基于Windows的车床微机数控系统研究.docVIP

　　基于Windows的车床微机数控系统研究 摘要：本文论述了基于WindoFC，用Visual C++开发出来的软件稳定性好、可移植性强，而且软件与硬件相互独立，因此Visual C++成为控制系统程序的首选开发工具。软件开发采用“自顶向下”的模式，首先由人机界面开始搭建整个数控系统软件的框架，然后按照数控系统软件原理图的结构，对各功能模块逐个进行开发。在开发NC和PLC模块时要充分利用运动控制卡提供的功能函数库，通过调用库中的函数完成轨迹差补和I/O控制等功能。 3．数控系统硬件设计 依据微机数控系统的硬件原理图，如图1所示，系统硬件的主体由PC机和运动控制卡组成，两者之间通过PCI或ISA总线进行连接。机床X/Z轴的伺服驱动单元以及刀架、行程开关等设备需要通过I/O接口板与运动控制卡的I/O口进行连接。因此系统硬件设计的主要任务是选购PC机、运动控制卡和伺服驱动单元等设备，研究运动控制卡和伺服驱动单元等设备的I/O接口信号规范，在此基础上设计I/O接口板，使设备之间的连接整齐有序。 机床电器I/O信号 极限和回零行程开关 X/Z轴伺服驱动 单元 刀架、脉冲编码器 X轴电机 Z轴电机 PC机 PCI/ISA总线 运动控制卡 I/0接口板 I/0接口板 图1 数控系统硬件原理图 4．数控系统软件设计 　　 整个微机数控系统设计的主要任务是设计系统软件。系统软件的工作原理如图2所示，整个数控系统运行在具有开放性的Windows操作系统平台上，数控系统软件通过Windows API来共享Windows系统的资源，通过运动控制卡API来使用运动控制卡提供的控制功能。数控系统软件划分为人机界面、NC、PLC、参数设置和专家系统五大模块，每个模块又进一步划分成若干个小模块，这就使整个系统软件结构层次清晰。 操作面板 状态显示 程序编辑 程序译码 语法检查 轨迹修正 缓冲区 刀架控制 行程控制 机床I/O控制 参数设置 参数管理 知识库 推理机 工艺译码 运 动控制卡内部程序 轨迹 差补 位置 控制 人机界面 NC PLC 参数 专家系统 速度 控制 数 控 系 统 软 件 Windows API 运动控制卡 API I/0 控制 Windows98/2000系统 数 控 系 统 硬 件 平 台 　　　　　　　　 图2 数控系统软件原理图 　　 因为运动控制卡的内部程序能够执行数控系统的强实时性任务，如位置控制、轨迹插补、速度处理、I/O控制等，所以，数控系统软件开发的重点在于如何使用Windows系统和运动控制卡提供的各种接口函数来实现系统软件中人机界面、程序译码、参数设置等非高实时性任务模块的功能。 4．1 数控系统人机界面 通过参考国内外主流数控系统以及数控仿真软件的界面，结合微机数控系统的特点，设计出了简洁美观、操作方便的人机界面，如图3所示。整个软件界面划分成显示编辑窗口、控制面板和状态面板三大部分，显示编辑窗口又可以在坐标显示、程序编辑和图形模拟三种显示模式之间进行切换，而且各个窗口还可以由用户选择打开或者关闭，这样的界面设计可以在有限的屏幕空间内显示出运动坐标、机床工作状态以及数控加工程序等许多数据，方便用户进行操作。 控制面板将工业数控系统控制面板上的按键、旋钮等元件用图标进行模拟，只要点击鼠标就能完成各种操作。例如在进行进给倍率调整时，在进给倍率旋钮上单击鼠标左键，使旋钮逆时针旋转减小进给倍率，反之单击右键使旋钮顺时针旋转，增大进给倍率。这样就充分利用微机系统中鼠标、键盘等I/O设备，从而省略了控制面板硬件的设计。在状态面板中可以集中显示出工件坐标、加工参数（F、S、T）和进给倍率等常用加工数据，使用户能较全面的了解机床当前的运行状况。 图3 系统主界面 加工轨迹模拟采用二维界面对工件切削过程进行仿真，如图4所示，图中蓝色方框表示工件毛胚，绿色网格表示卡盘，灰色四边形表示刀具。在对数控加工程序进行模拟运行时，刀具能根据程序的要求进行运动，当刀具与工件接触时，相交部分会被切除，运动效果与实际切削过程一致。为方便用户观察仿真过程，图形界面还可以进行平移和缩放，利用加工轨迹模拟功能可以检验数控程序的运效果，从而检查出程序中的错误。 4．2 数控程序语法检验 　　 数控程序在运行前必须通过语法检验，其中包括词法检查和语法检查两个步骤。词法检查主要是检查G代码中每一指令字中的地址符及其后面的数字类型，数字范围是否符合G代码中的规则，如在程序中不能出现未定义的字符，地址符后的X，Z的坐标值必须由数字和正负号组成，且不能超过机床本身最大的工作行程。语法检查主要是检查数控指令是否符合数控系统的语法规则。例如同组指令不能出现在同一程序段，指令的某些参数必须要明确指定等。 　　 当检查到语法错误