數(shù)控機床測量反饋系統(tǒng)自動切換功能的開發(fā)

王紅亮 徐秀玲 趙國濤

（①中捷機床有限公司，遼寧沈陽110141;②沈陽工程學院，遼寧沈陽 110041）

菲迪亞C系列數(shù)控系統(tǒng)機床是一種高精度、高效率的自動化設備。該系列機床具有兩套測量反饋系統(tǒng)［1］，一套是由伺服電動機及編碼器構成的半閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)對速度控制;另一套由光柵尺構成的全閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)對位置的控制。

在數(shù)控機床的制造及使用周期中，兩種測量反饋系統(tǒng)經常需要進行手動切換實現(xiàn)位置控制，切換時不僅需要單獨運行BRUCO軟件，進行驅動部分參數(shù)的設置，而且還要在用戶操作界面下設置軸參數(shù)，激活相應的補償數(shù)據(jù)，進行數(shù)控系統(tǒng)的初始化［2］。以上手動切換過程繁瑣，極易出錯，通常要求具有豐富經驗的調試、維護人員進行操作［3］。為了提高工作效率，實現(xiàn)測量系統(tǒng)簡單、可靠的切換，本文通過對菲迪亞C系列數(shù)控系統(tǒng)界面開發(fā)技術及測量系統(tǒng)切換機制的研究，利用菲迪亞系統(tǒng)的用戶接口功能，在系統(tǒng)界面上集成可視化的操作軟鍵，結合AUCOL編程語言，開發(fā)出測量反饋系統(tǒng)的自動切換功能，并成功應用于GMC820u五軸數(shù)控機床。

1 測量系統(tǒng)切換控制原理

菲迪亞C系列產品是基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。其數(shù)控系統(tǒng)由用戶界面和CNC控制兩部分組成。用戶界面運行在WindowsXP操作系統(tǒng)環(huán)境下，CNC控制部分通過菲迪亞的CPU5控制板實現(xiàn)程序運行、軸控制等功能，是現(xiàn)代的開放型結構，其控制原理［1］如圖1。

菲迪亞C系列產品控制核心為CPU5板，通過PCI插槽安裝在工控機的主板上，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)所有的功能，其中FFB1控制板為系統(tǒng)的通訊接口，經高速現(xiàn)場總線，與數(shù)字驅動單元進行通訊，接收來自CPU5板的控制指令，完成系統(tǒng)對坐標軸的位置、速度控制。數(shù)字驅動單元反饋接口如圖2所示。數(shù)控系統(tǒng)的位置控制有兩種實現(xiàn)方式，一種是通過伺服電動機上的編碼器反饋，經接口X51實現(xiàn)位置和速度控制，構成位置半閉環(huán)伺服系統(tǒng);另一種由光柵尺直接進行位置反饋，經直接位置反饋接口X55實現(xiàn)位置控制，構成位置全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。通過設置不同的驅動參數(shù)、軸參數(shù)（表1），實現(xiàn)全閉環(huán)和半閉環(huán)的切換。

為了實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)對機床運動部件的精準控制，完成對測量反饋系統(tǒng)切換后，需要利用數(shù)控系統(tǒng)本身所具有的反向間隙誤差補償、絲桿螺距誤差補償功能，對各個坐標軸的位置精度進行補償，保證機床的加工精度。使用補償指令如下:

補償格式:N..X..R..E..

例如:N20 X 120.R.15 E.25

表1 切換參數(shù)

2 自動切換功能開發(fā)

測量反饋系統(tǒng)的自動切換功能需要兩個獨立的按鍵分別實現(xiàn)全閉環(huán)、半閉環(huán)的切換控制。由于菲迪亞系統(tǒng)提供的用戶自定義鍵數(shù)量有限，所以需要通過界面開發(fā)擴展用戶按鍵，滿足功能開發(fā)的需求。

2.1 界面開發(fā)

菲迪亞C系列產品提供3種界面開發(fā)形式:

（1）用戶軟鍵擴展

通過系統(tǒng)操作界面選項菜單，實現(xiàn)用戶自定義鍵的擴展。可在操作界面定義100個用戶化軟鍵。

（2）用戶化界面

通過系統(tǒng)提供的編程語言，建立CUSTOM.VID文件，形成用戶化的按鍵及界面。但需要外購編程手冊。

（3）VSKP軟件擴展按鍵

通過菲迪亞提供的VSKP軟件擴展用戶化特色軟鍵。用戶可更改按鍵界面，形成自己的界面風格，但需要按其提供的編程格式編寫配置文件。

基于滿足功能開發(fā)需求，減少額外編程工作量，本文采用第一種方法，即通過在系統(tǒng)初始化文件（Fidia.ini）內的［WS］區(qū)域下增加“CustomVertKey=CUSTOM”實現(xiàn)用戶軟鍵擴展，界面如圖3所示。

當按下“CUSTOM”軟鍵后，會打開一組空白水平軟鍵，通過“Custom keys”定義用戶化的特色軟鍵，即按鍵“X LINE”、“Y LINE”、“Z LINE”、“X MOTOR”、“Y MOTOR”、“Z MOTOR”、“A LINE”。

X、Y、Z、A—分別表示坐標軸;

LINE—表示全閉環(huán);

MOTOR—表示半閉環(huán)。

2.2 功能實現(xiàn)

通過擴展的用戶軟鍵，利用AUCOL編程語言提供的WRITEP更改參數(shù)指令以及NCBLK塊執(zhí)行指令，開發(fā)全閉環(huán)與半閉環(huán)參數(shù)及補償數(shù)據(jù)自動切換。

每個水平軟鍵有兩個內存位，MDSKnn和MDLKnn，當按下圖3所示用戶擴展按鍵時，系統(tǒng)會通過兩個內存位實現(xiàn)與AUCOL編程語言的交互。本文以X坐標軸為例，實現(xiàn)測量系統(tǒng)的自動切換。

（1）全閉環(huán)、半閉環(huán)自動轉換

使用AUCOL編程語言，在編寫的PLC程序內增加子進程，通過處理兩個內存位，利用WRITEP寫參數(shù)指令實現(xiàn)全閉環(huán)、半閉環(huán)驅動參數(shù)、軸參數(shù)的更改及生效。主要指令如下:

（2）補償數(shù)據(jù)切換

在plcblk.set文件內增加補償數(shù)據(jù)，格式如下:

以上補償數(shù)據(jù)，可以根據(jù)實際補償需要進行任意擴展。對補償數(shù)據(jù)進行更改及生效的子進程如下:

3 結語

通過對菲迪亞界面開發(fā)及測量系統(tǒng)切換機制的研究，實現(xiàn)了按鍵操作完成測量反饋系統(tǒng)的自動切換。該功能在GMC820u五軸機床［4］的實際應用，能有效地保證機床的穩(wěn)定運行［5－6］。在安裝、調試及維修過程中，不僅操作方便、實用性強，而且極大縮短了切換操作時間，提高了工作效率。

［1］Fidia S.p.A.Fidia C Class software installation［Z］.San Mauro Torinese Italy，2010（6）.

［2］李吉，田亞鈴，趙健，等.基于FIDIA系統(tǒng)的高速銑NURS插補技術研究［J］.制造技術與機床，2010（10）:78 －80.

［3］胡乾坤，張慧賢.基于CATIA的FIDIA數(shù)控系統(tǒng)5軸后置處理器的研究［J］.制造技術與機床，2009（6）:49－51.

［4］ISO230－1:1996機床檢驗通則 第1部分:在無負荷或精加工條件下機床的幾何精度［S］.

［5］ISO10791－2:2001加工中心試驗條件第二部分:帶有垂直軸或垂直旋轉軸普通端頭機械的幾何試驗［S］.

［6］沈陽機床有限公司.產品檢驗合格證［Z］.2005.