多軸聯動數控機床的控制方案研究
1 控制方案的選擇
附圖 三面打孔機dns數控系統硬件配置圖
隨著數控技術的發展，已經有多達20多軸聯動的數控機床，若將其用于三面打孔，則編程相當復雜，技術水平和成本要求很高，這對中小型企業和鄉鎮企業來講是不現實的。本著實用、可靠和方便的原則，筆者在對工字梁三面打孔的實際加工過程中，提出了運用dns控制系統來代替多軸聯動數控機床的控制方案，并開發了一套dns數控網絡系統。三面鉆孔機dns控制系統就是用上位機來控制三臺下位機的數控裝置（控制機），每臺裝置完成一面鉆孔任務。本方案中，上位機采用價格較低的su386微機，下掛三臺z80系列控制機，dns控制系統的結構如圖所示。2 dnc系統的網絡通訊網絡通訊是本系統的技術關鍵與難點。本系統的拓撲結構采用兩級主從總線型網絡結構，采用平衡型標準rs-422接口，以提高數據傳輸的可靠性。系統采用異步串行通訊方式。系統有如下約定: ①數據的傳輸采用正反碼校驗： ②命令字和狀態字在發送時，必須先發送兩個break，然后發送命令字或狀態字，再發送其反碼： ③文件傳輸時，32個字節（正反碼）組成一個信息包。 通訊信息及地址的編碼 系統中rs-422總線的一點對多點的通訊是將所有下位機的接收端并聯在總線上，接至上位機的發送端，而將所有下位機的發送端并聯在總線上，接至上位機的接收端。因此，選擇下位機和分辨下位機，確定通訊路徑是完成通訊的*步。 系統采用一個字節來傳遞命令信息加地址信息或狀態信息加地址信息，分別稱為命令字、狀態字。從上位機向下位機傳送的為命令字，從下位機向上位機傳送的為狀態字。字節中的地址信息占用字節的低四位，編碼為1～3。命令信息或狀態信息占用字節的高四位，地址信息、命令信息、狀態信息都是獨立的和*的。 例如，急停命令信息編碼040，若上位機想控制地址編碼為1的正在加工的機床急停，則發送命令字應為041，該機床就會執行相應的動作，其他機床不予理會。又例如，若上位機接收到一個為02的狀態字，由于編輯狀態信息編碼為000，故可相應判別出此狀態字的地址編碼為2的機床編輯狀態信息。 命令字和狀態字的通訊約定 在系統通訊中，通訊的內容除了有命令和狀態，還有文件的傳輸，而文件中的字符是隨機的，很可能會被某臺機床誤認為是對本機床的命令字而發生誤動作：另外，由于電磁干擾和網絡沖突的存在，接到的字符也可能并不是發送的字符，因此，為保證通訊的可靠性和正確性，我們應該在通訊設計中采取某些通訊約定。 系統采用了特殊字符中雙字符啟動和正反碼校驗技術來實現上述目的。正反碼校驗技術是指在發送完字符的正碼后，接著發送其反碼，這樣接收方就可根據前后兩字符是否互為反碼來判斷接收是否正確。正反碼校驗技術對每一字符的每一位都進行校驗，比傳統的奇偶校驗及累加校驗要可靠得多。特殊啟動字符break規定為0x80，低四位字節為零，由于下位機的地址編碼為1～3，故命令字與狀態字都不會出現與break相同的字符：文件傳輸中也采用正反碼校驗技術，因此文件傳輸中也不會出現連續的兩個break字符，這樣就保證了正確啟動，不會引起誤動作。 系統中約定不論是上位機發送命令，還是下位機發送狀態，都必須先發送兩個連續的break，然后發送命令字和狀態字，再接著發送其反碼，這樣連續幾個字符稱為一幀。 在這樣的通訊約定下，對于下位機來說，只有在它接收到符合約定的命令幀后，才判斷是否接收到正確的命令字，進而判斷是否對本機的命令，如果是，則返回正確的響應，否則不予理睬。上位機在接收到下位機的正確響應后，就了解到下位機已經正確接收了：若上位機在規定的時間內（至少為幀往返總線一周所用時間）接收不到正確響應，則上位機會重發三次來糾錯。對于上位機來說也是如此，只有在它接收到符合約定的狀態幀后，才認為接收到了正確的狀態字。3 dnc控制系統所實現的功能模塊 程序處理模塊程序處理模塊的功能是實現零件程序的管理，包括零件程序的編輯和翻譯兩項操作。 ①零件程序的編輯 零件程序編輯子程序可以有效且實用地進行零件程序的建立、輸入和修改的功能，并具有調入文件、存儲文件、查找字符串、替換字符串等多種功能。 ②零件程序的翻譯 在上位機經過編輯的零件加工程序為iso標準的/代碼文件，在文件下傳前需先執行翻譯程序，將文件翻譯成下位機所能識別的控制代碼文件。 文件傳輸模塊 文件傳輸模塊的功能較多，主要有: ①上位機翻譯后文件的傳輸 編輯后的文件經過翻譯生成下位機所能識別的代碼，需要下傳到下位機進行翻譯預處理，本模塊可以根據輸入的不同機床號將程序下傳到三個下位機中的任何一個。 ②文件的上傳 下位機編輯查錯后生成的插補數據矩陣和可執行程序上傳后分別定義為數據文件和命令文件。 ③可執行文件的下傳 暫存在上位機中的可執行文件和插補數據矩陣在系統進行加工前需根據文件名下傳到相應的下位機。 自動運行模塊 當使用本系統進行零件加工時，將上傳后的可執行程序傳到相應的下位機，在預定的地址存放，自動加工之前，我們按預定的加工要求編輯一個文件（稱為總成文件），自動加工啟動后，系統以程序段為單位編譯總成文件，向下位機發出相應的命令，控制三臺下位機數控機床的加工。 手動運行模塊 手動運行模塊的功能是實現下位機坐標軸的點動，操作者可以選擇每次操作坐標軸所移動的增量，不同的增量之間可以進行切換。筆者采用borland c++3.1 for dos語言與z80匯編語言編寫了各個功能模塊。4 結論該控制系統工作穩定、可靠，能夠達到與多軸聯動數控機床相似的功能。目前該系統已經應用于浙江華能數控研究所的三面打孔機系統中，并在邯鄲冶金機械備件廠中得到推廣。
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