开放式数控系统软硬件平台在数控滚齿机系统上的应用

0 引 言

　　齿轮是机械行业量大面广的基础件，因此，随着应用范围的不断扩大，对其在加工精度、效率等方面的要求也越来越高，滚齿加工是所有齿轮加工方法中最主要的一种，滚齿机约占所有齿轮加工机床的45%。齿轮加工有其复杂性和特殊性，运动关系复杂、调整因素多、影响加工精度的因素多，所以齿轮加工机床对数控系统的要求更高、更特殊。

　　开发数控滚齿机床是当今齿轮机床的发展方向，滚齿机数控化后使机床结构及控制发生了革命性的变化，而数控系统是其核心，数控系统正朝着开放式、网络化、智能化的方向发展，并满足对高速度和高精度数控加工的要求。目前数控领域使用的控制系统一般多为通用型，但对一些特殊的机床如专用磨床、齿轮加工机床等往往需要有专用界面以及一些特定的功能模块，这样才便于对设备进行操作和管理，更好地发挥数控系统的优势。

　　针对目前国内滚齿机配置的大多是国外的通用数控系统，存在着价格昂贵等诸多因素，我们对滚齿加工的特点进行了分析研究，开发了电子齿轮箱功能，在自主研发的开放式数控系统软硬件平台上开发了滚齿机数控系统并且应用于生产。

1 开放式数控系统平台架构

　　数控技术发展的关键是数控软件的开发，一个好的数控系统软件平台是数控技术能持续发展的基础。在总结了多年来国外先进的开放式数控系统开发经验之后，我们研究了开放式数控系统的标准规范，完全自主创新建立了基于Windows和Linux双操作系统的开放式数控系统软硬件平台，在这个平台上开发了基于总线技术的中高档数控系统，它具有很好的开放性和灵活性，能较快适应用户设备的各种个性化需求。

　　系统的下位机运动控制单元可以配置各种上位机，包括嵌入式数控系统显示单元、台式电脑/笔记本电脑、工业计算机等。上、下位机通过标准以太网接口（TCP/IP）进行通信，平台架构如图1所示。

图1 开放式数控系统平台架构

　　平台开放性主要体现在四个层次：

　　第一层为内核层：由于运动控制与逻辑控制任务工作在实时内核中。该平台采用编译执行的PMC与PLC编程语言，允许用户定制实时控制任务，编写复杂的轨迹插补算法。编译执行的方式确保了系统级任务的运行效率。

　　第二层为插件层：由于该平台采用模块化设计。用户可以使用高级语言编写插件模块运行在系统程序的后台或前台。通过高级语言，可以将操作系统外围硬件以及第三方软件的资源与控制系统无缝整合在一起，使系统功能得到充分的延伸。

　　第三层为组态层：该平台提供脚本语言编程接口以及基于XML的操作界面描述语言。通过这个接口，用户无需掌握专业的编程知识，就可以定制界面并可以实现基于菜单按钮的人机交互。这一层次主要面向控制系统的现场工程师和高级用户。他们往往掌握丰富的工艺经验，但是并不懂得软件编程技术。ONCASP的脚本和组态工具有效地降低了系统的二次开发的门槛。

　　第四层为网络层：基于以太网的Socket接口，该平台可以向网络上的远程计算机实时广播控制系统的状态，并可接收经过加密的控制指令。通过无线Wi-Fi网络，对该平台的监控可以扩展到智能移动终端。管理人员在工厂的每一个角落均可以实时了解生产设备的工作状态。

　　以上几个开放层次，使该平台满足了不同层次的用户需求，并能适应灵活多变的应用场合。

　　在工业控制中广泛使用的具有图形用户界面的操作系统主要是Windows和Linux两种。该平台能够在这两种不同的操作系统中运行，并且在不同的操作系统中，基于该平台所开发的应用软件能够表现出相似的视感和操作方法。