ARM嵌入式数控旋压机床控制系统应用数控软件开发

1 引言

　　旋压是先进制造技术的重要组成部分，具有变形条件好、制晶性能高、范围广、尺寸公差小，以及可制成整体无缝空心零件等优点。数控技术应用了自动控制、计算机技术及精密检测技术等方面的最新成果，在提高生产效率、降低生产成本、保证加工质量及减轻操作人员的劳动强度方面具有突出优点[21。因此，将数控技术引入旋压机床，研制新一代开放式数字化、智能化的旋压机床数控系统越来越受到人们的重视。

　　原则上讲，用于金属切削机床的商业数控系统都可以用做旋压机床的数控系统。但金属切削机床一般是电机驱动，与旋压机床的液压驱动存在一定差别，如液压油的可压缩性会使系统刚性变差，电一液控制阀的非线性、液压元件的响应频率低都会对系统的动一静特性带来～定影响。西门子公司的840D数控系统是近年来推出的一种专为电一液伺服研制的液压驱动模块删。目前，国内外比较著名的旋压机床生产厂家，多采用840D数控系统，如西班牙的DENN公司ZENN—100型数控旋压机床、北京航空制造工程研究所的SY-8型数控旋压机床，等等。

　　关于嵌入式的定义有很多种，普遍认同的定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、数控软件 硬件可裁剪，适合应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。每一套嵌入式系统的开发设计都有其特殊的应用场合与特定功能，’这也是嵌入式系统与通用计算机系统最主要的区别。另外，由于嵌入式系统是为特定目的而设计的，因此，它可以最大限度地在硬件和软件上“量身定做”以提高其效率，这样的结果最终导致了实时性的增强。

　　我国的旋压技术发展已接近国际先进水平，许多自行设计制造的新型、高精度数控旋压设备不断涌现。但其数控系统还停留在引进国外高档专用数控系统或者用工控机，嵌入式系统在数控旋压机床上的应用还属空白。

2 基于ARM嵌入式系统应用层数控软件 概要设计

　　2.1 数控系统要求

　　为适应国情，并使所研究的成果能面向广大中、小型企业，本文采用基于ARM(Advanced Reduced instruction set computing Machines)嵌入式的经济型数控系统，在旋压机中对液压弹顶装置的轴向进给(A轴)、旋轮座的横向进给(x轴)及纵向进给(z轴)、旋轮的径向进给(通过B轴的转动来实现)实行四轴两联动控制，如图1所示。

图1 HGPX—WSM型多功能数控旋压机床

　　2.2 嵌入式系统开发流程

　　旋压机床的数控软件 系统是一个很大的实时多任务处理软件，它既要管理数控代码的编辑、编译、仿真以及机床运行时的插补计算和实时控制，又要负责机床手动操作、文件传输、在线帮助等任务。考虑到数控软件 开发的复杂性，在软件设计时，首先按照数控软件 工程的思想进行了系统的总体设计，将系统软件划分成主机应用程序和实时调度程序两个既独立又能相互协调的部分。主机应用程序负责实现数控系统的各种基本功能、人机交互、界面显示等；实时调度程序负责实现位置／速度实时控制、插补驱动等功能。其流程如图2所示。

图2嵌入式系统的开发流程

　　2.3 操作程序总体规划

　　考虑到机床功能要求及操作的便捷性，采用树状结构进行设计，分5种工作模式：录入模式、自动模式、手动模式、归零模式、手轮模式。在每种模式下都有各自完整的操作规程，并且各个模式之间在任何情况下都可以任意相互切换。程序分为3级菜单，进入下一级菜单时必须从上一级菜单向下进。