１软件总体结构
机床的数控系统由硬件部分和软件部分组成。系统硬件部分包括一个主站控制器和三个从站控制器以及伺服电机、各类传感器等，从站控制器分别控制驱动两个Ｘ轴，两个Ｙ轴及主轴的电机。数控系统软件进行参数化设计生成ＮＣ程序并向控制器发送指令，控制器接收指令，控制电机动作，完成指令运动。数控成形砂轮修形软件将采用开放式的数控系统，即上位机采用普通ＰＣ机，在开放式的平台借助ＡＣＳ运动控制器开发数控系统软件。ＰＣ机与ＡＣＳ控制器之间通过实时、可靠的通讯来协调整个系统，共同完成加工任务。ＡＣＳ控制器是基于ＥｔｈｅｒＣＡＴ网络多轴直线运动控制的控制器，达到了现代机器所要求的多轴高性能，是可扩展的、分布式的运动控制中心。ＡＣＳ控制器可监控所有的轴，对驱动装置执行实时控制，具有强大的远程访问和诊断、快速地错误恢复功能。同时，ＡＣＳ控制器拥有自主开发的编程语言ＡＣＳＰＬ＋，丰富的应用软件和开发、建立、调整和诊断工具，为开发人员进行软件开发调试提供了有利条件。数控成形砂轮修形软件采用ＶＣ＋＋６．０进行软件开发。软件的主要模块包括参数化设计模块、基于零件特征加工模块、ＮＣ代码编辑模块、数据库模块以及加工控制模块。用户通过人机界面输入毛坯参数、砂轮的基本参数和工艺参数，软件可自动生成刀具的加工路径，通过优化参数匹配和仿真修形轨迹从而得到ＮＣ程序，并可直接进行加工。软件的基本流程图如图１所示。
２数控软件与ＡＣＳ控制器的通讯建立
软件通过调用ＡＣＳ控制器自带的ＡＣＳＣＬ．ｄｌｌ动态链接库或ＡＣＳＣＬ＿ｘ８６．ＬＩＢ静态链接库，来完成ＰＣ机和ＡＣＳ控制器之间的数据交换，链接库中包含了与ＡＣＳ设备相关的变量内存地址定义以及函数定义。首先，在主程序目录中加入ＡＣＳ．ｈ函数定义头文件；其次，通过工程—＞设置—＞连接—＞对象／库模块添加动态或静态链接库，完成程序链接；最后编写连接设备的程序，其主要设备连接程序如下（省略变量定义）：当软件系统通过Ｅｔｈｅｒｎｅｔ总线方式连接上主站控制器之后，还需要对其接入的其他硬件设备进行地址分配，并写入主站控制器，使其了解系统中所接入的各种硬件设备，才能利用主站控制器对硬件设备进行控制。
３软件模块功能
数控砂轮修形软件主要功能为根据砂轮参数对成形砂轮进行参数化设计或根据零件参数反求出成形砂轮轮廓，优化刀具的加工路径，自动生成ＮＣ程序，向机床发出指令，控制机床运动，对毛坯进行加工，得到所需的成形砂轮。同时，也可以自行输入已经人工编写好ＮＣ程序或者调用数据库中已有的程序进行加工。因此，数控砂轮修形软件包括参数化设计模块、基于零件特征加工模块、ＮＣ代码编辑模块、数据库模块以及加工控制模块。
３．１参数化设计模块
该模块的主要功能是根据提供的砂轮参数对成形砂轮进行参数化设计，并自动生成ＮＣ程序。在该模块中，用户输入毛坯参数，砂轮尺寸参数、加工工艺参数，软件能够自动生成所需的ＮＣ程序，同时可显示刀具的加工路径以及砂轮模型模拟图，可根据显示的刀具路径及砂轮模型模拟图确认ＮＣ程序是否无误，确认后即可进行加工生产。加工完成后，可以将此次生成的ＮＣ程序保存到数据库中以便下次调用。
３．２基于零件特征加工模块
该模块的主要功能是根据提供的零件参数反求出成形砂轮的轮廓参数，并自动生成ＮＣ程序。由于在生产中，我们首先得到的是零件的参数而不是成形砂轮的参数，对于一些特殊零件如齿轮棘轮等，砂轮的设计也较为复杂。在该模块中，用户只需输入零件的尺寸参数、毛坯参数及加工工艺参数，软件能够自动在后台计算出砂轮的截面参数，并生成ＮＣ程序，同时可显示刀具的加工路径及砂轮模型模拟图。软件从零件直接加工出成形砂轮，省去了中间设计成形砂轮的步骤，可以大大地缩短生产周期，提高生产效率。
３．３ＮＣ代码编辑模块
该模块的主要功能是对用户人工编写的ＮＣ程序进行编辑修改及运行。用户可以直接输入已手工编好的ＮＣ程序，或直接导入已有的ＮＣ程序文件，对ＮＣ程序进行编辑修改，并对程序进行试运行。此时软件中会显示刀具加工路径，通过观察刀具加工路径可以判断我们手工输入的ＮＣ程序是否正确，程序检验无误后可进行实际加工。加工完成后，用户可以将程序保存到数据库中以便下次调用。
３．４数据库模块
该模块的主要功能是保存参数化设计模块中生成的ＮＣ程序和ＮＣ代码编辑模块中用户自己手工输入的ＮＣ程序。在该模块中，所有程序统一编号，用户通过查询编号来查看程序。用户可以直接调用ＮＣ程序进行加工，也可以对已有的程序进行管理、添加、编辑、删除。
４实验模拟
由于该软件涉及的模块功能较多，无法在本文中一一呈现。因此本文选取了其中的基于零件特征加工模块下的圆弧母线加工模块进行实验。在该模块中，我们需要输入零件的各种参数以及加工参数。在实验中，我们选取的零件的参数分别为：圆弧半径Ｒ＝３０ｍｍ，零件厚度Ｂ＝３０ｍｍ，砂轮断面直径Ｄ＝１００ｍｍ，切削余量为２ｍｍ，主轴转速为８００ｒ／ｍｉｎ，背吃刀量为０．２ｍｍ，进给量为０．１ｍｍ／ｒ。另外，需要注意的是关于零件端面直径以及零件外形的选择，在本实验中，我们选择左右端面直径相同，零件外形为外凸。输入所需零件参数后，点击“确定输入”按钮，表示参数输入步骤完成，接下来可以选择其他功能按钮进行其他操作。点击“磨削该零件砂轮的ＮＣ代码”按钮，软件即在交互界面上显示加工砂轮的ＮＣ程序。通过实验可以看出，该软件能够正常运行，基本实现所需的功能。只需要输入砂轮或零件的相关参数，即可生成ＮＣ程序，为生产提供了方便。
５总结
本文提出的数控砂轮修形系统软件采用具有高性能的ＡＣＳ控制器来实现高精度成形砂轮修形，软件具有良好的人机交互界面，操作简单明了，用户只需要输入简单的参数即可生成ＮＣ程序进行加工，缩短生产周期，提高生产效率。
作者：张由婷 单位：武汉理工大学机电工程学院
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