1 純數(shù)控軟件數(shù)控技術簡介

　　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) 。其特點是: ①封閉性,其軟硬件資源屬于專有技術,不對用戶開放; ②非專業(yè)人員維護較困難; ③軟件的人機界面不及目前流行的圖形用戶界面方便; ④網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)采集、發(fā)布功能弱。

　　純數(shù)控軟件數(shù)控技術就是用控制數(shù)控軟件+ 通用計算機+其它易購的通用硬件,完成傳統(tǒng)的數(shù)控裝置所有功能以及傳統(tǒng)的數(shù)控裝置無法實現(xiàn)的其它功能的一種新技術。該技術的典型產(chǎn)品OpenCNC數(shù)控數(shù)控軟件由美國制造數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司于1993 年用于生產(chǎn)。其特點是: ①價格便宜。②開放性,不與任何硬件捆綁,不需要任何運動控制卡。OpenCNC在普通的PC 機上即可運行,不需要專門的工業(yè)計算機。其它相關硬件(編碼器反饋卡、數(shù)模轉換卡及I/ O 卡) 也都是市場上隨時可購到的通用器件。③高可靠性,OpenCNC已在數(shù)家公司(如福特、波音、克萊斯勒等) 的車間環(huán)境運行了十幾年,與硬件數(shù)控裝置相比故障率顯著減少。④友好的人機界面,Windows風格的圖形用戶界面大大方便了加工程序的編輯、參數(shù)的設置及加工狀態(tài)的顯示等。⑤開放的API ,用戶可根據(jù)控制對象的不同,使用Vi2sual Basic創(chuàng)建特定的應用數(shù)控軟件和人機界面。⑥應用領域廣泛,OpenCNC可用于各類金屬切削機床、機器人、半導體制造業(yè)以及印刷電路板制造業(yè)等需要精確定位設備的行業(yè)。⑦強大的網(wǎng)絡功能。⑧實時數(shù)據(jù)采集與發(fā)布功能。⑨每6 個月版本更新和升級1 次。

2 純數(shù)控軟件數(shù)控系統(tǒng)的結構

　　該系統(tǒng)結構如圖1 所示,數(shù)控軟件部分是分層設計的,高優(yōu)先級別的控制任務是插補運算,與刀具路徑準備(中間層) 及用戶界面(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)、維護及質(zhì)量數(shù)據(jù),并且直接進入到公司的管理數(shù)控軟件(如MRP) 。這些數(shù)據(jù)的獲取和發(fā)布不需要人工干預或專用的硬件。

3 開放式數(shù)控軟件數(shù)控系統(tǒng)所應具備的基本特征

　　(1) 數(shù)控軟件CNC、數(shù)控軟件PLC 和數(shù)控軟件HMI (人機界面)集成在一個數(shù)控軟件包中;

　　(2) 所有的數(shù)控軟件與硬件不捆綁;

　　(3) 不需要專用硬件及運動控制卡;

　　(4) 不論兩軸還是十軸,快速插補速率相同;

　　(5) 開放的API 可使用戶方便地集成第三方數(shù)控軟件;

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

　　(7) 發(fā)布的API 可使用戶定制自己的操作界面;

　　(8) 支持所有IEC - 61131 - 3 PLC 語言。

4 開放式數(shù)控軟件數(shù)控系統(tǒng)OpenCNCò的主要技術性能

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

　　該系統(tǒng)的部分主要技術指標如下: 處理速度:1 500 行/ s ( 或670 μm/ 行) ; 插補/ 伺服更新速率:500μm ;最高主軸轉速:999999 r/ min ;高速情況下不跳行;十軸聯(lián)動插補;用戶可根據(jù)特定需要,定義任意多的M 代碼;可容易地與第三方數(shù)控軟件無縫集成。

5 OpenCNC在數(shù)控機床上的應用

　　本文的工作主要是應用OpenCNC作為控制系統(tǒng),改裝一臺數(shù)控銑床,其邏輯結構如圖2 所示。在搭建實際系統(tǒng)前,可用OpenCNCSDK進行離線仿真。

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寫成。按鈕設計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)當前的操作模式打開或關閉,但主操作面板(圖3) 總是打開狀態(tài),開機后首先出現(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的按鈕控件,即可完成有關的操作。

　　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:選擇并打開被加工工件的程序;

　　(2) 信息顯示:坐標位置;當前執(zhí)行的程序行(Nb ,Ns) ,進給速度( F) ,主軸速度(S) 及所選刀具( T) 等信息的顯示。

　　(3) 程序自動執(zhí)行按鈕:包括運行、進給保持和重置。

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

　　(5) 冷卻開/ 關按鈕,指示燈紅時為冷卻液關閉,指示燈綠時為冷卻液開啟。

　　(6) 操作模式轉換:包括返回參考點,手動操作,手動數(shù)據(jù)輸入,自動運行及程序編輯。觸摸按鈕后將會有新的窗口出現(xiàn),且該按鈕變亮,操作者可在新的窗口內(nèi)進行相應的操作。

　　6.2 其它操作面板

　　由于操作界面較多,為簡單起見,本文只介紹兩個操作面板:返回參考點(圖4) 及手動操作面板(圖5) 。

　　(1)返回參考點:觸摸主操作面板上的參考點按鈕,參考點窗口彈出。在該窗口內(nèi)分別觸摸任一方向復選框( X , Y , Z) ,選擇后,觸摸“開始回零點”,則機床回到指定方向的零點。或觸摸X YZ 復選框,按下“開始回零點”按鈕后,機床各軸同時回零。回到零點后,主操作面板上的回零指示燈變紅,同時機床坐標值變?yōu)榱恪?/span>

　　(2) 手動操作面板:觸摸主操作面板上的手動操作按鈕,手動操作窗口彈出。該窗口主要用于完成以下操作:以慢移模式移動機床各軸,以倍增模式移動機床各軸,以手動脈沖發(fā)生器模式使主軸轉動及主軸定向。在慢移模式(Jog) 下,觸摸進給編輯器的上下按鈕可使進給量(mm/ min) 每次增減100 。進給量設定后,按下任一方向按鈕,工作臺或刀具即可向設定的方向運動。在倍增模式下,機床移動的最小倍率是0.001 ,可用于各軸的微動。

7 結語

　　純數(shù)控軟件數(shù)控技術OpenCNC是目前全球唯一的全開放式純數(shù)控軟件數(shù)控系統(tǒng),其主要特點是不需要專門的工業(yè)計算機、控制數(shù)控軟件不與任何硬件捆綁、完全的開放結構。該產(chǎn)品中的多項專有技術已經(jīng)在北美、德國、法國、英國及意大利等國申請了專利,并于1993 年在美國首次應用于生產(chǎn),取得了將近十年在車間環(huán)境運行的成功記錄。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)。目前尚未見國內(nèi)有使用同類產(chǎn)品的報道,筆者在應用方面進行了初步的嘗試,特別是設計了適合于我國用戶的全中文界面,給使用帶來了很大方便。