基于開放式數控系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：在開放式數控系統上實施熱誤差補償，可以繞過通過傳統數控系統實施熱誤差補償的固有難題。下面深入分析傳統數控系統的弊端與開放式數控系統的優勢，并詳細闡述通過開放式數控系統進行熱誤差補償的實施思路。
關鍵詞： 數控系統；開放式；熱誤差補償
使用傳統方法來實施熱誤差補償通常是在傳統數控系統上進行的，這些方法由于受到傳統 CNC 系統封閉性和多樣性的制約而存在著固有缺陷，使得這些方法沒有被大規模地應用。在開放式數控系統上來實施熱誤差補償，由于系統是開放的及采用了完全不同的方法，則可以繞過通過傳統數控系統實施熱誤差補償的固有難題，而且此法更易于實現、補償精度更高。
1 、傳統數控系統的弊端
傳統數控系統是以封閉式的結構發展的，各系統制造商生產的 CNC 沒有共同性和標準化的接口，彼此間并不兼容，表現在：
第一，系統的硬件組成是專用的，其主要硬件CPU板、主板、伺服板等以及硬件之間的連接方式都是專門設計的，不同制造商生產的同類型硬件不能通用；
第二，系統的控制軟件是專用的，系統軟件完全由系統制造商掌握，其技術細節不公開，也不提供給用戶；
第三，雖然系統采用模塊化的設計，但各制造商在各模塊的具體實現方法、采用標準、技術政策上有著很大的差別，因此各個系統仍然是相對獨立而彼此封閉的。
由于以上原因，傳統數控系統有著體系封閉、兼容性差、功能不易擴展、人機界面不豐富等缺點，給機床制造商的生產和最終用戶的使用、升級等帶來諸多不便，也使得數控系統很難應用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、 開放式數控系統的優勢
目前，絕大多數的開放式數控系統都是以 PC 機為平臺進行組建的。基于 PC 的開放式數控系統與傳統數控系統相比，具有以下明顯優勢：
第一，硬件系統平臺是開放的，且具有強大的運算能力。PC 硬件已經標準化、通用化，且具有很高的性能，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號，在接口方面可以實現互聯，用戶可根據實際需要進行選擇。
第二，軟件系統平臺是開放的，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 控制軟件的開發和系統功能的擴展及修改。
第三，開放式數控系統通過功能擴展與軟件開發，能很好地滿足加工多樣化、柔性化方面的需求。
第四，開放式數控系統具有豐富的人機界面和生動的圖形和仿真顯示，這對降低人員培訓成本和系統維護成本都具有比較重要的意義。
第五，開放式數控系統具有方便的通訊聯網能力，可以方便地進行計算機群控加工和遠程操作，這對減少操作人員數量、降低生產成本有著重要的意義，其采用和 PC 機一樣的聯網技術，可應用網絡技術的最新成果。
3、基于開放式數控系統的熱誤差補償的實施思路
通過傳統數控系統實施熱誤差補償通常需要解決兩大問題：一、傳統數控系統的自身結構是封閉的，研究人員很難在其上進行二次開發，集成熱誤差補償功能，通常需要使用一臺外部工控機或開發一個外部熱誤差補償控制器及專用的接口電路和原 CNC 系統相連，來集成熱誤差補償功能；二、熱誤差補償信號要經過原CNC系統才能插入到伺服環中（反饋中斷法）或者內置 CNC 控制器中（原點平移法）。這種插入有時是很復雜的，一般需要局部改動 CNC 控制系統的硬件或改變 CNC控制器中的可編程控制器單元的程序。由于上述兩個問題的存在，使得這項技術的實現成本較高、技術難度較大、通用性較差，且不利于應用在復雜環境中，這些都阻礙了這項技術的推廣。而通過開放式數控系統、使用軟件補償法實施熱誤差補償則可以繞過上述難題。PC 平臺上有豐富的軟件資源和強大的
開發工具，借助它們可以方便地進行熱誤差補償軟件的開發，其軟件功能及與控制系統的集成易于實現。軟件補償法是通過開發的熱誤差補償軟件，實時地對 NC 程序段中的理想位置進行修正，再制伺服系統執行。此方法避免了上述的信號插入和干涉問題，其補償精度也較高。
鑒于上述分析，在開放式數控系統上，使用軟件補償法來進行熱誤差補償的實施思路是：先在開放式數控系統的 PC 機上開發熱誤差補償軟件，然后采用在線補償的方式通過熱誤差補償軟件預先對原 NC 指令進行處理，使補償值預先經過運算反映到修正后的 NC 指令中，然后再將修正后的 NC 指令傳送給伺服控制系統，讓其執行這些指令用于加工工件，從而實現熱誤差補償。
4、 結語
將熱誤差補償控制技術與開放式數控系統結合是高檔數控機床的發展趨勢。通過開放式數控系統來實施熱誤差補償，具有實現成本較低，技術難度較小的優勢，因此，具有廣泛的適用性，且其補償精度較高，能有效地實現熱誤差在線補償。
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