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数控高速加工编程的策略与方法--开放式数控装置的体系结构

日期：2009年10月09　来源：本站原创　关键字：CNC机床
开放式数控装置的体系结构
随着微电子技术、计算机技术的发展，以单片机为核心的数控系统和以STD总线模板机为主体的数控系统不断涌现。而且已出现以微型计算机为基础的开放式数控系统，它既可充分利用微机丰富的硬件、软件资源，也可为数控技术的进一步发展开辟新的途径。1981年美国国防部开始一项“下一代控制器(NGC)”的计划，1991年完成“开放系统体系结构标准(SOSAS)”；1994年美国汽车工业开始“开放式、模块化体系结构控制器”(OMAC)计划：1992年欧盟启动“自动化系统中控制的开放系统体系结构(OSACA)”计划；1995年日本机床公司开始“控制器开放系统环境(OSEC)”计划。OMAC、OSACA和OSEC是三个有影响的开放式数控系统研究计划。1996年芝加哥国际机床展览会开始展出以个人计算机(PC)为基础的数控系统，从此开始了开放式数控系统的新时代。开放式数控系统有如下两种模式。
第一种，是以Pc作为传统CNC的前端接口，在CNC上插入一块专门开发的个人计算机模板，原来的CNC进行实时控制，而由PC进行非实时性控制。这种模式的柔性有限，而且NC的内核也不开放。
第二种，是将整个CNC机床单元(或运动控制模板)包括集成的PLC(可编程逻辑控制器)插入到个人计算机的标准槽中。CNC单元(或运动控制模板)作实时控制；而个人计算机作实时处理。这种模式正在变为开放式数控系统的主流。例如，美国DelmTau Damsystem公司的PMAC-NC、OrmesSystem和Orion，德国Sinumefikg40D、PA公司的PA8000和Indramat公司的MTC200都属于这种模式。PMAC-NC是在个人计算机上插入一块PMAC运动控制板，执行全部的实时任务(轮廓加工、插补运算、伺服控制、刀具半径补偿和螺距误差补偿等)。MTC200则是在PC中插入MTC-PCNC板，MTC-PPLC板分别处理运动控制和PLC(逻辑控制)。这种模式的运动计算通常都是由32位数字信号处理器(DSP)处理，为了保持最大的吞吐量和简化编程，DSP与PC共享公共存储器空间。美国Cin~nnafi公司开发的双PC平台Acramafic2100也是这种模式的应用实例，它的一个PC母板控制工作站功能，如车间编程和数据库工作；另一个PC作实时伺服控制。据称这样做，CNC系统升级更容易，费用也更低。而Ormec System公司仅两年时间就开发出了以[BM-PC结构为基础的CNC系统，它可以控制14个轴运动。日本FANUC公司与富士通公司合作，由富土通提供PC机，FANUC配控制用基扳、软件、电动机、伺服机构等，并与牧野铣床制作所、森精机械制作所紧密合作，它的用户改制自由度很大，个人计算机的硬件、软件可以灵活地应用，与过去的数控系统有连续性和互换性，可靠性得到提高。
大隈铁工与NEC合作，在过去的FA个人计算机上附加CNC功能，且采用工业标准形成开放式数控系统。以PC为基础的开放式CNC机床系统，利用带有Windows平台的个人计算机，大大减少了开发工作量，而且很容易实现多轴、多通道控制，实时三维实体图形显示和自动编程等。以这种模式开放的数控系统，可以实现下列三种不同层次的开放程度。
 (1)CNC机床可以直接地或通过网络运行各种应用软件，强有力的软件包(如数字化)能作为许可证软件来执行，各种车间编程软件、刀具轨迹检验软件、工／’管理软件、通信软件、多媒体软件都可在控制器上运行，大大改善CNC机床的图形显示、动态仿真、编程和诊断功能。
(2)用户操作界面的开放，使CNC系统的用户接口有其自己的操作特点，且更加友好，并具备特殊的诊断功能(如远距离诊断等)。
(3)CNC内核的深层次开放。通过执行用户自己的C++语言开发的程序，就可以把应用软件加到标准CNC的内核中(称为编译循环)。CNC机床内校系统提供己定义的出口点，机床制造厂商或用户把自己的软件连接到这些出口点，通过编译循环，就可把他<门自己的知识、经验、诀窍等专用工艺集成到CNC系统中去形成独具特色的个性化数控机床，而且带声专门知识技能的应用软件永远属于机床制造商或用户自己。
这样三个层次的全部开放，能满足机床制造厂商和量终用户的各种需求，这种控制技术的柔性，使用户能十分方便地把CNC应用到几乎所有应用场合。总之，无论是以个人计算机(PC)为基体加上CNC机床系统的主要控制部分而成的数控系统，还是以CNC机床系统为主加上个人计算机的有关部分而成的数控系统，都有各自的优势。

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