摘　要：介紹了一種基于工控機的五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，對其系統(tǒng)構(gòu)成，硬件軟件開放化設(shè)計方法進行了探討。從開發(fā)過程及使用效果來看，開放化設(shè)計可有效地縮短開發(fā)周期，提高數(shù)控系統(tǒng)軟硬件的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：開放化系統(tǒng)；ISA總線；CNC
分類號：TP302.1　文獻標識碼：B
文章編號：1001-2265(2000)　02-0019-04

The open-architectured design of 5-axis CNC system

Wang Guangyan　Zhao Jiandon　Shuai Mei　Wang Xiaochun

Abstract：In this paper,a 5-axis CNC system based on Industrial PC is introduced. Its architecture,hardware and software opening design method is discussed.From the developing procedure and actual working,we can make a conclusion that opening design is effective in shorting the developing time and improving the quality of CNC system.
Key words：open-architectured system;ISA bus;CNC

1　概述

　　從MIT開發(fā)出第一臺三軸銑床數(shù)控系統(tǒng)到現(xiàn)在的四十多年中，數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計方法經(jīng)歷了巨大的變化。特別是近十年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)從整體結(jié)構(gòu)到詳細設(shè)計，從軟件設(shè)計到硬件設(shè)計，都與早期的數(shù)控系統(tǒng)有了很大不同。早期的數(shù)控系統(tǒng)出于效率的考慮，許多功能采用硬件電路實現(xiàn)，專用性很強，可維護性、可擴展性比較差。另一方面，通用計算機的運算速度隨時間以指數(shù)規(guī)律不斷提高，現(xiàn)在一臺微機的運算能力已經(jīng)達到或超過了早期的小型機，而且，通用型微機應(yīng)用廣泛，有完善和開放的標準，有眾多外圍硬件設(shè)備和豐富的軟件資源的支持。借助微機進行數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以達到事半功倍的效果，因此成為目前數(shù)控領(lǐng)域的國際趨勢。
　　五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)動軸數(shù)比較多，同時又涉及到兩個回轉(zhuǎn)運動，插補算法復雜，而且其各組成部分，如伺服驅(qū)動單元、位置反饋單元、誤差補償、電氣控制、機床機械結(jié)構(gòu)等在不同的應(yīng)用場合有不同的特點，在系統(tǒng)整體設(shè)計時對此應(yīng)有充分的考慮。目前，多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)不能滿足這種多樣性的需要，對不同的應(yīng)用場合，就得選用不同型號的數(shù)控系統(tǒng)，這勢必增加開發(fā)與維護費用。研究開放式數(shù)控系統(tǒng)及其功能部件，就可以根據(jù)用戶需要，比較容易地對整個數(shù)控系統(tǒng)進行重新組合，以提高系統(tǒng)的可移植性、可伸縮性、可維護性和兼容性。

2　數(shù)控系統(tǒng)硬件的開放化設(shè)計

2.1　硬件設(shè)計的一般原則
　　傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計分為兩個流派：采用專用芯片的大板結(jié)構(gòu)與總線式體系結(jié)構(gòu)。大板結(jié)構(gòu)對用戶而言是一個封閉的系統(tǒng)，功能的擴展與系統(tǒng)維護都受到限制。總線式結(jié)構(gòu)有一定的靈活性，但由于這種總線由生產(chǎn)廠自己確定，缺乏共同的行業(yè)標準，不同廠商的產(chǎn)品之間不具備互換性，所以，這種設(shè)計方法已不適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的需要。另一方面，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，微機的速度與十幾年前相比是天壤之別。在這種形勢下的軟硬件設(shè)計中，人們關(guān)注的重點出現(xiàn)了由效率向互換性、可維護性轉(zhuǎn)移。受其影響，在數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計進程中，由大板結(jié)構(gòu)或?qū)Ｓ每偩€向標準總線、可重組的單元模塊發(fā)展成為國際趨勢。
　　硬件設(shè)計的開放化主要體現(xiàn)在總線標準上。開放化的數(shù)控系統(tǒng)是由多種模塊構(gòu)成的，模塊通過標準的總線連成一個整體。總線的選擇應(yīng)當滿足三個要求：①在技術(shù)上有一定的先進性，能夠滿足數(shù)控系統(tǒng)各種功能模塊對信息交互的需要。②總線標準完全開放，且在國際上得到廣泛認可與應(yīng)用，而不是由某個廠商自己定義使用的某種特殊總線標準。③具有高度的可靠性。
　　選擇了合適的總線標準后，才能進行各功能模塊的設(shè)計。在數(shù)控系統(tǒng)中，主要的功能模塊有：運動軸位置控制模塊、電氣控制模塊、機床操作面板及數(shù)控面板接口模塊、通訊模塊、顯示模塊等。功能模塊應(yīng)當能夠重新配置，以免不同模塊I/O端口地址及中斷類型發(fā)生沖突。
2.2　五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計
　　在五軸聯(lián)動數(shù)