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數控高速加工編程的策略與方法--開放式數控裝置的體系結構

日期：2009年10月09　來源：本站原創　關鍵字：CNC機床
開放式數控裝置的體系結構
隨著微電子技術、計算機技術的發展，以單片機為核心的數控系統和以STD總線模板機為主體的數控系統不斷涌現。而且已出現以微型計算機為基礎的開放式數控系統，它既可充分利用微機豐富的硬件、軟件資源，也可為數控技術的進一步發展開辟新的途徑。1981年美國國防部開始一項“下一代控制器(NGC)”的計劃，1991年完成“開放系統體系結構標準(SOSAS)”；1994年美國汽車工業開始“開放式、模塊化體系結構控制器”(OMAC)計劃：1992年歐盟啟動“自動化系統中控制的開放系統體系結構(OSACA)”計劃；1995年日本機床公司開始“控制器開放系統環境(OSEC)”計劃。OMAC、OSACA和OSEC是三個有影響的開放式數控系統研究計劃。1996年芝加哥國際機床展覽會開始展出以個人計算機(PC)為基礎的數控系統，從此開始了開放式數控系統的新時代。開放式數控系統有如下兩種模式。
第一種，是以Pc作為傳統CNC的前端接口，在CNC上插入一塊專門開發的個人計算機模板，原來的CNC進行實時控制，而由PC進行非實時性控制。這種模式的柔性有限，而且NC的內核也不開放。
第二種，是將整個CNC機床單元(或運動控制模板)包括集成的PLC(可編程邏輯控制器)插入到個人計算機的標準槽中。CNC單元(或運動控制模板)作實時控制；而個人計算機作實時處理。這種模式正在變為開放式數控系統的主流。例如，美國DelmTau Damsystem公司的PMAC-NC、OrmesSystem和Orion，德國Sinumefikg40D、PA公司的PA8000和Indramat公司的MTC200都屬于這種模式。PMAC-NC是在個人計算機上插入一塊PMAC運動控制板，執行全部的實時任務(輪廓加工、插補運算、伺服控制、刀具半徑補償和螺距誤差補償等)。MTC200則是在PC中插入MTC-PCNC板，MTC-PPLC板分別處理運動控制和PLC(邏輯控制)。這種模式的運動計算通常都是由32位數字信號處理器(DSP)處理，為了保持最大的吞吐量和簡化編程，DSP與PC共享公共存儲器空間。美國Cin~nnafi公司開發的雙PC平臺Acramafic2100也是這種模式的應用實例，它的一個PC母板控制工作站功能，如車間編程和數據庫工作；另一個PC作實時伺服控制。據稱這樣做，CNC系統升級更容易，費用也更低。而Ormec System公司僅兩年時間就開發出了以[BM-PC結構為基礎的CNC系統，它可以控制14個軸運動。日本FANUC公司與富士通公司合作，由富土通提供PC機，FANUC配控制用基扳、軟件、電動機、伺服機構等，并與牧野銑床制作所、森精機械制作所緊密合作，它的用戶改制自由度很大，個人計算機的硬件、軟件可以靈活地應用，與過去的數控系統有連續性和互換性，可靠性得到提高。
大隈鐵工與NEC合作，在過去的FA個人計算機上附加CNC功能，且采用工業標準形成開放式數控系統。以PC為基礎的開放式CNC機床系統，利用帶有Windows平臺的個人計算機，大大減少了開發工作量，而且很容易實現多軸、多通道控制，實時三維實體圖形顯示和自動編程等。以這種模式開放的數控系統，可以實現下列三種不同層次的開放程度。
 (1)CNC機床可以直接地或通過網絡運行各種應用軟件，強有力的軟件包(如數字化)能作為許可證軟件來執行，各種車間編程軟件、刀具軌跡檢驗軟件、工／’管理軟件、通信軟件、多媒體軟件都可在控制器上運行，大大改善CNC機床的圖形顯示、動態仿真、編程和診斷功能。
(2)用戶操作界面的開放，使CNC系統的用戶接口有其自己的操作特點，且更加友好，并具備特殊的診斷功能(如遠距離診斷等)。
(3)CNC內核的深層次開放。通過執行用戶自己的C++語言開發的程序，就可以把應用軟件加到標準CNC的內核中(稱為編譯循環)。CNC機床內校系統提供己定義的出口點，機床制造廠商或用戶把自己的軟件連接到這些出口點，通過編譯循環，就可把他<門自己的知識、經驗、訣竅等專用工藝集成到CNC系統中去形成獨具特色的個性化數控機床，而且帶聲專門知識技能的應用軟件永遠屬于機床制造商或用戶自己。
這樣三個層次的全部開放，能滿足機床制造廠商和量終用戶的各種需求，這種控制技術的柔性，使用戶能十分方便地把CNC應用到幾乎所有應用場合。總之，無論是以個人計算機(PC)為基體加上CNC機床系統的主要控制部分而成的數控系統，還是以CNC機床系統為主加上個人計算機的有關部分而成的數控系統，都有各自的優勢。

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