1 純軟件數(shù)控技術(shù)簡(jiǎn)介

　　傳統(tǒng)的數(shù)控裝置，是用硬件電路搭成的封閉系統(tǒng)(黑箱)。其特點(diǎn)是：①封閉性，其軟硬件資源屬于專(zhuān)有技術(shù)，不對(duì)用戶(hù)開(kāi)放；②非專(zhuān)業(yè)人員維護(hù)較困難；③軟件的人機(jī)界面不及目前流行的圖形用戶(hù)界面方便；④網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集、發(fā)布功能弱。

　　純軟件數(shù)控技術(shù)就是用控制軟件+通用計(jì)算機(jī)+其它易購(gòu)的通用硬件，完成傳統(tǒng)的數(shù)控裝置所有功能以及傳統(tǒng)的數(shù)控裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)的其它功能的一種新技術(shù)。該技術(shù)的典型產(chǎn)品OpenCNC@數(shù)控軟件由美國(guó)制造數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司于1993年用于生產(chǎn)。其特點(diǎn)是：①價(jià)格便宜。②開(kāi)放性，不與任何硬件捆綁，不需要任何運(yùn)動(dòng)控制卡。OpenCNC@在普通的PC機(jī)上即可運(yùn)行，不需要專(zhuān)門(mén)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。其它相關(guān)硬件(編碼器反饋卡、數(shù)模轉(zhuǎn)換卡及I／O卡)也都是市場(chǎng)上隨時(shí)可購(gòu)到·的通用器件。③高可靠性，OpenCNC@已在數(shù)家公司(如福特、波音、克萊斯勒等)的車(chē)間環(huán)境運(yùn)行了十幾年，與硬件數(shù)控裝置相比故障率顯著減少。④友好的人機(jī)界面，Windows@風(fēng)格的圖形用戶(hù)界面大大方便了加工程序的編輯、參數(shù)的設(shè)置及加工狀態(tài)的顯示等。⑤開(kāi)放的API，用戶(hù)可根據(jù)控制對(duì)象的不同，使用VisualBasic@創(chuàng)建特定的應(yīng)用軟件和人機(jī)界面。⑥應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，OpenCNC@可用于各類(lèi)金屬切削機(jī)床、機(jī)器人、半導(dǎo)體制造業(yè)以及印刷電路板制造業(yè)等需要精確定位設(shè)備的行業(yè)。⑦強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。⑧實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與發(fā)布功能。⑨每6個(gè)月版本更新和升級(jí)1次。

2 純軟件數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件部分是分層設(shè)計(jì)的，高優(yōu)先級(jí)別的控制任務(wù)是插補(bǔ)運(yùn)算，與刀具路徑準(zhǔn)備(中間層)及用戶(hù)界面(上層)各層之間相互隔離。重要事件模塊用于直接收集生產(chǎn)、維護(hù)及質(zhì)量數(shù)據(jù)，并且直接進(jìn)入到公司的管理軟件(如MRP)。這些數(shù)據(jù)的獲取和發(fā)布不需要人工干預(yù)或?qū)Ｓ玫挠布?/span>

3 開(kāi)放式軟件數(shù)控系統(tǒng)所應(yīng)具備的基本特征

　　(1)軟件CNC、軟件PLC和軟件HMI(人機(jī)界面)集成在一個(gè)軟件包中；

　　(2)所有的軟件與硬件不捆綁；

　　(3)不需要專(zhuān)用硬件及運(yùn)動(dòng)控制卡；

　　(4)不論兩軸還是十軸，快速插補(bǔ)速率相同；

　　(5)開(kāi)放的API可使用戶(hù)方便地集成第三方軟件；

　　(6)用戶(hù)可用Microsoft Visual Basic創(chuàng)建宏指令；

　　(7)發(fā)布的API可使用戶(hù)定制自己的操作界面；

　　(8)支持所有IEC一61131—3 PLC語(yǔ)言。

4 開(kāi)放式軟件數(shù)控系統(tǒng)OpenCNC的主要技術(shù)性能

　　由于采用了將多軸插補(bǔ)(multi—axis interpolation)和伺服更新(servo update)合而為一的軟件結(jié)構(gòu)，使得OpenCNC能夠在高速切削下獲得好的表面粗糙度。

　　該系統(tǒng)的部分主要技術(shù)指標(biāo)如下：處理速度：1500行／s(或670μm/行)；插補(bǔ)／伺服更新速率：500μm；最高主軸轉(zhuǎn)速：999999 r／min；高速情況下不跳行；十軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)；用戶(hù)可根據(jù)特定需要，定義任意多的M代碼；可容易地與第三方軟件無(wú)縫集成。

5 OpenCNC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

　　本文的工作主要是應(yīng)用OpenCNC作為控制系統(tǒng)，改裝一臺(tái)數(shù)控銑床，其邏輯結(jié)構(gòu)。在搭建實(shí)際系統(tǒng)前，可用OpenCNC SDK進(jìn)行離線(xiàn)仿真。

6 觸摸屏中文操作界面

　　中文操作界面是本系統(tǒng)的核心部分之一，由VB6寫(xiě)成。按鈕設(shè)計(jì)盡量模仿硬件操作面板。操作界面由許多不同窗口組成，可根據(jù)當(dāng)前的操作模式打開(kāi)或關(guān)閉，但主操作面板總是打開(kāi)狀態(tài)，開(kāi)機(jī)后首先出現(xiàn)的就是該界面。由于采用了觸摸屏，操作者可在觸摸屏上觸摸相應(yīng)的按鈕控件，即可完成有關(guān)的操作。

　　6.1 主操作面板

　　主操作面板主要分為以下幾部分：

　　(1)文件操作：選擇并打開(kāi)被加工工件的程序；

　　(2)信息顯示：坐標(biāo)位置；當(dāng)前執(zhí)行的程序行(Nb，Ns)，進(jìn)給速度(F)，主軸速度(s)及所選刀具(T)等信息的顯示。

　　(3)程序自動(dòng)執(zhí)行按鈕：包括運(yùn)行、進(jìn)給保持和重置。

　　(4)單步／連續(xù)執(zhí)行按鈕：指示燈紅時(shí)為單步執(zhí)行，指示燈綠時(shí)為連續(xù)執(zhí)行。

　　(5)冷卻開(kāi)／關(guān)按鈕，指示燈紅時(shí)為冷卻液關(guān)閉，指示燈綠時(shí)為冷卻液開(kāi)啟。

　　(6)操作模式轉(zhuǎn)換：包括返回參考點(diǎn)，手動(dòng)操作，手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入，自動(dòng)運(yùn)行及程序編輯。觸摸按鈕后將會(huì)有新的窗口出現(xiàn)，且該按鈕變亮，操作者可在新的窗口內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的操作。

　　6.2 其它操作面板

　　由于操作界面較多，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文只介紹兩個(gè)操作面板：返回參考點(diǎn)及手動(dòng)操作面板。

　　(1)返回參考點(diǎn)：觸摸主操作面板上的參考點(diǎn)按鈕，參考點(diǎn)窗口彈出。在該窗口內(nèi)分別觸摸任一方向復(fù)選框(X，Y，Z)，選擇后，觸摸“開(kāi)始回零點(diǎn)”，則機(jī)床回到指定方向的零點(diǎn)。或觸摸XYZ復(fù)選框，按下“開(kāi)始回零點(diǎn)”按鈕后，機(jī)床各軸同時(shí)回零。回到零點(diǎn)后，主操作面板上的回零指示燈變紅，同時(shí)機(jī)床坐標(biāo)值變?yōu)榱?。按鈕，手動(dòng)操作窗口彈出。該窗口主要用于完成以下操作：以慢移模式移動(dòng)機(jī)床各軸，以倍增模式移動(dòng)機(jī)床各軸，以手動(dòng)脈沖發(fā)生器模式使主軸轉(zhuǎn)動(dòng)及主軸定向。在慢移模式(Jog)下，觸摸進(jìn)給編輯器的上下按鈕可使進(jìn)給量(mm／min)每次增減100。進(jìn)給量設(shè)定后，按下任一方向按鈕，工作臺(tái)或刀具即可向設(shè)定的方向運(yùn)動(dòng)。在倍增模式下，機(jī)床移動(dòng)的最小倍率是0.001，可用于各軸的微動(dòng)。

7 結(jié)語(yǔ)

　　純軟件數(shù)控技術(shù)OpenCNC是目前全球唯一的全開(kāi)放式純軟件數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是不需要專(zhuān)門(mén)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、控制軟件不與任何硬件捆綁、完全的開(kāi)放結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品中的多項(xiàng)專(zhuān)有技術(shù)已經(jīng)在北美、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)及意大利等國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利，并于1993年在美國(guó)首次應(yīng)用于生產(chǎn)，取得了將近十年在車(chē)間環(huán)境運(yùn)行的成功記錄。目前正在北美和西歐推廣使用，已經(jīng)有數(shù)家企業(yè)安裝了該系統(tǒng)。目前尚未見(jiàn)國(guó)內(nèi)有使用同類(lèi)產(chǎn)品的報(bào)道，筆者在應(yīng)用方面進(jìn)行了初步的嘗試，特別是設(shè)計(jì)了適合于我國(guó)用戶(hù)的全中文界面，給使用帶來(lái)了很大方便。