0 前言

　　自從1952 年世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床誕生以來,數(shù)控技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已日趨完善。隨著市場(chǎng)全球化的發(fā)展,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)空前激烈,對(duì)制造商不但要求價(jià)格低,質(zhì)量好,而且要求交貨時(shí)間短,售后服務(wù)好,還需要個(gè)性化的產(chǎn)品。而傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)是一種專用封閉式系統(tǒng),具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,與通用計(jì)算機(jī)不兼容,難進(jìn)行升級(jí)等缺點(diǎn),已經(jīng)越來越不適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的這種需要了。

　　于是美國(guó)在20 世紀(jì)80 年代末提出了開放式數(shù)控系統(tǒng),同時(shí),有許多的相關(guān)研究計(jì)劃,其中影響比較大的有美國(guó)的O2MAC ,歐洲的OSACA 和日本的OSEC 等計(jì)劃。開放式數(shù)控系統(tǒng)一般可以有三種類型的結(jié)構(gòu):在專有系統(tǒng)中簡(jiǎn)單地嵌入PC技術(shù);運(yùn)動(dòng)控制器以PC 插件的形式插入到PC 機(jī)擴(kuò)展槽;完全采用以通用PC 為硬件平臺(tái)的全軟件型數(shù)控系統(tǒng)。

　　由PC 機(jī)處理非實(shí)時(shí)部分,實(shí)時(shí)部分由插入PC 機(jī)擴(kuò)展槽的運(yùn)動(dòng)控制器來完成由于運(yùn)動(dòng)控制卡所采用的數(shù)控技術(shù)已經(jīng)非常成熟和穩(wěn)定,而基于Windows 2000 下的界面開發(fā)又是非常方便。因此這樣架構(gòu)出來的數(shù)控系統(tǒng)既具有友好的操作界面,又具有原有專用CNC系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　本數(shù)控系統(tǒng)就是采用的工控機(jī)+ 運(yùn)動(dòng)卡結(jié)構(gòu),在Windows2000 操作系統(tǒng)下,使用功能強(qiáng)大的Visual C ++ 開發(fā)。選用了研華工控機(jī),運(yùn)動(dòng)控制卡則采用的是基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP 開發(fā)的固高GT- 200SV 卡。

1 主界面的設(shè)計(jì)

　　在Windows 2000 的平臺(tái)下開發(fā)的程序具有友好精美的GUI(用戶界面) 外觀,而Visual C ++ 編程工具又具有友好的可視化界面和強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù),采用此編程工具可以有效的縮短開發(fā)周期。

　　本系統(tǒng)主要利用了單文檔- 多視圖的結(jié)構(gòu)和多線程編程技術(shù)。如圖1 所示。

圖1 主界面圖

　　左上角視圖是代碼編輯區(qū),主要由一個(gè)CListCtrl 列表控件組成的,列表控件用Windows 定義的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LVITEM來支持每條項(xiàng)目信息的顯示。它可以很方便的用來查詢數(shù)據(jù),所以在這里是用來顯示G代碼的。左下角是代碼操作區(qū),包括一系列對(duì)代碼段進(jìn)行操作的命令按鈕,如:添加、插入、刪除、修改代碼。右上角視圖屬于數(shù)據(jù)顯示區(qū),主要將系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)顯示在上面,比如:刀架的位置(X、Y、Z 坐標(biāo)) 、加工時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間,以及加工產(chǎn)品的一些信息。右下視圖是手工操作區(qū),通過該區(qū)的按鈕,可以手動(dòng)控制機(jī)床。主要包括有:機(jī)床開/ 停按鈕,主軸正反轉(zhuǎn)按鈕,主軸點(diǎn)動(dòng)按鈕,主軸速度調(diào)節(jié)旋鈕,以及冷卻液開/停按鈕。

2 與主軸變頻器的通訊軟件的設(shè)計(jì)

　　該數(shù)控車床的主軸采用變頻器控制轉(zhuǎn)速,還有通過連接主軸上的光電編碼盤與運(yùn)動(dòng)控制卡上的輔助編碼器接口來確定主軸位置。

　　主軸變頻器采用了Simens 的MICROMASTER420 系列的變頻器,為了與主軸電機(jī)功率匹配,選用了0. 75kW的變頻器。MI2CROMASTER420 由微處理器控制,并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管( IGBT) 作為功率輸出器件,具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性,是專門用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。

　　變頻器與工控機(jī)的連接采用的是RS485 通訊,采用2 線雙絞傳輸方式,即數(shù)據(jù)D + 和數(shù)據(jù)D - ,這種數(shù)據(jù)差動(dòng)傳輸方式可以有效地消除干擾的影響。對(duì)于串口通訊,在VC ++ 環(huán)境下可以直接利用Active 控件來實(shí)現(xiàn),這樣就比較方便、可靠,但是在使用前安裝控件并在注冊(cè)表中注冊(cè)后才能使用。該控件就是Microsoft Communications Control(MSComm) ,它的幾個(gè)主要屬性設(shè)置如表1所示。

　　通訊報(bào)文的如表2 所示,其中,STX 區(qū)是一個(gè)字節(jié)的ASCI2ISTX(02hex) ,表示一條信息的開始;LGE 指明這一信息中后跟的的字節(jié)數(shù)目。ADR 是變頻器的地址;BCC 是一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)和,用于檢查信息是否有效;中間部分便是有效的數(shù)據(jù)字符,分為兩個(gè)區(qū)域,即PKW 區(qū)(參數(shù)識(shí)別ID - 數(shù)值區(qū)) 和PZD 區(qū)(過程數(shù)據(jù)) 。

　　在程序設(shè)計(jì)上,主框架類CmainFrm 里的OnCreate (LPCRE2ATESTRUCT lpCreateStruct) 函數(shù)中進(jìn)行初始化工控機(jī)串口,大致代碼如下:

　　if (m ctrlComm. GetPortOpen() )　　m ctrlComm. SetPortOpen(FALSE) ;　　m ctrlComm. SetCommPort (1) ; / / 選擇com1　　if ( ! m ctrlComm. GetPortOpen() )　　m ctrlComm. SetPortOpen(TRUE) ;/ / 打開串口else　　AfxMessageBox(cannot open serial port) ;　　m ctrlComm. SetSettings(9600 ,n ,8 ,1) ; / / 波特率9600 ,無校驗(yàn),8 個(gè)數(shù)據(jù)位,/ / 1 個(gè)停止位　　m ctrlComm. SetRThreshold(1) ; / / 參數(shù)1 表示每當(dāng)串口接收緩沖區(qū)中有多于或/ / 等于1 個(gè)字符時(shí)將引發(fā)一個(gè)接收數(shù)據(jù)的OnComm事件　　m ctrlComm. SetInputLen(0) ; / / 設(shè)置當(dāng)前接收區(qū)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0　　m ctrlComm. GetInput () ;/ / 先預(yù)讀緩沖區(qū)以清除殘留數(shù)據(jù)MSComm控件會(huì)產(chǎn)生OnComm事件,所以在OnComm( ) 函數(shù)里對(duì)通訊報(bào)文進(jìn)行處理。

3 與運(yùn)動(dòng)控制卡的通訊模塊的設(shè)計(jì)

　　GT- 200SV 卡的核心是由ADSP2181 數(shù)字信號(hào)處理器和FP2GA組成,可以實(shí)現(xiàn)高性能的控制計(jì)算,并能實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。

　　在控制軟件中,與該卡相關(guān)的類是CcardDeal 類。該類主要包括軸的初始化函數(shù)AxisInitial ( ) 、電機(jī)軸報(bào)警函數(shù)Error ( shortrtn) 、卡的初始化函數(shù)GTInitial () 和軸坐標(biāo)映射函數(shù)MapAxis ( ) 。總之,CcardDeal 類具有了軸、卡的最基本的操作,為下面的刀架的大小溜板軸的控制打下了基礎(chǔ)。

　　有了這些函數(shù)之后,就可以在主框架類CmainFrm 里的On2Create(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct) 函數(shù)中進(jìn)行初始化卡和軸,部分主要代碼如下:

　　int CMainFrame : :OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)　　{　　...　　CCardDeal Card ; / / 定義一個(gè)卡的對(duì)象　　Card. GTInitial () ; / / 卡的初始化　　Card. InputCfg() ; / / 專用輸入信號(hào)參數(shù)設(shè)置　　Card. AxisInitial () ; / / 軸初始化　　double cnt1[5 ] = {2000 ,0 ,0 ,0 ,0} ; / / 坐標(biāo)映射數(shù)組　　double cnt2[5 ] = {0 ,2000 ,0 ,0 ,0} ; / / 坐標(biāo)映射數(shù)組　　Card.MapAxis() ; / / 映射各個(gè)坐標(biāo)軸　　...　　return 0 ;　　}4 結(jié)束語(yǔ)

　　該數(shù)控系統(tǒng)已調(diào)試運(yùn)行了,由于時(shí)間倉(cāng)促,有些軟件功能未能開發(fā)出來。但是這本身就是個(gè)開放式數(shù)控系統(tǒng),所以以后在應(yīng)用過程中,需要什么功能,便可以在原有軟件系統(tǒng)上進(jìn)一步進(jìn)行開發(fā)。比如,一些零件的車削循環(huán)指令,一些特殊的自定義輔助功能等都可以添加。

開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì),它給數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商、機(jī)床制造商以及用戶都帶來了許多好處。而基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性,可以充分利用PC 機(jī)豐富的軟硬件資源和強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì),有利于更加完美地實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的用戶界面、圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真以及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。模塊化的程序設(shè)計(jì)使系統(tǒng)的通用性和可移植性大大增強(qiáng),同時(shí)也有利于系統(tǒng)日后的功能擴(kuò)展。