PC+TurboPMAC實現開放式數控系統

　　圖3為數控系統的工作流程，順序由PC、TurboPMAC和伺服驅動系統三部分完成整個數控過程。該控制流程在組成結構上與目前基于“PC+PMAC”并聯機床數控系統的研究成果相比，最大特點就是將粗插補和逆運動學變換嵌入到TurboPMAC中，使3PRS-XY混聯機床數控系統實時控制性能明顯提高。

　　圖3 數控系統工作流程

　　并聯機床控制是并聯機床研究的關鍵技術，也是難點，比傳統機床的控制更為復雜。傳統機床的每一個自由。度均有一套專用的伺服驅動系統，每個自由度的運動是獨立的。并聯機床的自由度是耦合的，刀具在操作空間的運動是關節空間伺服運動的非線性映射。刀尖軌跡規劃和編程在虛軸上進行，一般基于笛卡兒坐標，而實際驅動軸在并聯桿系的節點上，是基于關節坐標的，它們之間的運動是非線性關系。因此，必須通過機構的逆運動學進行變換，將虛軸的規劃量轉換為實軸的控制量，該過程又稱為虛實映射。由于虛實變換具有很強的非線性，為保證精度，在施行運動學變換前，還必須首先對規劃軌跡(包括直線段)進行數據點密化，即在笛卡兒坐標空間中進行粗插補。通過粗插補處理，可以有效地減少由于非線性映射造成的原理性誤差。采用極小的采樣周期進行粗插補，所產生的此類誤差甚至可忽略不計，但插補所產生的大量的數據需要傳送到運動控制器中，由于通訊速率的限制而導致在線實時控制功能難以實現。本系統充分利用了TurboPMAC提供的運動學計算功能，將逆運動學計算程序下載到TurboPMAC中，并且由Turbo PMAC來完成粗插補處理，極大地降低了PC與TurboPMAC之間的數據傳輸量，提高了數控系統的實時性能。粗插補采用了時間分割算法，通過TurboPMAC提供的段細分功能實現，并通過特定的I變量設定粗插補周期。精插補采用TurboPMAC內置的樣條插補功能，以此來提供伺服控制所需的位置指令數據。

　　控制系統的這種設計方法，使數控加工程序的運行過程不再依賴于上位機操作系統的實時性能，完全通過TurboPMAC自身完成混聯機構的運動控制。同時可直接利用TurboPMAC提供的C代碼調用功能和刀具半徑補償功能，降低了系統的開發周期，提高整個數控系統的實時控制功能。

　　5 數控系統軟件設計

　　數控系統軟件基于Windows操作系統平臺，用Borland的C++Builder6.0開發。軟件系統采用多任務調度模式開發，根據預定的調度策略調整各功能事件的運行狀態。圖4所示，整個任務系統包括兩大模塊：系統管理和機床接口。由于運動學程序已嵌入到TurboPMAC中，數控系統軟件不再對運動學變換和插補進行任務分配。

　　圖4 控制系統軟件模塊

　　系統管理模塊主要完成數控程序的預處理和人機信息交互，其中：參數設置模塊用于設置刀具參數設置和機床結構參數;文件管理模塊用于載人、存儲或編輯NC加工代碼程序;自動操作(Auto)模塊完成數控程序的自動下載和運行控制;手動操作(MDA)模塊可手動輸入單條數控指令，直接控制機床單步運動;點動操作(Jog)模塊控制機床各虛擬軸的點動運行，進行刀具位置調整和工件坐標系的確定;仿真模塊根據加工程序進行機構的運動學仿真，校驗作業空間和運動干涉;軌跡跟蹤模塊實時顯示電機運動軌跡和虛軸刀尖軌跡;機床狀態模塊顯示刀尖坐標值、主軸轉速、進給速度、操作狀態和故障狀態等信息;誤差補償模塊動態加載誤差補償規則、算法和數據，修正運動控制量，減小加工誤差。誤差補償數據可通過專用儀器檢查刀尖位置獲得，也可來源于加工過程中的誤差測量統計。

　　機床接口模塊負責處理與TurboPMAC有關的任務，其中：通訊模塊用于建立PC與Turbo PMAC之間的數據通訊渠道;卡設置模塊完成TurboPMAC的初始參數配置;實時監控模塊用于完成數控程序和數控命令的下載，并實時檢查TurboPMAC數據區狀態和伺服系統運行狀態，將檢查數據傳送到軌跡顯示模塊和機床狀態顯示模塊，實現刀具軌跡、伺服軸運動軌跡、控制狀態和故障報警的實時顯示。

　　6 結束語

　　本設計減輕了主機運行和數據通訊負荷，提高了控制的實時性能和主機的管理功能。軟件系統充分利用了Windows平臺的資源優勢，采用面向對象的設計方法建立友好的用戶操作界面和任務調度體系，使整個系統模塊化程度高、可操作性好且功能便于擴展。