當(dāng)前，各種先進(jìn)的制造技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，它們中極大多數(shù)都需要數(shù)控技術(shù)的支持。但是由于傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)幾乎都具有封閉性，同時，大多數(shù)機(jī)床制造廠都是選用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控裝置來配置機(jī)床，這就給在不同使用狀況下靈活配置數(shù)控裝置的功能和用戶界面帶來困難，因為標(biāo)準(zhǔn)控制裝置不能反映機(jī)床制造廠的經(jīng)驗，也很難滿足*終用戶的特殊要求。因而對數(shù)控系統(tǒng)提出了新的要求。與此同時，隨著用戶需求的多樣化，生產(chǎn)方式向著中小批量方向發(fā)展，要求數(shù)控系統(tǒng)更具柔性、靈活性和通用性，因此出現(xiàn)了開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究。世界上有許多國家紛紛投入了大量的人力，物力和財力對其進(jìn)行研究，并取得了很大的成果，例如開放式數(shù)控系統(tǒng)具有軟件開放性和硬件開放性，它能使人們自由地選擇CNC裝置、伺服放大器、傳感器、執(zhí)行單元等部件。一般而言，開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該具有下述特點：由邏輯上獨立的各種構(gòu)成要素組成。
提供一個標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保不同生產(chǎn)廠商的符合規(guī)范的構(gòu)成要素能構(gòu)成一個完整的數(shù)控系統(tǒng)。
數(shù)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以動態(tài)地改變。
與其他系統(tǒng)或軟件模塊具有互操作性。
提供良好一致的人機(jī)界面。
由于計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及其標(biāo)準(zhǔn)化和開放性，從而出現(xiàn)了基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)。同時該數(shù)控系統(tǒng)由于性能/價格比高，市場競爭力強(qiáng)而倍受歡迎。
1基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)能充分地利用計算機(jī)的軟硬件資源，可使用通用的高級語言方便地編制程序，用戶可方便地將標(biāo)準(zhǔn)化的外設(shè)、應(yīng)用軟件進(jìn)行組合和使用。使用計算機(jī)同時也便于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)大致可分為四種類型，即PC連接型CNC、PC嵌入型CNC、NC嵌入型PC（NC嵌入PC型）、全軟件型NC. PC連接型CNC：該類型系統(tǒng)是用通用的串行線將現(xiàn)有的原型CNC與PC相連而組成的。該系統(tǒng)容易實現(xiàn)，原型的CNC幾乎可以不加修改地進(jìn)行利用。也可使用通用的軟件，但是其原型CNC不能實現(xiàn)開放化，并且系統(tǒng)的通訊、響應(yīng)速度慢。
PC嵌入型CNC：該類型系統(tǒng)是將PC裝入到CNC內(nèi)部，PC與CNC之間用專用的總線連接。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸快，響應(yīng)迅速，同時，原型CNC系統(tǒng)也可不加修改就加以利用，但是不能直接地利用通用PC，開放性受到限制。
NC嵌入型PC（NC嵌入PC型）：該類型系統(tǒng)是在通用PC的擴(kuò)展槽中插入專用的CNC卡組成的。
它能夠充分地保證系統(tǒng)性能，軟件的通用性強(qiáng)，并且編程處理靈活，但是，原型CNC資源很難得到利用。
全軟件型NC：該類型系統(tǒng)是指CNC的全部功能均由PC進(jìn)行處理，并通過裝在PC的擴(kuò)展槽的伺服接口卡對伺服驅(qū)動等進(jìn)行控制。其軟件的通用性好，編程處理靈活。但是，實時處理的實現(xiàn)比較困難，并較難保證系統(tǒng)的性能，同時原型CNC資源難以利用。
2NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)21NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺作為基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺可理解為由開放式運動控制卡+PC機(jī)組成。開放式運動控制卡一般采用高速DSP作為CPU，具有強(qiáng)大的運動控制和邏輯控制能力，并提供一組數(shù)控內(nèi)核API供用戶開發(fā)構(gòu)建所需的數(shù)控系統(tǒng)。PC機(jī)則通常采用工業(yè)計算機(jī)，從而能充分利用其豐富的軟硬件資源。用戶可以選用許多流行的編程軟件，如DELPHI、VISUALC++、C++BUILDER等。這能大大地改善數(shù)控系統(tǒng)的用戶界面、圖形顯示、動態(tài)仿真以及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。給出了NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺的典型結(jié)構(gòu)。
系統(tǒng)K置I應(yīng)用i到廠數(shù)控內(nèi)核AH通訊系統(tǒng)丨操作系統(tǒng)硬件工業(yè)計算機(jī)1開放式運動控制器NC嵌入PC型開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺的典型結(jié)構(gòu)22NC和PC的通訊問題從中可以看出，在這個數(shù)控系統(tǒng)平臺上進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)時，首先必須解決的是NC和PC機(jī)之間的通訊問題。也就是說NC和PC間應(yīng)能夠流暢地交換數(shù)據(jù)。它們之間的通訊可以由不同的通訊機(jī)制實現(xiàn)，典型的方式有：總線通訊和雙口RAM通訊等。總線通訊采用ISA/PCI總線結(jié)構(gòu)，開放式運動控制卡插入在PC機(jī)的總線接口槽中，使用相應(yīng)的控制寄存器和協(xié)議建立起PC機(jī)和NC之間的通訊，其可以使用查詢方式或中斷方式。雙口RAM通訊則是采用一種特殊的存儲器，該存儲器具有兩個端口可以分別跟PC機(jī)和NC的CPU相連，兩個CPU可互不干擾地對其進(jìn)行讀寫操作，采用這種通訊方式能明顯提高數(shù)據(jù)交換速度。
為了使通訊系統(tǒng)不依賴于具體的通訊機(jī)制，對上述的通訊方式進(jìn)行抽象，得出一致的應(yīng)用程序接口。
確保用戶只需訪問該應(yīng)用程序接口而不必關(guān)心底層的通訊機(jī)制就能建立起所需的通訊。描述了該通訊系統(tǒng)。
應(yīng)用軟件的編制采用COM組件技術(shù)。COM組件實際上是一些小的二進(jìn)制可執(zhí)行程序，它能為應(yīng)用程序、系統(tǒng)程序以及其他的COM組件提供服務(wù)。通過標(biāo)準(zhǔn)的COM組件接口可訪問COM組件對象，并將它們互相連接起來組合成一個完整的應(yīng)用程序。
利用COM組件架構(gòu)應(yīng)用程序具有一系列的優(yōu)點：應(yīng)用程序的定制，通過替換具有相同COM組件接口的COM組件對象，實現(xiàn)不同的應(yīng)用功能。
應(yīng)用程序的快速架構(gòu)，從組件庫中選出所需的組件，并將其快速組裝架構(gòu)所需的應(yīng)用程序，縮短了應(yīng)用程序開發(fā)周期。
應(yīng)用程序的動態(tài)架構(gòu)，無需重新編譯就可以動態(tài)地卸下或替換掉相應(yīng)組件，動態(tài)改變應(yīng)用程序功能。
可見COM組件技術(shù)非常適合于開發(fā)開放式數(shù)控應(yīng)用系統(tǒng)。
根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同功能進(jìn)行模塊的劃分，如可劃分為邏輯控制、運動控制、動態(tài)仿真、人機(jī)接口等模塊。之后利用COM組件技術(shù)及相應(yīng)的數(shù)控內(nèi)核API包裝這些模塊，由此各個模塊具有統(tǒng)一的COM組件接口，從而不同的供應(yīng)商的數(shù)控應(yīng)用模塊能夠進(jìn)行互換。使用戶定制成為可能。
24系統(tǒng)配置軟件將零散的各個COM組件組合成滿足用戶要求的數(shù)控應(yīng)用系統(tǒng)由系統(tǒng)配置軟件實現(xiàn)。系統(tǒng)配置軟件能根據(jù)用戶的選擇，實例化在COM組件庫中的COM組件，并將其連接組合，裝配成具有特定功能的應(yīng)用系統(tǒng)。當(dāng)用戶的需求發(fā)生變化時，可通過系統(tǒng)配置軟件更換相應(yīng)的COM組件或增加一些所需功能的COM組件以適應(yīng)需求的變化。
3實例研究本文開發(fā)了一個NC嵌入PC型開放式數(shù)控應(yīng)用系統(tǒng)的人機(jī)界面一操作面板。該實例的應(yīng)用平臺采用了美國DELTATAU公司的開放式運動控制卡MWIPMAC，MWI―PMAC能同時控制兩根軸，具有很強(qiáng)的運動控制和邏輯控制能力，它插在微機(jī)的ISA總線接口槽中。系統(tǒng)還使用了二個全數(shù)字化交流伺服驅(qū)動器（MR―2）和交流伺服電機(jī)。外加一個數(shù)控接口機(jī)箱，內(nèi)部配有I/O接口和模擬量輸出/反饋接口端子板。微機(jī)上的操作系統(tǒng)為Wiodows95，采用DELPHI作為開發(fā)語言。整個平臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如所示。
操作面板應(yīng)用系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)框圖所開發(fā)的人機(jī)界面應(yīng)用系統(tǒng)提供給用戶一個操作的接口，用戶通過鼠標(biāo)的點擊來完成相應(yīng)的操作。所實現(xiàn)的功能模塊有編程、自動加工、手動操作及運動軌跡描繪等。該應(yīng)用系統(tǒng)的整體框架如所示。
I編程自動加工I丨手動操作丨I軌跡描銓I操作面板用戶界面應(yīng)用系統(tǒng)的整體框架3.1通訊模塊通訊模塊是微機(jī)與PMAC運動控制卡之間進(jìn)行信息交互的必要模塊，它實現(xiàn)了基于查詢方式的總線通訊和雙口RAM通訊。在這里較具體地對雙口RAM通訊進(jìn)行論述。在PMAC運動控制卡上有一個雙口RAM，微機(jī)和PMAC運動控制卡可以共享這個雙口RAM.為了使用雙口RAM，在微機(jī)上選擇了16K沒有被占用的存儲空間，并且將該存儲空間的起始地址設(shè)置為雙口RAM在微機(jī)上的起始地址。然后將起始地址的段地址寫到PMAC運動控制卡的X存儲空間中地址值為786和787的存儲器中，PMAC運動控制卡就能使用這兩個存儲器來確定雙口RAM的地址，從而實現(xiàn)雙口RAM通訊。
3.2編程模塊編程模塊提供給用戶一個圖形化的界面，用戶可以借此方便快捷地進(jìn)行數(shù)控程序的編制。主要具有插入、刪除、修改數(shù)控程序的功能。
3.3手動操作模塊手動操作模塊中實現(xiàn)了回零、增量進(jìn)給等功能，它們的實現(xiàn)主要通過使用PMAC的在線命令。將相應(yīng)的在線命令通過總線通訊發(fā)給PMAC，PMAC接到命令并執(zhí)行。
3.4自動加工模塊自動加工模塊的實現(xiàn)相對簡單通過啟動存儲在PMAC板上的運動程序就可以了。但是必須實時地采集運動軸的位置和速度，并對其加以顯示。
3.4軌跡描繪模塊刀具軌跡描繪功能采用的實現(xiàn)方法是利用PMAC強(qiáng)大的邏輯控制能力，在PMAC板上運行PLC程序，實時地讀取當(dāng)前的刀具位置信息，然后將該刀具位置信息用曲線動態(tài)地畫出來，從而在屏幕上能形象地觀察到刀具軌跡的變化過程。刀具軌跡的描繪使用了DELPHI的一個控件PAINTBOX，在運動程序運行0寸，PMAC有PLC程序讀取當(dāng)前的位置信息，將該信息存放到雙口RAM中，微機(jī)通過TIMER控件讀雙口RAM，獲得上述位置信息后，在PAINTBOX控件上畫出刀具當(dāng)前位置的象素點，這樣就實現(xiàn)了刀具軌跡的動態(tài)描繪。
是該人機(jī)界面應(yīng)用系統(tǒng)的窗口。
?。ㄏ罗D(zhuǎn)第37頁）出經(jīng)過布爾運算得到插件與被插件的實體模型圖，然后將計算得到的相貫線用不同顏色再繪制在此理論參照物上，通過對比很好地檢驗了計算所得相貫線與實體模型中的相貫線是否吻合，也即檢驗了數(shù)字模型的正確性，見相貫線驗證。3NC指令生成NC指令生成模塊的作用是生成對應(yīng)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控指令及其機(jī)床調(diào)整文件、機(jī)床調(diào)整文件包含了管件設(shè)計參數(shù)、下料尺寸、加工過程中需調(diào)整的工藝參數(shù)及對刀位置等。該文件打印出后交數(shù)控操作人員用，數(shù)控指令文件由軟盤或RS232C通訊傳輸給數(shù)控機(jī)床。本系統(tǒng)一次生成四個數(shù)據(jù)文件：插件數(shù)控程序文件及機(jī)床調(diào)整文件，被插件數(shù)控程序文件及機(jī)床調(diào)整文件。
3.4加工模擬加工模擬是通過反向模擬來實現(xiàn)，即通過讀取上一步所生成的數(shù)控程序及機(jī)床調(diào)整文件來進(jìn)行。通過加工模擬有效地驗證了將來加工過程，確保了加工工件的正確。該系統(tǒng)加工模擬的思想是模擬實驗切割過程的機(jī)理，實現(xiàn)加工中所有管件切割過程（火焰、等離子弧、激光）其實質(zhì)都是先形成孔洞，機(jī)床按指定軌跡移動使孔洞連續(xù)而形成很窄的切縫。加工模擬正是利用這一點來進(jìn)行的。首先讀取數(shù)控程序文件及機(jī)床調(diào)整文件，自動繪制切割頭及管件毛還，然后根據(jù)對刀位置尺寸讓切割頭自動進(jìn)入對刀點，隨后先在對刀點處控制MDT命令在管件上打一孔（洞）再通過程序循環(huán)讀取，得到指令數(shù)據(jù)讓管件旋轉(zhuǎn)度，切割頭移動AX，AZ即到下一切割點處，再打一孔，如此循環(huán)。由于步距較小，且無插補運動并形成了連續(xù)切割，完成了整個模擬加工過程。
為了表明此過程，繪出了步距較大時的加工模擬過程圖。
4結(jié)束語管件相貫線的數(shù)控切割關(guān)鍵是要建立與數(shù)控切割原理相對應(yīng)的數(shù)控切割相貫線的數(shù)學(xué)模型。本文結(jié)合工廠實際情況，為管件類相貫線數(shù)控加工提供了完整的解決方案，所開發(fā)的圖形交互式自動編程系統(tǒng)使編程人員擺脫了復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理。該系統(tǒng)具有直觀明了，形象生動，使用方便、操作簡單等特點，極大地方便了編程人員與操作人員，有很強(qiáng)的實用價值和推廣價值。另外本文算法稍加改進(jìn)同樣適用于管件類鈑金展開CAD及展開件數(shù)控切割程序的生成。
