1 純軟件數(shù)控技術簡介

　　傳統(tǒng)的數(shù)控裝置，是用硬件電路搭成的封閉系統(tǒng)(黑箱)。其特點是：①封閉性，其軟硬件資源屬于專有技術，不對用戶開放；②非專業(yè)人員維護較困難；③軟件的人機界面不及目前流行的圖形用戶界面方便；④網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)采集、發(fā)布功能弱。

　　純軟件數(shù)控技術就是用控制軟件+通用計算機+其它易購的通用硬件，完成傳統(tǒng)的數(shù)控裝置所有功能以及傳統(tǒng)的數(shù)控裝置無法實現(xiàn)的其它功能的一種新技術。該技術的典型產品OpenCNC@數(shù)控軟件由美國制造數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司于1993年用于生產。其特點是：①價格便宜。②開放性，不與任何硬件捆綁，不需要任何運動控制卡。OpenCNC@在普通的PC機上即可運行，不需要專門的工業(yè)計算機。其它相關硬件(編碼器反饋卡、數(shù)模轉換卡及I／O卡)也都是市場上隨時可購到·的通用器件。③高可靠性，OpenCNC@已在數(shù)家公司(如福特、波音、克萊斯勒等)的車間環(huán)境運行了十幾年，與硬件數(shù)控裝置相比故障率顯著減少。④友好的人機界面，Windows@風格的圖形用戶界面大大方便了加工程序的編輯、參數(shù)的設置及加工狀態(tài)的顯示等。⑤開放的API，用戶可根據(jù)控制對象的不同，使用VisualBasic@創(chuàng)建特定的應用軟件和人機界面。⑥應用領域廣泛，OpenCNC@可用于各類金屬切削機床、機器人、半導體制造業(yè)以及印刷電路板制造業(yè)等需要精確定位設備的行業(yè)。⑦強大的網(wǎng)絡功能。⑧實時數(shù)據(jù)采集與發(fā)布功能。⑨每6個月版本更新和升級1次。

2 純軟件數(shù)控系統(tǒng)的結構

　　該系統(tǒng)結構，軟件部分是分層設計的，高優(yōu)先級別的控制任務是插補運算，與刀具路徑準備(中間層)及用戶界面(上層)各層之間相互隔離。重要事件模塊用于直接收集生產、維護及質量數(shù)據(jù)，并且直接進入到公司的管理軟件(如MRP)。這些數(shù)據(jù)的獲取和發(fā)布不需要人工干預或專用的硬件。

3 開放式軟件數(shù)控系統(tǒng)所應具備的基本特征

　　(1)軟件CNC、軟件PLC和軟件HMI(人機界面)集成在一個軟件包中；

　　(2)所有的軟件與硬件不捆綁；

　　(3)不需要專用硬件及運動控制卡；

　　(4)不論兩軸還是十軸，快速插補速率相同；

　　(5)開放的API可使用戶方便地集成第三方軟件；

　　(6)用戶可用Microsoft Visual Basic創(chuàng)建宏指令；

　　(7)發(fā)布的API可使用戶定制自己的操作界面；

　　(8)支持所有IEC一61131—3 PLC語言。

4 開放式軟件數(shù)控系統(tǒng)OpenCNC的主要技術性能

　　由于采用了將多軸插補(multi—axis interpolation)和伺服更新(servo update)合而為一的軟件結構，使得OpenCNC能夠在高速切削下獲得好的表面粗糙度。

　　該系統(tǒng)的部分主要技術指標如下：處理速度：1500行／s(或670μm/行)；插補／伺服更新速率：500μm；最高主軸轉速：999999 r／min；高速情況下不跳行；十軸聯(lián)動插補；用戶可根據(jù)特定需要，定義任意多的M代碼；可容易地與第三方軟件無縫集成。

5 OpenCNC在數(shù)控機床上的應用

　　本文的工作主要是應用OpenCNC作為控制系統(tǒng)，改裝一臺數(shù)控銑床，其邏輯結構。在搭建實際系統(tǒng)前，可用OpenCNC SDK進行離線仿真。

6 觸摸屏中文操作界面

　　中文操作界面是本系統(tǒng)的核心部分之一，由VB6寫成。按鈕設計盡量模仿硬件操作面板。操作界面由許多不同窗口組成，可根據(jù)當前的操作模式打開或關閉，但主操作面板總是打開狀態(tài)，開機后首先出現(xiàn)的就是該界面。由于采用了觸摸屏，操作者可在觸摸屏上觸摸相應的按鈕控件，即可完成有關的操作。

　　6.1 主操作面板

　　主操作面板主要分為以下幾部分：

　　(1)文件操作：選擇并打開被加工工件的程序；

　　(2)信息顯示：坐標位置；當前執(zhí)行的程序行(Nb，Ns)，進給速度(F)，主軸速度(s)及所選刀具(T)等信息的顯示。

　　(3)程序自動執(zhí)行按鈕：包括運行、進給保持和重置。

　　(4)單步／連續(xù)執(zhí)行按鈕：指示燈紅時為單步執(zhí)行，指示燈綠時為連續(xù)執(zhí)行。

　　(5)冷卻開／關按鈕，指示燈紅時為冷卻液關閉，指示燈綠時為冷卻液開啟。

　　(6)操作模式轉換：包括返回參考點，手動操作，手動數(shù)據(jù)輸入，自動運行及程序編輯。觸摸按鈕后將會有新的窗口出現(xiàn)，且該按鈕變亮，操作者可在新的窗口內進行相應的操作。

　　6.2 其它操作面板

　　由于操作界面較多，為簡單起見，本文只介紹兩個操作面板：返回參考點及手動操作面板。

　　(1)返回參考點：觸摸主操作面板上的參考點按鈕，參考點窗口彈出。在該窗口內分別觸摸任一方向復選框(X，Y，Z)，選擇后，觸摸“開始回零點”，則機床回到指定方向的零點。或觸摸XYZ復選框，按下“開始回零點”按鈕后，機床各軸同時回零。回到零點后，主操作面板上的回零指示燈變紅，同時機床坐標值變?yōu)榱恪０粹o，手動操作窗口彈出。該窗口主要用于完成以下操作：以慢移模式移動機床各軸，以倍增模式移動機床各軸，以手動脈沖發(fā)生器模式使主軸轉動及主軸定向。在慢移模式(Jog)下，觸摸進給編輯器的上下按鈕可使進給量(mm／min)每次增減100。進給量設定后，按下任一方向按鈕，工作臺或刀具即可向設定的方向運動。在倍增模式下，機床移動的最小倍率是0.001，可用于各軸的微動。

7 結語

　　純軟件數(shù)控技術OpenCNC是目前全球唯一的全開放式純軟件數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是不需要專門的工業(yè)計算機、控制軟件不與任何硬件捆綁、完全的開放結構。該產品中的多項專有技術已經(jīng)在北美、德國、法國、英國及意大利等國申請了專利，并于1993年在美國首次應用于生產，取得了將近十年在車間環(huán)境運行的成功記錄。目前正在北美和西歐推廣使用，已經(jīng)有數(shù)家企業(yè)安裝了該系統(tǒng)。目前尚未見國內有使用同類產品的報道，筆者在應用方面進行了初步的嘗試，特別是設計了適合于我國用戶的全中文界面，給使用帶來了很大方便。