移動(dòng)式數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的研究分析

113/113前言數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)稱NC機(jī)床，它將加工過程所需的各種操作和步驟以及刀具與工件間的相對(duì)位移量都用數(shù)字化代碼來表示，通過操縱介質(zhì)將數(shù)字信息送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理和運(yùn)算，然后發(fā)出各種指令來操縱機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需的工件。數(shù)控機(jī)床與其他機(jī)床的一個(gè)顯著區(qū)不在于當(dāng)加工對(duì)象改變時(shí)，除了重新裝夾工件和更換刀具外，只需更換一條新的程序，不需要對(duì)機(jī)床作任何改動(dòng)。數(shù)控機(jī)床集機(jī)械制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)、液壓氣動(dòng)、傳感檢測(cè)、信息處理、光機(jī)電等技術(shù)于一體，是技術(shù)密集型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它具有下列優(yōu)點(diǎn)：1．能完成專門多一般機(jī)床難以加工，或者全然不能加工的復(fù)雜型面零件的加工；2．采納數(shù)控機(jī)床，能夠提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量；3．能夠提高生產(chǎn)率。采納數(shù)控機(jī)床比一般機(jī)床可提高生產(chǎn)率2～3倍，對(duì)復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍；4．具有柔性，只需更換程序，就能夠適應(yīng)不同品種及尺寸規(guī)格零件的自動(dòng)加工；5．大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。能夠看出，數(shù)控機(jī)床是一種高效率、高精度，能保證加工質(zhì)量，解決工藝難題，而且又具有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備。數(shù)控機(jī)床的廣泛使用，將給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來深刻的變化，其技術(shù)水平高低和擁有量多少，是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。我國(guó)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)展起步較早，從1958年開始研制，差不多歷了40多年的進(jìn)展歷程。但到1978年底，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)展幾經(jīng)周折，走了許多彎路，當(dāng)年數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量?jī)H223臺(tái)。1979年開始的改革開放，為我國(guó)的機(jī)械工業(yè)開發(fā)了新時(shí)期，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)展也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)期。20世紀(jì)80年代初，我國(guó)引進(jìn)國(guó)外的數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)為國(guó)產(chǎn)主機(jī)配套，這使得數(shù)控機(jī)床在品種、數(shù)量和質(zhì)量方面得到迅速進(jìn)展。典型的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品有北京航天機(jī)床數(shù)控集團(tuán)公司的航天I型，中科院沈陽計(jì)算所的藍(lán)天I型和華中理工大學(xué)的華中I型等國(guó)產(chǎn)高性能數(shù)控系統(tǒng)。盡管近幾年我國(guó)數(shù)控機(jī)床迅速進(jìn)展，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們還有差距。但在這同時(shí)，我們也看到這種差距正在不斷縮小。在本此研究中，我的研究題目是一臺(tái)移動(dòng)數(shù)控銑床系統(tǒng)的研究，工作臺(tái)為工件,加工有效行程X/Y/Z軸分不為130/530/518mm。數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)可依照實(shí)際的加工要求來自行選定，給了我專門大的自由，同時(shí)也增加了研究的難度，提高了對(duì)自己的要求。在研究的過程中，我對(duì)銑床先后進(jìn)行了總體方案的研究——進(jìn)給伺服系統(tǒng)的研究——整體零部件的選型與校核——繪制數(shù)控銑床總裝圖等過程。在這次研究中，我查閱了大量的相關(guān)書籍、期刊、公司樣本等資料。如：《機(jī)械設(shè)計(jì)有用手冊(cè)》吳宗澤著，《數(shù)控技術(shù)》張建剛等著，《PMI滾珠螺桿型號(hào)》公司樣本等。同時(shí)還得到了張洛平教授的指導(dǎo)以及關(guān)心，在此表示深深的感謝！第一章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)總體方案的研究1.1總體方案概述關(guān)于一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，首先必須擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖，才能決定各種參數(shù)和機(jī)構(gòu)，然后再分機(jī)械部分和電氣部分。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的總體方案應(yīng)包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式的確定、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。一﹑系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定假如要求工作臺(tái)或刀具沿各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有確定的函數(shù)關(guān)系，即連續(xù)操縱系統(tǒng)，應(yīng)具備操縱刀具以給定速率沿加工路徑運(yùn)動(dòng)的功能。由于數(shù)控銑床要具有定位、直線插補(bǔ)、順圓和逆圓插補(bǔ)，暫停循環(huán)加工等功能，故選擇連續(xù)操縱系統(tǒng)。二﹑伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)操縱系統(tǒng)，半閉環(huán)操縱系統(tǒng)和閉環(huán)操縱系統(tǒng)。由于這是一臺(tái)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床，加工精度要求不是專門高，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，故采納開環(huán)操縱系統(tǒng)。三﹑計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依照機(jī)床要求，采納8位微機(jī)，由于MCS-51系列單片機(jī)性能優(yōu)越，決定采納MCS-51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。操縱系統(tǒng)由微機(jī)部分，鍵盤及顯示器，I/0接口及光隔離電路，步進(jìn)電機(jī)，功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和操縱命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采納數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。四﹑機(jī)械傳動(dòng)方式采納交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，X/Y軸方向傳動(dòng)采納聯(lián)軸器直聯(lián)的形式，Z軸傳動(dòng)和主軸轉(zhuǎn)動(dòng)采納了同步帶傳動(dòng)形式，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采納有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)，同步帶傳動(dòng)需有張緊裝置。1.2總體方案框圖依照系統(tǒng)的要求，采納點(diǎn)位操縱、用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)操縱系統(tǒng)。如此可使操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、調(diào)試和維修都比較容易。為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，盡量采納低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。此工作臺(tái)采納滾珠絲杠螺母副和滾動(dòng)導(dǎo)軌。為盡量消除傳動(dòng)間隙，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仍采納高性能價(jià)格比的MCS—51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。第二章機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分2.1工作臺(tái)外形尺寸及重量可能加工材料：鋁合金銑刀直徑：銑刀齒數(shù)：3最大銑削余量：0.5最大銑削深度：2.5分辨率：0.01工作臺(tái)加工范圍：X=130，Y=530工作臺(tái)縱向快速移動(dòng)速度：工作臺(tái)橫向快速移動(dòng)速度：縱向銑削最大進(jìn)給速度：橫向銑削最大進(jìn)給速度：X向拖板（上拖板）尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：588×500×210重量：588×500×210××7.8×10-2=4815.72N實(shí)重：4815.72×0.5=2407.86NY向拖板（下拖板）尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：562×488×210重量：562×488×210××7.8×10-2=4492.3N實(shí)重：4492.3×0.5=2246.2NX導(dǎo)軌座尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：680×500×180重量：680×500×180××7.8×10-2=4773.6N實(shí)重：4773.6×0.3=1432.08NY導(dǎo)軌座尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：1480×500×245重量：1480×500×245××7.8×10-2=14141.4N實(shí)重：14141.4×0.3=4242.4N電機(jī)重約：400N工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件總重：2407.86+2246.2+1432.08+4242.4+400=10728.54N2.2銑削力的計(jì)算式中：--銑削接觸弧深=4--每齒進(jìn)給量=0.2--銑刀直徑=10--銑削深度=5--銑刀齒數(shù)Z=3--系數(shù)=20Fc=9.81×20×40.86×0.20.72×10-0.86×5×3=420.05N查表得：--圓周切削力--軸向切削力--進(jìn)給方向的水平力--進(jìn)給方向的垂直分力因此==157.5==2.3滾珠絲杠螺母副的選擇一﹑縱向滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（1）計(jì)算進(jìn)給牽引力式中：--考慮顛覆力矩阻礙的實(shí)驗(yàn)系數(shù)=1.4 --導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)=0.04=1081.7N（2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。那個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C式中：L--使用壽命。以轉(zhuǎn)為一個(gè)單位--運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)式中：T--使用壽命取15000h--絲杠導(dǎo)程=5mm--為最大切削力條件下的進(jìn)給速度?？扇∽罡哌M(jìn)給速度的一半（3）滾珠絲杠螺母副的選型查閱《機(jī)床數(shù)控化改造指導(dǎo)手冊(cè)》選用L5010型標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠副，因其額定動(dòng)載荷29500N，故精度等級(jí)選為4級(jí)。（4）計(jì)算最大靜負(fù)載當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速（n）情況下工作時(shí)，滾珠絲杠副的破壞形式要緊是在滾珠接觸面上產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)塑性變形超過一定限度就會(huì)破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般同意其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一，產(chǎn)生如此大的塑性變形量時(shí)的負(fù)載稱為同意的最大靜負(fù)載。式中：--滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷；--靜態(tài)安全系數(shù)；=2選用相應(yīng)的滾珠絲杠副的額定靜載荷=96300N因此滾珠絲杠副合格（5）傳動(dòng)效率計(jì)算式中：--絲杠螺旋升角；=--摩擦角；滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)=0.003~0.004。其摩擦角約等于（6）剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)阻礙進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。最大牽引力為686.3N，支承間距為830mm。絲杠螺母副及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的。a.絲杠的拉伸或壓縮變形量查《綜合作業(yè)指導(dǎo)》圖3-4。依照Fm=1081.7ND0=50mm查出可算出由于絲杠進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可提高2倍。事實(shí)上際變形量b.滾珠與螺紋滾道接觸變形查《綜合作業(yè)指導(dǎo)》圖3-5，可知滾珠和螺紋滾道接觸變形因進(jìn)行了預(yù)緊，c.支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形采納70000型角接觸球軸承。滾動(dòng)體數(shù)量Z=13因進(jìn)行了預(yù)緊，故d．因滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的導(dǎo)程的變化量一般占的比重較小，常忽略不計(jì)。e.螺母座及軸承支座的變形常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)，但變形量計(jì)算較為困難。一般依照其精度要求，在結(jié)構(gòu)上盡量增強(qiáng)其剛度而不作計(jì)算。f.依照以上計(jì)算得出總變形量（7）穩(wěn)定性校驗(yàn)式中：E--絲杠材料的彈性模量；E=~~截面慣性矩，關(guān)于絲杠為--絲杠兩支承端距離；=830mm --絲杠的支承方式系數(shù)；=2因此絲杠不致失穩(wěn)；二﹑橫向滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（1）計(jì)算切削分力因此（2）計(jì)算進(jìn)給牽引力式中：--考慮顛覆力矩阻礙的實(shí)驗(yàn)系數(shù)=1.1 --導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)=0.04=584.07N（3）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。那個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為滾珠絲杠所能承受的最大動(dòng)負(fù)載C式中：L--使用壽命。以轉(zhuǎn)為一個(gè)單位--運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)式中：T--使用壽命取15000h--絲杠導(dǎo)程=5mm--為最大切削力條件下的進(jìn)給速度?？扇∽罡哌M(jìn)給速度的一半（4）滾珠絲杠螺母副的選型查閱《機(jī)床數(shù)控化改造指導(dǎo)》選用L5010型標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠副。其額定動(dòng)載荷31400N，精度等級(jí)按《綜合作業(yè)指導(dǎo)》表3-17選為4級(jí)。（5）計(jì)算最大靜負(fù)載當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速（n）情況下工作時(shí)，滾珠絲杠副的破壞形式要緊是在滾珠接觸面上產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)塑性變形超過一定限度就會(huì)破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般同意其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。產(chǎn)生如此大的塑性變形量時(shí)的負(fù)載稱為同意的最大靜負(fù)載。式中：--滾珠絲杠的最大軸向負(fù)荷；--靜態(tài)安全系數(shù)；=2選用相應(yīng)的滾珠絲杠副的額定靜載荷=30100因此滾珠絲杠合格（6）傳動(dòng)效率計(jì)算式中：--絲杠螺旋升角；= --摩擦角；滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)=0.003--0.004。其摩擦角約等于因橫向和縱向選用的是同一型號(hào)，同一尺寸標(biāo)準(zhǔn)的滾珠絲杠螺母副，而橫向的切削力小，故剛度及穩(wěn)定性能夠滿足要求，不用再驗(yàn)算。Z方向同樣也選用了型的標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠螺母副，公稱直徑同樣是50mm，故剛度和穩(wěn)定性能夠滿足要求。=3\*CHINESENUM3三﹑絲杠的使用注意事項(xiàng)1.在安裝此滾珠絲杠副時(shí)，因?yàn)樗峭庋h(huán)式滾珠絲杠副，因此嚴(yán)禁敲擊和拆卸管道，以免造成鋼球堵塞，運(yùn)動(dòng)不流暢；2.在安裝或使用時(shí)要幸免螺母脫離絲杠表面，因?yàn)槁菽敢坏┟撾x，滾柱將散落，現(xiàn)在滾珠絲杠副不能正常工作，嚴(yán)峻時(shí)還會(huì)引起設(shè)備事故，因此在主機(jī)上必須配置防止螺母脫出的超程愛護(hù)裝置，尤其是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合；3.在安裝滾珠絲杠副的時(shí)候兩端支承座孔與螺母支承座孔要調(diào)整到“三點(diǎn)同心”的最佳狀態(tài)，不能在不同心的情況下強(qiáng)迫安裝；4.由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率在90%以上，不能自鎖，在需要自鎖的場(chǎng)合，必須在絲杠軸上配置相應(yīng)的自鎖裝置；5.為了使?jié)L柱絲杠副靈活運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)使用壽命，必須考慮充足的潤(rùn)滑條件；6.除滾柱絲杠副本身防塵圈外，外露的絲杠軸上也應(yīng)安裝防護(hù)裝置，以免灰塵，雜物進(jìn)入絲杠副。=4\*CHINESENUM3四﹑滾珠絲杠的注意事項(xiàng)1.滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)需考慮絲杠的預(yù)緊方式，預(yù)緊方式有：雙螺母墊片式，雙螺母螺紋式，雙螺母齒差式，單螺母變導(dǎo)程以及過盈滾珠預(yù)緊。在本設(shè)計(jì)中所選用的南京工藝裝備廠BS型標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠副其本身內(nèi)部差不多進(jìn)行了預(yù)緊；2.該絲杠螺母副可消除軸向間隙，提高軸向剛度。滾珠絲杠副因其磨損小，效率高，預(yù)緊后仍能輕快的傳動(dòng)，因此它能通過預(yù)緊完全消除間隙，使反向時(shí)無空行程，且可通過預(yù)緊給予一定的預(yù)變形來提高軸向剛度；3.因其傳動(dòng)效率專門高，滾珠絲杠副一般不能自鎖。因此在不準(zhǔn)許產(chǎn)生逆?zhèn)鲃?dòng)的地點(diǎn)，如Z方向主軸的升降等，必須增設(shè)制動(dòng)或自鎖機(jī)構(gòu)。2.4滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型導(dǎo)軌是機(jī)床上關(guān)鍵部件之一，其性能好壞，將直接阻礙機(jī)床的加工精度、承載能力和使用壽命。導(dǎo)軌設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：導(dǎo)向精度、耐磨性、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、剛度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，便于間隙調(diào)整、具有良好的潤(rùn)滑和防護(hù)等要求。目前，滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用特不廣泛，因?yàn)槠淠Σ料禂?shù)小，f=0.0025～0.005；動(dòng)、靜摩擦系數(shù)專門接近，且?guī)缀醪皇苓\(yùn)動(dòng)速度變化的阻礙，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，所需驅(qū)動(dòng)功率小；摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持性好；低速運(yùn)動(dòng)時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因而定位精度高。=1\*CHINESENUM3一﹑導(dǎo)軌類型和特點(diǎn)滾動(dòng)導(dǎo)軌可分為滾動(dòng)體不作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌兩大類。第一大類滾動(dòng)體不作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌又分為滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌和滾針導(dǎo)軌三類。第二大類是滾動(dòng)體作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，又稱作直線導(dǎo)軌塊（副）組件，是由專業(yè)廠家生產(chǎn)制造好的導(dǎo)軌塊組件。這種導(dǎo)軌塊組件本身的制造精度專門高，而對(duì)機(jī)床的安裝機(jī)面要求不高，安裝調(diào)試特不方便。其剛度高，承載能力大。=2\*CHINESENUM3二﹑直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選定（=1\*Arabic1）滾動(dòng)體尺寸和數(shù)目的選擇原則滾動(dòng)體的數(shù)目也應(yīng)適當(dāng)選擇。滾動(dòng)數(shù)目過少，則導(dǎo)軌的制造誤差將明顯地阻礙動(dòng)導(dǎo)軌的位置精度。隨著滾動(dòng)體數(shù)量的增多，不僅提高了動(dòng)導(dǎo)軌的位置精度，還能夠降低導(dǎo)軌的抗壓強(qiáng)度。通常每個(gè)導(dǎo)軌上每排滾子的數(shù)量最少為12～16個(gè)。但滾動(dòng)體數(shù)目太多，則會(huì)出現(xiàn)載荷在滾動(dòng)體上分布不均勻的現(xiàn)象，部分滾動(dòng)體可能受不到載荷而不起作用，反而使剛度下降。在依照結(jié)構(gòu)選擇滾動(dòng)體的尺寸和數(shù)目后，還要驗(yàn)算滾動(dòng)體的承載能力，發(fā)覺不能滿足要求時(shí)，可加大滾動(dòng)體的直徑或增加滾動(dòng)體數(shù)目。關(guān)于滾珠導(dǎo)軌，由于承載能力與滾珠直徑的平方成正比，因而增大滾珠直徑比增加滾珠數(shù)目有利。關(guān)于滾柱導(dǎo)軌，增大直徑和增加數(shù)目效果相同。（=2\*Arabic2）所選導(dǎo)軌1.縱向AB型，代號(hào)65，橫向AB型，代號(hào)20，Z向AB型，代號(hào)352.驗(yàn)算強(qiáng)度：縱向：測(cè)得，縱向?qū)к壍拈g距為408mm絲杠的最大進(jìn)給力為387.46N由此，導(dǎo)軌所承受的最大轉(zhuǎn)矩為T=686.3×0.408÷2=140N·M<3237KN·M即導(dǎo)軌的最大抵抗扭矩橫向：測(cè)得，橫向?qū)к壍拈g距為210mm絲杠的最大進(jìn)給力為490.8275N由此，導(dǎo)軌所承受的最大轉(zhuǎn)矩為T=490.8275×0.21÷2=51.54N·M<121.8KN·M即導(dǎo)軌的最大抵抗扭矩由上計(jì)算可知，導(dǎo)軌的強(qiáng)度能夠?qū)ｉT好的滿足機(jī)床的要求。（=3\*Arabic3）滾動(dòng)導(dǎo)軌滑塊參考圖2.5交流伺服電機(jī)的計(jì)算和選型=1\*CHINESENUM3一﹑伺服電機(jī)選型依據(jù)為了滿足滑臺(tái)輕巧,簡(jiǎn)便,有用,而采納了交流伺服電機(jī).交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：（=1\*Arabic1）無電刷磨損，無火花產(chǎn)生，故壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期不須維修，工作安全可靠。（=2\*Arabic2）輸出轉(zhuǎn)矩高，包括高速下的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩能在專門寬的范圍內(nèi)保持較大的轉(zhuǎn)矩。（3）交流伺服電機(jī)慣量小,轉(zhuǎn)速高；=2\*CHINESENUM3二﹑伺服電機(jī)的選型計(jì)算（=1\*Arabic1）縱向伺服電機(jī)的選型計(jì)算1.最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算所選伺服電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于切削負(fù)載的轉(zhuǎn)矩。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算P=C/4從前面的計(jì)算，已知最大進(jìn)給力1081.7N，絲杠導(dǎo)程P=5㎜=0.005m，縱向滾珠絲杠的動(dòng)載荷C=31.4KN,則預(yù)緊力31.4/4=7.85kN。滾珠螺母絲杠副的機(jī)械效率0.695。由于伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠通過聯(lián)軸器直連，即傳動(dòng)比為1。滾珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩==1.31770000單個(gè)軸承的摩擦力矩為，故一對(duì)軸承的摩擦力矩。簡(jiǎn)直端軸承不預(yù)緊，其摩擦力矩可忽略不計(jì)。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=+0.52+0.32=1.752.負(fù)載慣量計(jì)算伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。負(fù)載慣量可按以下次序計(jì)算。工件、夾具與工作臺(tái)的最大質(zhì)量為325.6kg，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量可按下式計(jì)算=m=m()=325.6×()=0.000206絲杠名義直徑D=50，長(zhǎng)度l=1.024m，絲杠材料（鋼）的密度。實(shí)心圓柱體（絲杠）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為==0.000842聯(lián)軸節(jié)加上鎖緊螺母的慣量故負(fù)載總慣量0.000206+0.000842+0.0008=0.0018按中小型數(shù)控機(jī)床慣量匹配條件，1/2<<1/3，所選伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.00085～0.00057范圍內(nèi)。依照電動(dòng)機(jī)參數(shù)列表，我們選取安川交流伺服電機(jī)SGMSH系列（中慣量）額定功率為1.5kw電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩為4.9，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，該伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量為5.91×10，也在0.00085～0.00057范圍內(nèi)。總慣量J=J+J=0.000591+0.0018=0.002391kg·m加速時(shí)刻t取t的3～4倍，故，t=(3～4)×15=45～60T=0.002391×2×3000/60×t=33.78～45.05空載加速轉(zhuǎn)矩T不同意超過電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，由此可見，所選伺服電機(jī)能夠滿足啟動(dòng)時(shí)刻的要求，能夠使用。（2）橫向伺服電機(jī)的選型計(jì)算1.最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算P=C/4從前面的計(jì)算，已知最大進(jìn)給力584.07N，絲杠導(dǎo)程P=5㎜=0.005m，縱向滾珠絲杠的動(dòng)載荷C=31.4KN,則預(yù)緊力12.4/4=3.1KN滾珠螺母絲杠副的機(jī)械效率0.695。由于伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠通過聯(lián)軸器直連，即傳動(dòng)比為1。滾珠絲杠預(yù)加載荷引起的附加摩擦力矩==0.5270000單個(gè)軸承的摩擦力矩為，故一對(duì)軸承的摩擦力矩。因直端軸承不預(yù)緊，其摩擦力矩可忽略不計(jì)。最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=+0.52+0.32=1.332.負(fù)載慣量計(jì)算伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配。負(fù)載慣量可按以下次序計(jì)算。工件、夾具與工作臺(tái)的最大質(zhì)量為214.2kg，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量可按下式計(jì)算=m=m()=214.2×()=0.00014絲杠名義直徑D=50，長(zhǎng)度L=0.32m，絲杠材料（鋼）的密度。實(shí)心圓柱體（絲杠）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為==0.00088聯(lián)軸節(jié)加上鎖緊螺母的慣量故負(fù)載總慣量0.00014+0.00088+0.0008=0.00182按中小型數(shù)控機(jī)床慣量匹配條件，1/2<<1/3，所選伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量應(yīng)在0.00091～0.000607范圍內(nèi)。依照電動(dòng)機(jī)參數(shù)列表，我們選取安川交流伺服電機(jī)SGMSH系列（中慣量）額定功率為1.5kw電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩為4.9，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩，該伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量為7.24×10，也在0.00091～0.000607范圍內(nèi)?？倯T量J=J+J=0.000724+0.00182=0.002544kg·m加速時(shí)刻t取t的3～4倍，故，t=(3～4)×15=45～60T=0.002544×2×3000/60×t=35.96～47.95N·M空載加速轉(zhuǎn)矩T不同意超過電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，由此可見，所選伺服電機(jī)能夠滿足啟動(dòng)時(shí)刻的要求，能夠使用。=3\*CHINESENUM3三﹑電機(jī)參考外形圖第三章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的研究3.1單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路研究?jī)?nèi)容=1\*CHINESENUM3一﹑繪制系統(tǒng)電氣操縱的結(jié)構(gòu)框圖依照總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的操縱要求，確定硬件電路的總體方案，繪制系統(tǒng)電氣操縱的結(jié)構(gòu)框圖。數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成。硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接阻礙到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。機(jī)床硬件電路由以下五部分組成：主操縱器，即中央處理器（CPU）；總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和操縱總線；存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；接口，即I/O輸入/輸出接口電路；外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。=2\*CHINESENUM3二﹑選擇中央處理單元（CPU）的類型在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU的選擇應(yīng)考慮以下因素：時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)，那個(gè)指標(biāo)將操縱數(shù)據(jù)處理的速度；可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（包括ROM和RAM）的容量；指令系統(tǒng)功能，阻礙編程靈活性；I/O口擴(kuò)展的能力，即對(duì)外設(shè)備操縱的能力；開發(fā)手段，包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路；此外還要考慮到系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、操縱對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求。=3\*CHINESENUM3三﹑存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)應(yīng)包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。在選擇程序存儲(chǔ)器芯片時(shí)，要考慮CPU和EPROM時(shí)序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度、工作溫度及存儲(chǔ)器的容量問題。在存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)中還應(yīng)包括地址鎖存器和譯碼電路的設(shè)計(jì)。四﹑I/O即輸入/輸出接口電路的研究應(yīng)包括接口芯片的選用、步進(jìn)電機(jī)操縱電路、鍵盤顯示電路及其他輔助電路（例如復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等）。此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設(shè)，這些部分的電路也不例外。3.2GE系列運(yùn)動(dòng)操縱器3.2.1運(yùn)動(dòng)操縱器簡(jiǎn)介現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)操縱技術(shù)是在以數(shù)字信號(hào)處理器DSP(DigitalSignalProcessor)為代表的高性能高速微處理器及大規(guī)模可編程邏輯器件進(jìn)展的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的。而現(xiàn)代的運(yùn)動(dòng)操縱系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、電力電子技術(shù)和機(jī)械工程技術(shù)等的集成綜合應(yīng)用系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)的自動(dòng)化和智能化,對(duì)機(jī)械傳動(dòng)等的運(yùn)動(dòng)位置、運(yùn)動(dòng)軌跡和各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的操縱和治理。運(yùn)動(dòng)操縱器差不多從以單片機(jī)或微處理器作為核心的運(yùn)動(dòng)操縱器和以專用芯片（ASIC）作為核心處理器的運(yùn)動(dòng)操縱器，進(jìn)展到了基于PC總線的以DSP和FPGA作為核心處理器的開放式運(yùn)動(dòng)操縱器。運(yùn)動(dòng)操縱技術(shù)也由面向傳統(tǒng)的數(shù)控加工行業(yè)專用運(yùn)動(dòng)操縱技術(shù)而進(jìn)展為具有開放結(jié)構(gòu)、能結(jié)合具體應(yīng)用要求而快速重組的先進(jìn)運(yùn)動(dòng)操縱技術(shù)。目前，通用運(yùn)動(dòng)操縱器從結(jié)構(gòu)上要緊分為如下3類：⑴基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)操縱器，它是把具有開放體系結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)操縱器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)操縱器大都采納DSP或微機(jī)芯片作為CPU，可完成運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、高速實(shí)時(shí)插補(bǔ)、伺服濾波操縱和伺服驅(qū)動(dòng)、外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口功能，它開放的函數(shù)庫(kù)可供用戶依照不同的需求，在DOS或WINDOWS等平臺(tái)下自行開發(fā)應(yīng)用軟件，組成各種操縱系統(tǒng)。如美國(guó)Deltatau公司的PMAC多軸運(yùn)動(dòng)操縱器和固高科技（深圳）有限公司的GT系列運(yùn)動(dòng)操縱器產(chǎn)品等。⑵Soft型開放式運(yùn)動(dòng)操縱器，它提供給用戶最大的靈活性，它的運(yùn)動(dòng)操縱軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。就像計(jì)算機(jī)中能夠安裝各種品牌的聲卡、CDROM和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣。用戶能夠在WINDOWS平臺(tái)和其他操作系統(tǒng)的支持下，利用開放的運(yùn)動(dòng)操縱內(nèi)核，開發(fā)所需的操縱功能，構(gòu)成各種類型的高性能運(yùn)動(dòng)操縱系統(tǒng)，從而提供給用戶更多的選擇和靈活性。基于Soft型開放式運(yùn)動(dòng)操縱器開發(fā)的典型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的OpenCNC、德國(guó)PA（PowerAutomation）公司的PA8000NT。美國(guó)SoftSERVO公司的基于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)操縱器和固高科技（深圳）有限公司的GO系列運(yùn)動(dòng)操縱器產(chǎn)品等。Soft型開放式運(yùn)動(dòng)操縱的特點(diǎn)是開發(fā)、制造成本相對(duì)較低，能夠給予系統(tǒng)集成商和開發(fā)商更加個(gè)性化的開發(fā)平臺(tái)。⑶嵌入式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)操縱器，這種運(yùn)動(dòng)操縱器是把計(jì)算機(jī)嵌入到運(yùn)動(dòng)操縱器中的一種產(chǎn)品，它能夠獨(dú)立運(yùn)行。運(yùn)動(dòng)操縱器與計(jì)算機(jī)之間的通信依舊是靠計(jì)算機(jī)總線，實(shí)質(zhì)上是基于總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)操縱器的一種變種。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)總線的計(jì)算機(jī)模塊，這種產(chǎn)品采納了更加可靠的總線連接方式（采納針式連接器），更加適合工業(yè)應(yīng)用。在使用中，采納如工業(yè)以太網(wǎng)、RS485、SERCOS、PROFIBUS等現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通信接口聯(lián)接上級(jí)計(jì)算機(jī)或操縱面板。嵌入式的運(yùn)動(dòng)操縱器也可配置軟盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器，甚至能夠通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。例如美國(guó)ADEPT公司的SmartController，固高科技公司的GU嵌入式運(yùn)動(dòng)操縱平臺(tái)系列產(chǎn)品等。我們?cè)谘芯看藬?shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)操縱系統(tǒng)時(shí)選用的是固高GE系列運(yùn)動(dòng)操縱器，數(shù)控銑床銑切操縱系統(tǒng)是基于GE-X00-ESG型號(hào)嵌入式運(yùn)動(dòng)操縱器和標(biāo)準(zhǔn)CNC系統(tǒng)平臺(tái)的開放式系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)操縱器應(yīng)用高速DSP芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能、高速度和高精度。而CNC能夠?qū)崿F(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)和高速的點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)同時(shí)提供對(duì)標(biāo)準(zhǔn)NC程序代碼的編譯，并最終形成運(yùn)動(dòng)操縱器的操縱指令。其核心由DSP和FPGA組成，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的操縱計(jì)算。它適用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、木工機(jī)械、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電子加工設(shè)備、激光加工設(shè)備以及PCB鉆銑設(shè)備等。GE運(yùn)動(dòng)操縱器以IBM-PC及其兼容機(jī)為主機(jī)，提供標(biāo)準(zhǔn)的ISA總線和PCI總線兩個(gè)系列的產(chǎn)品。作為選件，在任何一款產(chǎn)品上能夠提供RS232串行通訊和PC104通訊接口，方便用戶配置系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)操縱器提供C語言函數(shù)庫(kù)和Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操縱功能。將這些操縱函數(shù)與自己操縱系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)處理、界面顯示、用戶接口等應(yīng)用程序模塊集成在一起，建筑符合特定應(yīng)用要求的操縱系統(tǒng)，以適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求。使用該運(yùn)動(dòng)操縱器，要求使用者具有C語言或Windows下使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的編程經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)動(dòng)操縱器的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示圖1運(yùn)動(dòng)操縱器結(jié)構(gòu)框圖GE運(yùn)動(dòng)操縱器的實(shí)物如下：3.2.2GE系列運(yùn)動(dòng)操縱器型號(hào)及含義3.2.3GE系列運(yùn)動(dòng)操縱器功能列表GE系列運(yùn)動(dòng)操縱器提供DOS下的C語言函數(shù)庫(kù)和Windows下的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。用戶只要調(diào)用函數(shù)庫(kù)中的指令，就能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)操縱器的各種功能。下面我們就講一下GE系列運(yùn)動(dòng)操縱器指令系統(tǒng)的指令返回值及其意義3.2.4指令返回值運(yùn)動(dòng)操縱器按照主機(jī)發(fā)送的指令工作。運(yùn)動(dòng)操縱器指令封裝在C語言函數(shù)庫(kù)（DOS環(huán)境）和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（Windows環(huán)境）中。用戶在編寫應(yīng)用程序時(shí)，通過調(diào)用運(yùn)動(dòng)操縱器指令來操縱運(yùn)動(dòng)操縱器。運(yùn)動(dòng)操縱器在接收到主機(jī)發(fā)送的指令時(shí)，將執(zhí)行結(jié)果反饋到主機(jī)，指示當(dāng)前指令是否正確執(zhí)行。指令返回值的定義如表所示GE-X00-PX運(yùn)動(dòng)操縱器指令返回值定義GE-X00-SX運(yùn)動(dòng)操縱器指令返回值定義研究講明：假如指令返回值為-1，而且重復(fù)調(diào)用該指令仍返回-1，講明運(yùn)動(dòng)操縱器的通訊出現(xiàn)故障，運(yùn)動(dòng)操縱器沒有正確地接收主機(jī)的指令；或是運(yùn)動(dòng)操縱器工作不正常，不能正確處理主機(jī)指令?，F(xiàn)在請(qǐng)按照如下步驟進(jìn)行檢查：1．在Windows系統(tǒng)下使用運(yùn)動(dòng)操縱器時(shí)，請(qǐng)檢查驅(qū)動(dòng)程序是否正確安裝；2．檢查運(yùn)動(dòng)操縱器、接插件和連接線是否插牢；3．檢查運(yùn)動(dòng)操縱器的基地址跳線是否正確，請(qǐng)確認(rèn)運(yùn)動(dòng)操縱器的基地址跳線與應(yīng)用程序中所指定的基地址相一致（針對(duì)ISA/PC104總線的運(yùn)動(dòng)操縱器）；4．檢查PC機(jī)的插槽是否能夠正常工作，并嘗試更換插槽或PC機(jī)；5．檢查JP4跳線是否正確，JP4跳線默認(rèn)為1-2腳短接。3.2.5指令錯(cuò)誤寄存器當(dāng)運(yùn)動(dòng)操縱器指令的返回值為1時(shí)，講明指令執(zhí)行錯(cuò)誤，現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)調(diào)用指令GT_GetCmdSts進(jìn)一步確認(rèn)具體出錯(cuò)緣故。指令錯(cuò)誤寄存器的具體定義如表2-3，當(dāng)某個(gè)狀態(tài)位為1時(shí)，指示了相應(yīng)的錯(cuò)誤緣故。表2-3GE-X00-PX運(yùn)動(dòng)操縱器指令錯(cuò)誤寄存器定義表2-4GE-X00-SX運(yùn)動(dòng)操縱器指令錯(cuò)誤寄存器定義下面這段程序以標(biāo)準(zhǔn)C語言為例，簡(jiǎn)單講明了利用指令返回值進(jìn)行錯(cuò)誤處理的方法。當(dāng)指令返回值異常時(shí)，發(fā)出蜂鳴聲并顯示錯(cuò)誤信息。在實(shí)際應(yīng)用系中，應(yīng)當(dāng)依照具體情況采取相應(yīng)的處理方法。例：利用指令返回值進(jìn)行錯(cuò)誤處理voiderror(shortrtn){switch(rtn){case-1:printf("\a\nCommunicationError!");break;case0:break;case1:printf("\a\nCommandError!");break;case2:printf("\a\nRadiusorchordis0!");break;case3:printf("\a\nLengthis0oroverflow!");break;case4:printf("\a\nVelocityoraccelerationislessthen0!");break;case5:printf("\a\nChordisgreaterthandiameter!");break;case7:printf("\a\nParametererror!");break;default:printf("\a\nErrorCode=%d",rtn);break;}}voidmain(){shortrtn;rtn=GT_Open();error(rtn);//打開運(yùn)動(dòng)操縱器rtn=GT_Reset();error(rtn);//復(fù)位運(yùn)動(dòng)操縱器rtn=GT_ClrSts(1);error(rtn);//清除1軸狀態(tài)寄存器…//其它指令rtn=GT_Close();error(rtn);//關(guān)閉運(yùn)動(dòng)操縱器}3.3伺服電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路交流伺服電機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：無電刷磨損，無火花產(chǎn)生，故壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期不須維修，工作安全可靠。輸出轉(zhuǎn)矩高，包括高速下的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩能在專門寬的范圍內(nèi)保持較大的轉(zhuǎn)矩。交流伺服電機(jī)慣量小,轉(zhuǎn)速高；3.3.1電機(jī)操縱系統(tǒng)的差不多組成1．運(yùn)動(dòng)操縱器；2．具有ISA/PCI/PC104接口的主機(jī)；3.步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)；4.驅(qū)動(dòng)器；5.驅(qū)動(dòng)器電源；6.+12V/+24V直流電源（用于接口板電源）；7.原點(diǎn)開關(guān)、正/負(fù)限位開關(guān)（依照系統(tǒng)需要可選）其中伺服電機(jī)既能夠選擇交流伺服電機(jī)也能夠選擇直流伺服電機(jī)。由于此系統(tǒng)使用的是GE-X00-XG運(yùn)動(dòng)操縱器，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選為位置操縱方式，且操縱器和驅(qū)動(dòng)器脈沖模式設(shè)置一致。下面看一下采納GE運(yùn)動(dòng)操縱器組成的操縱系統(tǒng)典型連接見圖1-1：圖1-1采納GE運(yùn)動(dòng)操縱器組成的操縱系統(tǒng)框圖講明：1.系統(tǒng)軟件提供NC、CNC程序代碼自動(dòng)執(zhí)行，連續(xù)運(yùn)動(dòng)及點(diǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種手動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式，加工圖像的預(yù)覽，能夠?qū)崟r(shí)顯示當(dāng)前坐標(biāo)、進(jìn)給速度等等系統(tǒng)狀態(tài)。2.采納該類硬件平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）抗干擾能力強(qiáng)，在惡劣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的設(shè)備運(yùn)行可靠。2）整體連接線少，安裝使用方便。3）設(shè)備占用空間小。3.操縱系統(tǒng)軟件要緊功能：1）操縱系統(tǒng)軟件具有加工模式和演示模式兩種模式。2)操縱系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)沿原軌跡前進(jìn)和后退功能。3)操縱系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)任意指定預(yù)切點(diǎn)開始加工。4)操縱系統(tǒng)軟件可通過對(duì)加工圖形的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償處理來彌補(bǔ)的偏差對(duì)加工的影響。5)操縱系統(tǒng)軟件可在自動(dòng)加工暫停后，設(shè)置加工中斷點(diǎn)，滿足自動(dòng)加工靈活轉(zhuǎn)換的需要。3.3.2GE運(yùn)動(dòng)操縱器的外形結(jié)構(gòu)GE-X00-SX運(yùn)動(dòng)操縱器ISA系列GE-X00-SX運(yùn)動(dòng)操縱器的外形結(jié)構(gòu)如圖2-1所示圖2-1ISA系列GE-X00-SX運(yùn)動(dòng)操縱器連接器與跳線器位置示意圖PCI系列GE-X00-SX運(yùn)動(dòng)操縱器的外形結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：圖2-2PCI系列GE-X00-SX運(yùn)動(dòng)操縱器連接器與跳線器位置示意圖GE-X00-SX（其中X00=200、300或400）運(yùn)動(dòng)操縱器的端子板外形結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示：圖2-3GE-X00-SX端子板接口示意圖表2-1GE-X00-SX端子板接口定義GE-X00-PX運(yùn)動(dòng)操縱器ISA系列GE-X00-PX運(yùn)動(dòng)操縱器的外形結(jié)構(gòu)如圖2-4所示圖2-4ISA系列GE-X00-PX運(yùn)動(dòng)操縱器連接器與跳線器位置示意圖注：GE-200-PX、GE-300-PX、GE-400-PX運(yùn)動(dòng)操縱器端子板外形結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示。GE-800-PX運(yùn)動(dòng)操縱器端子板外形結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示：圖2-5GE-800-PX端子板示意圖GE-800-PX運(yùn)動(dòng)操縱器端子板上接口定義如表2-2所示表2-2GE-800-PX端子板接口定義表2-3為GE系列運(yùn)動(dòng)操縱器上各連接器和跳線器的功能講明。表2-3連接器及跳線器功能列表研究思路：“PC+運(yùn)動(dòng)操縱器可充分利用計(jì)算機(jī)資源,用于運(yùn)動(dòng)過程、機(jī)械軌跡都比較復(fù)雜,而且柔性比較強(qiáng)，其核心由DSP和FPGA組成，PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的治理和操縱系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作(例如系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、操縱指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等);運(yùn)動(dòng)操縱器完成運(yùn)動(dòng)操縱的所有細(xì)節(jié)(包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、模擬輸出、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等)當(dāng)運(yùn)動(dòng)卡接收到PC機(jī)的指令后,向交流伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出同步操縱信號(hào),經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī),使電機(jī)按照相應(yīng)的頻率和角位移運(yùn)行。第四章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面的研究4.1數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面概述數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要工具。本文從人機(jī)界面設(shè)計(jì)的概念及研究方向入手，充分考慮人的因素，對(duì)數(shù)控機(jī)床人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了初步探討。數(shù)控機(jī)床是一種高科技的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置構(gòu)成的可編程的通用加工設(shè)備，它被廣泛應(yīng)用在加工制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。與通用機(jī)床和專用機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床最適宜加工結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求高的零件，以及產(chǎn)品更新頻繁、生產(chǎn)周期要求短的多品種小批量零件的生產(chǎn)。當(dāng)代的數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度化、智能化、多功能化、高可靠性的方向進(jìn)展。數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面設(shè)計(jì)直接阻礙其工作效率和操作舒適性。因?yàn)榱己玫娜藱C(jī)界面操作簡(jiǎn)單、有效，且具有引導(dǎo)功能，使用戶感受愉快、增強(qiáng)興趣，從而提高使用效率。人機(jī)界面（Human-MachineInterface）是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，即用戶與機(jī)器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入與輸出。應(yīng)結(jié)合心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、計(jì)算機(jī)語言學(xué)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、智能人機(jī)界面、社會(huì)學(xué)與人類學(xué)等多學(xué)科知識(shí)對(duì)人機(jī)界面設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。其進(jìn)展趨勢(shì)也向著更加人性化、高科技化的方向進(jìn)展。有學(xué)者認(rèn)為，人機(jī)界面設(shè)計(jì)可理解為廣義的人機(jī)界面設(shè)計(jì)和狹義的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。狹義的人機(jī)界面是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的人機(jī)界面，又稱人機(jī)接口、用戶界面，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)與心理學(xué)、圖形藝術(shù)、認(rèn)知科學(xué)和人機(jī)工程學(xué)的交叉研究領(lǐng)域，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞和交換信息的媒介，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向用戶提供的綜合操作環(huán)境。從廣義的人機(jī)界面角度來講，它要緊是研究人與機(jī)關(guān)系的合理性。人機(jī)界面中的“人”是指作為工作主體的人，包括操作人員、決策人員等。人的生理特征、心理特征以及人的適應(yīng)能力差不多上重要的研究方向。人機(jī)界面中的“機(jī)”是指人所操縱的一切對(duì)象的總稱，包括人操作和使用的一切產(chǎn)品和工程系統(tǒng)。設(shè)計(jì)滿足人的要求、符合人的特點(diǎn)的“機(jī)”，是人機(jī)界面設(shè)計(jì)探討的重要問題。數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面可分為軟件人機(jī)界面和硬件人機(jī)界面。4.1.1數(shù)控機(jī)床軟件界面設(shè)計(jì)原則1.軟件在數(shù)控機(jī)床中的作用特不重要，其用戶界面直接阻礙著數(shù)控機(jī)床的工作效率和效果。數(shù)控機(jī)床軟件界面的設(shè)計(jì)原則可歸納如下：(1)一致性原則軟件人機(jī)界面的一致性原則要緊是指在不同的系統(tǒng)之間及應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部具有相似的界面外觀、布局、人機(jī)交互方式及信息顯示格式等。一致性原則有助于用戶學(xué)習(xí)機(jī)床的操作，并減少使用時(shí)的出錯(cuò)率。(2)提供信息反饋信息反饋是指機(jī)床對(duì)用戶的操作所作的反應(yīng)，它能夠表明用戶的操作是否為機(jī)床所同意、是否正確，以及操作的效果如何樣。反饋方式能夠是文本、圖形和聲音等。(3)保持界面空間布局的合理性界面空間的布局應(yīng)簡(jiǎn)潔明了。設(shè)計(jì)師應(yīng)依照對(duì)現(xiàn)實(shí)操作物的理解設(shè)計(jì)出能給用戶帶來方便的界面。例如數(shù)控鉆床CNC5000V200操縱系統(tǒng)軟件的圖形界面中，有三個(gè)功能獨(dú)立的過程（PROCESS）：OPERATE，PROGRAM，CONTROL。每個(gè)過程分不服務(wù)于系統(tǒng)的操作者，程序員和監(jiān)控者（SUPERVISOR）。每一個(gè)過程都有自己的菜單行，在菜單行下的菜單是下拉菜單，具有自己的子菜單。子菜單能夠被選擇，以進(jìn)行下一步的操作。(4)合理利用顏色和圖形界面上使用顏色能夠更好地進(jìn)行提示操作，還能緩解操作者的視覺疲勞。所用顏色一般不超過3～5種。例如在數(shù)控鉆床CNC5000V200操縱系統(tǒng)軟件的圖形界面中，高光表示被激活的過程（PROCESS），被激活的過程具有自己的色彩，并顯示為屏幕的前景，OPERATE對(duì)應(yīng)綠色，PROGRAM對(duì)應(yīng)深藍(lán)色，CONTROL對(duì)應(yīng)淺藍(lán)色。圖形具有直觀、形象、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，在界面中使用圖形可增強(qiáng)操作的可理解性及易學(xué)易用性。(5)選擇適合的字型和大小一個(gè)界面中，最好不要有太多的字型，更不宜選用字型太復(fù)雜或軟弱無力的字體，越簡(jiǎn)潔清晰則辨識(shí)性越佳。例如，字符高寬比可取2∶1或1∶1，以便清晰識(shí)不。2.數(shù)控機(jī)床硬件界面設(shè)計(jì)原則由于數(shù)控機(jī)床應(yīng)用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)床的執(zhí)行運(yùn)動(dòng)順序和運(yùn)動(dòng)位移的直接操縱，傳統(tǒng)機(jī)床的變速箱結(jié)構(gòu)被取消或部分取消了，因而機(jī)械結(jié)構(gòu)也大大簡(jiǎn)化了。數(shù)控機(jī)床的硬件人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則可歸納如下：(1)機(jī)床外觀色彩的設(shè)計(jì)原則。機(jī)床固定安置，工作氣氛平靜，因此色彩不宜過于刺激與興奮，也不宜過于沉悶，應(yīng)使操作者在工作時(shí)心情愉快。一般以純度低而明度高的顏色為宜，不宜大面積采納有刺激和興奮作用的色彩，但應(yīng)有適當(dāng)?shù)膶?duì)比效果，一般采納裝飾色帶、面板色及警惕色與主體形成對(duì)比。關(guān)于大型機(jī)床設(shè)備，不宜采納太淺的顏色，如略帶中性灰的顏色可產(chǎn)生牢固有力及穩(wěn)重的視覺感，同時(shí)可采納多色配置，幸免整體色調(diào)較暗，達(dá)到既穩(wěn)重又生動(dòng)和諧的效果。有些機(jī)床形態(tài)，豎向長(zhǎng)且有高聳、不穩(wěn)定之感，為達(dá)到視覺上的穩(wěn)定性，可用線條或色帶對(duì)床身進(jìn)行橫向分割，利用分割錯(cuò)覺調(diào)整視覺上的尺寸比例感受，從而增加穩(wěn)定感。(2)機(jī)床外觀尺度與比例的設(shè)計(jì)原則機(jī)床要緊部件之間，以及它們與整個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)之間的尺度與比例，對(duì)機(jī)床造型設(shè)計(jì)來講是至關(guān)重要的。例如，在確定機(jī)床的差不多尺寸時(shí)，運(yùn)用了“黃金分割”的原則，機(jī)床的高度與長(zhǎng)度之比為0.1618，使機(jī)床的輪廓更緊湊、機(jī)床各部件的尺寸關(guān)系更協(xié)調(diào)，增加了機(jī)床造型的美感。機(jī)床是以水平線作為整體布局的基準(zhǔn)，各個(gè)部件之間均以水平線分割。水平線忌不整齊、無規(guī)則、無層次，要有嚴(yán)格的層次，要統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，為機(jī)床增加周密感、規(guī)則感和穩(wěn)定感。機(jī)床的垂直劃分線不多，在其襯托下使機(jī)床的水平劃分更加突出。垂直劃分線應(yīng)簡(jiǎn)明、規(guī)則、大方。此外，機(jī)床表面忌凹凸部位過多，以防積存油污灰塵，不易清理。(3)機(jī)床工作臺(tái)面和操縱面板的布置原則主工作臺(tái)面的高度應(yīng)依照操作要求，按立姿，坐姿，坐/立姿的操作要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。工作臺(tái)面上，像手輪和搖把類的手動(dòng)操縱器的設(shè)計(jì)，應(yīng)依照功能和使用方式的不同，進(jìn)行大小、形狀、類不及位置的設(shè)計(jì)。操縱面板上的操縱按鈕和顯示儀表，應(yīng)按功能區(qū)進(jìn)行劃分，同時(shí)滿足顯示-操縱相合性的要求，其位置高度和布置排列應(yīng)符合人機(jī)關(guān)系，使人方便操縱和觀看。例如，顯示儀表應(yīng)盡量放置在人的水平視線向下0～30°的水平視野和人的垂直視野左右各15°的范圍內(nèi)。操縱面板上按鈕的顏色依照用途進(jìn)行分類，例如，紅色表示危險(xiǎn)、停止、禁止等，可用于車床的自動(dòng)報(bào)警按鈕、停止按鈕等。綠色表示安全、正常、運(yùn)行等，如機(jī)床的啟動(dòng)按鈕就采納綠色。工作臺(tái)面上，位于操縱器上或側(cè)旁，用文字或符號(hào)標(biāo)明其功能的標(biāo)號(hào)編碼，宜用白色和黑色。4.1.2數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)交互界面分類在數(shù)控系統(tǒng)中，人機(jī)交互界面要緊用于進(jìn)行人機(jī)交互處理。即在用戶的配合下，利用各種交互設(shè)備完成CNC系統(tǒng)的連接、各種工作模式的選擇、調(diào)試運(yùn)行治理和維修。用戶按需選擇CNC系統(tǒng)的工作模式，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)和命令的輸入;CNC系統(tǒng)則適時(shí)針對(duì)用戶的操作進(jìn)行信息的反饋，向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提供操作和學(xué)習(xí)關(guān)心，當(dāng)出現(xiàn)操作錯(cuò)誤和系統(tǒng)故障時(shí)，產(chǎn)生錯(cuò)誤和警告信息。CNC裝置為用戶提供的界面可分為程序操縱界面、數(shù)據(jù)輸入界面和交互輸出三類。(1)程序操縱界面程序操縱界面的作用是接收用戶命令，完成對(duì)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行的操縱。如數(shù)控系統(tǒng)工作模式的切換操縱等。它有命令語言、菜單、窗口和直接操縱等形式。采納命令語言形式時(shí)，用戶在系統(tǒng)提示符下通過鍵入命令來操縱和操縱CNC系統(tǒng)的運(yùn)行。使用命令語言形式比較靈活，占用屏幕少，但命令語言難以學(xué)習(xí)和經(jīng)歷，易出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤，因此數(shù)控系統(tǒng)中專門少采納這種形式。采納菜單形式時(shí)，CNC系統(tǒng)在顯示器的屏幕上提供一組可選的項(xiàng)目，使用者能夠通過各種輸入設(shè)備進(jìn)行選擇。如:操縱面板上的光標(biāo)移動(dòng)鍵或字母、數(shù)字鍵等來選取其中某一項(xiàng)。窗口形式的界面能同時(shí)顯示多進(jìn)程多任務(wù)的運(yùn)行情況，它在一個(gè)顯示屏幕上提供多個(gè)供用戶觀看或交互的視域，各個(gè)視域可完成或顯示不同的內(nèi)容，仿佛多個(gè)屏幕正在顯示。(2)數(shù)據(jù)輸入界面數(shù)據(jù)輸入界面要緊用于向數(shù)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)輸入，它應(yīng)為用戶提供數(shù)據(jù)輸入格式，提供缺省值，提供容錯(cuò)和修改功能，并向用戶回送輸入結(jié)果。數(shù)據(jù)輸入方式能夠是問答式輸入、填表輸入、菜單選擇輸入和直接操作輸入等。問答式輸入方式單調(diào)且速度太慢，在數(shù)控系統(tǒng)中多采納填表式數(shù)據(jù)輸入界面一數(shù)控系統(tǒng)在顯示器上給出一張有明確數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱和范圍的表格，用戶可將一組數(shù)據(jù)，通過鍵盤較直觀的填入表格。菜單輸入和直接輸入都要求系統(tǒng)為用戶提供能夠選擇的數(shù)據(jù)和對(duì)象，其輸入簡(jiǎn)單、方便，但輸入數(shù)據(jù)被限制在預(yù)訂范圍內(nèi)、編程實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。數(shù)控系統(tǒng)中的刀具參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和數(shù)控加工程序編輯等界面都屬于數(shù)據(jù)輸入界面。(3)交互輸出界面交互輸出界面的作用是組織數(shù)控系統(tǒng)的輸出，向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行的信息。在數(shù)控系統(tǒng)中，交互輸出信息要緊包括:a.響應(yīng)信息:對(duì)用戶提供的操作請(qǐng)求、命令等信息作出響應(yīng)；b.提示信息:提示用戶系統(tǒng)現(xiàn)在正在做什么，以及下一步將做什么，如:當(dāng)前以及下一數(shù)控加工程序段的顯示；c.運(yùn)行信息:以文字、圖形和聲音等方式提供給用戶的系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果信息，如:加工情況的大字符顯示和圖形顯示；d.出錯(cuò)信息:當(dāng)用戶操作或系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)向用戶提供的出錯(cuò)或警告信息；e.關(guān)心信息:數(shù)控系統(tǒng)向用戶提供的操作使用方法等信息。數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)盡量把所有交互過程的信息都顯示出來，在顯示內(nèi)容和形式上盡量做到美觀、生動(dòng)和較高的可視性。4.1.3數(shù)控系統(tǒng)常用的顯示界面及其比較在CNC系統(tǒng)中，目前比較常見的顯示界面有:(1)LED數(shù)碼管顯示方式，包括七段數(shù)碼管與米字管；(2)CRT顯示方式；(3)LCD液晶顯示方式，包括字符點(diǎn)陣液晶模塊與圖形點(diǎn)陣液晶模塊。第一種方式由于成本低廉，顯示亮度高等特點(diǎn)，因而在早期的CNC數(shù)控系統(tǒng)中得到普遍使用。然而，數(shù)碼管顯示信息少，不能顯示復(fù)雜的圖文尤其是中文；另外，不易實(shí)現(xiàn)帶光標(biāo)顯示。因此，專門難實(shí)現(xiàn)全屏幕編輯模式系統(tǒng)的顯示接口，交互能力專門差。第二種方式具有顯示容量大，視角寬廣的優(yōu)點(diǎn);同時(shí)，它又有體積較大的缺點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)嵌入式操縱比較困難。第三種方式的特點(diǎn)是，顯示信息容量大，特不是圖形點(diǎn)陣液晶模塊，能顯示各種信息:與微處理器接口簡(jiǎn)單，本身又自帶操縱器，能夠大大減輕數(shù)控系統(tǒng)中微處理器CPU的負(fù)擔(dān);平板顯示，外觀豪華;加之，近年來，液晶模塊價(jià)格普遍較低，又推出了許多寬視角系列，克服了LCD的缺點(diǎn)。因此，這種顯示界面，特不適合作全屏幕編輯顯示系統(tǒng)的硬件接口。目前現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采納LCD液晶顯示器作為圖形顯示界面，再配合面板鍵盤就構(gòu)成了操作人員與設(shè)備進(jìn)行對(duì)話的界面了。顯示器用于顯示提示信息、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)或報(bào)警信息等。面板鍵盤由若干按鍵組成，其中的一組或幾組功能鍵上有標(biāo)明其作用的標(biāo)志或字符，操作功能鍵，CNC就執(zhí)行相應(yīng)的功能。其余為一定數(shù)量的文字、數(shù)字、光標(biāo)和編輯等按鍵，用于選擇功能選項(xiàng)與參數(shù)，送入或修改CNC系統(tǒng)參數(shù)和數(shù)控加工程序等。4.1.4人機(jī)界面設(shè)計(jì)的過程

人機(jī)界面的設(shè)計(jì)過程可分為以下幾個(gè)步驟：

1.創(chuàng)建系統(tǒng)功能的外部模型設(shè)計(jì)模型要緊是考慮軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)和過程性描述，界面設(shè)計(jì)一般只作為附屬品，只有對(duì)用戶的情況(包括年齡、性不、心理情況、文化程度、個(gè)性、種族背景等)有所了解，才能設(shè)計(jì)出有效的用戶界面；依照終端用戶對(duì)以后系統(tǒng)的假想(簡(jiǎn)稱系統(tǒng)假想)設(shè)計(jì)用戶模型，最終使之與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后得到的系統(tǒng)映象(系統(tǒng)的外部特征)相吻合，用戶才能對(duì)系統(tǒng)感到中意并能有效的使用它；建立用戶模型時(shí)要充分考慮系統(tǒng)假想給出的信息，系統(tǒng)映象必須準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的語法和語義信息?？傊挥辛私庥脩?、了解任務(wù)才能設(shè)計(jì)出好的人機(jī)界面。

2.確定為完成此系統(tǒng)功能人和計(jì)算機(jī)應(yīng)分不完成的任務(wù)

任務(wù)分析有兩種途徑。一種是從實(shí)際動(dòng)身，通過對(duì)原有處于手工或半手工狀態(tài)下的應(yīng)用系統(tǒng)的剖析，將其映射為在人機(jī)界面上執(zhí)行的一組類似的任務(wù)；另一種是通過研究系統(tǒng)的需求規(guī)格講明，導(dǎo)出一組與用戶模型和系統(tǒng)假想相協(xié)調(diào)的用戶任務(wù)。

逐步求精和面向?qū)ο蠓治龅燃夹g(shù)同樣適用于任務(wù)分析。逐步求精技術(shù)可把任務(wù)不斷劃分為子任務(wù)，直至對(duì)每個(gè)任務(wù)的要求都十分清晰；而采納面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)可識(shí)不出與應(yīng)用有關(guān)的所有客觀的對(duì)象以及與對(duì)象關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。

3.考慮界面設(shè)計(jì)中的典型問題

設(shè)計(jì)任何一個(gè)機(jī)界面，一般必須考慮系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)刻、用戶求助機(jī)制、錯(cuò)誤信息處理和命令方式四個(gè)方面。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)刻過長(zhǎng)是交互式系統(tǒng)中用戶抱怨最多的問題，除了響應(yīng)時(shí)刻的絕對(duì)長(zhǎng)短外，用戶對(duì)不同命令在響應(yīng)時(shí)刻上的差不亦專門在意，若過于懸殊用戶將難以同意；用戶求助機(jī)制宜采納集成式，幸免疊加式系統(tǒng)導(dǎo)致用戶求助某項(xiàng)指南而不得不掃瞄大量無關(guān)信息；錯(cuò)誤和警告信息必須選用用戶明了、含義準(zhǔn)確的術(shù)語描述，同時(shí)還應(yīng)盡可能提供一些有關(guān)錯(cuò)誤恢復(fù)的建議。此外，顯示出錯(cuò)信息時(shí)，若再輔以聽覺(鈴聲)、視覺(專用顏色)刺激，則效果更佳；命令方式最好是菜單與鍵盤命令并存，供用戶選用。

4.借助CASE工具構(gòu)造界面原型，并真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型軟件模型一旦確定，即可構(gòu)造一個(gè)軟件原形，現(xiàn)在僅有用戶界面部分，此原形交用戶評(píng)審，依照反饋意見修改后再交給用戶評(píng)審，直至與用戶模型和系統(tǒng)假想一致為止。一般可借助于用戶界面工具箱(Userinterfacetoolkits)或用戶界面開發(fā)系(Userinterfacedevelopmentsystems)提供的現(xiàn)成的模塊或?qū)ο髣?chuàng)建各種界面差不多成分的工作。4.1.5目前數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面的研究現(xiàn)狀目前，世界上高檔數(shù)控系統(tǒng)要緊由日本、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)生產(chǎn)。其中法國(guó)NUM公司是一家專門從事CNC數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)和研究〔6]，是施耐德集團(tuán)的子公司，歐洲第二大數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商。NUM公司的數(shù)控系統(tǒng)以其軟件的開放、靈活、高效和高精度而著稱;尤其以其開放性的人機(jī)界面功能深受寬敞用戶的歡迎，用戶能夠開發(fā)出適合自己產(chǎn)品的專用人機(jī)界面，因而在世界范圍內(nèi)的機(jī)床行業(yè)中其數(shù)控系統(tǒng)的銷售量處于領(lǐng)先地位。NUM數(shù)控系統(tǒng)的MMITOOL軟件確實(shí)是專門用于編寫CNC用戶界面的軟件，它能夠在PC機(jī)的Windows環(huán)境下運(yùn)行，具有豐富的圖形庫(kù)，簡(jiǎn)化了頁(yè)面的制作。它有和VisualBASIC相同的編寫方法，簡(jiǎn)單易學(xué)，并可方便地定制機(jī)床CNC的上下聯(lián)系和縱橫聯(lián)系的個(gè)性化應(yīng)用界面。用戶使用MMITOOL軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面包括兩個(gè)方面:圖形界面層設(shè)計(jì)和關(guān)系層設(shè)計(jì)。圖形界面層設(shè)計(jì)要緊用于為用戶提供可視化的圖形界面，包括主界面設(shè)計(jì)、工作方式選擇界面、手動(dòng)操作界面、參數(shù)界面設(shè)計(jì)和報(bào)警信息界面等。圖形界面設(shè)計(jì)時(shí)期所設(shè)計(jì)的僅僅只是一個(gè)圖面而己，它要發(fā)揮作用必須與NC和PLC聯(lián)系起來。MMITOOL軟件提供了詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，編程人員需要將它們之間一一聯(lián)系起來。通過這種功能強(qiáng)大又使用靈活的界面制作軟件，我們就能編出適合自己機(jī)床特點(diǎn)的機(jī)床界面，從而帶來機(jī)床加工效率的提高。4.2人機(jī)界面編輯系統(tǒng)的整體框架研究4.2.1數(shù)控人機(jī)界面的差不多特點(diǎn)可簡(jiǎn)單區(qū)分為四區(qū)(見圖4-2-1中的數(shù)字標(biāo)注)。第一區(qū):是液晶屏幕顯示區(qū)。第二區(qū):是功能模式操作，指令碼按鍵區(qū)。第三區(qū):是專門功能按鍵區(qū)。第四區(qū):是坐標(biāo)位置，程序，編輯圖4-2-1GE系列操縱器外觀4.2.2數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面概述通過人機(jī)界面設(shè)計(jì)使操作者能夠?qū)崟r(shí)操縱機(jī)器和了解機(jī)器的狀態(tài)行為。操作者每輸入一個(gè)命令后，能夠及時(shí)得到機(jī)器的反饋或反應(yīng)信息。液晶屏幕在人機(jī)交互系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著傳遞信息至用戶的任務(wù)，液晶屏幕的顯示內(nèi)容由若干“頁(yè)面”組成，所謂“頁(yè)面”指的是液晶上顯示的一屏，顯示媒體由兩部分組成:靜態(tài)圖形元素和動(dòng)態(tài)圖形元素。靜態(tài)圖形元素包括示意圖、修飾性圖形、講明性的文字及提示信息等，由漢字、字符和圖形組成;動(dòng)態(tài)圖形元素指實(shí)時(shí)刷新的數(shù)值或可由用戶修改的信息，在人機(jī)交互軟件中是用數(shù)值變量來表示的。圖4-2-2是一個(gè)典型的數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)話圖形界面，從圖中能夠看出一個(gè)圖形界面通常由以下幾種圖形元素構(gòu)成:圖4-2-2數(shù)控人機(jī)界面的組成元素4.2.3人機(jī)界面編輯軟件的框架設(shè)計(jì)界面編輯系統(tǒng)軟件要設(shè)計(jì)成組態(tài)軟件的形式。也確實(shí)是編輯軟件要能夠讓用戶在面對(duì)不同的數(shù)控設(shè)備時(shí)，只需要利用繪圖軟件包組態(tài)繪制出該數(shù)控設(shè)備的顯示畫面，并設(shè)定畫面圖元參數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)控設(shè)備的綜合操縱。這種高度可移植性的軟件系統(tǒng)，不僅使軟件操作起來簡(jiǎn)便易行，在線維護(hù)方便，而且可視化的圖形界面使界面編輯軟件具備了良好的人機(jī)交互界面。界面編輯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為文件治理、屏幕圖形編輯、編譯處理、模擬仿真等幾大模塊。總體結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，現(xiàn)分不介紹模塊的功能:(1)文件治理:用于對(duì)屏幕圖形文件、數(shù)據(jù)文件和圖元庫(kù)文件的保存、讀取和刪除等。(2)屏幕圖形編輯:屏幕圖形編輯模塊是一個(gè)供用戶進(jìn)行人機(jī)界面圖形設(shè)計(jì)和顯示的具有實(shí)時(shí)人機(jī)交互功能的通用性核心模塊。功能特性如下:a.依照數(shù)控顯示界面的特點(diǎn)，本模塊提供直線、矩形、圓、圓弧、文字、圖片等差不多圖形元素及變數(shù)顯示、動(dòng)態(tài)文字、動(dòng)態(tài)圖片、表格、功能按鍵5種專門圖形元素。b.本模塊還提供移動(dòng)、刪除、縮放、復(fù)制和層次變換等差不多圖形編輯工具，方便用戶靈活編輯各種圖形。c.屏幕圖形元素是以矢量圖形方式表達(dá)，因此在編輯中可不能有失確實(shí)現(xiàn)象。d.每個(gè)屏幕圖形元素具有自己的屬性，用戶通過修改圖形元素的屬性值來操縱它的功能。圖4-2-3數(shù)控人機(jī)界面編輯系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)(3)編譯處理:，是指將用戶設(shè)計(jì)的屏幕圖形元素的幾何參數(shù)、功能屬性等信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要完成從而顯示工作。(4)模擬仿真:模擬功能分為離線模擬和在線模擬兩種，離線模擬不與數(shù)控設(shè)備聯(lián)系，由電腦簡(jiǎn)單模擬各屏幕顯示效果，而在線模擬將由電腦接管數(shù)控操作界面的部分功能，通過串口通訊與數(shù)控設(shè)備通訊，在線模擬將真實(shí)再現(xiàn)最終界面設(shè)計(jì)效果。4.2.4開發(fā)工具的選擇依照設(shè)計(jì)本程序的需要，本文選用C++Builder5.0來編制系統(tǒng)圖形編輯器，C++Builder5.0是聞名的Borland公司開發(fā)的可視化開發(fā)工具。它基于Microsoft公司的32位操作系統(tǒng)Windows系列，具有高效、最優(yōu)化、可視化應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)能力。C++Builder5.0使用的程序語言是C++語言，C++是一門高效有用的程序設(shè)計(jì)語言，它既可進(jìn)行過程化程序設(shè)計(jì)，也能夠進(jìn)行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)對(duì)高級(jí)抽象的支持，用它開發(fā)出的應(yīng)用程序具有可重用的特點(diǎn)。通過二十多年的進(jìn)展，己逐漸成熟與完善，并廣泛應(yīng)用于科學(xué)與工程等多個(gè)領(lǐng)域。高質(zhì)量的代碼能有效地降低軟件的復(fù)雜度和提高開發(fā)效率。面向?qū)ο蠓椒ǖ睦^承性是一種代碼重用的有效途徑。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)能夠利用一些已被精心設(shè)計(jì)好同時(shí)通過測(cè)試的代碼，這些可重用的代碼被組織和存放在程序設(shè)計(jì)環(huán)境的類庫(kù)中。由于類庫(kù)中的這些類的存在，使以后的程序設(shè)計(jì)過程變得簡(jiǎn)單，程序的復(fù)雜性不斷降低、正確性不斷加強(qiáng)，也越來越易于理解、修改和補(bǔ)充。利用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ軌蚪⒁粋€(gè)定義良好的接口，以關(guān)心系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)和程序的重用。本軟件要緊進(jìn)行的是邏輯推理，用到的要緊是面向?qū)ο蟮臋C(jī)制。4.2.5數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型的選擇，在本課題中要緊考慮了如下方面:首先是要滿足關(guān)于待處理的數(shù)據(jù)元素及其關(guān)系的描述:其次，在能夠完整描述問題空間所有數(shù)據(jù)元素及它們之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，應(yīng)采納盡可能簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以幸免復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)帶來的復(fù)雜操作:同時(shí)，應(yīng)考慮與其它模塊之間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通用性。人機(jī)界面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)具有“一個(gè)對(duì)一個(gè)”的特點(diǎn)，正好符合線性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)?；谝陨峡紤]，本課題中采納了具有線性特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面編輯過程中圖元添加、刪除及修改時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的保存和讀取數(shù)據(jù)的高效性。系統(tǒng)采納了標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)(STL)中的標(biāo)準(zhǔn)序列容器vector。標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)(StandardTemplateLibrary)是一個(gè)C++容器類庫(kù)，算法和迭代器。他提供許多差不多算法，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。STL是一個(gè)通用庫(kù)，它能夠充分定制，因?yàn)閹缀跛械腟TL組件差不多上模板。STL是標(biāo)準(zhǔn)化組件，如此你就不用重新開發(fā)它們了。你能夠僅僅使用這些現(xiàn)成的組件。STL現(xiàn)在是C++的一部分，因此不用額外安裝什么。它被內(nèi)建在編譯器之內(nèi)。我們用到的vector容器是相當(dāng)易于使用，vector是可動(dòng)態(tài)改變大小的順序存儲(chǔ)的線性表，也叫“動(dòng)態(tài)數(shù)組”，因?yàn)椴杉{的是隨機(jī)迭代器，因此得到某一位置的值特不快。STL容器能夠保存對(duì)象，內(nèi)建對(duì)象和類對(duì)象。它們會(huì)安全的保存對(duì)象，并定義我們能夠操作的那個(gè)對(duì)象的接口。因此，在STL容器中的對(duì)象也專門安全。STL算法是標(biāo)準(zhǔn)算法，我們能夠把它們應(yīng)用在那些容器中的對(duì)象上。這些算法都有專門聞名的執(zhí)行特性。它們能夠給對(duì)象排序，刪除它們，給它們記數(shù)、比較，找出專門的對(duì)象，把它們合并到另一個(gè)容器中，以及執(zhí)行其他有用的操作。STL所有的東西，確實(shí)是容器、算法和同意算法工作在容器中的元素上的iterator(迭代器)。算法以合適、標(biāo)準(zhǔn)的方法操作對(duì)象，STLiterator就像是容器中指向?qū)ο蟮闹羔?。在本軟件中采納了vector容器來存儲(chǔ)設(shè)計(jì)過程中涉及到的人機(jī)界面數(shù)據(jù)，要緊對(duì)象容器定義如下:vector<GObject*>m-children;//定義用于存放子圖元對(duì)象指針的容器vector<GPoint>m-vertices;//定義用于存放圖元頂點(diǎn)坐標(biāo)的容器vector<GCanvas*>m-canvas;//定義用于存放各編輯畫面對(duì)象指針的容器通過vector容器模板自帶的push一ack成員函數(shù)將要加入的對(duì)象壓入到相應(yīng)種類容器中，通過如此的操作就把各對(duì)象逐一的放入容器中，再通過其他成員函數(shù)如erase,insert等對(duì)它們進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)各對(duì)象數(shù)據(jù)的集中治理。4.2.6小結(jié)本章概括介紹了數(shù)控人機(jī)界面的差不多特點(diǎn)，分析了軟件的功能和采納的設(shè)計(jì)原則，在此基礎(chǔ)上對(duì)人機(jī)界面編輯系統(tǒng)進(jìn)行了框架設(shè)計(jì)，確定了各個(gè)功能模塊，確定了軟件的開發(fā)平臺(tái)和開發(fā)工具，最后確定了軟件使用的要緊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第五章加工過程虛擬仿真系統(tǒng)的研究5.1虛擬仿真系統(tǒng)1．虛擬仿真系統(tǒng)的緣故隨著數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用,數(shù)控機(jī)床已成為不可缺少的高新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)備。然而,數(shù)控加工中的程序代碼可能會(huì)由于種種緣故而產(chǎn)生錯(cuò)誤,因此要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法是試切法,這種方法費(fèi)時(shí)又費(fèi)勁,降低了生產(chǎn)效率。采納計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)加工過程進(jìn)行虛擬，通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼確實(shí)“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉醉于虛擬環(huán)境的感受，這確實(shí)是虛擬仿真技術(shù)的浸沒感（Immersion）或臨場(chǎng)參與感。虛擬仿真與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型以及傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫不同，它不是一個(gè)靜態(tài)的世界，而是一個(gè)開放、互動(dòng)的環(huán)境，\o"虛擬現(xiàn)實(shí)"虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境能夠通過操縱與監(jiān)視裝置阻礙或被使用者阻礙，這是VR的第二個(gè)特征，即交互性（Interaction）。2.加工仿真系統(tǒng)原理隨著我國(guó)高等職業(yè)教育的飛速進(jìn)展，以及數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，大批數(shù)控機(jī)床操作人員的專業(yè)培訓(xùn)成為迫切而又難以解決的問題。在傳統(tǒng)的操作培訓(xùn)中，數(shù)控機(jī)床編程與操作的有效培訓(xùn)必須在真實(shí)的機(jī)床上進(jìn)行。但是隨著學(xué)生人數(shù)的不斷增加，有限的機(jī)床數(shù)量難以保證每位學(xué)生有足夠的上機(jī)操作時(shí)刻，同時(shí)學(xué)生在真實(shí)機(jī)床上操作還具有一定的危險(xiǎn)和不安全性，培訓(xùn)中的誤操作經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致設(shè)備、刀具等的損壞，甚至引發(fā)人身?yè)p害事故，增加了培訓(xùn)成本。因此，傳統(tǒng)的機(jī)床操作培訓(xùn)方法效率低、教師工作量大、培訓(xùn)費(fèi)用高，需要用更新的方法來取代。（1）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)，英文名為VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR技術(shù)，其特點(diǎn)在于通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是由計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到計(jì)算機(jī)中去生成一個(gè)以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而使得在視覺上產(chǎn)生一種沉醉于那個(gè)環(huán)境的感受，能夠直接觀看、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計(jì)算機(jī)專門好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感受。虛擬現(xiàn)實(shí)是進(jìn)展到一定水平上的計(jì)算機(jī)技術(shù)與思維科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)為人類認(rèn)識(shí)世界開發(fā)了一條新途徑。虛擬現(xiàn)實(shí)的最大特點(diǎn)是：用戶能夠用自然方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互操作，改變了過去人類除了親身經(jīng)歷，就只能間接了解環(huán)境的模式，從而有效的擴(kuò)展了自己的認(rèn)知手段和領(lǐng)域。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)演示媒體，而且依舊一個(gè)設(shè)計(jì)工具，它以視覺形式產(chǎn)生一個(gè)適人化的多維信息空間，為我們創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界提供了有利的支持。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)時(shí)三維空間表現(xiàn)能力、人機(jī)交互式的操作環(huán)境以及給人帶來的身臨其境的感受，它在軍事和航天領(lǐng)域的模擬和訓(xùn)練中起到了舉足輕重的作用。近年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件軟件技術(shù)的進(jìn)展以及人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到它的重要作用，虛擬技術(shù)在各行各業(yè)都得到了不同程度的進(jìn)展，同時(shí)越來越顯示出寬敞的應(yīng)用前景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)上的價(jià)值體現(xiàn)于：用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造，能夠降低成本，幸免新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)；用于產(chǎn)品演示，可借多媒體效果吸引客戶、爭(zhēng)取訂單；用于培訓(xùn)，可用“虛擬設(shè)備”來增加職員的操作熟練程度。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的改變。（2）數(shù)控加工仿真系統(tǒng)隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，出現(xiàn)了能夠模擬實(shí)際機(jī)床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計(jì)算機(jī)仿真加工系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進(jìn)行，而零件切削過程由機(jī)床模型通過三維動(dòng)畫演示。由硬件實(shí)現(xiàn)零件切削過程，這時(shí)除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實(shí)際機(jī)床的真實(shí)情況一樣。即利用計(jì)算機(jī)和其他的專用硬件、軟件去產(chǎn)生一種真實(shí)場(chǎng)景的仿真，操作者能夠通過與仿真場(chǎng)景的交互，來體驗(yàn)一種接近于真實(shí)的場(chǎng)景的感受。因此，采取這種方法能進(jìn)一步提高操作者的實(shí)際操作技能。數(shù)控仿真系統(tǒng)的核心是虛擬數(shù)控機(jī)床，而虛擬數(shù)控機(jī)床又是虛擬制造技術(shù)中的一個(gè)重要的執(zhí)行單元，它能夠在數(shù)控加工過程中為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了可制造性的分析。數(shù)控仿真系統(tǒng)完全模擬真實(shí)零件的加工過程，能夠檢驗(yàn)各種數(shù)控指令是否正確，能提供與真實(shí)機(jī)床完全相同的操作面板，其調(diào)試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能也一應(yīng)俱全。3虛擬數(shù)控機(jī)床平臺(tái)的構(gòu)建虛擬數(shù)控機(jī)床一般是通過以下的構(gòu)建平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)上述功能：（1）NC解釋平臺(tái)。NC解釋平臺(tái)包括NC解釋器和NC驗(yàn)證器。任務(wù)分配數(shù)據(jù)庫(kù)從任務(wù)調(diào)度中同意數(shù)控代碼并將其翻譯為虛擬機(jī)床的部件、刀具等運(yùn)動(dòng)的信息，并將其通過計(jì)算模塊來模擬機(jī)床的響應(yīng)，NC解釋器能夠被自由地配置從而能夠模擬任何一種數(shù)控機(jī)床的CNC操縱器。（2）NC驗(yàn)證器。能夠驗(yàn)證NC代碼的語法是否正確。（3）刀具庫(kù)。刀具庫(kù)應(yīng)包括一臺(tái)數(shù)控機(jī)床所需要的所有刀具，并能自由配置刀具庫(kù)中的刀具號(hào)，從而能模擬任何一種數(shù)控機(jī)床的換刀形式及切削加工的要求。（4）仿真平臺(tái)。仿真平臺(tái)包括刀具軌跡仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三維動(dòng)畫仿真、加工工時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，仿真平臺(tái)是虛擬數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)。操作者能夠在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)和切削過程等的仿真，從中獲得相關(guān)的加工數(shù)據(jù)。如進(jìn)給軸的位移量、換刀狀態(tài)、主軸轉(zhuǎn)速、加速度、進(jìn)給量、加工時(shí)刻等。通過加工過程的仿真，了解所設(shè)計(jì)工件的可加工性，驗(yàn)證NC代碼的正確性以及評(píng)價(jià)和優(yōu)化加工過程，并通過在線修改NC代碼來將其優(yōu)化。（5）計(jì)算平臺(tái)。計(jì)算平臺(tái)用來完成虛擬數(shù)控機(jī)床中各種計(jì)算，如依照NC代碼計(jì)算加工零件新的幾何形狀，依照刀具的材料、運(yùn)行時(shí)刻、零件的材料性質(zhì)和潤(rùn)滑介質(zhì)的性質(zhì)計(jì)算刀具的補(bǔ)償量和熱補(bǔ)償量。這些計(jì)算結(jié)果是虛擬數(shù)控機(jī)床在應(yīng)用于虛擬制造過程中的加工方案評(píng)價(jià)以及可制造性分析所必須的。（6）設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)。虛擬數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)平臺(tái)是一個(gè)面向?qū)ο蟮臄?shù)控軟件庫(kù)及其開發(fā)環(huán)境。通過對(duì)數(shù)控軟件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化研究和其它CAD／CAM軟件的數(shù)據(jù)交換，并對(duì)典型的零件進(jìn)行封裝，設(shè)計(jì)成具有穩(wěn)定、通用接口的可重復(fù)使用的軟件。（7）操作運(yùn)行平臺(tái)和監(jiān)控平臺(tái)。在虛擬環(huán)境中完全實(shí)現(xiàn)真實(shí)機(jī)床的操作，讓使用者完全感受到真實(shí)機(jī)床的運(yùn)行特性。在這些基礎(chǔ)上的監(jiān)控硬件和軟件，用來操縱簡(jiǎn)易機(jī)床．增加虛擬數(shù)控機(jī)床的真實(shí)感．同時(shí)能夠進(jìn)行典型零件的實(shí)驗(yàn)性試切加工，讓使用者有一種身臨其盡的感受。尤其是在數(shù)控教學(xué)和培訓(xùn)過程中，初學(xué)數(shù)控編程者需要大量的編程練習(xí)，并進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。用試切法來檢驗(yàn)數(shù)控加工程序顯然不合理，而且也難于實(shí)現(xiàn)。假如利用仿真技術(shù)，這些問題能夠輕松得到解決，從而幸免