隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及制造技術(shù)的進(jìn)步, 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)作為制造形狀復(fù)雜、高質(zhì)量、高精度產(chǎn)品所必備的基礎(chǔ)設(shè)備, 已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。

　　目前, 較多采用兼顧先進(jìn)性和成本的開放式數(shù)控系統(tǒng)是NC+PC和NC 嵌入PC兩種類型, 即利用基于DSP 的運(yùn)動(dòng)控制器開發(fā)的基于PC 的開放式數(shù)控系統(tǒng)。它能夠在普及型個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)上, 輕松地使用系統(tǒng)所配置的軟件模塊和硬件運(yùn)動(dòng)控制器(卡), 同時(shí)便于機(jī)床制造商和用戶進(jìn)行軟件開發(fā),還能追加功能和實(shí)現(xiàn)功能的個(gè)性化。采用DSP 進(jìn)行高性能高精度的CNC系統(tǒng)的開發(fā)也是是今后數(shù)控技術(shù)的主流趨勢(shì)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　本系統(tǒng)采用NC+PC系統(tǒng)架構(gòu), 分為上位機(jī)和下位機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　PC 機(jī)完成整個(gè)系統(tǒng)的前端管理任務(wù), 而加工控制所需的實(shí)時(shí)任務(wù), 如插補(bǔ)運(yùn)算、運(yùn)動(dòng)控制和軸伺服控制等, 由DSP控制器完成。機(jī)床邏輯控制, 操作面板的定義等由單片機(jī)根據(jù)邏輯和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容進(jìn)行控制和定義, 由于基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的PC- CNC型結(jié)構(gòu)中含有專用控制器, 所以PC總線中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CPU可以利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源, 專注于人機(jī)界面、輸入輸出、預(yù)處理、發(fā)送指令、故障診斷等功能; 插補(bǔ)、補(bǔ)償處理、速度控制、位置控制則可由下位機(jī)實(shí)現(xiàn), 而無需占用PC 機(jī)的資源。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)用戶界面, 讓用戶完成定義主軸, 功能鍵, 用通用方法進(jìn)行PLC 編程等功能。根據(jù)用戶的輸入數(shù)據(jù), 生成可被下位機(jī)執(zhí)行的數(shù)據(jù)代碼, 上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖2 所示:

圖2 上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)采用Borland 公司的c++Builder6.0 進(jìn)行編寫。c++Builder 是基于c 語言的快速開發(fā)工具, 它同時(shí)具有c++語言的靈活和可視化編程的便利, 功能強(qiáng)大、界面友好、使用方便, 并且提供了豐富的VCL 組件庫, 在界面開發(fā)上可節(jié)省不少時(shí)間。

　　1) 主界面模塊主操作界面包括狀態(tài)顯示部分以及主要功能按鈕。狀態(tài)信息框中主要顯示出各個(gè)數(shù)控軸的當(dāng)前位置和運(yùn)行狀態(tài); 當(dāng)前使用的刀具和夾具編號(hào)、當(dāng)前刀具補(bǔ)償、切削液狀態(tài)、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度及各伺服軸的目標(biāo)位置等信息。主要功能按鈕可以用于打開其他界面和完成系統(tǒng)功能。

　　2) 機(jī)床參數(shù)輸入模塊完成機(jī)床類型選擇、主軸的指定、按鈕和鍵的定義等。數(shù)據(jù)定義格式如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)定義格式

　　3) 軟PLC 模塊完成PLC 程序輸入、編輯和編譯功能, 將輸入的邏輯轉(zhuǎn)換為下位機(jī)可執(zhí)行的代碼。

　　4) 代碼解釋和刀補(bǔ)模塊完成刀具參數(shù)、數(shù)控加工代碼的輸入、解釋和編譯。系統(tǒng)將輸入的零件加工程序存入專門設(shè)置的零件程序緩存中, 編譯時(shí), 再?gòu)拇鎯?chǔ)器中將加工程序一段一段地調(diào)出用于編譯。

　　5) 誤差補(bǔ)償模塊用于誤差的軟補(bǔ)償; 在生產(chǎn)實(shí)踐中, 機(jī)床部件加工誤差和磨損將降低機(jī)床的加工精度, 可根據(jù)測(cè)量的結(jié)果, 在加工代碼中插入補(bǔ)償代碼以提高精度。

　　6) 通訊模塊主要負(fù)責(zé)上位機(jī)和下位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊, 采用串口或USB 口進(jìn)行通訊。

　　以上各個(gè)模塊有相應(yīng)的人機(jī)接口和輸入界面, 更好的實(shí)現(xiàn)了模塊封裝, 便于移植和更新。

　　下位機(jī)中單片機(jī)主要完成通訊、調(diào)度和執(zhí)行功能, 運(yùn)行上位機(jī)傳來的代碼, 根據(jù)軟PLC的邏輯控制主軸, 潤(rùn)滑和冷卻等系統(tǒng), 指揮DSP 控制器進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算, 并驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)完成加工。由于本文采用的系統(tǒng)中, DSP 芯片(MCX314)已具有多軸直線、圓弧插補(bǔ)功能, 軟件設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。

3 系統(tǒng)集成

　　上下位機(jī)設(shè)計(jì)完成后, 進(jìn)行系統(tǒng)集成、聯(lián)結(jié)。經(jīng)調(diào)試運(yùn)行,基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目的, 工作良好。

4 結(jié)語

　　本文介紹了采用基于PC加DSP運(yùn)動(dòng)控制器構(gòu)成開放式數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以將WINDOWS 強(qiáng)大的圖形用戶接口, 多任務(wù)能力以及強(qiáng)大的硬件軟件兼容能力與基于DSP的運(yùn)動(dòng)控制器無與倫比的伺服, 插補(bǔ)和實(shí)時(shí)計(jì)算能力結(jié)合在一起, 為用戶提供高速、高精和低成本的現(xiàn)代控制;同時(shí)系統(tǒng)具有較高的開放性, 從軟件到硬件都在不同程度地實(shí)現(xiàn)了模塊化, 便于系統(tǒng)移植和配置更改, 對(duì)基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)和研究有著重要的意義。