面向应用的柔性可重构数控系统设计

2 柔性可重构数控系统软件设计

　　柔性可重构数控系统软件功能模块的设计是实现柔性数控系统各种应用功能的主题。因为采用软件的设计方式更能够根据用户的设计意图和目标实现多样的功能设计，从而使得柔性可重构数控系统能够实现更为复杂的数控加工任务，因此在设计柔性可重构数控应用系统中往往将实现用户个性化的设计，要求实现个性化加工任务等功能模块采用软件的方式进行实现，同时在软件设计过程中，也可以根据用户系统对象的差异为用户提供丰富多样的用户操作界面，尽可能多的满足用户的操作习惯，使用户在操作柔性可重构数控系统过程中保留其原有的操作习惯和操作经验，最大程度的发挥柔性可重构操作性的加工潜力。

　　根据对柔性可重构数控系统的设计要求和常用功能模块的分析，笔者设计了如图2所示的层次化柔性化可重构数控系统软件模块，从图2可以看出将柔性可重构数控系统的软件功能模块划分为三个模块进行实现，分别是应用层，数控加工控制层以及数据接口层。

图2层次化柔性化可重构数控系统软件模块设计

　　其中应用层是和用户操作数控系统的各种应用操作有直接关联的各种功能模块，在这一层次的功能模块中主要包括用户需要完成的加工任务的设置，用户界面的设置，数控应用系统的相关参数的配置以及加工任务的条件和参数设置，在应用层次下是数控加工的应用层，在这一层将实现数控加工各种轨迹规划、运动控制、切削控制、坐标变换等一系列的具体加工任务的功能模块。通过这些模块的设计，能够根据数控加工任务的要求实现灵活多样的数控加工任务，而且按照笔者设计的可重构设计理念，所有的数控加工功能模块在实际应用过程中可以采用柔性可重构的策略进行重新设计。重新设计之后也能够保持数控系统的上下层次关系不变，上下层次的功能模块不变，这将极大的提升数控系统的可重构特性。处于最底下一层的是数控通讯接口层。在这一层中将把数控加工控制层产生的各种控制信息、控制参数以及控制命令通过接口层的数据格式的转换以及网卡驱动等功能模块传递到底层的硬件平台中，同时也能够将硬件平台反馈的加工控制各种参数和信息传递到上一层的数控加工控制层，根据数控加工系统底层硬件平台设计实现方案的差异，在接口层中所包括的功能模块也有不同的表现形式。如果是基于PC环境的，那么就主要以驱动的形式实现所需要的功能，如果是专用的板卡或者专用的数控接口板，则数据控制层主要是以通讯接口的形式实现相应的设计功能。

3 柔性可重构数控系统硬件设计

　　柔性可重构硬件模块的设计是整个数控系统设计的基础。根据目前数控系统的硬件组成平台以及可实现的设计方法，笔者将柔性可重构数控系统的硬件设计框架采用如图3所示的结构进行设计。从图3可以看出，柔性可重构数控系统目前可以实现的硬件设计平台主要有三种实现形式，分别是基于PC的数控系统硬件设计方案，基于专用数控板卡的设计方案，以及基于PC和数控加工板卡的设计方案。其中基于PC是采用通用计算机或者工业计算机作为数据加工的硬件平台，实现数控加工的各种功能和控制任务，基于专用数字板卡的硬件平台实际上也就是基于专用的数控设备来实现数控加工任务，目前这种专用的板卡一般是采用基于嵌入式的设计方案实现数据加工的任务，市面上所能够见到的一体化数控系统往往都是采用基于专用板卡的硬件实现平台，但是这种实现方案对硬件实现条件要求比较高，而且实现之后的数控系统灵活性也不够好，一般只适合于一些专用的数控系统设计时才选用这种方案。基于PC和运动控制板卡的设计方案是采用PC计算机来实现数控应用系统中的绝大多数软件功能模块，而采用专门的运动控制板卡实现数控加工过程的运动控制。由于通用的PC计算机控制数控加工任务的控制速度和实时性等方面比较欠缺，为了满足高精度高速度的数控加工需求，往往采用专用的数控加工运动控制卡来实现对数控机床的精确高速控制。采用这种设计方案实现的硬件平台，综合了基于PC计算环境的数控系统与基于专用板卡的数控系统之间的优点，是两种方案综合之后的产物，在实际的应用过程中具备比较高的性价比u引，在进行柔性可重构数控系统设计过程中，将针对当前可行的硬件实现方案结合数控应用系统的设计目标从选取一种性价比较高的硬件实现方案作为柔性可重构数控系统的设计基础。同时，当数控应用系统在实际的加工过程中随着加工任务的变化也可以对数控系统的硬件模块进行重构和升级改造，并保持与现有数控系统功能模块的兼容性。

图3数控系统可重构硬件实现方案

4 总结

　　柔性可重构数控系统具备良好的开放性，兼容性以及可重构性，既能够吸收和利用最新的数控研究成果，同时又能够保证与现有数控系统的最大程度的兼容，充分发挥现有数控系统所具备的各种资源，因此柔性可重构数控系统是未来快速构建高性价比数控系统的一种有效实现途径，笔者对柔性可重构数控系统的设计模式，软硬件功能模块的实现方式进行了深入的研究，有助于用户进行柔性可重构数控系统的详细设计。