1 純數(shù)控軟件數(shù)控技術(shù)簡(jiǎn)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(diǎn)是: ①封閉性,其軟硬件資源屬于專(zhuān)有技術(shù),不對(duì)用戶(hù)開(kāi)放; ②非專(zhuān)業(yè)人員維護(hù)較困難; ③軟件的人機(jī)界面不及目前流行的圖形用戶(hù)界面方便; ④網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集、發(fā)布功能弱。

　　純數(shù)控軟件數(shù)控技術(shù)就是用控制數(shù)控軟件+ 通用計(jì)算機(jī)+其它易購(gòu)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的其它功能的一種新技術(shù)。該技術(shù)的典型產(chǎn)品OpenCNC數(shù)控?cái)?shù)控軟件由美國(guó)制造數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司于1993 年用于生產(chǎn)。其特點(diǎn)是: ①價(jià)格便宜。②開(kāi)放性,不與任何硬件捆綁,不需要任何運(yùn)動(dòng)控制卡。OpenCNC在普通的PC 機(jī)上即可運(yùn)行,不需要專(zhuān)門(mén)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。其它相關(guān)硬件(編碼器反饋卡、數(shù)模轉(zhuǎn)換卡及I/ O 卡) 也都是市場(chǎng)上隨時(shí)可購(gòu)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(chē)間環(huán)境運(yùn)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(jī)界面,Windows風(fēng)格的圖形用戶(hù)界面大大方便了加工程序的編輯、參數(shù)的設(shè)置及加工狀態(tài)的顯示等。⑤開(kāi)放的API ,用戶(hù)可根據(jù)控制對(duì)象的不同,使用Vi2sual Basic創(chuàng)建特定的應(yīng)用數(shù)控軟件和人機(jī)界面。⑥應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,OpenCNC可用于各類(lèi)金屬切削機(jī)床、機(jī)器人、半導(dǎo)體制造業(yè)以及印刷電路板制造業(yè)等需要精確定位設(shè)備的行業(yè)。⑦強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。⑧實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與發(fā)布功能。⑨每6 個(gè)月版本更新和升級(jí)1 次。

2 純數(shù)控軟件數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示,數(shù)控軟件部分是分層設(shè)計(jì)的,高優(yōu)先級(jí)別的控制任務(wù)是插補(bǔ)運(yùn)算,與刀具路徑準(zhǔn)備(中間層) 及用戶(hù)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(hù)及質(zhì)量數(shù)據(jù),并且直接進(jìn)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(yù)或?qū)Ｓ玫挠布?/span>

3 開(kāi)放式數(shù)控軟件數(shù)控系統(tǒng)所應(yīng)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(jī)界面)集成在一個(gè)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(zhuān)用硬件及運(yùn)動(dòng)控制卡;

　　(4) 不論兩軸還是十軸,快速插補(bǔ)速率相同;

　　(5) 開(kāi)放的API 可使用戶(hù)方便地集成第三方數(shù)控軟件;

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

　　(7) 發(fā)布的API 可使用戶(hù)定制自己的操作界面;

　　(8) 支持所有IEC - 61131 - 3 PLC 語(yǔ)言。

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

　　由于采用了將多軸插補(bǔ)(multi - axis interpolation)和伺服更新( servo update) 合而為一的數(shù)控軟件結(jié)構(gòu),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(shù)指標(biāo)如下: 處理速度:1 500 行/ s ( 或670 μm/ 行) ; 插補(bǔ)/ 伺服更新速率:500μm ;最高主軸轉(zhuǎn)速:999999 r/ min ;高速情況下不跳行;十軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ);用戶(hù)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(wú)縫集成。

5 OpenCNC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

　　本文的工作主要是應(yīng)用OpenCNC作為控制系統(tǒng),改裝一臺(tái)數(shù)控銑床,其邏輯結(jié)構(gòu)如圖2 所示。在搭建實(shí)際系統(tǒng)前,可用OpenCNCSDK進(jìn)行離線(xiàn)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(xiě)成。按鈕設(shè)計(jì)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(dāng)前的操作模式打開(kāi)或關(guān)閉,但主操作面板(圖3) 總是打開(kāi)狀態(tài),開(kāi)機(jī)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(yīng)的按鈕控件,即可完成有關(guān)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(kāi)被加工工件的程序;

　　(2) 信息顯示:坐標(biāo)位置;當(dāng)前執(zhí)行的程序行(Nb ,Ns) ,進(jìn)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(dòng)執(zhí)行按鈕:包括運(yùn)行、進(jìn)給保持和重置。

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

　　(5) 冷卻開(kāi)/ 關(guān)按鈕,指示燈紅時(shí)為冷卻液關(guān)閉,指示燈綠時(shí)為冷卻液開(kāi)啟。

　　(6) 操作模式轉(zhuǎn)換:包括返回參考點(diǎn),手動(dòng)操作,手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入,自動(dòng)運(yùn)行及程序編輯。觸摸按鈕后將會(huì)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(jìn)行相應(yīng)的操作。

　　6.2 其它操作面板

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

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

　　(2) 手動(dòng)操作面板:觸摸主操作面板上的手動(dòng)操作按鈕,手動(dòng)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(dòng)機(jī)床各軸,以倍增模式移動(dòng)機(jī)床各軸,以手動(dòng)脈沖發(fā)生器模式使主軸轉(zhuǎn)動(dòng)及主軸定向。在慢移模式(Jog) 下,觸摸進(jìn)給編輯器的上下按鈕可使進(jìn)給量(mm/ min) 每次增減100 。進(jìn)給量設(shè)定后,按下任一方向按鈕,工作臺(tái)或刀具即可向設(shè)定的方向運(yùn)動(dòng)。在倍增模式下,機(jī)床移動(dòng)的最小倍率是0.001 ,可用于各軸的微動(dòng)。

7 結(jié)語(yǔ)

　　純數(shù)控軟件數(shù)控技術(shù)OpenCNC是目前全球唯一的全開(kāi)放式純數(shù)控軟件數(shù)控系統(tǒng),其主要特點(diǎn)是不需要專(zhuān)門(mén)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、控制數(shù)控軟件不與任何硬件捆綁、完全的開(kāi)放結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品中的多項(xiàng)專(zhuān)有技術(shù)已經(jīng)在北美、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)及意大利等國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利,并于1993 年在美國(guó)首次應(yīng)用于生產(chǎn),取得了將近十年在車(chē)間環(huán)境運(yùn)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(jiàn)國(guó)內(nèi)有使用同類(lèi)產(chǎn)品的報(bào)道,筆者在應(yīng)用方面進(jìn)行了初步的嘗試,特別是設(shè)計(jì)了適合于我國(guó)用戶(hù)的全中文界面,給使用帶來(lái)了很大方便。