隨著科學技術的發展及制造技術的進步, 計算機數控系統作為制造形狀復雜、高質量、高精度產品所必備的基礎設備, 已成為當今先進制造技術的一個重要組成部分。

　　目前, 較多采用兼顧先進性和成本的開放式數控系統是NC+PC和NC 嵌入PC兩種類型, 即利用基于DSP 的運動控制器開發的基于PC 的開放式數控系統。它能夠在普及型個人計算機的操作系統上, 輕松地使用系統所配置的軟件模塊和硬件運動控制器(卡), 同時便于機床制造商和用戶進行軟件開發,還能追加功能和實現功能的個性化。采用DSP 進行高性能高精度的CNC系統的開發也是是今后數控技術的主流趨勢。

1 系統架構

　　本系統采用NC+PC系統架構, 分為上位機和下位機。系統結構框圖如圖1 所示。

圖1 系統結構框圖

　　PC 機完成整個系統的前端管理任務, 而加工控制所需的實時任務, 如插補運算、運動控制和軸伺服控制等, 由DSP控制器完成。機床邏輯控制, 操作面板的定義等由單片機根據邏輯和數據存儲器的內容進行控制和定義, 由于基于PC的開放式數控系統的PC- CNC型結構中含有專用控制器, 所以PC總線中的計算機系統CPU可以利用計算機豐富的軟件資源, 專注于人機界面、輸入輸出、預處理、發送指令、故障診斷等功能; 插補、補償處理、速度控制、位置控制則可由下位機實現, 而無需占用PC 機的資源。

2 系統軟件設計

　　上位機軟件設計的目的是設計用戶界面, 讓用戶完成定義主軸, 功能鍵, 用通用方法進行PLC 編程等功能。根據用戶的輸入數據, 生成可被下位機執行的數據代碼, 上位機軟件結構如圖2 所示:

圖2 上位機軟件結構

　　本系統采用Borland 公司的c++Builder6.0 進行編寫。c++Builder 是基于c 語言的快速開發工具, 它同時具有c++語言的靈活和可視化編程的便利, 功能強大、界面友好、使用方便, 并且提供了豐富的VCL 組件庫, 在界面開發上可節省不少時間。

　　1) 主界面模塊主操作界面包括狀態顯示部分以及主要功能按鈕。狀態信息框中主要顯示出各個數控軸的當前位置和運行狀態; 當前使用的刀具和夾具編號、當前刀具補償、切削液狀態、主軸轉速、進給速度及各伺服軸的目標位置等信息。主要功能按鈕可以用于打開其他界面和完成系統功能。

　　2) 機床參數輸入模塊完成機床類型選擇、主軸的指定、按鈕和鍵的定義等。數據定義格式如表1 所示。

表1 數據定義格式

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

　　4) 代碼解釋和刀補模塊完成刀具參數、數控加工代碼的輸入、解釋和編譯。系統將輸入的零件加工程序存入專門設置的零件程序緩存中, 編譯時, 再從存儲器中將加工程序一段一段地調出用于編譯。

　　5) 誤差補償模塊用于誤差的軟補償; 在生產實踐中, 機床部件加工誤差和磨損將降低機床的加工精度, 可根據測量的結果, 在加工代碼中插入補償代碼以提高精度。

　　6) 通訊模塊主要負責上位機和下位機的實時通訊, 采用串口或USB 口進行通訊。

　　以上各個模塊有相應的人機接口和輸入界面, 更好的實現了模塊封裝, 便于移植和更新。

　　下位機中單片機主要完成通訊、調度和執行功能, 運行上位機傳來的代碼, 根據軟PLC的邏輯控制主軸, 潤滑和冷卻等系統, 指揮DSP 控制器進行插補運算, 并驅動伺服系統完成加工。由于本文采用的系統中, DSP 芯片(MCX314)已具有多軸直線、圓弧插補功能, 軟件設計相對簡單。

3 系統集成

　　上下位機設計完成后, 進行系統集成、聯結。經調試運行,基本達到了設計目的, 工作良好。

4 結語

　　本文介紹了采用基于PC加DSP運動控制器構成開放式數控系統。該系統可以將WINDOWS 強大的圖形用戶接口, 多任務能力以及強大的硬件軟件兼容能力與基于DSP的運動控制器無與倫比的伺服, 插補和實時計算能力結合在一起, 為用戶提供高速、高精和低成本的現代控制;同時系統具有較高的開放性, 從軟件到硬件都在不同程度地實現了模塊化, 便于系統移植和配置更改, 對基于PC的開放式數控系統的進一步開發和研究有著重要的意義。