1前言
隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，Windows作為一個(gè)多窗口、多任務(wù)的新型的圖形窗口操作環(huán)境，具有許多DOS不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。它可完成任務(wù)、文件輸出設備等的并行管理工作，并提供了強大的功能以及友好的圖形用戶(hù)界面(GUI)，它不僅廣泛用作管理事務(wù)型工作的支持平臺，而且也被工業(yè)領(lǐng)域的工程人員所關(guān)注。隨著(zhù)工業(yè)PC大舉進(jìn)入數控領(lǐng)域，數控沖床監控和編程系統的開(kāi)發(fā)也愈來(lái)愈多地應用PC機的最新硬件和軟件成果。隨著(zhù)CNC技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，在Windows環(huán)境下，采用先進(jìn)的“5C”(Computer、Control、Communication、CRT、C/C++語(yǔ)言)技術(shù)，開(kāi)發(fā)數控沖床
數控沖床的監控和編程系統，已成為一個(gè)潮流和方向。
基于工業(yè)PC、采用多處理器的結構、在Windows環(huán)境下開(kāi)發(fā)沖床數控系統，這方面國外已經(jīng)開(kāi)始研制并推出了相應的產(chǎn)品。為在競爭日益激烈的市場(chǎng)中取得一席之地，我們必須汲取國外的成功經(jīng)驗，直接應用當今微電子、計算機技術(shù)的最新成果，盡快研制出適應用戶(hù)要求、功能很強的高性能沖床數控系統，并努力使其具有“先進(jìn)性、實(shí)用性、商品化”三大特點(diǎn)．以不斷增強在市場(chǎng)上的競爭能力。
2數控沖床CNC系統的總體設計
本數控轉塔沖床
數控轉塔沖床CNC系統的設計采用了國際上流行的工業(yè)PC平臺，同時(shí)考慮到滿(mǎn)足人機交互友好和實(shí)時(shí)控制的要求，該系統采用工業(yè)PC雙CPU前后臺的結構，由上位機IPC586和控制機IPC486構成，如圖1所示。后臺上位機完成管理、監控、編程等功能，直接面對用戶(hù)。前臺控制機完成數據處理、實(shí)時(shí)控制以及狀態(tài)檢測等功能。前后臺之間通過(guò)串行通訊的方式交換信息。CNC系統的應用軟件包括上位機和控制機的應用軟件，分別運行于Windows NT操作環(huán)境和DOS操作環(huán)境下，各自完成獨立的功能。上位機的人機交互控制命令根據一定的通訊協(xié)議格式，轉換為控制機可識別的通訊編碼，通過(guò)串行通訊方式傳送至控制機，由控制機進(jìn)行數據處理，并將其處理結果輸送至沖床進(jìn)行實(shí)際加工控制，同時(shí)該結果和沖床的實(shí)時(shí)運行狀態(tài)信息也將通過(guò)串行通訊傳送至上位機，反饋給用戶(hù)。
3監控與編程系統的功能要求
根據CNC系統的總體設計要求和任務(wù)劃分，監控和編程系統的控制和操作功能要求包括系統運行、加工文件管理、顯示管理、系統診斷、編程、系統設置和管理等。
(1)系統運行
包含以下內容：
1)自動(dòng)加工：有參考點(diǎn)設置、自動(dòng)連續加工、自動(dòng)跳選加工、自動(dòng)起始碼段加工和單步加工；
2)加工仿真：同上；
3)手動(dòng)控制：包括連續進(jìn)給、選模步進(jìn)、模具連續、步進(jìn)進(jìn)給和手動(dòng)速度；
4) MDI控制：指手動(dòng)程序輸入。
(2)加工文件管理
指加工文件的輸入和輸出。
(3)顯示管理
包括X、Y向位移顯示、使用刀具顯示、零件加工圖形顯示、I/O顯示和加工程序顯示。
(4)診斷操作
包括通訊錯誤診斷、操作失誤判斷與報警和加工文件編程錯誤判斷等。
(5) NC編程
包括圖形自動(dòng)編程和手工編程。
(6)系統設置和管理
包括系統設置和刀具管理。
在本轉塔式數控沖床的CNC系統中，用戶(hù)通過(guò)監控和編程系統，進(jìn)行人機交互控制，并從中獲取沖床的加工信息。要求人機界面友好，因此采用了Windows的操作環(huán)境。
4監控與編程系統的總體設計
(1)監控與編程系統的設計原則
監控和編程系統的設計原則為面向生產(chǎn)和面向用戶(hù)：
1)面向生產(chǎn)，使監控和編程系統能完成所要求的各項控制、管理和編程功能，面向控制和監測，實(shí)現實(shí)時(shí)控制和多任務(wù)。在系統的研究和開(kāi)發(fā)中，采用了Windows NT的多線(xiàn)程技術(shù)，并引入了面向對象的設計思想。
2)面向用戶(hù)，要求人機界面友好，易于移植、擴展和修改。人機界面是用戶(hù)對系統質(zhì)量評價(jià)的重要方面，美觀(guān)、簡(jiǎn)潔、易懂和操作方便的人機界面是系統開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方面。系統開(kāi)發(fā)時(shí)人機界面的工作量很大，控制領(lǐng)域的軟件系統一方面要接收用戶(hù)指令，一方面還要處理來(lái)自被控對象的實(shí)時(shí)監控信息，所以對系統的可靠性要求比較高。人機界面為系統的實(shí)時(shí)要求和人的非實(shí)時(shí)性提供了必要的緩沖，保證了系統的可
靠性和實(shí)時(shí)性。
(2)監控與編程系統的總體結構設計
監控和編程系統的數據流圖如圖2所示，其中虛線(xiàn)方框內的手動(dòng)處理、I/O處理、自動(dòng)處理、仿真處理和回零處理等過(guò)程由控制機完成，其數據詞典分類(lèi)如下：
1)數據類(lèi)：圖形和加工數據、設置數據、MDI手動(dòng)數據、自動(dòng)和手動(dòng)數據；
2)文件類(lèi)：NC文件、GRA文件（圖形和加工數據文件）和刀具文件；
3)指令類(lèi)：輸入指令、輸出指令、手動(dòng)控制指令、I/O檢查指令、自動(dòng)控制指令和回零控制指令；
4)控制信息類(lèi)：手動(dòng)控制信息、自動(dòng)控制信息、回零控制信息和I/O檢查控制信息；
5) NC代碼類(lèi)等：結果坐標、刀具參數、NC代碼、NC代碼段和I/O狀態(tài)。
監控和編程系統的總體結構分為三部分：監控子系統、編程子系統和刀具管理子系統，其中編程子系統包括圖形編程和手工編程兩部分。手工編程只需調用Windows中已有的編輯器如Notepad即可實(shí)現。監控和編程系統的結構如圖3所示。監控、編程和刀具管理三個(gè)子系統分別完成系統的一部分功能，相對獨立，不同子系統在數據結構、控制算法和控制模式等方面具有不同的性質(zhì)和特點(diǎn)，同時(shí)，整個(gè)系統又是各子系統的有機組合，有著(zhù)密切的聯(lián)系，因而各子系統之間必須存在著(zhù)信息交換和協(xié)調問(wèn)題。在進(jìn)行系統的研究和設計時(shí)，應盡量減少各部分之間的耦合，以利于各子系統功能的實(shí)現：同時(shí)應保持各系統之間清晰的信息接口，以增強系統的重構和擴展能力。圖形編程系統菜單結構見(jiàn)圖4，刀具管理系統的總體結構見(jiàn)圖5。
隨著(zhù)當今制造業(yè)靈活快速制造的發(fā)展，數控沖床也向著(zhù)具有多種復合功能、更加穩定可靠、更大柔性、適應多品種小批量的方向發(fā)展，有建立沖壓過(guò)程的柔性制造系統的發(fā)展趨勢。本文在進(jìn)行數控系統監控和編程系統的研究和開(kāi)發(fā)時(shí)，力求增強系統柔性，將監控和編程系統作為一個(gè)內部彼此聯(lián)系、相互作用、相互制約的集成性整體。本系統各部分的功能相對獨立，刀具管理系統進(jìn)行刀具庫和刀塔的管理和控制，根據刀具和刀塔參數生成刀具文件；圖形編程系統根據輸入的圖形和加工信息生成NC程序文件；監控系統則對沖床加工進(jìn)行監控和控制。另一方面，整個(gè)系統又是一個(gè)相互聯(lián)系、相互制約的集成性整體，圖形編程時(shí)，要以刀具管理系統所生成的刀具文件為依據進(jìn)行人機交互刀具選擇；而在對沖床進(jìn)行自動(dòng)加工控制時(shí)，需要輸入相應的NC程序，而且在加工前要進(jìn)行刀具檢查，檢查該NC程序所需刀具和刀塔上安裝的刀具是否一致。圖6所示為本系統各部分之間的聯(lián)系。
圖6監控和編程系統的內部聯(lián)系
系統的總體控制流程如圖7所示。系統開(kāi)啟，上位機與控制機、沖床聯(lián)機后，即可進(jìn)行沖床監控，同時(shí)進(jìn)行在線(xiàn)編程和刀具管理；也可單獨進(jìn)行離線(xiàn)編程和刀具管理。
圖7系統總體控制流程
如上所述，本系統被劃分為監控、編程和刀具管理子系統，而在各子系統的研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，作者引入了面向對象的設計思想，并采用流行的Windows NT技術(shù)解決了一些核心問(wèn)題。
(3)監控與編程系統開(kāi)發(fā)的技術(shù)方案
在監控和編程系統的開(kāi)發(fā)中，作者選用了Microsft Windows NT
4．O操作系統，開(kāi)發(fā)平臺選用了Microsoft Visual C++4.0。
1)由于本監控和編程系統為工業(yè)控制領(lǐng)域系統，所以操作系統的安全性顯得非常重要。Windows NT完全利用了Intel 80386芯片保護模式的安全特性，操作系統的各級模塊運行在不同的權限等級當中，互相不能干擾，各進(jìn)程也運行在完全獨立的虛擬機(VMM)中，對操作系統和其它進(jìn)程無(wú)法干預。Windows 95和Windows NT有許多相同之處，但Windows 95設計的目標是為PC主流系統配置操作系統，以普及為主，而Windows NT則以高技術(shù)、高性能為目標，其完善的性能監控以及事件登錄服務(wù)，使它較Windows 95更好管理，更安全、穩定、強壯。在本系統的開(kāi)發(fā)中選用既具有Windows 95操作系統友好的人機界面，又具有非常穩固的安全性的Microsoft Windows NT 4.0操作系統。
2)編程語(yǔ)言采用的是面向對象的C++語(yǔ)言，所選用的MicrosoftVisual C++4.0是一個(gè)非常通用、流行而且功能強大的軟件編程平臺。
5結論
本文介紹了Windows環(huán)境下轉塔式數控沖床監控與編程系統的總體設計，并詳細地介紹了其功能要求、設計原則、總體結構和技術(shù)方案。該系統已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成，監控和編程系統的全方位、多層次的測試表明，該系統基本達到了設計的功能和性能要求，轉塔式數控沖床CNC系統的軟硬件集成調試表明系統運行良好，達到了預期的目標。本文完成的監控和編程系統界面友好，功能較強，可根據生產(chǎn)實(shí)際情況修改和擴展，應用于實(shí)際生產(chǎn)中，該系統適合我國國情，具有良好的應用前景。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
