多功能数控实验系统的开发

数控新技术发展论文：多功能数控实验系统的开发【摘要】:研究了以固高运动控制器为核心的开放式数控实验系统的实现方法及所涉及的关键技术。该实验系统采用PC+运动控制器的结构模式，以VisualC++6．0为开发工具在Windows操作系统上开发而成，能实现数控编程仿真、操作加工、电气维修等多种功能。【关键词】:开放式数控系统;运动控制器;数控实验系统DevelopingMultifunctionalNCMachiningExperimentalSystemAbstract:ThispaperusesGoogolMotioncontrollerandtherelatedkeytechniquestodevelopNCmachiningexperimentalsystem．“PC+Motioncontroller”isappliedwithVisualC++6．0underWINDOWSoperatingsystemintheexperiment．ThissystemhasmanyfunctionssuchasNCprogrammingsimulation，NCmachiningoperation，NCelectricalmaintenance，etc．Keywords:openCNC;motioncontroller;NCmachiningexperimentalsystem0引言随着现代制造业的高速发展，企业需要大批能编程操作、会调试维修的综合性数控技术人才。由于数控设备价格昂贵，大多数学校经费不足，只配备了数量较少的数控实训设备，且随着数控技术的发展，部分数控系统已经陈旧，但升级却十分因难，加之部分学校采用计算机仿真代替数控实训设备完成操作训练，使得学校培养的数控人才大多理论基础扎实，但动手操作能力不强。因此开发一种成本低、升级扩展容易、能够用于批量培训、可以引入最新数控技术的开放式数控实验系统就显得非常必要。目前，基于PC机的开放式数控系统主要有3种构成模式:1)PC嵌入NC型，该类型系统是将一块PC主板插入到传统的CNC系统内部，只在共享PC软件和硬件资源的层面实现开放;2)NC嵌入PC型，该类型系统是将运动控制器插入PC扩展槽，运动控制器与PC机通过总线方式或双口通信方式进行通信，整个控制系统都以PC机作为硬件平台;3)全软件CNC型，该类型系统是指CNC的全部功能均由软件模块来实现。本实验系统采用第二种模式，选用固高公司的GE－300－SV－PCI多轴运动控制器，以PC机作为信息处理平台，在软件资源丰富、安全机制健全的Windows操作系统上，运用面向对象的VisualC++6．0程序设计语言，开发开放式数控系统，并将该数控系统应用于三轴数控铣床的控制，从而构建多功能数控实验平台。1硬件系统本系统采用“PC+运动控制器”的结构模式，硬件结构如图1所示。PC为上位机，主要完成数控代码处理、动态显示、程序编辑等弱实时性任务;运动控制器为下位机，主要完成插补计算、位置控制、速度处理等强实时性任务。1．1GE系列运动控制器GE－300－SV－PCI运动控制器采用了标准PCI总线，插入PC机的PCI插槽后，安装上驱动程序即可使用。该运动控制器核心由DSP和FPGA组成，可以实现高性能的控制运算。其主要功能如下:1)可控制3个伺服/步进轴，实现三轴联动的连续轨迹插补运动;2)3路16位分辨率模拟电压输出信号或脉冲输出信号，每路可独立控制，互不影响;3)4路编码器输入，包括3路轴编码器、1路辅助编码器，采样频率4MHz;4)光电隔离16路通用数字输入和16路通用数字输出;5)多段预处理功能，能合理协调轨迹运动的速度和精度，实现小线段轨迹的连续加工;6)运动方式有直线插补、圆弧插补、手脉输入跟随，插补速度可稳定工作在256kHz，圆弧插补的径向误差每个脉冲在±0．5之内;办1巴．猫2放伺服湖系统炉伺服烛系统廊由松约下昆MI趁NA鹊S朱A纽系凉列迫MS姓DA律04缝3A驻1衡A屑伺服赠驱蔬动器将和队MS馒MA陵04决2A勒1分G邀小惯劣量锋伺服陷电动带机组代成粒，铺MS挥-M迹A0沸42鲜A1锅G况电动漂机自萌带膝2逐50太0溜P/堪r混增量匹式编五码器跌，可呼方便叼地实滔现运百动信摄息的会反馈虫。由匠于仿G父E晶－谣30况0求－炉S苦V肚运动海控制厘器被寸设定削成模杯拟量贝输出宜形式设，所椒以驱富动器幸控制猾模式运采用无编码漏器速涉度控飘制。掏工作科时术，东P市C糕机将怪控制券命令尖发送奉给运具动控矮制器情，经驼运动尚控制领器处赠理后超输出懂模拟绣电压惊信号从给伺莲服驱薯动器违，伺霉服驱吗动器绕将该洲信号妖处理固放大岂后驱脱动伺不服电谁动机隆运户转，围同时肃伺服织驱动掩器还抖将接金收的笔编码股器反单馈信商号及糟时返舅回给呢运动弯控制命器，仙以便所运动凝控制尚器及帐时纠芒正运拍动中闻产生怕的误句差，徒这样差便构膜成了清一个沙半闭贴环的届交流步伺服失控制怎系帆统。抓1地．碧3瓣电气延控制拨系统管电气蛛控辅制系柔统主孙要实属现辅型助装针置的宇控制蒙，如惑主轴寄、冷线却、捷润滑么、安立全防寄护等狠。为牵了保厅证系翁统工两作可随靠，扑运动和控制臭器的煮控制鲁信号西通过看端子随板输桐入撕、输收出，椒由端膛子板剧实现胜输入匙、输窄出信柱号的虫光电恒隔离全。端插子板登的厌CN电1失2充端口甩用饼于盲x津，弱y唯，搭z例3正个运滥动轴盆限位煎和回刻零信脚号的犬输入勇，晕CN绞1琴3包端口闲用于絮变频太器报赖警、艳气压迟报警趟等信差号的项输入帮，施CN库1偏4洪端口赤实现棕主轴至正反误转、绩冷却诱泵启打停等题控制昆信号馅的输迷出元，拼CN峡8萝端口扶的灿8浮脚咏和智1铜0纺脚输迟出恨0兄～驻10估焰V披的模录拟电脑压给少变频愿器，粥实现技主轴偿的无趁级变毁速。央由于受传统跨数控杂机床陆的主蒙要电女器一刻般放跃在机猴床电隔气柜协中，幅功能与不具烦开放万性，章电气毁调试草和维田修都卵不方需便。侍因此惭在实勾验系吃统设谎计时涛，将绍端子朱板、纱伺服踩驱动图器、税变频孤器、箩继电胀器、跟开关改等电塑气元喊件直讽接安越装在市开放震的展载台上谜，这许样方孙便学驶生开亮展数张控电注气晨设计虾、安狭装、驳调试位、维欠修等罢实际随动手答能力原训练星。茶2杰软件袍系统痒软件少系统丢在拳Wi采nd蛮ow避s其环境青下，达基殖于其Vi鸣su惰al墓C樱++确6锅．末0M框F泳C林和运扣动控暗制器咱提供裤的程Wi馒nd吉ow低s制动态潮链接范库进伞行开缘发，旺主要驴开发赠了参组数设木置、讲程序爪编辑荣、图念形仿涨真、资自动蔬加工危、工键作状往态显缎示等踢功能虾模块苦。由院于株G股E轻－倦30筒0摄－名S侄V堤运动音控制挤器提劈供纷了凡Wi剪nd若ow症s绸的驱突动程誓序和僵面向酿运动脉控制枣器的汁动态烫链接案库，穴用户科无需巨编写傻通讯宝程序际，只骂要通蒸过运印行主部机程秧序，迅调用捞相应汁库函山数即使可由痰运动蠢控制渠器控钻制完游成轨穗迹规愚划、罪安全谦检测痰、速留度控中制等垫处理咳。软司件系求统总亿体层详次如亩图金2此所示学。由垫于篇移幅限酷制，疏只介猎绍软红件度系统钻实现珍中的袄几个嚷关键凯问题镰。估2索．配1勉人机嚼界面采功能四本数售控系滋统的栏人机缴界面播由数辈控系撑统面劳板和交机床才控制毯面板广两部复分组咏成，池其中徒数控稿系统铃面板恋仿式照位FA棋NU伏C礼0呢i樱系统敞设计柱而成隐，这感样便凭于学梢生熟异悉市愚场主山流数创控系财统的趴操作嫁。系菠统人妈机界抓面如姻图桃3不所示晃。阶人机姓界面农是用徒户与倦实验三系统庭交互终的接登口，纪实验翅系统锤的所扁有操紫作和头相关与信息店显示箩都可妄以通延过点督击人市机界析面的岔按钮继来实上现。丰该实尚验系红统有世多种密工作称模式肉，可顾以通喊过机条床面丰板的绘工作驻方式孝选择胁按钮摇和系精统面费板的鲜功能赤键来苏选择昂。其槽中，瓜数控滤系统并面板糖上六密大功轰能爆键雀(P拒O米S斗键孝、嫁PR沉O棍G逮键疫、处OF期F-岁SE忆T/外SE评TT尼IN仰G聚键抓、匆SY毛ST咱E槐M允键来、伶ME秒SS塌AG勉E而键吹和和CU播ST抬OM丝/G摇RA客P金H际键布)切可以栗实现泽不同目功能宋模块虑的调扰用，校并显窑示相营应的孕屏幕大界面第。为翠了实屯现不茂同屏什幕界紧面的鸭显示抚，采帖用单堡一窗奇口分豪页显亦示模扑式，婆即在坐一个掀主窗月口上黑设计亩出多遭个分辣页，仁将选古定的筑功能誉模块悦设计割在相尝应的搬分页恳上，摆并使扑每个始分页珍在主梢窗口柴上都喉有确塞定的转位置悔，这坑样在千切换厉各功悄能模却块时避也实蔬现了毒屏幕掀的不政同显承示。诵为此妄分别终以朱CO病bj颂ec百t慧类为趟基类何创建细了属委性页愈页面寸的数休据结份构也类米CP樱ro扬pe哄rt虏yP柿ag齿es失t绣，救以趟CT登ab贼Ct冬r慎l芽类为绘基类勤创建声了属唇性页荣类罪Cs诵he鼻et质Ta雪bC丝tr埋l乐，并惕在程国序的杂视图港类中贺添洋加索In课it藏Pr河op河er专ty钳Sh迹ee壮t(予UI拆NT兼f迫la大g轻)唐函数咐，实苦现不攀同页捐面的停初始恰化。虑2愈．粪2艰N钓C蚊代码寄处理某N贷C枕代码脚处理芳就是难将数侄控加抚工程崭序转翻换为多运动扬控制蒙器运木动函容数库嘴中函墙数可跟以识类别的她参数眉，同究时对芽数控艇代码项的正扔确性六进行躬校验粘。要伪实现责从算N淹C扫代码盟到运惭动控巧制器男中函性数的酸转换慎，必粉须对变程序渗段中拴的功荣能关坊键字悄进行堆功能毁识别赶，并伸依次抓完成喷程序炊段功抵能关足键字沫的提蹄取、站校验顿等处状理。塘系统穴采用断读取倘一行恭处理号一行推的方态式，蓄读入咽一行死程序淹后，耀从左题到右笔逐个哄字符芽地分怜析，患从而烦识别滥出一柴个个岔关键心字，扁如果抵有非寿法字柔符，甩就输箩出报够警信费息，案没有滤非法晌字符个，则坊提取剥关键碌字，裹并对忍关键档字后咬面的割数字抹进行维校式验，氧若不锡符合枣编程苗规则匙，就讽输出体报警冰信息柏。若孕校验僵结果忧正确挖，则义将提臂出的膜信息码用动拖态胡数逃Gc圣nc艳ar俩ra筋y柔组存母储，滩为此嫁需建业立一斗个念CC丰NC滑Da插t坟a垦类，扎在类肚中定勿义存万储信众息的弓变量后。逃CC见NC严Da藏t滑a走的类家定义恒如声下枪:办cl团as河s缩CC宏NC凤Da床ta{臭pu之bl朱ic峰:洋CC饱NC雀Da令ta立()帝;员vi炮rt荒ua拆l惊～倒CC身NC缎Da四ta仔()枪;响pu铜bl割ic的:盾vo膏id更C吗le删ar裙()猜;泳vo邮id周C菊op间y(展co对ns氧t削CC除NC民Da距t询a哨＆痛);迈un改si奉gn芳ed稍c借ha霉r健n举，驻m尸，眠g;艇in估t敞s;束do抵ub吊le瓜挨x性，裤y瑞，阴z盆f架，驾i炭，皂j温，恩k休，院r;杏bo买ol民x插fl枣a稳g柳，伞yf舞la壁g怒，仗zf扬la幼g启，齿mf绣la治g智，变gf军la辈g抚，既ff纷la梦g笼，估sf里la担g;};之动态冒数组谨的声雕明如行下匠:石ty饱pe别de趋f尺CA遵rr栏a刑y选＜旨CC惠NC副Da华t励a菠，方CC判NC究Da厚t慌a统＆＞宾CC这nc馅Ar板ra红y;胜CC尊nc芬Ar计r垒ay山G封cn举ca虏rr裂ay遗;识2豪．材3膀前瞻龟处理喊功能翁在小况线段鸣连续岸轨迹惧运动犯中，辞为了孤解决父运动费速度村和加毅工精夜度的老矛盾搬，倡G式E像－棕30蜘0奥－嫩S喇V络运动俊控制此器提任供了拆前瞻便预处作理功妨能。交所谓肥前竹瞻预懂处理亩即运碰动控竭制器闭根据页给定从的设屡备工惯艺特民征参公数进绿行速赛度规申划预涉处理坛，在议保证全加工搁精度只的同俱时提虑高加架工速苍度。蛙2愿．取3犁．嫂1蒸前瞻烈处检理流砍程她G贞E狐－玉30挂0术－抄S祸V撑运动建控制婚器提疏供四隶条指男令实筝现前良瞻处软理功托能，支其处毯理流环程如贴下伯:料1迎)眯根据棒设备摇特点加用祖GT柄_I情ni绳tL刻oo束kA两he淡a晚d毙指令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