基于Windows的数控系统

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'基于Windows的数控系统'
基于 Windows 的数控系统蒋 惹,周希国,谢国如,周 旭(南通工学院机械系,江苏南通226007)摘要:在研究开放式数控系统概念的基础上,讨论了软件数控的实现方法,介绍了 一种在Win- dows98下利用面向对象的设计方法实现的全软件数控系统。该系统具有良好的可扩充性,实时性 强,人机界面友好等特点,适用于经济型数控铳床、数控车床。关键词:开放式结构;软件数控;经济型数控中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1672- 1616(20()3)11 -0100-03收稿日期:2020-09-26作者简介:蒋 慧(1947-),江苏南通人,南通工学院副教授,主要从事自动控制及数控技术方面的教学和科 研工作。 ?开放式数控系统以其极大的优越性,已经成为未来 数控系统的发展趋势。采用PC机总线结构和模块功能 板,可以为软件开发和功能扩展提供优良平台,同时将 大大缩短CNC系统的开发周期,更易满足用户的不同 要求,使其获得功能强大、价格便宜的CNC系统。在开 放式体系结构中,软件数控可以说是一种完全开放的实 现模式。所谓软件数控是指NC系统的各项功能,如编 译、解释、插补和PLC等均由软件来实现,并通过装在 PC扩展槽中的接口卡进行伺服驱动控制。软件数控借 助于现有的操作平台,如DOS、Windows等,在高级语言 如Visual C+ +的支持下,通过对NC软件的适当组合、 划分、规范和开发,实现CNC各个层次的开放。我们设 计了在通用操作系统Windows%下构造的全软件数控 系统。下面结合实践对这-?系统进行介绍。1 Windows环境下软件NC的实现1.1系统简介本系统看眼于经济型数控机床控制系统的设计。系 统的控制轴数为3轴,联动轴数为2轴,驱动元件为步进 电动机。本系统是在Window?8下用Visual C+ +实现 的。软件采用了前后台型的结构形式。软件的设计采用 了面向对象的设计方法,软件结构分为下列几个模块:用 P输入输岀模块、预处理模块、运动控制模块、驱动模块。 软件结构如图1所示。图1系统结构采用Windows98作为数控系统的操作系统,其突出 的特点是支持多线程。线程是32位操作系统的主要特 点⑴。本系统软件采用前后台程序结构,实时脉冲控制 程序(插补运算、驱动程序)为前台程序,也是主线程,预 处理模块是后台程序,也是辅助线程,两线程间用事件 实现同步。起动程序,由辅助线程来完成数据代码的解 释、刀具补偿计算等任务,然后由运动控制线程发出控 制机床进行加工的信号。步进电机的驱动信号是在 Windows的定时中断里完成的,从而保证了实时性、准 确性。操作系统以一种轮转的方式为每个独立的线程 分配CPU的时间片,客观上使所有的线程近乎同时进 行。软件设计的特点之二是充分利用了面向对象的设 计方法,摆脱了传统过程模式的束缚,使程序的设计和 使用更为灵活。不仅运动控制、驱动、通讯模块按类设 计,输入输岀模块中的各个功能也设计成通用类库的基 本类;上述用于两线程间实现同步的事件即为其屮的 类。类的结构模型采用层次性结构,使整个软件具有良 好的可扩充性。1.2用户输入输出界面该模块实现用户的输入、系统的输出。用户输入的 主要功能是让用戸输入数控代码,发出控制命令,进行 系统的参数配进。用户输入的代码采用ISO标准数控 代码。图2所示为用户程序输入、编辑的界面图形。由图2可以看出系统的输入输出界面的设计充分 考虑了人的因素,即让用户使用方便,显示的内容清楚 明了。界面模块的设计使用的是通用式界面,文件的操 作、编辑、査看等与人们常用的Word软件的用法一样, 用户几乎町以不用培训就可以应用这一数控软件。 w? tQ X855S??Sr w^a.rMS —E f _u a 2trj ????? ?#??*■ y加■■new.MM ?!?r> v mi | sn?i 卜 o?w ?u ■ jiWK? ffTr.B-?t ?? !?? ?4c 4. J V-1 ?? V十5— ■?MS4pnx? ― Am4? ⑴ *U4^? d<2 ^COWMC y<r?44?Hty gu> <1S '■ —A▲ “ ? 0 card: 「次 ** t图2输入输出界面输入模块的设计有3个特色,其一是在输入模块中 使用了语法着色功能,自动进行输入程序代码的语法检 査。当用户输入的代码出错时,错误代码以与正确代码 不同的颜色显示。例如用戸输入代码G00(快速点定位 功能指令代码)⑵,输入代码正确,此时在屏幕上显示的 该代码的颜色为蓝色;当用戸误将“(4()”输入为“GCX)” 时,输入出错,屏幕上显示的该代码“GOO”的颜色自动 成为黑色,用户看到黑色的“GOO”时,能立即知道自己 输入出错。这一功能非常方便地i上用户即时识别并及 时纠正输入错误。其二是应用了多文档界面设计c多 文档界面是指在一个主窗口中可以同时打开多个文本 文件进行浏览、編辑和维护⑶°让用户在同-?窗口卜“同 时打开多个文件,对用户来说,使用更为便利、灵活,效 率高。其三,特别值得一提的是软件模块中所使用的文 件工程⑶,当用户的某个加工程序比较复杂,有太多程 序段(如超过3000段)时,可以由用户自行将这一程序 分割成几个文件(例如按加工顺序分解成儿个文件),将 这几个文件组成一个文件工程。使用这种方法输入用 户程序,便于用户对程序进行检查、编辑、修改,更合理 地划分用户程序的模块。用匸调用这一文件工程来完 成程序的模拟仿真和零件加工。系统的输岀主要进行实时仿真,并显示当前的加工 状态。实时仿真可以与零件加工同时进行,让操作人员 及时了解加工情况;也可以单独进行,在程序的调试阶 段利用实时仿真进行:,提高工作效率,带约成本。 1.3预处理模块和运动控制模块预处理模块进行程序的编译、解释及插补运算前的 辅助运算;运动控制模块实现描补运算等功能“预处理模块中,我们灵活地运用了稈序设计屮的 “編译”和“解释“技术。运行用户程序前,先对用户程序 进行编译,若程序中有错,在用户界面上提示错谋的个 数、性质及其所在位置。在这里我们使用“编译”的方 法。编译的目的是对用户源程序进行词法、语法和语义 的合法性检査,尽町能地向用户报告详细的错误信息, 包括出错的位置及错误的个数、性质,以便用户及时作 出正确的处理°所以这里的“编译”并未将用户的源程 序转换成二进制语言,而只是对用户程序作错误检査。 在执行程序时,使用“解释”的方法将用户的源程序转换 成计算机可执行的二进制代码。解释执行是每次将~ 个程序段“翻译”成二进制代码,让计算机执行!敖馐汀 的方法具有良好的实时性,占用的内存小,并且更易于 实现C功能刀具补偿。插补运算程序主要完成各类插补运算,形成刀位数 据⑵。本系统具有直线和圆弧的插补功能,不仅能够实 现数控铳床的加工功能,同时具有适用于数控车床的固 定循环的加工指令程序,这样调用不同的程序,便町以 实现数控俊床及数控车床的加工功能
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