专利名称：一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法
技术领域：
本发明涉及数控技术领域，特别涉及一种基于指令序列的数控机床加工状态信 息显示方法。
背景技术：
数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加 工工件进行加工，把从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，数 控加工程序表示了数控机床要完成的全部动作。一个完整的数控加工程序由程序名、程 序内容和程序结束指令三部分组成，程序内容是整个数控加工程序的核心，它由若干个 程序段组成，每个程序段是一个完整的加工工步单元，它由若干个指令字组成。指令字 是指一系列按规定排列的字符，作为一个信息单元存储、传递和操作。指令字是由一个 英文字母与随后的若干位十进制数字组成，这个英文字母称为地址符。如“X250”是 一个指令字，X为地址符，数字“250”为地址中的内容。指令字是数控加工程序中最 小的有效单位。把一个数控加工程序的程序段按照加工顺序进行排列，所构成的一个序 列，称为指令序列。在数控机床的运行过程中，为了让用户能够了解每个时刻数控机床运行的状 况，掌握加工情况，数控系统一般都具有加工状态信息的显示功能，大部分数控系统可 以显示数控加工程序，指令位置、实际位置、剩余进给、主轴转速以及轴的负载电流等 信息，而这些信息的显示往往都是独立进行的，各个信息之间没有互联关系，当加工过 程中出现了异常加工状况，或者需要依据当前加工状态对加工参数进行调整的时候，用 户就必须分别获得相关的几种加工状态信息，再建立这几种信息之间的关系，然后综合 分析，最后才能得出处理结果。这种获取信息和分析的过程都是在数控系统之外，由用 户自己来实现。目前，也有研究者们开发了多种监控诊断系统，这些系统都是作为独立的装置 通过各种类型的线缆与数控系统相连，再建立监测诊断系统与数控系统之间的通讯连 接，获取数控系统在运行过程中的有关信息，并建立信息之间的关系，对加工过程进行 分析预测。在这类监控诊断系统中，信息间可以采用关联曲线图的形式予以显示，但 这些曲线图都是基于时域或是频域来建立的，横轴要么是运行时间，要么是信息发生频 率，如果要寻找某个加工状态下的数控加工程序执行状态，即加工状态与指令序列之间 的关系，则无法获取。例如数控机床加工一个由无数小线段所构成的数控加工程序， 通常小线段构成的数控加工程序是用来加工复杂曲面零件的，计算机辅助编程系统通常 使用若干的小线段来拟合零件的曲面轮廓，生成的小线段往往在1个毫米左右，因此在 加工过程中，用户很难通过眼睛观察出构成零件轮廓曲线的每一个小线段所对应的程序 段，当加工完毕的零件表面出现不符合要求的小缺陷时，就会因为表面缺陷小而无法定 位到引起误差的程序段，不便于做出相应的处理。以上的数控机床加工状态信息获取与显示方法不能建立数控加工程序与加工过程中的各种加工状态的直接关系，给用户对加工状况的分析和诊断带来了困难。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方 法，该方法可以在人机界面上显示基于指令序列的加工状态信息曲线图，具有直观、便 捷的特点。本发明提供的一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法，其特征在 于，该方法包含如下步骤第1步在数控系统运行过程中，获取每个插补周期各种加工状态信息和指令序 列信息，指令序列信息包括当前执行的程序段号，加工状态信息包括各个轴的指令位 置、实际位置、剩余进给、跟踪误差、负载电流以及当前的主轴转速和切削宽度，然后 以执行的程序段号为组索引，每组中包含执行该程序段过程中所获取的所有加工状态信 息，组内又以每个插补周期所获取的加工状态信息为小组，一个插补周期对应一个小 组，每个小组内又以轴号为序对加工状态信息进行排列，由此记录并保存加工状态信息 至加工状态信息存储区；第2步从加工状态信息存储区中取得指令序列信息和需要显示的加工状态信息 值，在人机界面上显示基于指令序列的加工状态信息曲线图，加工状态信息曲线图有时 间均勻和指令均勻两种显示方式，两种显示方式中，横轴都包含两组刻度，时间刻度和 指令刻度，时间刻度的刻度值表示加工过程中的执行时刻，此值取数控系统插补周期的 倍数，指令刻度的刻度值表示执行的程序段序号，在两种显示方式中均能够对任意程序 段进行动态显示。本发明方法从数控系统软件程序的插补模块获取运行过程中的指令序列信息， 并记录每个程序段开始和结束执行的时间，对每个插补周期获取各种加工状态信息，包 括每个轴的指令位置、实际位置、剩余进给、跟踪误差、负载电流以及主轴转速、切削 宽度信息，并以执行的程序段号为分组，顺序记录并保存到加工状态信息存储区。再从 加工状态信息存储区中取得指令序列信息和需要显示的加工状态信息值，在人机界面上 显示基于指令序列的加工状态信息曲线图，此图为二维曲线图，能以时间均勻方式、指 令均勻方式、任意程序段动态显示方式进行显示。具体而言，本发明具有如下有益效 果1、从数控系统的插补模块获取运行过程中的加工状态信息，使得信息数据获取 全面而且实时性高。2、直接建立了数控机床运行过程中指令序列与各种加工状态信息之间的关系， 解决了传统方式下加工状态信息与指令序列信息相互独立而必须通过人工转换来分析二 者之间关系的问题，有利于用户对加工状况的分析和诊断。3、以指令序列为基轴，加工状态信息的多种显示状态(时间均勻显示方式、指 令均勻显示方式、单项或多项加工信息显示、任意程序段动态显示方式)，突破了传统的 基于时域和频域的状态信息显示方式，让用户对指令序列和加工状态信息的同时观测更 简便和清晰。
图1为本发明的实施步骤流程示意图。图2为本发明的加工状态信息存储图。图3为本发明的基于指令序列时间均勻的加工状态信息显示方式。图4为本发明的基于指令序列指令均勻的加工状态信息显示方式。图3中，TOO，T01, T02, T03, T04, T05……为以相同时间间隔记录的时刻 值。图4中，Tl、T2、T3、T4、T5......为对应每个程序段开始执行的时刻值。图3和
图4中纵轴P是加工状态信息指示轴，用来指示某种加工状态的值。横轴G是指令序 列轴，包含两组刻度上方是时间刻度，每个刻度表示一个时刻值；下方是指令序列刻 度，每个刻度表示一个执行的程序段号。图5为本发明的任意程序段动态显示示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。如图1所示，本发明所提供的一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示 方法，包含如下步骤步骤1:在数控系统运行过程中，获取每个插补周期各种加工状态信息和指令 序列信息，并以执行的程序段号为组索引，每组中包含了执行该程序段过程中所获取的 所有加工状态信息，组内又以每个插补周期所获取的加工状态信息为小组，一个插补周 期对应一个小组，每个小组内又以轴号为序对加工状态信息进行排列，由此记录并保存 加工状态信息至存储区。加工状态信息包括各个轴的指令位置、实际位置、剩余进给、跟踪误差、负载 电流以及当前的主轴转速和切削宽度，指令序列信息包括当前执行的程序段号，另外设 置一个计时器，记录每个程序段开始执行的时刻值，并以程序段号作为加工状态信息存 储区的索引，将存储区划分为若干个存储单元，每个存储单元中顺次存放每个插补周期 获取到的各个轴的指令位置、实际位置、剩余进给、跟踪误差、负载电流以及当前的主 轴转速、切削宽度，其中各个轴的信息存放以数控系统的系统参数中所指定的逻辑轴号 为序。如图2所示，数控系统的系统参数中X轴为逻辑轴0，Y轴为逻辑轴1，以TO 为初始运行时刻值，数控加工程序的程序段号为N01、N02、N03......，其对应的开始执
行时刻值为TO、Tl、T2......，每一个程序段对应分配一个存储单元，并以N01、N02、
N03......进行标记，NOl号存储单元顺序存放TO-Tl时间段内每个插补周期所获取的加
工状态信息，N02号存储单元顺序存放T1-T2时间段内每个插补周期所获取的加工状态 信息，N03号存储单元顺序存放T2-T3时间段内每个插补周期所获取的加工状态信息。 ΔΤ1，ΔΤ2......表示第几个插补周期。各轴的指令位置值，act_p为实际位置
值，剩余进给值，foll_p为跟踪误差，curr为负载电流，X表示X轴的加工状态 信息，Y表示Y轴的加工状态信息，spdl为当前的主轴转速，cutwith为切削宽度。步骤2 从加工状态信息存储区中取得指令序列信息和需要显示的加工状态信 息值，在人机界面上显示基于指令序列的加工状态信息曲线图，此图为二维曲线图。需要显示的加工状态信息类别通过显示参数进行设定，对存储单元中所存储的信息进行选 择，可显示单项信息，也可任意组合，默认显示基于指令序列的实际位置图，一张图有 多条曲线时，每条曲线用不同的颜色进行显示。曲线图有时间均勻和指令均勻两种显示 方式。两种方式中，横轴都包含两组刻度，时间刻度和指令刻度。时间刻度的刻度值 表示加工过程中的执行时刻，此值取数控系统插补周期的倍数，指令刻度的刻度值表示 执行的程序段序号。在曲线图上根据标线所在指令序列轴的坐标位置，在指令序列轴下 方显示该位置所对应的程序段内容，任意移动标线位置，标线的移动可由键盘或光标控 制，所显示的程序段内容相应的即时更新。下面分别说明各种不同的显示方式(1)基于指令序列时间均勻的加工状态信息显示方式如图3所示，时间均勻的显示方式中，每个时间刻度的值均为数控系统插补周 期的整数倍，时间刻度之间的间隔距离Δ1通过显示参数进行设定，默认取值为1mm。 每条指令刻度表示在当前时刻有一条程序段开始执行，指令刻度的值标明开始执行的程 序段号。例如，数控系统的插补周期为tc，时间刻度间隔取插补周期的1倍，则时间刻度 值 TOO，T01, T02，T03，T04，T05......取值为 0，tc, 2*tc，3*tc，4*tc，5*tc......，指令
刻度的显示通过从加工状态信息存储单元中取出每个程序段号和它的开始执行的时刻值 Tn,将该时刻值Tn与时间刻度间隔相除得到在G轴上的显示比例k，再用k乘以Δ1，即 得到当前程序段序号在G轴上的刻度位置。对应P轴和G轴上的坐标位置将所需要显示 的加工状态信息以每个值打一个点的形式进行显示，再将前后两点用直线连接起来。(2)基于指令序列指令均勻的加工状态信息显示方式如图4所示的指令均勻的显示方式中，指令刻度之间的间距是相等的，其间距 由显示参数进行设定，默认取值为5mm。指令刻度的值表示指令序号，每条指令刻度对 齐的时间刻度为此程序段开始执行的时刻值。时间刻度的值是沿横轴正方向增长的，在 此显示方式下，时间刻度之间的时间间隔是不相等的。例如，指令刻度间距为As，指令刻度N 01，N 02，N 03，N 04......对应显示时
间刻度Tl，T2，T3，T4......，在显示加工状态信息曲线时，从加工状态信息存储区获取
当前加工程序段内所采集到的加工状态信息值，采用公式((tm-Ta)/(Ta+「Ta))*As+As*n 确定当前加工状态信息值的G轴坐标位置，其中，tm为加工状态信息的此次采集时刻， Ta为与当前程序段号对应的时间刻度值，Ta+1为下一个程序段号对应的时间刻度值，η为 TO到Ta的间隔个数。对应P轴和G轴上的坐标位置将所需要显示的加工状态信息以每 个值打一个点的形式进行显示，再将前后两点用直线连接起来。(3)任意程序段动态显示如图5所示，在基于指令序列的数控机床加工状态信息曲线图上，可根据光标 在图上的位置显示任意程序段的详细信息内容。光标的位置通过获取键盘按键信号或鼠 标的点击信号来确定，取光标所在的位置对应的G轴上某个指令序列号的执行区间，同 时将该指令序列号所对应的程序段信息显示在G轴下面，显示的程序段信息包含两个部 分内容，前部分内容为该程序段开始执行的时刻值，后部分内容为改程序段的段号和指 令字。例如鼠标移动标线，在屏幕上选中横轴上某个指令序列号的执行区间，以该区间的指令序列号为索引，从执行的数控加工程序文件中搜索到该条程序段，并将程序段 内容和指令序列号所对应的时间刻度值显示在横轴下方，以行信息形式显示该指令序列 号所对应的程序段信息内容。 本发明不仅局限于上述具体实施方式
，本领域一般技术人员根据实施例和附图 公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式
实施本发明，因此，凡是采用本发明的设 计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法，其特征在于，该方法包括 包含如下步骤第1步在数控系统运行过程中，获取每个插补周期各种加工状态信息和指令序列信 息，指令序列信息包括当前执行的程序段号，加工状态信息包括各个轴的指令位置、实 际位置、剩余进给、跟踪误差、负载电流以及当前的主轴转速和切削宽度，然后以执行 的程序段号为组索引，每组中包含执行该程序段过程中所获取的所有加工状态信息，组 内又以每个插补周期所获取的加工状态信息为小组，一个插补周期对应一个小组，每个 小组内又以轴号为序对加工状态信息进行排列，由此记录并保存加工状态信息至加工状 态信息存储区；第2步从加工状态信息存储区中取得指令序列信息和需要显示的加工状态信息值， 在人机界面上显示基于指令序列的加工状态信息曲线图，加工状态信息曲线图有时间均 勻和指令均勻两种显示方式，两种显示方式中，横轴都包含两组刻度，时间刻度和指令 刻，时间刻度的刻度值表示加工过程中的执行时刻，此值取数控系统插补周期的倍数， 指令刻度的刻度值表示执行的程序段序号，在两种显示方式中均能够对任意程序段进行 动态显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法，其 特征在于，步骤(2)中，基于指令序列时间均勻的加工状态信息显示时，每个时间刻度 的值均为数控系统插补周期的整数倍，时间刻度之间的间隔距离Δ1通过显示参数进行设 定，每条指令刻度表示在当前时刻有一条程序段开始执行，指令刻度的值标明开始执行 的程序段号。
3.根据权利要求1所述的一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法，其 特征在于，步骤(2)中，基于指令序列指令均勻的加工状态信息显示时，指令刻度之间 的间距是相等的，其间距由显示参数进行设定，指令刻度的值表示指令序号，每条指令 刻度对齐的时间刻度为此程序段开始执行的时刻值，时间刻度的值是沿横轴正方向增长 的，在此显示方式下，时间刻度之间的时间间隔是不相等的。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方 法，其特征在于，步骤(2)中以任意程序段动态显示，在基于指令序列的数控机床加工 状态信息曲线图上，根据光标在图上的位置显示任意程序段的详细信息内容。光标的位 置通过获取键盘按键信号或鼠标的点击信号来确定，取光标所在的位置对应的G轴上某 个指令序列号的执行区间，同时将该指令序列号所对应的程序段信息显示在G轴下面， 显示的程序段信息包含两个部分内容，前部分内容为该程序段开始执行的时刻值，后部 分内容为改程序段的段号和指令字。
全文摘要
本发明公开了一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法，首先获取数控系统每个插补周期各种加工状态信息，并以执行的程序段号为组索引，每组中包含执行该程序段过程中所获取的所有加工状态信息，记录至加工状态信息存储区；再从加工状态信息存储区中取得指令序列信息和需要显示的加工状态信息值，在人机界面上显示基于指令序列的加工状态信息曲线图，加工状态信息曲线图有时间均匀和指令均匀两种显示方式，并能对任意程序段进行动态显示。本发明可以使信息数据获取全面而且实时性高，有利于用户对加工状况的分析和诊断，让用户对指令序列和加工状态信息的同时观测更简便和清晰。
文档编号G05B19/4093GK102023615SQ20101051876
公开日2011年4月20日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者唐小琦, 唐波, 唐玉枝, 宋宝, 尹玲, 江平, 蔡飞, 陈吉红 申请人:华中科技大学, 武汉华中数控股份有限公司