0 前言

　　PC2NC 是當前流行的數控系統開放化途徑,符合國際數控技術發展的最新潮流。也就是在PC 機硬件平臺和操作系統的基礎上,使用自己開發的硬件插卡(運動控制卡) ,來實現數控系統的功能。

　　傳統的數控系統采用專用(專用硬件) 、封閉(軟件的封閉性,不公布核心技術,無統一的通信協議) 的體系結構,整個系統缺乏靈活性、兼容性及可擴展性。隨著用戶需求的多樣化,生產的批量化以及計算機技術的發展,傳統的數控加工系統已經被更具靈活性、柔性的開放式數控系統所取代。因此作為開放式數控系統最終用戶的加工企業,可以在標準的硬件和軟件平臺上,根據自己的需要,隨時選購不同廠商生產的軟硬件功能模塊作為插件,嵌入自己的平臺,重構自己的系統。

　　基于PC 總線開放式體系結構是當今CNC 系統發展的必然趨勢。我們在充分利用IPC 機的開放的開發環境基礎上,通過嵌入式運動控制卡來設計開發了一套圓柱凸輪數控加工系統。實踐證明,以IPC 機為數控系統的硬件是切實可行的,由于IPC機的中斷型硬件結構,加上合適的操作系統,能夠很好地實現實時加工,并且能夠方便地實現良好的人機界面、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行生產,勞動強度大,效率低同時精度也難保證。當前設計與加工圓柱凸輪輪廓,主要是借用CNC 成形技術通過加工中心來實現。盡管加工的精度與效率有了保證,但是加工成本高,數控編程比較困難。

　　為適應當前國內企業數控化程度不高的現狀,降低成產成本,適應市場需要,我們在實際工作過程中通過對原有的普通數控銑床進行改造,盡量降低數控銑床的軸數,采用了三軸變兩軸的加工方法,用增加了數控轉盤的數控銑床來加工圓柱凸輪。

　　1.2 圓柱凸輪加工創成原理

　圓柱凸輪的加工一般需要同時進行三種運動,現以凸輪曲線為余弦加速度曲線(S= h0/2(1-cos(&pi;</ 0 <) ) ) 進行說明:

　　(1) 凸輪隨數控轉盤作回轉運動

　　(2) 銑刀沿X 軸作直線運動

　　(3) 銑刀在XY 坐標平面內作圓弧插補

　　經濟型圓柱凸輪的加工系統采用了三軸變兩軸的處理方法,需同時進行兩種運動:

　　(1) 銑刀沿X 軸作直線運動

　　(2) 將銑刀在XY坐標平面上的圓弧插補運動中的Y向位移疊加在凸輪的理論曲線軌跡上各點的< 向位移上, 即將其附加在凸輪隨數控轉盤的回轉運動中,于是得到圖1 中的修正曲線。

2 系統硬件設計

　　2.1 系統要求

　　本數控系統以IPC 機為硬件開發平臺并作為上位機通過PCI 總線與下位機(運動控制卡) 進行通信。同時銑床的位置信號通過編碼器反饋到運動控制器,構成半閉環控制系統。

　　2.2 系統原理

　　系統的硬件結構框圖,其中IPC 機與運動控制卡進行雙向通信并負責整個系統的管理。它是整個系統的核心,它的性能決定了整個系統的品質。運動控制卡(我們采用了ADLINK公司的PCI - 8132) 負責指令的執行,實現位置和速度控制。PCI28132 開發了上層數控軟件,實現了兩軸的位置、速度、加速度以及直線和圓弧插補等基本的數控功能。

3 系統軟件設計

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

　　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 的可視化進行設計,Visual C ++ 6. 0 是目前功能強大、界面友好且操作方便的一種開發語言。根據實際功能將軟件分成了幾個相對獨立的模塊,模塊之間利用參數傳遞信息。

　　3.2 主要模塊功能簡析

　　(1) 主界面模塊

　　負責整個系統的管理,包括自動加工模塊、手動控制模塊、以及輔助功能模塊的管理,實時顯示位置信息,完成系統初始化任務。

　　程序與用戶的接口采用對話框形式,用Visual C ++ 6. 0 的MFC AppWizard 生成本系統的程序框架,創建一個對話框類Dialog。

　　(2) 顯示模塊

　　實時顯示X 軸, Y軸的運動坐標,數控轉盤C軸的轉度以及各軸的運動狀態。

　　(3) 自動加工模塊

　　自動加工模塊完成圓柱凸輪參數的設置、刀位生成、刀位修改、刀位載入以及自動加工功能。

　　參數設置模塊管理圓柱凸輪的加工參數,負責接收用戶輸入參數并向其他相關模塊發送對應變量信息。在參數對話框頭文件程序中定義如下參數變量:

　　刀位載入模塊:一切準備就緒后,上位機( IPC) 的刀位數據通過ASC Ⅱ或二進制形式送給PCI - 8132。

　　自動加工模塊:通過調用PCI 8132 函數庫中的函數來實現插補功能,產生高頻脈沖序列,脈沖序列的頻率控制電機轉速,脈沖的數量實現位置控制,完成圓柱凸輪的加工。

　　(4) 手動控制模塊

　　手動控制模塊實現X 軸, Y 軸的單步運行正負方向) 以及直線和圓弧插補。

　　(5) 其他功能模塊

　　其他功能模塊實現暫停、重啟、退出以及伺服液開關等。

4 結束語

　　本文是在分析了CNC 發展趨勢和圓柱凸輪的加工基礎上開發的經濟型圓凸輪數控加工系統 。作為PC - NC 開放式數控系統的一種應用,該系統具有良好的人機界面,容易實現軟件二次開發,實踐證明是研究開發經濟型圓柱凸輪數控加工有效的實現途徑。