“本文提出的機(jī)床數(shù)控軟件化的結(jié)構(gòu)體系是菇，是一項(xiàng)全新概念的數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的全開放份肠，簡化了機(jī)床數(shù)控化的過程和復(fù)雜性枣肚，它將有力地促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的研究贬嚷、開發(fā)、生產(chǎn)和普及丐鸽，特別有利于提高我國機(jī)床的數(shù)控化率汇光。”

　　 前言

　　 受計(jì)算機(jī)和微電子科學(xué)與技術(shù)發(fā)展歷史過程的影響郊男，逐步形成了數(shù)控機(jī)床由金屬切削機(jī)床旱谐、伺服驅(qū)動電動機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)三大模塊構(gòu)成的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。近年來孵堪，為了提高數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)集成性與智能化程度撤防，國外繼NC和CNC之后，提出了新一代數(shù)控NGC和全開放結(jié)構(gòu)OSA棒口，數(shù)控系統(tǒng)趨向于與PC結(jié)構(gòu)體系兼容的多機(jī)互連開放型系統(tǒng)寄月，其結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是PC+NC，另一種為PC-based无牵。這些數(shù)控系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是采用上下級多CPU結(jié)構(gòu)漾肮，上級使用PC，具有一定的開放性茎毁，而下級往往有多個CPU克懊，其類型五花八門，總線各異七蜘，數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)千差萬別谭溉，上下級計(jì)算機(jī)的通信方式多種多樣，都沒有實(shí)現(xiàn)開放化和通用化崔梗。例如，目前國產(chǎn)的高中檔數(shù)控系統(tǒng)中垒在，有的下級使用了多片MCS-51/96系列8/16位單片機(jī)和專用板卡蒜魄；有的下級是SS-Bus上的多主8086/87系統(tǒng)，SS-Bus與上級PC的ISA總線由專用的數(shù)據(jù)通信板橋接愚贩；還有的系統(tǒng)采用了TOKO公司的3700系列專用芯片盯辅。

　　在傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床概念下，數(shù)控系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的工藝功能又要完成數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動控制米搭，因而其上下級CPU軟硬件聯(lián)系緊密趴鹰，下級CPU系統(tǒng)的不開放性會影響到整個數(shù)控系統(tǒng)的開放性、可擴(kuò)展性和升級能力避纤，數(shù)控機(jī)床的工藝性能與數(shù)控系統(tǒng)的硬件交織在一起纠沉。在這種局面下，機(jī)床數(shù)控化對于機(jī)床生產(chǎn)廠家仍是一個較為艱難和復(fù)雜的過程蜂棒，數(shù)控機(jī)床開發(fā)與升級受到來自數(shù)控系統(tǒng)軟硬件的多方面限制岔雾，數(shù)控機(jī)床的柔性和可集成性難以提高底盅，給制造自動化的實(shí)現(xiàn)造成了困難。

　　注意到上述問題黑乞，并結(jié)合近年來PC理論揉贡、技術(shù)與應(yīng)用的飛速發(fā)展，本文提出了一種機(jī)床數(shù)控軟件化結(jié)構(gòu)體系拟祖，即PC＋基于PC的完備數(shù)字機(jī)床的結(jié)構(gòu)體系拣挪。在這一概念下，工藝軟件在一臺Host-PC上運(yùn)行俱诸，所生成的設(shè)備動作信息由串口(或Modem卡)傳送給完備數(shù)字機(jī)床菠劝。完備數(shù)字機(jī)床接受符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的文字地址程序段格式、函數(shù)乙埃、樣條闸英、表格或逐點(diǎn)給出的伺服系統(tǒng)位置參考信號，它相當(dāng)于允許用戶自由的定義插補(bǔ)算法介袜，從而大大增加了兩軸以上的多軸聯(lián)動設(shè)備加工程序編制的靈活性甫何，使數(shù)控機(jī)床復(fù)雜曲線(面)加工的能力、速度和精度都有所提高遇伞。

　　1 機(jī)床數(shù)控軟件化結(jié)構(gòu)體系與分析

　　機(jī)床數(shù)控軟件化結(jié)構(gòu)體系可由圖1表示辙喂。在機(jī)床數(shù)控軟件化結(jié)構(gòu)體系中，一臺完備數(shù)字機(jī)床就是一臺PC標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)設(shè)備鸠珠，類似于一臺X-Y繪圖儀巍耗，而完備則意味著可在PC的控制下實(shí)現(xiàn)機(jī)床所有可能的動作，這樣就可由PC上運(yùn)行的工藝軟件實(shí)現(xiàn)所有可能的加工工藝渐排，從而使得數(shù)控機(jī)床成為PC上運(yùn)行的各種工藝軟件及其控制下的完備數(shù)字機(jī)床馆柬。通過構(gòu)造數(shù)字機(jī)床的設(shè)備驅(qū)動程序，工藝軟件完全獨(dú)立于具體的數(shù)字機(jī)床烤酌，機(jī)床生產(chǎn)廠生產(chǎn)不同類型和型號的數(shù)控機(jī)床時吻霎，硬件都是工業(yè)PC及其系列擴(kuò)展模塊，不同的主要是軟件工作惫康，機(jī)床數(shù)控化將徹底擺脫來自數(shù)控系統(tǒng)軟硬件的限制睹梢。另一方面，不同廠家和型號的同類數(shù)字機(jī)床可以使用同一個工藝軟件赢瘦。

　　由于PC在組網(wǎng)技術(shù)上十分靈活九窿，而且技術(shù)也很成熟，可以支持包括乙太網(wǎng)汇泰、Petri網(wǎng)坦膘，甚至Internet網(wǎng)在內(nèi)的多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，加之PC版本CAD/CAM/CAPP已十分豐富柄立，在CAD/CAM/CAPP集成方面有突出優(yōu)勢，其面向智能制造系統(tǒng)IMS和遠(yuǎn)程制造的性能有很大提高。

　　此外泡嘴，機(jī)床數(shù)控軟件化結(jié)構(gòu)體系有利于提高加工精度和速度。在這一方面擎颖，國外目前在定點(diǎn)DSP的基礎(chǔ)上，又在考慮采用浮點(diǎn)DSP观游，并為其設(shè)計(jì)高性能實(shí)時操作系統(tǒng)搂捧；國內(nèi)則仍以MCS-51/96系列單片機(jī)(SOC)為主，對每一個控制軸單獨(dú)使用一片CPU懂缕，以滿足高采樣頻率的要求允跑。由于SOC的速度，精度以及硬件資源都十分有限搪柑，而DSP的優(yōu)勢也主要集中在快速完成加法和乘法運(yùn)算聋丝，如進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)或構(gòu)成數(shù)字濾波器，因此使用SOC或DSP構(gòu)成數(shù)字控制器在很大程度上限制了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高工碾，并且開放性和通用性差弱睦，開發(fā)工具有限，開發(fā)周期長渊额，開發(fā)成本高况木。鑒于目前Pentium CPU的綜合性能已經(jīng)超過了DSP，本項(xiàng)目提出構(gòu)成與PC完全兼容的驶滚、基于Pentium CPU的32位高性能控制器靡勾。該技術(shù)還可用于具有強(qiáng)烈軸間動力學(xué)禍合的機(jī)床，如虛擬軸機(jī)床以及機(jī)器人的運(yùn)動控制换秧，這時若采用獨(dú)立的單軸控制是不可能獲得好的性能的悦级。可見辫航，機(jī)床數(shù)控軟件化結(jié)構(gòu)體系所提供的某些功能在現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)支持下很難做到或者根本無法做到斑渠。

　　2 完備數(shù)字機(jī)床及其控制器

　　完備數(shù)字機(jī)床控制器硬件是PC及其擴(kuò)展板，在相應(yīng)的軟件支持下钙蕉，完成手動面板控制口纸，指令解釋與機(jī)床狀態(tài)報(bào)告屋包，以及運(yùn)動控制官孝。完備數(shù)字機(jī)床控制器與機(jī)床的機(jī)械部分一起構(gòu)成完備數(shù)字機(jī)床，可用如圖2所示的方框圖表示厌圈。

　　完備數(shù)字機(jī)床手動面板

　　完備數(shù)字機(jī)床手動面板實(shí)現(xiàn)機(jī)床基本I/0開關(guān)量的手動控制门俏，如機(jī)床基本狀態(tài)的顯示，工作臺面位置手動調(diào)整和急湍σ桑∥Ｈ冢現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的手動面板畏铆，往往直接由數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量控制模塊控制，面板與數(shù)控系統(tǒng)之間的信息傳遞是并行的吉殃，接口復(fù)雜辞居，而且無法規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議。為了解決這一問題蛋勺，完備數(shù)字機(jī)床手動面板由MCS51系列單片機(jī)管理瓦灶，采用標(biāo)準(zhǔn)串行通信與數(shù)字機(jī)床控制器交換信息。完備數(shù)字機(jī)床上電后抱完，數(shù)字機(jī)床控制器和單片機(jī)開始系統(tǒng)自檢贼陶，之后便進(jìn)入等待狀態(tài)，單片機(jī)定時檢查輸入狀態(tài)有無變化巧娱，并將變化了的輸入狀態(tài)由串行中斷送入數(shù)字機(jī)床控制器碉怔，由其作出相應(yīng)的反應(yīng)。數(shù)字機(jī)床控制器輸出到手動面板的顯示信息由單片機(jī)的中斷服務(wù)程序進(jìn)行相應(yīng)的處理禁添。手動面板的輸入輸出信息有：

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)撮胧，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)度堤，也不構(gòu)成任何其他建議捅硅。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳沙螺，對此類作品本站僅提供交流平臺桅蕊，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻娇皇、圖片阅牛、文字如涉及作品版權(quán)問題，請第一時間告知呛仁，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容秫痪，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn捅没。