90年代初期，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入基于PC機(jī)的階段。基于PC機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)（CNC）又以WINDOWS CE操作系統(tǒng)為實(shí)時性最高，CE是一款硬實(shí)時性高可靠性操作系統(tǒng)，國外的高級數(shù)控系統(tǒng)大多都是基于CE，比如FANUC310，三菱720等。 眾所周知，目前最常用的Windows桌面操作系統(tǒng)是多線程、搶先多任務(wù)的32位操作系統(tǒng)，實(shí)時性比較差。而實(shí)時控制又是數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，它決定了數(shù)控機(jī)床的加工速度和加工精度。因此有些數(shù)控系統(tǒng)采用原始的DOS操作系統(tǒng)作為軟件平臺，可以滿足一般的實(shí)時性要求。但是，運(yùn)行在實(shí)模式下的16 位單任務(wù)的DOS操作系統(tǒng)沒有發(fā)揮出32位PC機(jī)的優(yōu)勢，而且應(yīng)用程序受640k內(nèi)存限制，并可直接對硬件操作，系統(tǒng)可靠性也很難保證。 實(shí)時操作系統(tǒng)WindowsCE. NET是嚴(yán)格的硬實(shí)時系統(tǒng)，硬實(shí)時系統(tǒng)是一個如果沒有達(dá)到它的計時需要就會失敗的系統(tǒng)，本文介紹的大蘭M720i是基于WindowsCE. NET嵌入式高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)核來自日本數(shù)控系統(tǒng)，操作全面兼容FANUC操作員?？蓮V泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床、加工中心及一些特殊用途。 M720系列數(shù)控系統(tǒng)是按照工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用嵌入式技術(shù)制造的高性能CNC。系統(tǒng)采用WindowsCE. NET4.2操作系統(tǒng)，及吸取FANUC技術(shù)，使用戶可以擁有操作方便的窗口人機(jī)界面，而且從串行口到復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)都能應(yīng)用。 圖1 M720系列數(shù)控系統(tǒng)外形結(jié)構(gòu)圖 主控制器是一臺鏡像了WindowsCE. NET4.2操作系統(tǒng)的工業(yè)嵌入式主機(jī)，可以通過主板上標(biāo)準(zhǔn)的PC104插槽和PC104總線連接系統(tǒng)需要的器件，如軸控卡，數(shù)字或模擬量輸入/輸出（I/O）接口、通信網(wǎng)卡等。M720系統(tǒng)通過PC104總線配置了可控制4個模擬量（或脈沖）軸和1個主軸的控制卡；32個數(shù)字量輸入和32個數(shù)字量輸出及2路模擬量輸出通道。用戶還可以根據(jù)需要通過多軸擴(kuò)展板卡，或I/O擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)控制更多軸和更多I/O的功能。 M720系列操作系統(tǒng)還配置1個以太網(wǎng)卡（TCP/IP協(xié)議）；3個串行通信接口（其中1個可配置為RS-485接口 ）；1個CAN通信接口和1個USB通信接口，可以靈活地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制。同時連接TFT（ CRT）的顯示卡。系統(tǒng)采用8.4″三菱500高亮度超薄液晶顯示器和薄膜按鍵，更適合于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用?？稍谄淇梢暬缑鎯?nèi)很專業(yè)、很方便的監(jiān)控和實(shí)現(xiàn)各種操作，如：加工過程曲線圖形和加工件零件的各種信息；根據(jù)用戶需要編寫的PLC程序、在線監(jiān)控PLC和CNC信號和在線程序修改等；可以觀察加工過程中的機(jī)械坐標(biāo)、程序坐標(biāo)等一些重要的操作信息，有各種信號的診斷功能。圖2 NC操作面板可用于控制系統(tǒng)和程序的起停操作，還可以通過它實(shí)現(xiàn)控制對象（如機(jī)床）的手動控制，如X、Y、Z軸的手動進(jìn)給；主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制；潤滑、冷卻系統(tǒng)控制等，便于機(jī)床調(diào)試。 WindowsCE. NET4.2實(shí)時內(nèi)核使數(shù)控系統(tǒng)可以以固定的時間間隔執(zhí)行實(shí)時任務(wù)，而且在執(zhí)行實(shí)時任務(wù)時，禁止其他非實(shí)時任務(wù)的執(zhí)行，并能夠直接獲得系統(tǒng)相關(guān)的硬件資源。系統(tǒng)CNC軟件包含與運(yùn)動控制有關(guān)的所有功能，如對用戶的NC程序進(jìn)行編譯、解釋代碼；運(yùn)動軌跡的插補(bǔ)運(yùn)算；軸的位置環(huán)控制及與軟件PLC和外部設(shè)備的通信等。 M720內(nèi)置的高速軟PLC符合IEC-1131-3標(biāo)準(zhǔn)，用戶可以使用梯形圖、功能程序段、指令表、流程圖及結(jié)構(gòu)文本等多種PLC語言編程，完成各種復(fù)雜的機(jī)床邏輯控制。系統(tǒng)還內(nèi)置機(jī)床參數(shù)編輯器和邏輯分析儀（非常有用的調(diào)試工具），使得機(jī)床控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和保養(yǎng)非常簡便。 M720的“自適應(yīng)預(yù)讀功能”可以在實(shí)時情況下，預(yù)處理幾百個NC程序段，并且可以根據(jù)相應(yīng)的進(jìn)給速率自動調(diào)整加、減速控制。自適應(yīng)預(yù)讀功能速度變化曲線如圖4所示，圖中橫坐標(biāo)是NC程序段，縱坐標(biāo)F表示執(zhí)行速度。用灰色曲線表示的沒有預(yù)讀功能，因此每個程序段都要執(zhí)行加速和減速操作；而黑色曲線表示的G5.1的速度是連續(xù)變化的，這樣不僅增強(qiáng)了機(jī)床的效率，也提高了加工工件的表面光潔度。 系統(tǒng)的“曲率優(yōu)化功能”，可以使大量連續(xù)微小線段加工達(dá)到最佳效果，更好地保證加工過程的快速性、連續(xù)性和平穩(wěn)性。同時快速的 WindowsCE. NET4.2實(shí)時內(nèi)核能夠完成各種實(shí)時操作，滿足快速性要求。 系統(tǒng)采用“自適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)”，可以在實(shí)時狀態(tài)下根除伺服滯后并且抑制由速度變化導(dǎo)致的共振干擾。能夠自動為每根軸選擇最佳參數(shù)，然后在運(yùn)行過程中補(bǔ)償這些參數(shù)。精確停止插補(bǔ)功能及拐角平滑處理功能，能有效防止拐角處發(fā)生過切現(xiàn)象，可以獲得良好的加工精度。 良好的人機(jī)界面 操作人員可以通過功能鍵選擇5種不同的操作模式，菜單式操作簡單易學(xué)。界面類同F(xiàn)ANUC，操作全面兼容FANUC操作員。 數(shù)控系統(tǒng)直接配置通用網(wǎng)絡(luò)接口，使其具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，及分散化網(wǎng)絡(luò)加工，使現(xiàn)代化管理成為可能。 建立在WindowsCE. NET4.2實(shí)時內(nèi)核平臺上的M720數(shù)控系統(tǒng)具備柔性、開放性和不斷擴(kuò)展的特性。通過簡單的系統(tǒng)參數(shù)及功能設(shè)定，便可實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的控制技術(shù)，滿足復(fù)雜加工和幾乎所有應(yīng)用，如各種高速高精度車、銑、雕、磨、線切割及激光加工設(shè)備；復(fù)雜加工中心；5軸聯(lián)動機(jī)床等。為用戶提供一流的專家解決方案。 如：M720所獨(dú)有的曲率優(yōu)化功能，能對連續(xù)小線段加工軌跡進(jìn)行平滑處理，進(jìn)一步提高加工快速性，并獲得更好的表面光潔度。自適應(yīng)預(yù)讀功能夠根據(jù)進(jìn)給速度和加工軌跡處理加減速，避免小線段頻繁加減速，保證加工速度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)快速加工。特別適用于高速雕銑機(jī)的控制。 M720系統(tǒng)還能夠根據(jù)加工距離、加工時間的變化對激光能量進(jìn)行控制。距離調(diào)整功能可以控制激光頭（Z方向）與加工表面保持恒定距離。對于三維切割，可以保證切割的平整性，避免過切現(xiàn)象。非常適用于激光切割機(jī)的控制應(yīng)用，兩個高分辨率的DA可高準(zhǔn)的控制振鏡。 另外M720操作界面與FANUC完全相同，系統(tǒng)豐富全面的控制功能和卓越的性能，可以使學(xué)生更多地了解數(shù)控領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展方向。 與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)相比， WindowsCE. NET4.2實(shí)時內(nèi)核數(shù)控系統(tǒng)可以充分利用Windows平臺和CNC的開放式軟件工具開發(fā)所需的各種功能，使用戶可以靈活的組態(tài)CNC功能模塊，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)。以滿足普通機(jī)床、加工中心及各種特殊類型機(jī)床的復(fù)雜控制。這種實(shí)現(xiàn)形式上的變革使得系統(tǒng)可以更方便、更廣泛地應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)的先進(jìn)成果，大幅度提升數(shù)控系統(tǒng)的控制性能，簡化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度，縮短研發(fā)周期；大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的伸縮性和可擴(kuò)展性。因此，WindowsCE. NET4.2實(shí)時內(nèi)核數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，最有很強(qiáng)的生命力。