基于PC 的开放式数控系统开发与研究

　　随着科学技术的发展及制造技术的进步, 计算机数控系统作为制造形状复杂、高质量、高精度产品所必备的基础设备, 已成为当今先进制造技术的一个重要组成部分。

　　目前, 较多采用兼顾先进性和成本的开放式数控系统是“NC+PC”和“NC 嵌入PC”两种类型, 即利用基于DSP 的运动控制器开发的基于PC 的开放式数控系统。它能够在普及型个人计算机的操作系统上, 轻松地使用系统所配置的软件模块和硬件运动控制器(卡), 同时便于机床制造商和用户进行软件开发,还能追加功能和实现功能的个性化。采用DSP 进行高性能高精度的CNC系统的开发也是是今后数控技术的主流趋势。

1 系统架构

　　本系统采用“NC+PC”系统架构, 分为上位机和下位机。系统结构框图如图1 所示。

图1 系统结构框图

　　PC 机完成整个系统的前端管理任务, 而加工控制所需的实时任务, 如插补运算、运动控制和轴伺服控制等, 由DSP控制器完成。机床逻辑控制, 操作面板的定义等由单片机根据逻辑和数据存储器的内容进行控制和定义, 由于基于PC的开放式数控系统的PC- CNC型结构中含有专用控制器, 所以PC总线中的计算机系统CPU可以利用计算机丰富的软件资源, 专注于人机界面、输入输出、预处理、发送指令、故障诊断等功能; 插补、补偿处理、速度控制、位置控制则可由下位机实现, 而无需占用PC 机的资源。

2 系统软件设计

　　上位机软件设计的目的是设计用户界面, 让用户完成定义主轴, 功能键, 用通用方法进行PLC 编程等功能。根据用户的输入数据, 生成可被下位机执行的数据代码, 上位机软件结构如图2 所示:

图2 上位机软件结构

　　本系统采用Borland 公司的c++Builder6.0 进行编写。c++Builder 是基于c 语言的快速开发工具, 它同时具有c++语言的灵活和可视化编程的便利, 功能强大、界面友好、使用方便, 并且提供了丰富的VCL 组件库, 在界面开发上可节省不少时间。