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    1952年，美國麻省理工學院與帕森斯公司進行合作，發(fā)明了世界上第一臺三坐標數(shù)控銑床，控制部分由數(shù)以千計的電子管組成，其插補裝置采用脈沖乘法器。這臺機床的研制成功標志著NC技術(shù)的開創(chuàng)和機床制造業(yè)的一個新的時代的到來。

    從第一臺數(shù)控銑床后，隨著電子組件技術(shù)，計算機技術(shù)，以及伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的CNC系統(tǒng)在功能、性能、穩(wěn)定性，以及處理速度方面已經(jīng)得到了大大改善。數(shù)控系統(tǒng)作為數(shù)控機床控制的核心部分，對數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起著極大的推動作用。它的發(fā)展大致以下幾個過程：

圖1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展過程

    隨著機械加工精度和速度的提高，要求NC系統(tǒng)的功能不斷的擴大、改進和完善，特別是適應(yīng)高速高精度加工的要求產(chǎn)生了高速高精控制系統(tǒng)，包括程序的快速輸入、高速高精插補、控制以及輸出。另外機械結(jié)構(gòu)的簡化與改進及新加工功能的完善，要求NC的軟件功能越來越復(fù)雜。還有，機械加工的連續(xù)運行、協(xié)調(diào)，要求NC系統(tǒng)可靠性不斷提高，加工和信息系統(tǒng)不但可以控制、處理、傳輸、管理而且通過網(wǎng)絡(luò)可以共享。正是由于以上的原因，基于PC ―BASED的開放性數(shù)控單元開始在數(shù)控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

    1、開放性數(shù)控系統(tǒng)

    開放性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義為：在競爭的環(huán)境中允許多個制造商可以相互交換和相互操作的模塊。機床制造商可以在開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件和軟件構(gòu)成自己的控制系統(tǒng)。目前比較流行的開放式數(shù)控主要有兩種結(jié)構(gòu)：1、CNC+PC主板：把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機器中，PC板主要運行非實時控制，CNC主要運行以坐標軸為主的實時控制。2、PC+專業(yè)運動控制卡：把運動控制卡插入計算機標準插槽中做作實時控制用，而PC 機主要用作處理非實時控制。尤其是方案2，能充分發(fā)揮其計算機處理速度快，人機接口友好的特點，越來越受到機床制造商的歡迎，成為近年來國內(nèi)開放式數(shù)控發(fā)展的主流。

    2、開放性數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

    下面以步進機電公司自主研制開發(fā)的MPC01運動控制卡為例，介紹“PC+專業(yè)運動控制卡”這種結(jié)構(gòu)模式的開放式數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用主從式控制結(jié)構(gòu)：其中PC機負責人機交互接口的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作（例如系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送等等）；下位機選用步進機電公司MPC01系列運動控制卡，用來完成控制的所有細節(jié)，包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降的處理、原點和限位等信號的檢測等等。工控機的CPU及MPC01控制卡上的專用運動控制芯片構(gòu)成了“PC+MPC01”的雙CPU的硬件結(jié)構(gòu)，DOS或Windows作為操作系統(tǒng)。

    2.1 MPC01系列運動控制卡的控制方式及特點

    步進機電有限公司（step-servo Co.,Ltd）是一家以技術(shù)為依托的專業(yè)運動控制公司。是目前國內(nèi)運動控制卡的主要生產(chǎn)廠家之一，MPC01系列運動卡采用進口專用芯片，集成度高，穩(wěn)定可靠；同時配備了內(nèi)容豐富，功能強大的運動函數(shù)庫，可在C/C++或VB等環(huán)境下調(diào)用，它和計算機之間以總線方式進行通訊。而且由于它采用了VXD虛擬驅(qū)動技術(shù)，很好的利用了Windows底層的中斷調(diào)用，從而可以進行實時的多任務(wù)處理，這使得它在處理時間和任務(wù)切換這兩方面大大減輕主機和編程的負擔，提高了整個控制系統(tǒng)的運行速度和控制精度。

    2.2 控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)

    控制系統(tǒng)以基于工業(yè)PC的MPC01為核心，采用松下數(shù)字交流伺服系統(tǒng)構(gòu)成一個開放式的數(shù)控系統(tǒng)。利用MPC01 的多軸運動控制功能，將交流伺服系統(tǒng)與DMC的脈沖輸出通道相連，實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速信號的輸出。同時也可接受光電編碼器的反饋信號的采樣，以達到實現(xiàn)全閉環(huán)控制。另外通過DMC的DB15接口，可以接收機床上一些與運動控制有關(guān)的IO量的輸入。如檢測機床原點、限位等開關(guān)的信號。

    運動控制卡必須與PC機進行通訊才能完成機床的控制任務(wù)，通過PC機的外設(shè)可實現(xiàn)加工程序的輸入、編輯、參數(shù)的設(shè)置、機床運行的實時狀態(tài)等等。另外借助PC的圖形數(shù)據(jù)處理的強大功能，可以很容易的實現(xiàn)系統(tǒng)的DNC功能。

圖2 控制系統(tǒng)框圖

    3、開放性數(shù)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

圖3 開放性數(shù)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

    本系統(tǒng)充分發(fā)揮了PC機軟件資源豐富和處理數(shù)據(jù)速度快的優(yōu)點，吸收了CAD/CAM的特點，在利用造型軟件生成零件圖后，將圖形的DXF格式文件轉(zhuǎn)化為加工G代碼。然后將G代碼解釋為板卡的運動控制函數(shù)，最后通過調(diào)用MPC01運動函數(shù)庫內(nèi)的插補運動函數(shù)，達到實現(xiàn)機床控制的目的。

    4、結(jié)束語

    “PC+運動控制卡”式數(shù)控系統(tǒng)將是開放式數(shù)控系統(tǒng)的一個里程碑。這種系統(tǒng)支持運動控制策略的用戶定制，體現(xiàn)了一種核心級的開放思想，從這種系統(tǒng)開始，數(shù)控系統(tǒng)將進入“完全開放”時代。