基于嵌入式运动控制器的数控铣床系统研究

4 软件设计

　　利用PC 的良好人机界面和数据处理能力，PC 用作数控编程的人机界面，对数控程序进行语法检查，对数控程序进行预处理。PC 预处理后，将数控程序下载给运动控制器，LPC2214 将数控加工程序存入Flash 中。数控加工时，LPC2214 从Flash 中读出加工代码，进行数控加工程序的译码，译码完成后调用API 函数，实现数控功能。

　　上位 PC 作为数控系统的人机交互界面，完成数控代码编辑(或接收CAD/CAM 软件生成的加工程序)、语法检查、代码预处理功能，并能和运动控制器进行通信，将处理后的数控代码参数上载到控制器，并能接收到控制器的(逻辑)位置反馈和驱动状态信息，实现对整个系统的监控。上位PC 的程序用Visual Basic 开发完成。

　　在已经奠定了运动控制器的软、硬件基础平台后，实现数控应用的关键点在于把数控代码转换成对API 函数的调用，核心内容是进行数控加工程序的译码。

图 3 数控加工程序译码流程

　　(1) 数控加工程序的译码。

　　定义一个数据结构体 CNCcodeBuf，将一个数控代码行的译码结果存入其中。将G 代码和M 代码分为GA～GF、MX～MY 组别，以节省存储空间，提高译码效率。译码流程见图3。

　　struct CNCcodeBuf
　　{
　　short N;//存储数控代码N 后的编号
　　int X,Y,Z;//存储X、Y、Z 代码后的数值
　　int I,J,K;//存储I、J、K 代码后的数值
　　int F;//存储F 代码后的数值
　　int S;//存储S 代码后的数值
　　short T;//存储T 代码后的数值
　　unsigned char GA,GB,GC,GD,GE,GF;//存储分组后G 代码的序号
　unsigned char MX,MY,MZ;//存储分组后M 代码的序号
　　}CNCBuf;

　　一行代码译码完成后，代码数据存储于变量CNCBuf 中，然后需要作的事是将其变换为对API 函数的调用。方法是从变量CNCBuf 的成员中读取G、M 代码功能号，根据功能号对应的API 函数要求逐一完成API 调用的入口参数设置。

　　(2) 通信。上位PC 将预处理后的数控代码程序加帧头“0xAA55AA”和帧尾“0x55AA55”后以RS232 方式下载到运动控制器中。通信格式设为:“38400,E,8,1”。

5 试验实例

　　为了试验数控代码的运行效果，用北航海尔的CAXA 软件设计一个“TEST”字符串的加工轮廓(CAXA 软件自动刀具补偿)，生成数控G 代码PC 对G 代码预处理后下载到运动控制器中运行。记录笔记录的加工轨迹符合设计的预期轮廓。

　　N10G90G54G00Z60.000
　　N12S1000M03
　　N14X-24.992Y-8.481Z60.000
　　N16Z50.000
　　N18Z10.000
　　N20G01Z0.000F100
　　N22X-24.588Y-8.455F800
　　N24X-24.342Y-8.402
　　N26X-24.188Y-8.335
　　N28X-24.092Y-8.264
　　......
　　N890G02X21.410Y-8.481I0.927J-0.376
　　N892G01Z50.000F800
　　N894G00Z60.000
　　N896M05
　　N898M30

结束

　　本文将所设计出的运动控制器应用于经济型数控铣床的改造中，研究了应用方法，关键在于将数控代码转换成对MCX314A 的命令封装了的API 函数，充分利用MCX314A 自带的插补功能。