1 純數控軟件數控技術簡介

　　傳統的數控裝置,是用硬件電路搭成的封閉系統(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網絡與數據采集、發布功能弱。

　　純數控軟件數控技術就是用控制數控軟件+ 通用計算機+其它易購的通用硬件,完成傳統的數控裝置所有功能以及傳統的數控裝置無法實現的其它功能的一種新技術。該技術的典型產品OpenCNC數控數控軟件由美國制造數據系統公司于1993 年用于生產。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,不需要專門的工業計算機。其它相關硬件(編碼器反饋卡、數模轉換卡及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已在數家公司(如福特、波音、克萊斯勒等) 的車間環境運行了十幾年,與硬件數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、參數的設置及加工狀態的顯示等。⑤開放的API ,用戶可根據控制對象的不同,使用Vi2sual Basic創建特定的應用數控軟件和人機界面。⑥應用領域廣泛,OpenCNC可用于各類金屬切削機床、機器人、半導體制造業以及印刷電路板制造業等需要精確定位設備的行業。⑦強大的網絡功能。⑧實時數據采集與發布功能。⑨每6 個月版本更新和升級1 次。

2 純數控軟件數控系統的結構

　　該系統結構如圖1 所示,數控軟件部分是分層設計的,高優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、維護及質量數據,并且直接進入到公司的管理數控軟件(如MRP) 。這些數據的獲取和發布不需要人工干預或專用的硬件。

3 開放式數控軟件數控系統所應具備的基本特征

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

　　(2) 所有的數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控軟件;

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

　　(7) 發布的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 開放式數控軟件數控系統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;十軸聯動插補;用戶可根據特定需要,定義任意多的M 代碼;可容易地與第三方數控軟件無縫集成。

5 OpenCNC在數控機床上的應用

　　本文的工作主要是應用OpenCNC作為控制系統,改裝一臺數控銑床,其邏輯結構如圖2 所示。在搭建實際系統前,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,開機后首先出現的就是該界面。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) 程序自動執行按鈕:包括運行、進給保持和重置。

　　(4) 單步/ 連續執行按鈕:指示燈紅時為單步執行,指示燈綠時為連續執行。

　　(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,手動數據輸入,自動運行及程序編輯。觸摸按鈕后將會有新的窗口出現,且該按鈕變亮,操作者可在新的窗口內進行相應的操作。

　　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?；蛴|摸X YZ 復選框,按下“開始回零點”按鈕后,機床各軸同時回零?；氐搅泓c后,主操作面板上的回零指示燈變紅,同時機床坐標值變為零。

　　(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

　　純數控軟件數控技術OpenCNC是目前全球唯一的全開放式純數控軟件數控系統,其主要特點是不需要專門的工業計算機、控制數控軟件不與任何硬件捆綁、完全的開放結構。該產品中的多項專有技術已經在北美、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,取得了將近十年在車間環境運行的成功記錄。目前正在北美和西歐推廣使用,已經有數家企業安裝了該系統。目前尚未見國內有使用同類產品的報道,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。