嵌入式柔性數(shù)控系統(tǒng)的組態(tài)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)方法

曹 建 福

西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安,710049

0 引言

航空航天、汽車、造船等行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,對數(shù)控裝備的柔性和適應(yīng)性提出了更高的要求,因此開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究引起了國際范圍內(nèi)的普遍關(guān)注。從20世紀(jì)90年代初,歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家就相繼提出開放式數(shù)控系統(tǒng)問題[1]。美國最早提出了NGC(下一代控制器)計(jì)劃,三大汽車公司(通用公司、福特公司、克萊斯勒公司)提出了OMAC(開放式模塊化結(jié)構(gòu)控制器)標(biāo)準(zhǔn)。歐洲提出了OSACA(開放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu))計(jì)劃,日本提出了OSEC(控制器的開放系統(tǒng)環(huán)境)計(jì)劃。這些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議得到了許多數(shù)控技術(shù)廠商的支持,一些符合這些技術(shù)規(guī)范的基于PC的數(shù)控系統(tǒng)已投入應(yīng)用。從20世紀(jì)90年代開始,國內(nèi)開展了開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究工作(CONUC),并在2002年發(fā)布了開放式數(shù)控系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18759。華中數(shù)控、藍(lán)天數(shù)控等公司采用通用PC平臺+運(yùn)動控制器的硬件結(jié)構(gòu),開發(fā)了系列的開放式數(shù)控系統(tǒng)[2]。近年來,國內(nèi)也開展了基于現(xiàn)場總線的開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究工作,北京航空航天大學(xué)、大連光洋、上海開通公司等開發(fā)出光纖總線式數(shù)控系統(tǒng),這些現(xiàn)場總線數(shù)控系統(tǒng)的核心處理模塊均基于PC平臺。這些基于PC平臺的數(shù)控系統(tǒng)雖然己具有一定的開放性,但嚴(yán)格來說還不具備開放式數(shù)控系統(tǒng)的本質(zhì)特性。

在開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)研究方面,國內(nèi)外研究者也進(jìn)行了大量的研究工作。文獻(xiàn)[3]將STEP-NC數(shù)據(jù)模型和IEC61499標(biāo)準(zhǔn)引入到數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,提出了一種基于分層塊結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng),除了具有面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)外還支持設(shè)計(jì)框架。文獻(xiàn)[4]提出了一種內(nèi)核軟件結(jié)構(gòu),它通過使用資源模型和進(jìn)程模型來實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[5]開發(fā)了一種五層樹形結(jié)構(gòu)的CNC軟件包,樹的節(jié)點(diǎn)單元是具體函數(shù),處理實(shí)時任務(wù)的模塊單元采用動態(tài)鏈接庫,處理非實(shí)時任務(wù)的模塊單元采用COM組件來實(shí)現(xiàn),外部接口遵循SERCOS實(shí)時串行協(xié)議,內(nèi)部接口遵循OMAC協(xié)議。文獻(xiàn)[6]提出了功能分離設(shè)計(jì)法,包括三個部件,即機(jī)器引擎接口、事件處理器(EP)、系統(tǒng)描述數(shù)據(jù)(SDD),機(jī)器引擎接口通過HMI進(jìn)行設(shè)定任務(wù),SDD存儲規(guī)則和NC功能,EP負(fù)責(zé)處理事件。文獻(xiàn)[7-10]研究了基于現(xiàn)場總線和組件技術(shù)的開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[11]提出了一種由主控流水線、驅(qū)動程序和微代碼實(shí)時單元構(gòu)成的數(shù)控流水線體系,流水線封裝了從指令譯碼到生成數(shù)控微代碼的控制功能,采用標(biāo)準(zhǔn)編程接口實(shí)現(xiàn),微代碼實(shí)時單元由開放式硬件進(jìn)行控制。文獻(xiàn)[12]用層級式有限狀態(tài)機(jī)描述數(shù)控系統(tǒng)的控制邏輯,可根據(jù)有限狀態(tài)機(jī)完成對數(shù)控系統(tǒng)的重構(gòu)。文獻(xiàn)[13]提出了基于組件的開放式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架,由硬件層、實(shí)時操作系統(tǒng)層、CML層、應(yīng)用程序?qū)拥冉M成。

雖然基于PC平臺的設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)是近幾十年國內(nèi)外采取的主流模式,但未來高性能數(shù)控系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)是必然的選擇,而對嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的開放性,國內(nèi)外還只是停留在研究階段[14]。針對嵌入式智能測控儀器裝置的快速組態(tài)開發(fā)難題,筆者研究開發(fā)出嵌入式柔性開發(fā)平臺,并利用該平臺開發(fā)出系列的嵌入式數(shù)控系統(tǒng),這些數(shù)控系統(tǒng)已在五軸聯(lián)動加工中心、六軸管相貫切割機(jī)、高速雕刻機(jī)等裝備上得到了大量應(yīng)用。

1 嵌入式柔性數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

1.1 硬件邏輯結(jié)構(gòu)

具有開放式體系結(jié)構(gòu)CNC允許用戶根據(jù)需要進(jìn)行選配和集成、更改或擴(kuò)展系統(tǒng)的功能,以便迅速適應(yīng)不同的應(yīng)用需求,該體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有以下屬性：①互操作性;②可移植性;③可伸縮性;④可替換性。為解決嵌入式高性能數(shù)控系統(tǒng)的開放性問題,筆者及合作者們提出了一種基于構(gòu)件的柔性開放式控制系統(tǒng)框架。針對二軸到九軸各種數(shù)控裝備的需求,為保證嵌入式數(shù)控系統(tǒng)核心硬件的兼容性,CNC硬件被抽取成10多種基本的功能構(gòu)件,包括CPU模板、位置控制板、顯示與操作終端、內(nèi)裝式PLC、遠(yuǎn)程操作面板等,硬件構(gòu)件之間通過現(xiàn)場總線或標(biāo)準(zhǔn)的總線連接,其集成邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。CAN協(xié)議建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織開放系統(tǒng)互連模型之上,協(xié)議簡單,最高通信速率可達(dá)1Mbit/s,直接傳輸距離高達(dá)10km,采取多主工作方式,高抗電磁干擾性、糾錯能力強(qiáng);同時,CAN接口安裝方便,成本低。因此,本文選用CAN總線作為CNC控制器與PLC、操作面板之間的數(shù)據(jù)通信方式。所開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動器的連接接口提供了兩種形式,圖1a所示為典型的數(shù)字脈沖量或模擬量接口,圖1b所示為高速以太網(wǎng)接口。提供驅(qū)動器的以太網(wǎng)接口可兼容多種總線協(xié)議,目前已實(shí)現(xiàn)了MechatrolinkⅢ協(xié)議,這是由日本安川公司提出的一種符合EEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議,傳輸速度可達(dá)到100Mbit/s。

CPU模板使用了帶PC104總線的3.5英寸嵌入式CPU處理單元,位置控制模板采用DSP+FPGA形式實(shí)現(xiàn),DSP使用的是 TI公司的TMS320F2812。為了提高多軸聯(lián)動插補(bǔ)速度,插補(bǔ)算法采取軟插補(bǔ)(粗)+硬插補(bǔ)(精)結(jié)合的模式。

內(nèi)裝式PLC模板負(fù)責(zé)高速的邏輯控制功能,實(shí)現(xiàn)機(jī)床輔助設(shè)備、加工中心中刀庫、機(jī)械臂等控制任務(wù)。

1.2 高速運(yùn)動控制現(xiàn)場總線協(xié)議

高檔數(shù)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)高速高精控制,這既要在內(nèi)部完成大量的數(shù)據(jù)傳輸,同時還要保證通信的實(shí)時性和可靠性。本文定義了一種面向數(shù)控系統(tǒng)的高速現(xiàn)場總線通信協(xié)議,這種協(xié)議在使用的CAN總線上保證各節(jié)點(diǎn)之間的循環(huán)通信周期達(dá)到16ms。協(xié)議采用帶29位報(bào)文標(biāo)識符的擴(kuò)展幀,其通信報(bào)文形式如表1所示。

圖1 嵌入式柔性數(shù)控系統(tǒng)硬件集成邏輯結(jié)構(gòu)

表1 CAN總線報(bào)文結(jié)構(gòu)

CAN報(bào)文由擴(kuò)展的29位標(biāo)識符、1位數(shù)據(jù)類型、1位遠(yuǎn)程發(fā)送請求、4位該幀內(nèi)數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)長度、0～8字節(jié)數(shù)據(jù)段、16位循環(huán)冗余碼(CRC)、2位應(yīng)答位和1位幀結(jié)尾組成。

CAN標(biāo)識符的分配在設(shè)計(jì)應(yīng)用層協(xié)議時非常重要,它決定了信息的優(yōu)先權(quán)及等待時間,同時也影響了通信結(jié)構(gòu)適用性和標(biāo)識符使用的效率。報(bào)文標(biāo)識符中包含有優(yōu)先標(biāo)記、目標(biāo)地址、源地址、幀類型、幀號、保留位、結(jié)束標(biāo)記,其格式如表2所示。

表2 擴(kuò)展幀報(bào)文標(biāo)識符格式

其中,優(yōu)先標(biāo)記(1位)用來標(biāo)記當(dāng)前幀的優(yōu)先級別。對于正常信息,將該標(biāo)記置1,對于緊急信息(如報(bào)警信息、緊急斷電等),將該標(biāo)記置0。該標(biāo)記先于其他幀占用總線,在最短的時間內(nèi)到達(dá)目的地址。目標(biāo)地址(7位)指定該幀數(shù)據(jù)或信息所要到達(dá)的目的地。源地址(7位)指定該幀數(shù)據(jù)或信息的來源地址;在數(shù)控系統(tǒng)中,對每個CAN模板都設(shè)定一個地址號,用來區(qū)分不同的設(shè)備。CAN總線上的節(jié)點(diǎn)個數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路,目前最多可達(dá)110個。本文采用了長度為7位的目標(biāo)地址和源地址,可以有128個編碼地址。幀類型(1位)用來標(biāo)記該幀數(shù)據(jù)場中的內(nèi)容,它是數(shù)據(jù)內(nèi)容還是控制信息。幀號(8位)用來標(biāo)記數(shù)據(jù)拆分后的幀塊序號。由于每個郵箱最多可存放8字節(jié),消息的大小不定,對32位的CNC控制器側(cè)輸入信號,可直接傳輸,而刀庫表和梯形圖程序段卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過64位,需要分段傳輸。在傳輸超過8字節(jié)長度的數(shù)據(jù)時,按照每塊8字節(jié)對數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分,根據(jù)先后順序需指定相應(yīng)幀號,從0開始遞增。幀號用8位表示,取值范圍為0～255,用這種方式完全滿足數(shù)控系統(tǒng)的通信需求。保留(4位)是指可根據(jù)功能擴(kuò)展的需要增加其他功能。結(jié)束標(biāo)記(1位)用來標(biāo)記傳輸過程結(jié)束。

CAN報(bào)文數(shù)據(jù)段要傳送的數(shù)據(jù)包括 MST代碼、I/O信息、當(dāng)前刀盤位置信息、梯形圖程序、刀庫表信息以及遠(yuǎn)程操作面板信號,表3所示為數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)類型的定義。

表3 數(shù)據(jù)段中數(shù)據(jù)類型定義

2 柔性數(shù)控系統(tǒng)控制軟件的組態(tài)方法

開放式數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件都應(yīng)當(dāng)具備可剪裁性或多重性,整個體系結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)能夠被重新配置,以滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域的需求,具備理想“開放性”概念的控制軟件應(yīng)可被拆分為多個標(biāo)準(zhǔn)部件。為了實(shí)現(xiàn)上的方便同時又滿足組態(tài)的特性,我們提出了一個柔性的軟件框架結(jié)構(gòu),如圖3所示。“柔性”與“開放性”這兩個概念有不同點(diǎn),它們又具有相同的特性,“開放性”側(cè)重與外部系統(tǒng)通過定義標(biāo)準(zhǔn)的接口相互操作,而“柔性”是指系統(tǒng)能通過改變自身結(jié)構(gòu)以適應(yīng)外部環(huán)境的能力。

這種柔性數(shù)控系統(tǒng)采用基于構(gòu)件的組態(tài)結(jié)構(gòu),軟件由三部分組成：嵌入式柔性開發(fā)平臺、功能程序構(gòu)件庫和模型算法構(gòu)件庫。嵌入式柔性開發(fā)平臺用來實(shí)現(xiàn)功能構(gòu)件封裝、系統(tǒng)配置等任務(wù)。針對多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)具有多任務(wù)和實(shí)時性的特點(diǎn),控制軟件的進(jìn)程管理設(shè)計(jì)成前臺、后臺程序模式。后臺模塊稱為“背景”程序,主要用來完成加工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作和管理工作,前臺模塊是一個循環(huán)運(yùn)行的程序,它是主程序,在運(yùn)行過程中被1ms實(shí)時中斷服務(wù)程序打斷,前后臺程序相互配合完成數(shù)控系統(tǒng)的各項(xiàng)控制和管理任務(wù)。功能構(gòu)件的程序模式由配置腳本文件指定。

圖3 嵌入式柔性數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

構(gòu)件化結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是構(gòu)件抽取,即對可重用對象的提煉概括。通過良好地定義這些對象之間相互通信的接口,可以將這些基本對象或?qū)⑺鼈冞M(jìn)一步分析以后形成的粒度更小的對象,在開發(fā)過程中加以重用。本論文建立的構(gòu)件庫由用戶層構(gòu)件庫和核心層構(gòu)件庫組成,兩者之間通過標(biāo)準(zhǔn)硬件接口通信。用戶層構(gòu)件庫包括人機(jī)界面、加工數(shù)據(jù)預(yù)處理、代碼編程、圖形模擬、梯形圖編輯等非實(shí)時任務(wù)構(gòu)件,其組成見圖4?？紤]到用戶層使用Win CE的原因,選擇利用 COM構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。核心層構(gòu)件庫涉及數(shù)控加工的實(shí)時性任務(wù),包括插補(bǔ)計(jì)算、MST代碼處理、報(bào)警處理、速度控制和位置控制等,其組成見圖5,因?yàn)樵诤诵膶記]有使用操作系統(tǒng),因此利用功能函數(shù)形式實(shí)現(xiàn)。各種功能構(gòu)件按標(biāo)準(zhǔn)的接口進(jìn)行封裝,功能構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)接口見圖6,事件端口是任務(wù)發(fā)生事件狀態(tài),公共參數(shù)包括系統(tǒng)通用參數(shù)、主軸參數(shù)、伺服運(yùn)動參數(shù)、刀具參數(shù)等,(x1,x2,…,xn)為構(gòu)件的入口參數(shù),(y 1,y2,…,ym)為構(gòu)件的出口參數(shù)。圖7是一個典型的功能構(gòu)件接口圖,譯碼構(gòu)件把數(shù)控加工代碼轉(zhuǎn)換成進(jìn)行插補(bǔ)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。

圖4 用戶層構(gòu)件庫組成

圖5 核心層構(gòu)件庫組成

圖6 功能構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)接口

圖7 譯碼功能構(gòu)件接口

3 高性能數(shù)控模型算法構(gòu)件庫

柔性數(shù)控系統(tǒng)的性能很大程度上依賴于運(yùn)動控制模型與算法,已開發(fā)的模型算法構(gòu)件包括多軸聯(lián)動插補(bǔ)、前瞻速度處理、五軸旋轉(zhuǎn)刀具中心點(diǎn)補(bǔ)償(RTCP)、閉環(huán)位置控制、樣條插補(bǔ)等。模型算法在實(shí)現(xiàn)時被封裝成標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)形式：

其中,Event_state用來設(shè)置某功能構(gòu)件激活的條件,(Parameter_1,Parameter_2,…,Parameter_n)表示構(gòu)件之間的連接關(guān)系和接口定義,配置時設(shè)置和初始化。Method表示用C語言寫的模型與算法程序,包括基本語句與函數(shù)。Address_map參數(shù)的作用是功能構(gòu)件脫離硬件設(shè)備和編程環(huán)境,在具體使用時再綁定具體的物理地址。

3.1 前瞻速度處理構(gòu)件

前瞻速度處理構(gòu)件的目的是插補(bǔ)前計(jì)算程序段的最優(yōu)轉(zhuǎn)接速度,同時實(shí)現(xiàn)前加減速自適應(yīng)控制,以保證加工段的速度平滑過渡和加工效率,預(yù)處理段數(shù)為 100。該構(gòu)件被封裝為 int speed_control(int SegNo,int*Feed,struct Speed Regs*in),入口參數(shù)為預(yù)讀段的段標(biāo)號(int SegNo)、預(yù)讀段的各段指令速度Fh(int*Feed)、加工類型及加工坐標(biāo)(xh,yh,zh)(struct Speed Regs*in)。出口參數(shù)為：預(yù)讀段的轉(zhuǎn)接點(diǎn)最優(yōu)銜接速度v e,i(int feed_end)。公共接口參數(shù)有各加工軸最大允許速度(Vx max,Vy max,Vz max)(int V max[3])、最大允許加速度(Ax max,Ay max,Az max)(int A max[3])、最大允許加加速度(Jxmax,Jymax,Jz max)(int16 JJspeed[3])等。

實(shí)現(xiàn)思路為在預(yù)讀段銜接進(jìn)給速度限制和加工過程平滑減速的約束條件下,對轉(zhuǎn)接點(diǎn)最優(yōu)銜接速度進(jìn)行預(yù)計(jì)算。利用加速方式求得預(yù)讀段的終點(diǎn)進(jìn)給速度,作為銜接進(jìn)給速度的速度上限,同時對預(yù)讀段作反向速度修正,其修正速度不大于轉(zhuǎn)接點(diǎn)速度上限,以滿足加工過程平滑減速的約束條件。

以S曲線加速方式求得預(yù)讀段l(i)的終點(diǎn)進(jìn)給速度v(0)e,i,再與該段的反向修正末速度v(1)e,i比較,通過下式求得轉(zhuǎn)接點(diǎn)最優(yōu)銜接速度為

3.2 五軸旋轉(zhuǎn)刀具中心點(diǎn)補(bǔ)償(RTCP)構(gòu)件

五軸加工旋轉(zhuǎn)刀具中心點(diǎn)補(bǔ)償方法用于實(shí)時補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)的非線性運(yùn)動誤差。RTCP功能由兩個構(gòu)件實(shí)現(xiàn),非實(shí)時函數(shù) Cal_RTCPPoint(Strct S_Line,int32 PivotD_X,Int32 PivotD_Y,int32 PivotD_Z,char*OutStr),它負(fù)責(zé)計(jì)算出各直線軸需補(bǔ)償?shù)脑隽恐?而實(shí)時函數(shù)RTCP_Chabu(Real_pos,Real_pos1,Real_pos2,int32 PivotD_X,Int32 PivotD_Y,int32 PivotD_Z)負(fù)責(zé)計(jì)算各插補(bǔ)周期的補(bǔ)償量struct inter_pos comPos,將該補(bǔ)償量和插補(bǔ)增量合成后獲得位置輸出量struct inter_pos realpos。構(gòu)件入口參數(shù)為結(jié)構(gòu)體型參數(shù)struct S_Line Line,其中包含刀具初始位置P、目標(biāo)位置坐標(biāo)Po、樞軸中心距。出口參數(shù)為各插補(bǔ)周期輸出位置坐標(biāo) P′o。

計(jì)算思路是利用空間投影等方法計(jì)算旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償向量,并根據(jù)刀位點(diǎn)初始信息以及直線插補(bǔ)計(jì)算所得坐標(biāo)位置,計(jì)算輸出位移量,采用先計(jì)算法平面補(bǔ)償向量,再進(jìn)行投影的方法,避免了繁雜的矩陣運(yùn)算。計(jì)算整段旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償值來約束段末刀位點(diǎn),計(jì)算各插補(bǔ)周期旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量約束每個插補(bǔ)周期補(bǔ)償精度的方法,實(shí)現(xiàn)高精度補(bǔ)償。對指定曲線進(jìn)行投影,將轉(zhuǎn)動曲線投影至任意兩個線性軸確定的某一法平面,計(jì)算該法平面的轉(zhuǎn)動半徑以及相對于本插補(bǔ)周期轉(zhuǎn)動軸初始角度的轉(zhuǎn)動增量Δα,并根據(jù)樞軸中心距,將刀具初始坐標(biāo)進(jìn)行刀具坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,再求出平面轉(zhuǎn)動補(bǔ)償向量ΔP,并將其進(jìn)行空間投影,然后根據(jù)P′o=P o-ΔP計(jì)算實(shí)際輸出位移。

4 嵌入式柔性數(shù)控系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用

利用該嵌入式柔性開發(fā)平臺,研究了加工中心用五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問題。加工中心用數(shù)控系統(tǒng)需要的技術(shù)指標(biāo)是：5個運(yùn)動軸可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動,最小分辨率為 0.001mm/0.001°,具有直線、圓弧插補(bǔ)、空間螺旋線等插補(bǔ)功能。切削速度達(dá)到24m/min,快移速度達(dá)到24m/min,進(jìn)給加速度達(dá)到20m/s2。具有微線段的前瞻自適應(yīng)速度控制功能,微線段最小段長為0.01mm,預(yù)讀段數(shù)為100段。應(yīng)提供內(nèi)裝式PLC,可使用梯形圖編程,還具有三維動態(tài)仿真顯示功能。

選擇的硬件構(gòu)件是六軸位置控制板、300Hz CPU板、一塊96輸入/88輸出PLC、遠(yuǎn)程操作面板和其他部件。除已開發(fā)基本組件外,還根據(jù)加工中心的要求增加了刀庫管理、五軸加工固定循環(huán)等一些功能組件,將它們進(jìn)行編譯,放入到組件庫中,為組態(tài)數(shù)控系統(tǒng)控制軟件編寫了配置文件,給出組件間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖8 STH-850型數(shù)控加工中心

所開發(fā)的系統(tǒng)已在蘇州一企業(yè)的五軸數(shù)控加工中心上進(jìn)行了成功的應(yīng)用,實(shí)際應(yīng)用的數(shù)控加工中心如圖8所示,已完成了速度、精度測試和實(shí)際切削實(shí)驗(yàn)。圖9為開發(fā)的六軸數(shù)控系統(tǒng)主界面圖。按照國家標(biāo)準(zhǔn)對加工精度進(jìn)行了測試,測試結(jié)果如表4所示。實(shí)際測試表明,微線段加工時其進(jìn)給速度可達(dá)到10m/min,可實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度的高速平滑銜接。圖10為使用五軸聯(lián)動加工葉輪試件的實(shí)際切削圖。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過持續(xù)不間斷生產(chǎn)加工,結(jié)果表明：采用嵌入式柔性框架可增加數(shù)控系統(tǒng)的開放性和可擴(kuò)展性,控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定,加工過程中速度控制平穩(wěn),精度高。

圖9 六軸數(shù)控系統(tǒng)主界面圖

表4 試件測試結(jié)果 mm

圖10 五軸聯(lián)動加工試件實(shí)際切削圖

5 結(jié)束語

基于PC平臺的開放式數(shù)控系統(tǒng)存體體積大、可靠性差等問題,嵌入式數(shù)控系統(tǒng)是未來數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。為解決嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的開放性問題,本文提出并實(shí)現(xiàn)了基于構(gòu)件的柔性開放式結(jié)構(gòu),并開發(fā)出系列的高性能數(shù)控系統(tǒng),這些系統(tǒng)已在工業(yè)上得到了成功的應(yīng)用,現(xiàn)場測試表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠,能滿足開放性要求。

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