數(shù)控機(jī)床測(cè)量反饋系統(tǒng)自動(dòng)切換功能的開(kāi)發(fā)

王紅亮 徐秀玲 趙國(guó)濤

（①中捷機(jī)床有限公司，遼寧沈陽(yáng)110141;②沈陽(yáng)工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110041）

菲迪亞C系列數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備。該系列機(jī)床具有兩套測(cè)量反饋系統(tǒng)［1］，一套是由伺服電動(dòng)機(jī)及編碼器構(gòu)成的半閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度控制;另一套由光柵尺構(gòu)成的全閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的控制。

在數(shù)控機(jī)床的制造及使用周期中，兩種測(cè)量反饋系統(tǒng)經(jīng)常需要進(jìn)行手動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)位置控制，切換時(shí)不僅需要單獨(dú)運(yùn)行BRUCO軟件，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)部分參數(shù)的設(shè)置，而且還要在用戶(hù)操作界面下設(shè)置軸參數(shù)，激活相應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的初始化［2］。以上手動(dòng)切換過(guò)程繁瑣，極易出錯(cuò)，通常要求具有豐富經(jīng)驗(yàn)的調(diào)試、維護(hù)人員進(jìn)行操作［3］。為了提高工作效率，實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠的切換，本文通過(guò)對(duì)菲迪亞C系列數(shù)控系統(tǒng)界面開(kāi)發(fā)技術(shù)及測(cè)量系統(tǒng)切換機(jī)制的研究，利用菲迪亞系統(tǒng)的用戶(hù)接口功能，在系統(tǒng)界面上集成可視化的操作軟鍵，結(jié)合AUCOL編程語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)出測(cè)量反饋系統(tǒng)的自動(dòng)切換功能，并成功應(yīng)用于GMC820u五軸數(shù)控機(jī)床。

1 測(cè)量系統(tǒng)切換控制原理

菲迪亞C系列產(chǎn)品是基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。其數(shù)控系統(tǒng)由用戶(hù)界面和CNC控制兩部分組成。用戶(hù)界面運(yùn)行在WindowsXP操作系統(tǒng)環(huán)境下，CNC控制部分通過(guò)菲迪亞的CPU5控制板實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行、軸控制等功能，是現(xiàn)代的開(kāi)放型結(jié)構(gòu)，其控制原理［1］如圖1。

菲迪亞C系列產(chǎn)品控制核心為CPU5板，通過(guò)PCI插槽安裝在工控機(jī)的主板上，實(shí)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(jīng)高速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，與數(shù)字驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行通訊，接收來(lái)自CPU5板的控制指令，完成系統(tǒng)對(duì)坐標(biāo)軸的位置、速度控制。數(shù)字驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)方式，一種是通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)上的編碼器反饋，經(jīng)接口X51實(shí)現(xiàn)位置和速度控制，構(gòu)成位置半閉環(huán)伺服系統(tǒng);另一種由光柵尺直接進(jìn)行位置反饋，經(jīng)直接位置反饋接口X55實(shí)現(xiàn)位置控制，構(gòu)成位置全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)參數(shù)、軸參數(shù)（表1），實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)和半閉環(huán)的切換。

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的精準(zhǔn)控制，完成對(duì)測(cè)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(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償功能，對(duì)各個(gè)坐標(biāo)軸的位置精度進(jìn)行補(bǔ)償，保證機(jī)床的加工精度。使用補(bǔ)償指令如下:

補(bǔ)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(dòng)切換功能開(kāi)發(fā)

測(cè)量反饋系統(tǒng)的自動(dòng)切換功能需要兩個(gè)獨(dú)立的按鍵分別實(shí)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(hù)自定義鍵數(shù)量有限，所以需要通過(guò)界面開(kāi)發(fā)擴(kuò)展用戶(hù)按鍵，滿(mǎn)足功能開(kāi)發(fā)的需求。

2.1 界面開(kāi)發(fā)

菲迪亞C系列產(chǎn)品提供3種界面開(kāi)發(fā)形式:

（1）用戶(hù)軟鍵擴(kuò)展

通過(guò)系統(tǒng)操作界面選項(xiàng)菜單，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自定義鍵的擴(kuò)展。可在操作界面定義100個(gè)用戶(hù)化軟鍵。

（2）用戶(hù)化界面

通過(guò)系統(tǒng)提供的編程語(yǔ)言，建立CUSTOM.VID文件，形成用戶(hù)化的按鍵及界面。但需要外購(gòu)編程手冊(cè)。

（3）VSKP軟件擴(kuò)展按鍵

通過(guò)菲迪亞提供的VSKP軟件擴(kuò)展用戶(hù)化特色軟鍵。用戶(hù)可更改按鍵界面，形成自己的界面風(fēng)格，但需要按其提供的編程格式編寫(xiě)配置文件。

基于滿(mǎn)足功能開(kāi)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(guò)在系統(tǒng)初始化文件（Fidia.ini）內(nèi)的［WS］區(qū)域下增加“CustomVertKey=CUSTOM”實(shí)現(xiàn)用戶(hù)軟鍵擴(kuò)展，界面如圖3所示。

當(dāng)按下“CUSTOM”軟鍵后，會(huì)打開(kāi)一組空白水平軟鍵，通過(guò)“Custom keys”定義用戶(hù)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(biāo)軸;

LINE—表示全閉環(huán);

MOTOR—表示半閉環(huán)。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

通過(guò)擴(kuò)展的用戶(hù)軟鍵，利用AUCOL編程語(yǔ)言提供的WRITEP更改參數(shù)指令以及NCBLK塊執(zhí)行指令，開(kāi)發(fā)全閉環(huán)與半閉環(huán)參數(shù)及補(bǔ)償數(shù)據(jù)自動(dòng)切換。

每個(gè)水平軟鍵有兩個(gè)內(nèi)存位，MDSKnn和MDLKnn，當(dāng)按下圖3所示用戶(hù)擴(kuò)展按鍵時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)兩個(gè)內(nèi)存位實(shí)現(xiàn)與AUCOL編程語(yǔ)言的交互。本文以X坐標(biāo)軸為例，實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)切換。

（1）全閉環(huán)、半閉環(huán)自動(dòng)轉(zhuǎn)換

使用AUCOL編程語(yǔ)言，在編寫(xiě)的PLC程序內(nèi)增加子進(jìn)程，通過(guò)處理兩個(gè)內(nèi)存位，利用WRITEP寫(xiě)參數(shù)指令實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)、半閉環(huán)驅(qū)動(dòng)參數(shù)、軸參數(shù)的更改及生效。主要指令如下:

（2）補(bǔ)償數(shù)據(jù)切換

在plcblk.set文件內(nèi)增加補(bǔ)償數(shù)據(jù)，格式如下:

以上補(bǔ)償數(shù)據(jù)，可以根據(jù)實(shí)際補(bǔ)償需要進(jìn)行任意擴(kuò)展。對(duì)補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行更改及生效的子進(jìn)程如下:

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)菲迪亞界面開(kāi)發(fā)及測(cè)量系統(tǒng)切換機(jī)制的研究，實(shí)現(xiàn)了按鍵操作完成測(cè)量反饋系統(tǒng)的自動(dòng)切換。該功能在GMC820u五軸機(jī)床［4］的實(shí)際應(yīng)用，能有效地保證機(jī)床的穩(wěn)定運(yùn)行［5－6］。在安裝、調(diào)試及維修過(guò)程中，不僅操作方便、實(shí)用性強(qiáng)，而且極大縮短了切換操作時(shí)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(bǔ)技術(shù)研究［J］.制造技術(shù)與機(jī)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(shù)與機(jī)床，2009（6）:49－51.

［4］ISO230－1:1996機(jī)床檢驗(yàn)通則 第1部分:在無(wú)負(fù)荷或精加工條件下機(jī)床的幾何精度［S］.

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

［6］沈陽(yáng)機(jī)床有限公司.產(chǎn)品檢驗(yàn)合格證［Z］.2005.