引 言 軋輥磨床是裝備制造業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一種重要設(shè)備 ， 它主要用于磨 削各種具有 中凸度或 中凹度的軋輥 。軋輥的中凸度或中凹度是為 了在軋制過(guò)程中消除軋制件對(duì)于軋輥的作用力所產(chǎn)生的變形和熱膨脹變形 ， 以保證在軋制過(guò)程中軋輥 間等間隙， 使軋制件沿寬度方 向等厚。軋輥磨床具有 外圓磨床的特點(diǎn) ， 但 它有一個(gè)中高機(jī)構(gòu) ， 軋輥上 的輪廓 曲線是通過(guò) 軋輥磨 床的中高機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。除 了能磨削平輥外 ， 還要求 能夠磨削具有中凸度或 中凹度的軋輥。因此 ， 軋輥磨床 的運(yùn)動(dòng)相對(duì) 比較復(fù)雜 ， 除要求砂輪與工件作 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外 ，還要求二者在作縱 向相對(duì)運(yùn)動(dòng) 的同時(shí) ， 作一定 的徑 向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此這類磨床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理都 比較復(fù)雜 。 　　近年來(lái) ， 由于冶金 、 造紙、 橡膠、 塑料 以及印染業(yè)的迅速發(fā)展 ， 對(duì)軋輥 磨削的技術(shù)要求也 日趨提高。為了適應(yīng)用戶需求和市場(chǎng) 的變化 ， 開(kāi)發(fā)數(shù)控軋輥 磨床成為一種必要。另一方面， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、 微電子技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 ， 基于 P C的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前數(shù)控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方 向。結(jié)合軋輥磨床的特點(diǎn)和當(dāng)前開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng) 的發(fā)展趨勢(shì) ， 開(kāi)發(fā)基于工業(yè) P C機(jī)和 P MAC運(yùn)動(dòng)控制卡 的軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng)， 成為開(kāi)發(fā)數(shù)控軋輥磨床的關(guān)鍵。 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 根據(jù)軋輥磨床的特點(diǎn)和用戶 的需求 ， 設(shè)計(jì)的軋輥磨床主要用于磨削圓柱形、 圓錐形輥面， 具有中凸或中凹度的正弦曲線輥面以及特殊曲線輥面。在磨 削過(guò)程中 ， 測(cè)量裝 置可對(duì)工件進(jìn)行 輥形測(cè) 量， 并 根據(jù)測(cè)量結(jié)果 ， 自動(dòng)進(jìn)入補(bǔ)償磨削， 直至達(dá)到精度要求。綜合前面的分析 ， 該軋輥磨床 的數(shù)控系統(tǒng)必須能夠控制以下幾個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) ： 砂輪縱向進(jìn)給的 z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng) ， 砂輪徑向進(jìn)給的 軸運(yùn)動(dòng) ， 中高機(jī)構(gòu) 中偏心套的 F軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 測(cè)量裝置的和軸運(yùn)動(dòng) ， 工件和砂輪 的轉(zhuǎn) 動(dòng)。軋輥磨床上各軸運(yùn)動(dòng)方 向的具體定義如圖 1所示 。 　　 基于以上考慮和開(kāi)放式數(shù)控 系統(tǒng) 的特點(diǎn) ， 所設(shè) 計(jì)的軋輥磨 床數(shù)控 系統(tǒng) 由以下 幾個(gè)部 分組成 ： P C機(jī)一臺(tái)， P MAC運(yùn)動(dòng)控制卡及其附件一套 ， 交流伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電動(dòng)機(jī)五套 ， 直流調(diào)速器及直流調(diào)速電機(jī)兩套 ，測(cè)量用長(zhǎng)光柵和短光柵各一個(gè) 及兩個(gè)測(cè)頭 ， 編碼器 兩個(gè)。數(shù)控系統(tǒng)硬件組成如圖 2所示 。 　 本數(shù)控系統(tǒng)采用美 國(guó) De l t a T a u S y s t e ms公 司 的一 P C U l t r a l i t e多軸運(yùn)動(dòng)控制卡 。它具有多種功能， 可實(shí)現(xiàn)高精度的輪廓控制 ， 是本系統(tǒng) 的關(guān)鍵部件。P MAC的主要功能有 ： 直線和圓弧插補(bǔ)功能、 數(shù)控代碼的處理、 刀徑和絲杠補(bǔ)償 、 三次樣條軌跡 計(jì)算及“ s 一 曲線” 加 速和減速 ， 以保證加減 速時(shí)運(yùn) 動(dòng)平穩(wěn) 等。 　　卡有兩種方式 和主計(jì)算 機(jī)進(jìn)行通信 ： 串 口 R S 和總線。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是 P MAC卡插 到工控機(jī)的 I S A插槽 中， 采用總線方式進(jìn)行工控機(jī) 和卡 之 間 的通 訊 。 　　在軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng) 中， 執(zhí)行元件 采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器及其交流伺服電機(jī) ， 總共有 5套 ， z軸 、 軸、軸 、軸和 軸各一套。其 中 軸用 于砂 輪的徑向給 ， F軸用 于系統(tǒng) 的中高機(jī)構(gòu)來(lái)磨 削 中凸或 中凹軋輥 以及特殊 曲線輪廓 的軋輥 ， z軸用 于砂輪的軸 向往復(fù)運(yùn)動(dòng) ， .和 ：軸電機(jī)用于帶動(dòng)光柵頭對(duì)加工的軋輥進(jìn)行直徑、 輥形、 圓度 、同軸度等的測(cè)量 。 　　直流調(diào)速裝置和直流電機(jī)帶動(dòng)砂輪和工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和調(diào)速以完成軋輥 的磨削加 工。 軸、 z軸和 F軸末端的編碼器用來(lái)構(gòu)成半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 以提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度。P C機(jī)完成數(shù) 控系統(tǒng) 的文件管理、 曲線節(jié)點(diǎn)計(jì)算 、 磨削工序編程和參數(shù)設(shè)置等非實(shí)時(shí)控制任務(wù) 。 數(shù)控 系統(tǒng) 軟件結(jié)構(gòu) 基于 P C的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具有很大的靈活性 ， 可以充分利用 P C機(jī)豐富 的軟硬件資源和強(qiáng)大 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)是基于 P C機(jī) 和 P MAC運(yùn)動(dòng)控制卡 的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng) ， P C機(jī)完 成非實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)管理、 參數(shù)設(shè)置用戶界面、 圖形 顯示、 在線故 障診 斷等功能 ， 而實(shí)時(shí)控制部分則由基于高性能 D S P芯片的 P MAC運(yùn)動(dòng)控制卡來(lái)完成。 　　軸 伺 服電 機(jī)軸 伺 服電 機(jī)軸 伺 服電 機(jī)軸 伺 服電 機(jī)軸 伺 服電 機(jī)系統(tǒng)軟件包括 四個(gè)部分 ： 數(shù)控系統(tǒng)上位機(jī)應(yīng)用程序、 上下位機(jī)之間通訊驅(qū)動(dòng)程 序、 運(yùn)動(dòng)程序和 P MAC卡中對(duì)各種輸入輸 出量進(jìn)行監(jiān)控 的 P L C程序 。其 中，機(jī)通過(guò) P MAC卡 自帶 的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) P ma c . d l l建立和卡之間的通信。上位機(jī)應(yīng)用程序采用 D e l p h i 7 . 　　語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。運(yùn)動(dòng)程序和 P L C程序 由P MAC自帶 的軟件來(lái)編寫和調(diào)試 ， 然后通過(guò)動(dòng)態(tài)連接庫(kù) 中的函數(shù)下載到 P MAC卡 中去執(zhí)行 。上位機(jī)應(yīng)用程序主要是將數(shù)控系統(tǒng) 的操作界面顯示在屏幕上 ， 為數(shù)控 軋輥磨床的操作者提供一個(gè)直觀的操作環(huán)境。通過(guò)對(duì)軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng) 的硬件結(jié)構(gòu)和用戶需求 的分析 ， 上位機(jī)應(yīng)用程序 的模塊結(jié)構(gòu)如 圖所示 。 各模塊的功能如下 ：　　 系統(tǒng)初始化 ： 系統(tǒng)上電、 相應(yīng)順序電器動(dòng)作 以及建立主機(jī)和 P MAC卡的正常通訊。 　　加工參數(shù)設(shè)置 ： 曲線編程（ 參數(shù)化特定 曲線）， 系統(tǒng)基本參數(shù)設(shè)定 ， 磨削工序編程、 系統(tǒng)其它參數(shù)設(shè)定。 　　加工過(guò)程 ： 選擇磨削曲線和磨削工藝 ， 加工參數(shù)實(shí)時(shí)顯示 ， 手 動(dòng)磨削時(shí)各軸 的監(jiān)控 ， 磨削過(guò)程 中工藝優(yōu)化。 　　測(cè)量選擇 ： 對(duì)工件進(jìn)行直徑 、 輥形、 圓度和 同軸度的測(cè)量 。 　　測(cè)量曲線再現(xiàn)： 磨削的理論 曲線顯示 、 測(cè)量曲線 的顯示、 誤差曲線顯示、 測(cè)量及誤差分析 、 打印。 　　砂輪補(bǔ)償與修整 ： 砂輪補(bǔ)償相關(guān)參數(shù)設(shè)定 、 砂輪修整控制、 砂輪修正曲線的設(shè)置和計(jì)算。 　　診斷 ： 對(duì) P L C各 I ／ O及內(nèi)部繼電器進(jìn)行診斷 ，以便維修和調(diào)試。 　 系統(tǒng)幫助 ： 系統(tǒng)操作過(guò)程說(shuō)明。 　　在上位機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 中， 考慮到用戶的操作方便以及數(shù)控軟件的特點(diǎn) ， 所設(shè) 計(jì)的菜單采用快捷鍵方式 ， 由 F l一 功能鍵組成 ， 各層菜單和按鈕都有相應(yīng)的中文提示。當(dāng)操作者按下某個(gè)快捷鍵時(shí) ， 就進(jìn)入到相應(yīng)的子菜單 界面。數(shù)控軟 件 的主界 面如 圖 4所不 。 數(shù)控軟件部分功能 的實(shí)現(xiàn). 1 系統(tǒng)初始化數(shù)控軟件 與一般 的應(yīng)用軟件不樣 ， 它是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)控制系統(tǒng)， 安全性 、 實(shí)時(shí)性要求都很高。為 了使系統(tǒng)滿足實(shí)時(shí)加工的需要 以及對(duì)軋輥磨床控制 的需要 ， 在運(yùn)行數(shù)控軟件時(shí) ， 首先必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。 　　系統(tǒng)初 始化 的第一 步就是建立 P C機(jī)和 P MA C之間的正常通訊 ， 這是利用 De l p h i 調(diào)用 動(dòng)態(tài)鏈 接庫(kù) 中的函數(shù)完 成 的； 當(dāng)退 出系統(tǒng)時(shí) ， 必 須 利 用 函數(shù) C l o s e P ma c d e v i c e（ d wD e v i c e）關(guān) 閉卡 。 　　本文將系統(tǒng)的基本參數(shù)放在一個(gè) B a s i c . C NC文件中， 這些參數(shù)包括： 設(shè)置有關(guān)接 口的工作狀態(tài)； 有關(guān)寄存器或存儲(chǔ)器設(shè)置常數(shù)或清零 ； 機(jī)床各軸 回到相應(yīng) 的位置 ； 程 序中所用 到的 M 變量的定 義； 電機(jī)參數(shù)的設(shè)置 ； P MAC卡的 I 變量設(shè)置等。 　　當(dāng) P C機(jī)和 P MAC之間通訊成功后 ， 利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) P ma c . d l l中的文件 下載 函數(shù) P ma c D o w n l o a d F i l e將. C NC文件下載 到 P MAC卡 中， 以完 成系統(tǒng) 的初始化工作。 　　2 特殊曲線編程此模塊主要完成特殊曲線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的輸入、 存儲(chǔ)、修改、 打印 、 編輯等功能， 為后面的理論 曲線顯示、 輪廓加工做好準(zhǔn)備 。首先 ， 利用 Mi c r o s o f t A c c e s s 2 0 0 0設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù) s k — d a t a . md b， 利用 De l p h i 強(qiáng)大 的數(shù)據(jù)庫(kù)功能 ， 將輸入的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到預(yù)先設(shè)計(jì) 的數(shù)據(jù)庫(kù)表格 中， 為使用者提供 了一個(gè)方便快捷 的參數(shù)編輯環(huán)境 。本系統(tǒng)可編程 1—5條特殊 曲線 ， 在曲線 編程 界面， 首先輸入特殊 曲線的編號(hào) ， 然后輸入所編輯曲線的長(zhǎng)度 ，以后屏幕顯示出現(xiàn) 5 0 0個(gè)等距分割點(diǎn) ， 然后逐個(gè)輸入個(gè)點(diǎn)的 目標(biāo)值 ， 按 “ 保存” 就完成 了一條特殊 曲線的編程。特殊曲線的編程界面如圖 5所示。在這個(gè)界面上 ， 可以對(duì)正在編輯 的特殊 曲線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修改， 對(duì)已經(jīng)存儲(chǔ)的曲線可以編輯 、 打印等。 結(jié)論 本文以軋輥磨床為控制對(duì)象 ， 構(gòu)建了一種以 P C機(jī)為基礎(chǔ) 、 以 P MA C卡為核心 的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng) ， 并對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和軟件體系進(jìn)行 了研究 。在充分理解軋輥磨床工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上 ， 結(jié)合數(shù) 控軋輥磨 床的特點(diǎn)和用戶需求 ， 以模塊化結(jié)構(gòu)和面向?qū)ο?的程序設(shè)計(jì)思想 ， 利用高級(jí)編程語(yǔ)言 De l p h i 7 . 0設(shè)計(jì) 和開(kāi)發(fā) 了軋輥磨 床專用數(shù)控軟件 ， 并實(shí)現(xiàn)了部分模塊 的功能。實(shí)踐表明， 這種開(kāi)放式系統(tǒng)可 以縮短開(kāi)發(fā)周期 ， 保證 系統(tǒng)加 工精度高度的穩(wěn)定性。數(shù)控軟件設(shè)計(jì)時(shí)的模塊化結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)的通用性和可移植性大大增 強(qiáng)， 也有利于 日后 系統(tǒng) 的功能擴(kuò)展。 參考文獻(xiàn) 唐水源 ， 盧繼平。軋 輥磨床的數(shù)控化改造 [ J ] .計(jì) 算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 與制造 ， 2 0 0 o（ 5）： 8 1—8 2 . 陳淵，基于 P MAC的開(kāi)放 式軋 輥磨床數(shù)控 系統(tǒng)研究 與開(kāi)發(fā).西安 ： 西安科技大學(xué) 。 2 0 0 4.　　‘ S Ma n u a l s .DEL T A T AU DA T A S YS T E MS， I NC，.『 4]P MAC P c o mm S o f t w a r e Ma n u a 1.DE L T A T AU DA T A S YS .。 I NC。 1 9 9 9. 尹家凡 ， 王孫 安?；?于 P C的開(kāi) 放式數(shù) 控 系統(tǒng) 的研 究 [ J] .機(jī)床 與液壓 ， 2 0 0 3 （ 2 ）： 9 0. 鞠華 。 王文 ， 等 .I P C與 P MAC集成控 制的 開(kāi)放 式數(shù) 控在線非接觸測(cè) 量系 統(tǒng) [ J ] .組 合 機(jī)床 與 自動(dòng)化 加 工技術(shù) ，： 4 6—4 8 .. W.Ma，Y.C h e n ，X. H.Z h a n g。e t c .P MAC ·，，J i n a n，Ch i n a，2 0 0 4，： 1 8—1 9. 賴國(guó)庭 ， 等 .基于 P MAC的開(kāi)放式數(shù)控 系統(tǒng)研究 [ J ] .制造業(yè) 自動(dòng)化 ， 2 0 0 2， 2 4（ 9）： 3 4—3 6 . 戴曉華 ， 王文 ， 等。開(kāi)放 式數(shù) 控 系統(tǒng)研 究綜述 [ J ] .組合 機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)， 2 0 0 0 （ 1 1 ） ： 5— 7 . 點(diǎn)擊此處下載資料:基于 P MA C和 P C的軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)