0 前言

　　PC2NC 是當(dāng)前流行的數(shù)控系統(tǒng)開放化途徑,符合國(guó)際數(shù)控技術(shù)發(fā)展的最新潮流。也就是在PC 機(jī)硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,使用自己開發(fā)的硬件插卡(運(yùn)動(dòng)控制卡) ,來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能。

　　傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)采用專用(專用硬件) 、封閉(軟件的封閉性,不公布核心技術(shù),無統(tǒng)一的通信協(xié)議) 的體系結(jié)構(gòu),整個(gè)系統(tǒng)缺乏靈活性、兼容性及可擴(kuò)展性。隨著用戶需求的多樣化,生產(chǎn)的批量化以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的數(shù)控加工系統(tǒng)已經(jīng)被更具靈活性、柔性的開放式數(shù)控系統(tǒng)所取代。因此作為開放式數(shù)控系統(tǒng)最終用戶的加工企業(yè),可以在標(biāo)準(zhǔn)的硬件和軟件平臺(tái)上,根據(jù)自己的需要,隨時(shí)選購(gòu)不同廠商生產(chǎn)的軟硬件功能模塊作為插件,嵌入自己的平臺(tái),重構(gòu)自己的系統(tǒng)。

　　基于PC 總線開放式體系結(jié)構(gòu)是當(dāng)今CNC 系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。我們?cè)诔浞掷肐PC 機(jī)的開放的開發(fā)環(huán)境基礎(chǔ)上,通過嵌入式運(yùn)動(dòng)控制卡來設(shè)計(jì)開發(fā)了一套圓柱凸輪數(shù)控加工系統(tǒng)。實(shí)踐證明,以IPC 機(jī)為數(shù)控系統(tǒng)的硬件是切實(shí)可行的,由于IPC機(jī)的中斷型硬件結(jié)構(gòu),加上合適的操作系統(tǒng),能夠很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)加工,并且能夠方便地實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)界面、各種編輯、文件管理和圖形顯示等。

1 圓柱凸輪的加工

　　1.1 圓柱凸輪的加工方法

　　對(duì)于圓柱凸輪來說,過去多采用展成加工法,靠模仿形加工法等進(jìn)行生產(chǎn),勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率低同時(shí)精度也難保證。當(dāng)前設(shè)計(jì)與加工圓柱凸輪輪廓,主要是借用CNC 成形技術(shù)通過加工中心來實(shí)現(xiàn)。盡管加工的精度與效率有了保證,但是加工成本高,數(shù)控編程比較困難。

　　為適應(yīng)當(dāng)前國(guó)內(nèi)企業(yè)數(shù)控化程度不高的現(xiàn)狀,降低成產(chǎn)成本,適應(yīng)市場(chǎng)需要,我們?cè)趯?shí)際工作過程中通過對(duì)原有的普通數(shù)控銑床進(jìn)行改造,盡量降低數(shù)控銑床的軸數(shù),采用了三軸變兩軸的加工方法,用增加了數(shù)控轉(zhuǎn)盤的數(shù)控銑床來加工圓柱凸輪。

　　1.2 圓柱凸輪加工創(chuàng)成原理

　圓柱凸輪的加工一般需要同時(shí)進(jìn)行三種運(yùn)動(dòng),現(xiàn)以凸輪曲線為余弦加速度曲線(S= h0/2(1-cos(&pi;</ 0 <) ) ) 進(jìn)行說明:

　　(1) 凸輪隨數(shù)控轉(zhuǎn)盤作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

　　(2) 銑刀沿X 軸作直線運(yùn)動(dòng)

　　(3) 銑刀在XY 坐標(biāo)平面內(nèi)作圓弧插補(bǔ)

　　經(jīng)濟(jì)型圓柱凸輪的加工系統(tǒng)采用了三軸變兩軸的處理方法,需同時(shí)進(jìn)行兩種運(yùn)動(dòng):

　　(1) 銑刀沿X 軸作直線運(yùn)動(dòng)

　　(2) 將銑刀在XY坐標(biāo)平面上的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)中的Y向位移疊加在凸輪的理論曲線軌跡上各點(diǎn)的< 向位移上, 即將其附加在凸輪隨數(shù)控轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中,于是得到圖1 中的修正曲線。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)要求

　　本數(shù)控系統(tǒng)以IPC 機(jī)為硬件開發(fā)平臺(tái)并作為上位機(jī)通過PCI 總線與下位機(jī)(運(yùn)動(dòng)控制卡) 進(jìn)行通信。同時(shí)銑床的位置信號(hào)通過編碼器反饋到運(yùn)動(dòng)控制器,構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　2.2 系統(tǒng)原理

　　系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖,其中IPC 機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行雙向通信并負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理。它是整個(gè)系統(tǒng)的核心,它的性能決定了整個(gè)系統(tǒng)的品質(zhì)。運(yùn)動(dòng)控制卡(我們采用了ADLINK公司的PCI - 8132) 負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)位置和速度控制。PCI28132 開發(fā)了上層數(shù)控軟件,實(shí)現(xiàn)了兩軸的位置、速度、加速度以及直線和圓弧插補(bǔ)等基本的數(shù)控功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟件平臺(tái)在一定程度上決定了軟件系統(tǒng)的工作方式和運(yùn)行效率。我們采用Windows (多線程、搶先多任務(wù)的32 位操作系統(tǒng)) 作為軟件開發(fā)平臺(tái),以Visual C ++ 6. 0 作為開發(fā)工具。

　　3.1 程序框圖　　　程序編制采用模塊化編程思想,利用Visual C ++ 6. 0 的可視化進(jìn)行設(shè)計(jì),Visual C ++ 6. 0 是目前功能強(qiáng)大、界面友好且操作方便的一種開發(fā)語言。根據(jù)實(shí)際功能將軟件分成了幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊,模塊之間利用參數(shù)傳遞信息。

　　3.2 主要模塊功能簡(jiǎn)析

　　(1) 主界面模塊

　　負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理,包括自動(dòng)加工模塊、手動(dòng)控制模塊、以及輔助功能模塊的管理,實(shí)時(shí)顯示位置信息,完成系統(tǒng)初始化任務(wù)。

　　程序與用戶的接口采用對(duì)話框形式,用Visual C ++ 6. 0 的MFC AppWizard 生成本系統(tǒng)的程序框架,創(chuàng)建一個(gè)對(duì)話框類Dialog。

　　(2) 顯示模塊

　　實(shí)時(shí)顯示X 軸, Y軸的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo),數(shù)控轉(zhuǎn)盤C軸的轉(zhuǎn)度以及各軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　(3) 自動(dòng)加工模塊

　　自動(dòng)加工模塊完成圓柱凸輪參數(shù)的設(shè)置、刀位生成、刀位修改、刀位載入以及自動(dòng)加工功能。

　　參數(shù)設(shè)置模塊管理圓柱凸輪的加工參數(shù),負(fù)責(zé)接收用戶輸入?yún)?shù)并向其他相關(guān)模塊發(fā)送對(duì)應(yīng)變量信息。在參數(shù)對(duì)話框頭文件程序中定義如下參數(shù)變量:

　　刀位載入模塊:一切準(zhǔn)備就緒后,上位機(jī)( IPC) 的刀位數(shù)據(jù)通過ASC Ⅱ或二進(jìn)制形式送給PCI - 8132。

　　自動(dòng)加工模塊:通過調(diào)用PCI 8132 函數(shù)庫中的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)功能,產(chǎn)生高頻脈沖序列,脈沖序列的頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,脈沖的數(shù)量實(shí)現(xiàn)位置控制,完成圓柱凸輪的加工。

　　(4) 手動(dòng)控制模塊

　　手動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)X 軸, Y 軸的單步運(yùn)行正負(fù)方向) 以及直線和圓弧插補(bǔ)。

　　(5) 其他功能模塊

　　其他功能模塊實(shí)現(xiàn)暫停、重啟、退出以及伺服液開關(guān)等。

4 結(jié)束語

　　本文是在分析了CNC 發(fā)展趨勢(shì)和圓柱凸輪的加工基礎(chǔ)上開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型圓凸輪數(shù)控加工系統(tǒng) 。作為PC - NC 開放式數(shù)控系統(tǒng)的一種應(yīng)用,該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面,容易實(shí)現(xiàn)軟件二次開發(fā),實(shí)踐證明是研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)型圓柱凸輪數(shù)控加工有效的實(shí)現(xiàn)途徑。