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1液壓機床數字化改造方案

為使普通液壓機床具有可編程特性，首先需對機床進行電氣化改造。基于普通液壓機床工作特點，將所有機床狀態、位置等信息規整為標準開關量信號，采用電磁閥等控制氣動單元、液壓單元執行機床動作。從而，將機床控制問題簡化為對一序列開關量信號的處理問題，包括檢測信號和控制信號。在此基礎上，研發一款可采集和輸出標準開關量信號，處理工藝流程的數字控制電路板（以下統稱數控板），完成機床的數字化改造。數控板并不直接提供生成工藝流程的功能，只是根據預置的工藝流程數據執行相關動作，從而降低其復雜度。但是，固化的工藝流程會使機床失去靈活性，不能體現數字化控制的優勢[2]。因此，數控板中預置的工藝流程數據必須可以簡便的修改，這一功能由圖形化計算機輔助工藝設計系統（以下統稱圖形化CAPP系統）來完成。圖形化CAPP系統將液壓機床的開關量信號序列抽象為規范I/O對象，并增加定時、計數等內置對象，提供一種完全不同于數控機床G代碼編程方式的、基于時間軸的流程圖式的簡易編程界面，從而使液壓機床既具有類似數控機床的適應不同產品、工藝的可編程的特點，又不需要掌握復雜的數控編程技術，一線產業工人可快速上手；設計系統提供CAM接口，圖形化設計結果可直接轉化為數控板可解釋執行的編碼送往數控板用于機床加工控制。圖形化計算機輔助工藝設計系統創造性的實現了一種價格低廉、可圖形化編程、操作簡便的液壓機床升級改造或設計制造的解決方案[3]。

2工藝流程算法模型圖形化

CAPP系統的最基本目標是靈活、簡便，既要使液壓機床具備一個類似數控機床的可編程特性，又要足夠簡單方便，以降低成本和對操作人員的要求，在進行軟件系統設計時必須充分考慮這一需求。在算法設計中，首先將機床實際工序、動作等抽象成不同的邏輯對象，然后再根據具體機床、加工零件的不同創建不同的對象供用戶使用，并形成針對不同機床型號的配置文件[4]。首先，將機床加工過程中的各要素抽象為狀態、轉換條件和元件三種不同的對象類別，其中元件又分為輸入元件、輸出元件和邏輯元件三種類別。系統最基本的組成單元為元件，包括輸入元件、輸出元件和其它邏輯元件。輸入元件為液壓機床檢測信號的映射，輸出元件則為機床控制信號的映射，輸入元件和輸出元件合稱I/O元件，與數控板上的輸入點和輸出點一一對應，即輸入元件讀取對應輸入信號的值，輸出元件則數控控制信號以指令液壓機床工作。其它邏輯單元則包括定時元件、計數元件和中間元件等，中間元件指不直接對應數控板實際輸入輸出，內部的中間變量。所有元件的值只有1和0兩種情況，但同時可以包含其它屬性，如定時元件還具備設定值、當前值等屬性。轉換條件為元件的復合體，可以包含I/O元件、定時和計數元件等。轉換條件的值和元件一樣，只有1和0兩種情況，由元件間進行與、或、非邏輯運算而來。轉換條件用于系統狀態間的切換，例如若當前狀態為快速進刀，碰到行程開關后機床切換為進給加工狀態，則轉換條件為行程開關信號有效（值為1）；若除行程開關外還需其它信號有效，則轉換條件為兩者值的邏輯與。定時和計數元件則用于狀態轉換條件為時間或計數的場合，例如一個狀態維持若干時間后自動切換為下一狀態。狀態對應著機床加工工序，分基本狀態和復合狀態。基本狀態為一序列輸出元件的組合，即通過輸出信號控制機床各電磁閥正確得電和失電，完成一個工序。復合狀態為子狀態、轉換條件的組合，也可理解為符合狀態中又可以包含一個工作流程，即狀態中的子狀態可以象主處理流程中的狀態一樣根據轉換條件進行切換，這樣使系統具有足夠的靈活性。依據狀態、轉換條件、元件之間相互關聯特點，系統算法采用采用遞歸組合模式（COMPOSITE模式）。其中，為統一算法模型，基本元件可以進行邏輯取反操作，基本元件間相互關系可以為空（NOP）、邏輯與、邏輯或三種，而在基本狀態中基本元件間相互關系固定為空（NOP）關系。狀態理論上可以遞歸疊加，但在本例中將其限定為兩級，以提高軟件系統操作簡便性。

3圖形化設計系統實現

3.1對象與數據結構根據工藝流程算法模型，將系統各要素抽象為三大類別對象，每個對象具有“值”及其它不同的屬性。對輸入元件、輸出元件來說，地址對應實際數控板中輸入輸出通道相應地址，對計時、計數和中間元件來說地址為一個唯一編號，以區分不同的元件。設置值與前值的目的為判斷元件值的變化，得到其上升沿和下降沿。對轉換條件、狀態這兩類對象而言，除具備基本元件中的別名、地址（編號）、值、前值、描述等必備屬性外，還具有基本元件或組合的子對象列表，從而形成遞歸組合的形式表達整個工藝流程的構成?；谏鲜龇治觯到y采用雙向鏈表結構來存儲設計數據。首先創建一個抽象基類Node來表達所有對象的共有屬性，如前向指針、后向指針、別名、地址、值、前值、描述以及視圖系統所需的坐標信息等；定義所有抽象接口，如AddNode、DelNode、GetHead、GetTail、GetPrev、GetNext等對象添加刪除及遍歷操作[5]。

3.2軟件流程與實現系統采用基于時間軸的流程圖式界面設計，所有對象采用拖放的形式加以創建。首先，在視圖中建立網格，得到一個易于檢測計算的坐標系統，所有對象根據其坐標的不同分布于不同的網格中。從對象庫中可拖放需要的對象到網格中，并建立相互關聯。

4CAPP/CAM接口設計

在計算機圖形化編輯環境中對液壓機床工藝流程配置完成后，需轉換為特定編碼下載到數控板中實際執行。為使系統具有良好的兼容性和可擴展性，系統定義了一種文本格式中間代碼，即系統在進行CAPP/CAM代碼轉換時經過圖形系統、中間代碼、執行代碼三個環節。首先，系統將圖形數據轉換為文本格式中間代碼。在進行轉換時按照工藝流程走向依次展開，在每個中間文件的頭部有段代碼表達元件名稱和地址間的相互映射，即類似于可編程控制器（PLC）中的I/O分配表（分別用X、Y、T、C和M表示表2中的基本元件）；每個狀態以Section開始，以End結束，碰到復合狀態則以同樣的方式進行遞歸展開；每個轉換條件以Condition開始，以End結束；輸出元件賦值以name:value形式表達，如Output1:1；轉換條件中基本元件之間的關系以串并聯的概念表達。

5結語

液壓機床圖形化CAPP系統提出了一種價格低廉的液壓機床升級改造方案，實用價值高。從提高整體性考慮，還可以進一步精簡優化CAPP系統的操作和數據模型，將其從計算機上移植到嵌入式設備，如人機界面系統中。另外，系統最后生成的執行代碼除本文提出的編碼方法外，也可直接加入單片機代碼編譯系統，即將中間代碼編譯成單片機可直接運行的二進制編碼，從而實現編譯運行而不是解釋運行，以提高系統性能。

作者：田文奇單位：浙江交通職業技術學院