开放式纯软件数控系统OpenCNC应用与实现的总体方案

1 纯软件数控技术简介

　　传统的数控装置，是用硬件电路搭成的封闭系统(黑箱)。其特点是：①封闭性，其软硬件资源属于专有技术，不对用户开放；②非专业人员维护较困难；③软件的人机界面不及目前流行的图形用户界面方便；④网络与数据采集、发布功能弱。

　　纯软件数控技术就是用控制软件+通用计算机+其它易购的通用硬件，完成传统的数控装置所有功能以及传统的数控装置无法实现的其它功能的一种新技术。该技术的典型产品OpenCNC@数控软件由美国制造数据系统公司于1993年用于生产。其特点是：①价格便宜。②开放性，不与任何硬件捆绑，不需要任何运动控制卡。OpenCNC@在普通的PC机上即可运行，不需要专门的工业计算机。其它相关硬件(编码器反馈卡、数模转换卡及I／O卡)也都是市场上随时可购到·的通用器件。③高可靠性，OpenCNC@已在数家公司(如福特、波音、克莱斯勒等)的车间环境运行了十几年，与硬件数控装置相比故障率显著减少。④友好的人机界面，Windows@风格的图形用户界面大大方便了加工程序的编辑、参数的设置及加工状态的显示等。⑤开放的API，用户可根据控制对象的不同，使用VisualBasic@创建特定的应用软件和人机界面。⑥应用领域广泛，OpenCNC@可用于各类金属切削机床、机器人、半导体制造业以及印刷电路板制造业等需要精确定位设备的行业。⑦强大的网络功能。⑧实时数据采集与发布功能。⑨每6个月版本更新和升级1次。

2 纯软件数控系统的结构

　　该系统结构如图1所示，软件部分是分层设计的，高优先级别的控制任务是插补运算，与刀具路径准备(中间层)及用户界面(上层)各层之间相互隔离。重要事件模块用于直接收集生产、维护及质量数据，并且直接进入到公司的管理软件(如MRP)。这些数据的获取和发布不需要人工干预或专用的硬件。

图1 纯软件数控系统的结构 

3 开放式软件数控系统所应具备的基本特征

　　(1)软件CNC、软件PLC和软件HMI(人机界面)集成在一个软件包中；

　　(2)所有的软件与硬件不捆绑；

　　(3)不需要专用硬件及运动控制卡；

　　(4)不论两轴还是十轴，快速插补速率相同；

　　(5)开放的API可使用户方便地集成第三方软件；

　　(6)用户可用Microsoft Visual Basic创建宏指令；

　　(7)发布的API可使用户定制自己的操作界面；

　　(8)支持所有IEC一61131—3 PLC语言。

4 开放式软件数控系统OpenCNC的主要技术性能

　　由于采用了将多轴插补(multi—axis interpolation)和伺服更新(servo update)合而为一的软件结构，使得OpenCNC能够在高速切削下获得好的表面粗糙度。

　　该系统的部分主要技术指标如下：处理速度：1500行／s(或670μm/行)；插补／伺服更新速率：500μm；最高主轴转速：999999 r／min；高速情况下不跳行；十轴联动插补；用户可根据特定需要，定义任意多的M代码；可容易地与第三方软件无缝集成。

5 OpenCNC在数控机床上的应用

　　本文的工作主要是应用OpenCNC作为控制系统，改装一台数控铣床，其逻辑结构如图2所示。在搭建实际系统前，可用OpenCNC SDK进行离线仿真。

图2基于0penCNC的数控铣床控制原理