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 了在軋制過程中消除軋制件對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 ， 但 它有一個中高機構 ， 軋輥上 的輪廓 曲線是通過 軋輥磨 床的中高機構來實現(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 的運動相對 比較復雜 ， 除要求砂輪與工件作 回轉運動外 ，還要求二者在作縱 向相對運動 的同時 ， 作一定 的徑 向相對運動。因此這類磨床的機械結構和傳動原理都 比較復雜 。 　　近年來 ， 由于冶金 、 造紙、 橡膠、 塑料 以及印染業(yè)的迅速發(fā)展 ， 對軋輥 磨削的技術要求也 日趨提高。為了適應用戶需求和市場 的變化 ， 開發(fā)數(shù)控軋輥 磨床成為一種必要。另一方面， 隨著計算機技術、 微電子技術和數(shù)控技術的發(fā)展 ， 基于 P C的開放式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成為當前數(shù)控技術發(fā)展的一個重要方 向。結合軋輥磨床的特點和當前開放式數(shù)控系統(tǒng) 的發(fā)展趨勢 ， 開發(fā)基于工業(yè) P C機和 P MAC運動控制卡 的軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng)， 成為開發(fā)數(shù)控軋輥磨床的關鍵。 數(shù)控系統(tǒng)硬件組成 根據(jù)軋輥磨床的特點和用戶 的需求 ， 設計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 削過程中 ， 測量裝 置可對工件進行 輥形測 量， 并 根據(jù)測量結果 ， 自動進入補償磨削， 直至達到精度要求。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方向的運動 ： 砂輪縱向進給的 z軸往復運動 ， 砂輪徑向進給的 軸運動 ， 中高機構 中偏心套的 F軸旋轉運動， 測量裝置的和軸運動 ， 工件和砂輪 的轉 動。軋輥磨床上各軸運動方 向的具體定義如圖 1所示 。 　　 基于以上考慮和開放式數(shù)控 系統(tǒng) 的特點 ， 所設 計的軋輥磨 床數(shù)控 系統(tǒng) 由以下 幾個部 分組成 ： P C機一臺， P MAC運動控制卡及其附件一套 ， 交流伺服驅動器及伺服電動機五套 ， 直流調速器及直流調速電機兩套 ，測量用長光柵和短光柵各一個 及兩個測頭 ， 編碼器 兩個。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 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多軸運動控制卡 。它具有多種功能， 可實現(xiàn)高精度的輪廓控制 ， 是本系統(tǒng) 的關鍵部件。P MAC的主要功能有 ： 直線和圓弧插補功能、 數(shù)控代碼的處理、 刀徑和絲杠補償 、 三次樣條軌跡 計算及“ s 一 曲線” 加 速和減速 ， 以保證加減 速時運 動平穩(wěn) 等。 　　卡有兩種方式 和主計算 機進行通信 ： 串 口 R S 和總線。本文所設計的系統(tǒng)是 P MAC卡插 到工控機的 I S A插槽 中， 采用總線方式進行工控機 和卡 之 間 的通 訊 。 　　在軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng) 中， 執(zhí)行元件 采用交流伺服驅動器及其交流伺服電機 ， 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) 的中高機構來磨 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 向往復運動 ， .和 ：軸電機用于帶動光柵頭對加工的軋輥進行直徑、 輥形、 圓度 、同軸度等的測量 。 　　直流調速裝置和直流電機帶動砂輪和工件進行旋轉和調速以完成軋輥 的磨削加 工。 軸、 z軸和 F軸末端的編碼器用來構成半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 以提高數(shù)控系統(tǒng)的加工精度。P C機完成數(shù) 控系統(tǒng) 的文件管理、 曲線節(jié)點計算 、 磨削工序編程和參數(shù)設置等非實時控制任務 。 數(shù)控 系統(tǒng) 軟件結構 基于 P C的開放式數(shù)控系統(tǒng)具有很大的靈活性 ， 可以充分利用 P C機豐富 的軟硬件資源和強大 的技術優(yōu)勢。本系統(tǒng)是基于 P C機 和 P MAC運動控制卡 的開放式數(shù)控系統(tǒng) ， P C機完 成非實時控制的系統(tǒng)管理、 參數(shù)設置用戶界面、 圖形 顯示、 在線故 障診 斷等功能 ， 而實時控制部分則由基于高性能 D S P芯片的 P MAC運動控制卡來完成。 　　軸 伺 服電 機軸 伺 服電 機軸 伺 服電 機軸 伺 服電 機軸 伺 服電 機系統(tǒng)軟件包括 四個部分 ： 數(shù)控系統(tǒng)上位機應用程序、 上下位機之間通訊驅動程 序、 運動程序和 P MAC卡中對各種輸入輸 出量進行監(jiān)控 的 P L C程序 。其 中，機通過 P MAC卡 自帶 的動態(tài)鏈接庫 P ma c . d l l建立和卡之間的通信。上位機應用程序采用 D e l p h i 7 . 　　語言進行開發(fā)。運動程序和 P L C程序 由P MAC自帶 的軟件來編寫和調試 ， 然后通過動態(tài)連接庫 中的函數(shù)下載到 P MAC卡 中去執(zhí)行 。上位機應用程序主要是將數(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直觀的操作環(huán)境。通過對軋輥磨床數(shù)控系統(tǒng) 的硬件結構和用戶需求 的分析 ， 上位機應用程序 的模塊結構如 圖所示 。 各模塊的功能如下 ：　　 系統(tǒng)初始化 ： 系統(tǒng)上電、 相應順序電器動作 以及建立主機和 P MAC卡的正常通訊。 　　加工參數(shù)設置 ： 曲線編程（ 參數(shù)化特定 曲線）， 系統(tǒng)基本參數(shù)設定 ， 磨削工序編程、 系統(tǒng)其它參數(shù)設定。 　　加工過程 ： 選擇磨削曲線和磨削工藝 ， 加工參數(shù)實時顯示 ， 手 動磨削時各軸 的監(jiān)控 ， 磨削過程 中工藝優(yōu)化。 　　測量選擇 ： 對工件進行直徑 、 輥形、 圓度和 同軸度的測量 。 　　測量曲線再現(xiàn)： 磨削的理論 曲線顯示 、 測量曲線 的顯示、 誤差曲線顯示、 測量及誤差分析 、 打印。 　　砂輪補償與修整 ： 砂輪補償相關參數(shù)設定 、 砂輪修整控制、 砂輪修正曲線的設置和計算。 　　診斷 ： 對 P L C各 I ／ O及內部繼電器進行診斷 ，以便維修和調試。 　 系統(tǒng)幫助 ： 系統(tǒng)操作過程說明。 　　在上位機應用程序的設計 中， 考慮到用戶的操作方便以及數(shù)控軟件的特點 ， 所設 計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的中文提示。當操作者按下某個快捷鍵時 ， 就進入到相應的子菜單 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 的實現(xiàn). 1 系統(tǒng)初始化數(shù)控軟件 與一般 的應用軟件不樣 ， 它是一個實時多任務控制系統(tǒng)， 安全性 、 實時性要求都很高。為 了使系統(tǒng)滿足實時加工的需要 以及對軋輥磨床控制 的需要 ， 在運行數(shù)控軟件時 ， 首先必須對系統(tǒng)進行初始化。 　　系統(tǒng)初 始化 的第一 步就是建立 P C機和 P MA C之間的正常通訊 ， 這是利用 De l p h i 調用 動態(tài)鏈 接庫 中的函數(shù)完 成 的； 當退 出系統(tǒng)時 ， 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 閉卡 。 　　本文將系統(tǒng)的基本參數(shù)放在一個 B a s i c . C NC文件中， 這些參數(shù)包括： 設置有關接 口的工作狀態(tài)； 有關寄存器或存儲器設置常數(shù)或清零 ； 機床各軸 回到相應 的位置 ； 程 序中所用 到的 M 變量的定 義； 電機參數(shù)的設置 ； P MAC卡的 I 變量設置等。 　　當 P C機和 P MAC之間通訊成功后 ， 利用動態(tài)鏈接庫 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)點坐標的輸入、 存儲、修改、 打印 、 編輯等功能， 為后面的理論 曲線顯示、 輪廓加工做好準備 。首先 ， 利用 Mi c r o s o f t A c c e s s 2 0 0 0設計了一個數(shù)據(jù)庫 s k — d a t a . md b， 利用 De l p h i 強大 的數(shù)據(jù)庫功能 ， 將輸入的節(jié)點數(shù)據(jù)存儲到預先設計 的數(shù)據(jù)庫表格 中， 為使用者提供 了一個方便快捷 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 ， 然后輸入所編輯曲線的長度 ，以后屏幕顯示出現(xiàn) 5 0 0個等距分割點 ， 然后逐個輸入個點的 目標值 ， 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。在這個界面上 ， 可以對正在編輯 的特殊 曲線節(jié)點進行修改， 對已經(jīng)存儲的曲線可以編輯 、 打印等。 結論 本文以軋輥磨床為控制對象 ， 構建了一種以 P C機為基礎 、 以 P MA C卡為核心 的開放式數(shù)控系統(tǒng) ， 并對其硬件結構和軟件體系進行 了研究 。在充分理解軋輥磨床工藝特點的基礎上 ， 結合數(shù) 控軋輥磨 床的特點和用戶需求 ， 以模塊化結構和面向對象 的程序設計思想 ， 利用高級編程語言 De l p h i 7 . 0設計 和開發(fā) 了軋輥磨 床專用數(shù)控軟件 ， 并實現(xiàn)了部分模塊 的功能。實踐表明， 這種開放式系統(tǒng)可 以縮短開發(fā)周期 ， 保證 系統(tǒng)加 工精度高度的穩(wěn)定性。數(shù)控軟件設計時的模塊化結構使系統(tǒng)的通用性和可移植性大大增 強， 也有利于 日后 系統(tǒng) 的功能擴展。 參考文獻 唐水源 ， 盧繼平。軋 輥磨床的數(shù)控化改造 [ J ] .計 算機輔助設計 與制造 ， 2 0 0 o（ 5）： 8 1—8 2 . 陳淵，基于 P MAC的開放 式軋 輥磨床數(shù)控 系統(tǒng)研究 與開發(fā).西安 ： 西安科技大學 。 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 放式數(shù) 控 系統(tǒng) 的研 究 [ J] .機床 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 開放 式數(shù) 控在線非接觸測 量系 統(tǒng) [ J ] .組 合 機床 與 自動化 加 工技術 ，： 4 6—4 8 .. 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