基于ServoWorks的全軟件四軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)研究與開發(fā)*

張亞強(qiáng),畢俊喜,薛志安,劉 斌

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

基于ServoWorks的全軟件四軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)研究與開發(fā)*

張亞強(qiáng),畢俊喜,薛志安,劉 斌

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

通過對(duì)ServoWorks MC-Quad系統(tǒng)和電火花加工原理的分析,依據(jù)Soft Servo System公司提供的SDK開發(fā)包在VB6.0上進(jìn)行軟件二次開發(fā),完成了基于ServoWorks的全軟型四軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā),并在實(shí)際四軸聯(lián)動(dòng)電火花機(jī)床上進(jìn)行試驗(yàn),達(dá)到了預(yù)期的效果。

ServoWork MC-Quad;軟件開發(fā)包;電火花加工;VB6.0

0 引 言

電火花加工數(shù)控機(jī)床是可加工表面形狀復(fù)雜、材料特殊的關(guān)鍵零部件。電火花加工數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單數(shù)控到計(jì)算機(jī)數(shù)控,從PC機(jī)和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)到PC機(jī)實(shí)現(xiàn)的道路[1]。在 Windows平臺(tái)上開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)是目前數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)潮流,可以充分利用PC的軟硬件優(yōu)勢(shì)以及開放性體系結(jié)構(gòu),來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的開放性、模塊化和靈活性等特性。

1 ServoWork MC-Quad系統(tǒng)介紹

SoftWorks CNC是由美國(guó)Soft Servo System公司開發(fā)的純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)。ServoWork MCQuad是SoftWorks CNC系列中的一個(gè)軟件,可滿足4軸通用CNC的應(yīng)用。作為一款專門為不需要主軸功能的CNC機(jī)械而設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng),MC-Quad可以用于焊接機(jī)器、銑床和激光切割機(jī)[2],也可以根據(jù)客戶的定制用于彎曲、沖壓、成型、測(cè)量和電火花加工。

ServoWork MC-Quad系統(tǒng)無需運(yùn)動(dòng)控制卡即可完成任務(wù)傳輸,通過計(jì)算機(jī)CPU的強(qiáng)大功能,完成全部所需的實(shí)時(shí)伺服控制和CNC任務(wù)包括反饋回路,G代碼處理和PLC,圖形用戶界面和網(wǎng)絡(luò)通訊等。圖l為ServoWork MC-Quad配置結(jié)構(gòu)圖。

圖1 ServoWork MC-Quad配置結(jié)構(gòu)圖

DX-110A為數(shù)控系統(tǒng)接口模塊。IX-320是數(shù)字輸入輸出模塊,可外接分線器和繼電器模塊。工控機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器之間通信用EtherCAT。EtherCAT的分布時(shí)鐘(DC)可使所有EtherCAT設(shè)備使用相同的系統(tǒng)時(shí)間,從而控制各設(shè)備任務(wù)的同步執(zhí)行,分布時(shí)鐘技術(shù)使軸的同步偏差小于1 μs。故可滿足電火花加工數(shù)控機(jī)床的精度要求。

2 SoftWorks MC-Quad軟件二次開發(fā)

ServoWorks MC-Quad系統(tǒng)二次開發(fā)的主要工具是ServoWorks Develop Kid(SDK),SDK/MDK開發(fā)套件包括:應(yīng)用軟件接口模塊庫(SWAPI/MAPI),SWAPI/MAPI源代碼,Simulator,例程源代碼等。Ser-voWorks MC-Quad系統(tǒng)二次開發(fā)主要有兩種方式:①修改源程序代碼。該方法難度較大,需要對(duì)軟硬件都十分了解;②利用Soft Servo System公司提供的SWAPI/MAPI和PLC編程語言來開發(fā)。SWAPI有63個(gè)函數(shù),主要功能為:系統(tǒng)參數(shù)初始化和設(shè)置、運(yùn)動(dòng)方式控制、系統(tǒng)反饋和獲取I/O命令等。

2.1 系統(tǒng)主界面

通過運(yùn)用Soft Servo System(3S)公司提供的ServoWorks Develop Kid(SDK)軟件開發(fā)包,在VB6.0環(huán)境中對(duì)原有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā),可獲得符合要求的操作界面。圖2為SoftWorks MC-Quad軟件主界面。

圖2 ServoWork MC-Quad系統(tǒng)主界面圖

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

四軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)軟件必須完成管理和控制兩大任務(wù),軟件的管理模塊包括:初始化模塊、運(yùn)動(dòng)引擎、狀態(tài)顯示、程序編輯、參數(shù)設(shè)置和故障診斷;軟件的控制模塊包括:運(yùn)動(dòng)操作方式、I/O控制、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、過程實(shí)時(shí)監(jiān)控、程序預(yù)處理、濾波模塊和插補(bǔ)運(yùn)算。系統(tǒng)軟件的功能模塊如圖3所示。

整個(gè)系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面。在“參數(shù)設(shè)置”模塊中,可以設(shè)定加工的參數(shù),如脈沖電源參數(shù),加工深度等。加工過程有手動(dòng)、自動(dòng)兩種方式可供選擇。手動(dòng)加工可完成軸的點(diǎn)動(dòng)、連動(dòng)進(jìn)退及軸的順逆轉(zhuǎn)。自動(dòng)加工則根據(jù)間隙放電狀態(tài)檢測(cè)自動(dòng)完成上述功能并動(dòng)態(tài)顯示加工數(shù)據(jù)。同時(shí),在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,實(shí)時(shí)顯示加工位置值、控制參數(shù)。

3 部分功能模塊介紹

3.1 初始化通訊模塊

初始化通訊模塊是為了建立用戶界面和 ServoWorks實(shí)時(shí)模塊之間的聯(lián)系模塊。首先,調(diào)用ServoWorks APIs中的函數(shù) sssOpenDevice()打開 ServoWorks MC-Quad運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)程序;接著,調(diào)用函數(shù)sssInstallDrives()裝載ServoWorks RTX引擎內(nèi)核;隨后,調(diào)用sssOpenDrives()在ServoWorks RTX模塊中建立IPC(內(nèi)部進(jìn)程通信)通道;最后,調(diào)用函數(shù)sssStartInterrupt()激活 ServoWorks控制硬件,啟動(dòng)ServoWorks CNC引擎的通訊和對(duì)ServoWorks控制硬件做出響應(yīng)。初始化完整流程圖如圖4。

圖3 四軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系統(tǒng)功能模塊簡(jiǎn)圖

圖4 初始化流程圖

退出應(yīng)用程序時(shí),調(diào)用函數(shù)sssCloseDevice()關(guān)閉運(yùn)動(dòng)控制器,調(diào)用函數(shù)sssRemoveDevice()將引擎從RTSS進(jìn)程中卸載[5]。

3.2 狀態(tài)顯示模塊

軟件中狀態(tài)顯示模塊由坐標(biāo)信息模塊和輔助信息模塊兩部分組成。坐標(biāo)顯示模塊可實(shí)現(xiàn)界面實(shí)時(shí)顯示編程坐標(biāo)和機(jī)床坐標(biāo),并可通過監(jiān)視伺服軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),來了解加工情況,調(diào)整加工方法。

輔助信息模塊包括:軸狀態(tài)顯示和I/O狀態(tài)顯示。軸狀態(tài)顯示可實(shí)時(shí)顯示:軸是否回零、軸是否到達(dá)限位處、驅(qū)動(dòng)器是否報(bào)警等;I/O狀態(tài)顯示實(shí)現(xiàn)了對(duì)FP-90和DC-120模塊的I/O口的實(shí)時(shí)監(jiān)視。可通過輔助信息模塊達(dá)到對(duì)機(jī)床的實(shí)時(shí)監(jiān)控,為實(shí)時(shí)操作和故障診斷提供了可能,讓系統(tǒng)更人性化。

4 總 結(jié)

在數(shù)控特種加工機(jī)床中,數(shù)控電火花加工機(jī)床(NCEDM)占據(jù)主導(dǎo)地位[5]。但是目前國(guó)內(nèi)尚未有全軟型的電火花加工數(shù)控系統(tǒng)。運(yùn)用純軟件CNC研究出的四軸聯(lián)動(dòng)電火花加工數(shù)控系,具有運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、界面友好、開發(fā)周期較短和系統(tǒng)內(nèi)核升級(jí)方便等特點(diǎn)[6],為ServoWorks CNC在實(shí)際四軸電火花加工機(jī)床上的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ),具有一定使用價(jià)值。與傳統(tǒng)的電火花加工數(shù)控系統(tǒng)相比,ServoWorks MC-Quad實(shí)現(xiàn)了控制器的PC化和控制方案的軟件化,具有較高的性價(jià)比和很好的發(fā)展前景。

[1] 劉 軍,崔 紅,金元郁.電火花機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2006(3):22-23.

[2] 黃書鳴.全軟件數(shù)控系統(tǒng)[J].山東機(jī)械,2005(4):49-62.

[3] 林萬強(qiáng).KT600—基于光纖伺服總線的開放式數(shù)控系[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2008(11):139-140.

[4] Soft Servo System,Inc.ServoWorks API(API)Reference Manual [Z].2013.

[5] 陳德忠.數(shù)控電火花加工機(jī)床當(dāng)前幾個(gè)值得關(guān)注的問題[J].世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng),2012(4):48-50.

[6] 白曉燦,陳永明.純軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)在橋切機(jī)數(shù)控化改造中的運(yùn)用[J].機(jī)電工程技術(shù),2010(6):113-114.

′Research and Development of the All-Software Four-Axis Linkage CNC EDM System based on the ServoWorks

ZHANG Ya-qiang,BI Jun-xi,XUE Zhi-an,LIU Bin
(Mechanical Engineering Institute,Inner Mongolia University of Technology,Hohhot Inner Mongolia 010051,China)

Through the analysis on principles of the ServoWorks MC-Quad system and the electrical discharge machining,the secondary development of software is realized on the basis of SDK kit in VB6.0 which is provided by Soft Servo System Company,and the research and development of the all-software four-axis linkage CNC EDM system is completed.Finally,the software is tested in the actual four-axis EDM,thus the expected effect is achieved.

Servo Work MC-Quad;SDK;electrical discharge machining(EDM);VB6.0

TG659

A

1007-4414(2015)05-0224-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.083

2015-08-09

內(nèi)蒙古人才開發(fā)基金、內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金資助(編號(hào):2012MS0731),內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備項(xiàng)目

張亞強(qiáng)(1990-)男,內(nèi)蒙古呼和浩特人,研究生,研究方向:數(shù)控技術(shù)。