lái）集成熱（rè）誤（wù）差補償功能；二、熱（rè）誤差補償信號要經過原CNC係統才能插（chā）入到伺服環中（反饋（kuì）中斷法）或者內置 CNC 控製器中（原（yuán）點平移法）。這種插入有時是很複雜的，一般需要局部改動 CNC 控製係統的（de）硬件或改變 CNC控製器中的可編程控製器單元（yuán）的程序。由於上述兩個問題的存在，使得這項技術的實現成（chéng）本較高、技術難度（dù）較大、通用性較差，且不利於應（yīng）用在複雜環境（jìng）中，這些都阻礙了這項技術的推廣。而通過（guò）開（kāi）放式數控係統（tǒng）、使用軟件補償法實施熱誤差補償則可以繞過上述難題。PC 平台上有豐富的軟件資源和強大的（de）

開發工（gōng）具，借助它們可以方便地進行熱誤差補償軟件的開發，其軟件功能及（jí）與控製係統（tǒng）的（de）集成易於實現。軟（ruǎn）件補償法（fǎ）是通過（guò）開發的熱誤差（chà）補償軟件，實時地對 NC 程序段中的理想位（wèi）置（zhì）進行修正，再製伺服係統執行（háng）。此方（fāng）法避免了上述的信號插（chā）入和幹涉問題，其補（bǔ）償精度也較（jiào）高。

鑒於上述分析，在開放（fàng）式數控係統上，使用軟件補償法來進行熱誤差補償的實施思路是：先在開放式數控係（xì）統的（de） PC 機上開發熱（rè）誤差補償軟件，然後采用在線補償的方式通過（guò）熱誤差補償軟件（jiàn）預先對原 NC 指令進行處理，使補償值預先經過運（yùn）算反映到修正（zhèng）後的 NC 指令中（zhōng），然後再將修正後的 NC 指（zhǐ）令傳送給伺服控製係統，讓其執（zhí）行這些（xiē）指令用（yòng）於加工工件，從而實現熱誤差補償。

4、結語

將熱（rè）誤差補償控製技術與（yǔ）開放式數控係統結合是高（gāo）檔數控機床的（de）發展趨（qū）勢。通（tōng）過開放式數控係統來實（shí）施熱誤差補償，具有實（shí）現成本較低，技術難度較（jiào）小的（de）優勢，因（yīn）此，具有廣泛的適用性（xìng），且其補償精度較高，能有效（xiào）地（dì）實現熱誤差（chà）在線補償（cháng）。

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