1 引言 隨著我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床對(duì)整個(gè)機(jī)械加工過(guò)程的自動(dòng)控制就必須編寫(xiě)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的數(shù)控加工程序，該程序可由人工進(jìn)行編寫(xiě)，也可由計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）軟件自動(dòng)生成。近年來(lái)，CAM軟件得到了迅猛地發(fā)展，如國(guó)外的Pro/E、UG、MASTERCAM和國(guó)內(nèi)的CAXA，其功能也日趨智能化，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)零件的快速編程，給產(chǎn)品的生產(chǎn)加工帶來(lái)了巨大的便利。但是隨著零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，CAM軟件生成加工代碼的容量將會(huì)很大，如果超過(guò)了機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)空間，將不能一次性存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)中。雖然目前較為先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)配有以太網(wǎng)或USB通信接口，但考慮到早期生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)只配備了RS232C串行通信接口，且在很多企業(yè)中占有一定的比重。為了解決該類(lèi)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于大容量程序的處理問(wèn)題，必須使數(shù)控機(jī)床處于DNC加工狀態(tài)，即通過(guò)串行通信接口將一部分程序先傳輸至數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)處理并完成零件加工過(guò)程的控制，當(dāng)這部分程序執(zhí)行完之后再由數(shù)控系統(tǒng)將其刪除，并繼續(xù)通過(guò)串行通信接口讀取剩余的程序，如此循環(huán)直到程序全部執(zhí)行完畢，該過(guò)程即結(jié)束。 本文作者討論了在實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床DNC加工過(guò)程中的硬件連接要求、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和VB程序的設(shè)計(jì)方法。 2 硬件連接要求 本次研究使用的機(jī)床設(shè)備為南通機(jī)床廠(chǎng)制造的V600數(shù)控銑床，配備的數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)為FANUC 0iMATE-MC，該數(shù)控系統(tǒng)提供了一個(gè)25針的RS232C串行通信接口。數(shù)控加工程序由PC機(jī)通過(guò)串行通信接口進(jìn)行發(fā)送，由于目前市場(chǎng)上的PC機(jī)只提供9針的RS232C串行通信接口，因此微機(jī)與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行連接時(shí)需提供一根一端為9針（DB9）另一端為25針（DB25）的串行通信電纜線(xiàn)。下面對(duì)該電纜線(xiàn)的電氣信號(hào)和連接注意事項(xiàng)做出說(shuō)明。 2.1 電氣信號(hào) 串行通信電纜線(xiàn)可由機(jī)床制造商提供，也可從電子產(chǎn)品市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)。RS232C的各個(gè)引腳有著不同的功能，要想實(shí)現(xiàn)微機(jī)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)之間的串行通信一般只需要用到其中的3個(gè)引腳，它們分別是接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)和信號(hào)地。其引腳連接關(guān)系如表1所示。 表1 DB9和DB25常用引腳連接關(guān)系 在進(jìn)行串行通信時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)的接收數(shù)據(jù)引腳和發(fā)送數(shù)據(jù)引腳必須分別接微機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)引腳和接收數(shù)據(jù)引腳，以達(dá)到數(shù)據(jù)的“收”與“發(fā)”，因此在電子產(chǎn)品市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的串行通信電纜線(xiàn)必須進(jìn)行跳線(xiàn)處理，方法是將電纜線(xiàn)一端的接收數(shù)據(jù)引腳和發(fā)送數(shù)據(jù)引腳進(jìn)行對(duì)調(diào)。如果是機(jī)床制造商提供的串行通信電纜線(xiàn)，因?yàn)閺S(chǎng)家已經(jīng)事先進(jìn)行跳線(xiàn)處理，因此不需要再進(jìn)行跳線(xiàn)。 在通信過(guò)程中還需考慮數(shù)據(jù)的流量控制，以防止數(shù)控系統(tǒng)和微機(jī)的串口接收緩沖區(qū)發(fā)生“溢出”，而實(shí)現(xiàn)流量控制的便是握手信號(hào)。握手分硬件握手和軟件握手，硬件握手需要通過(guò)串口中專(zhuān)門(mén)的握手信號(hào)引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)，而軟件握手是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)和微機(jī)串口的發(fā)送數(shù)據(jù)引腳發(fā)送ASCII碼第19個(gè)字符和第17個(gè)字符來(lái)控制數(shù)據(jù)發(fā)送的暫停和恢復(fù)。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)中存在ASCII碼第19個(gè)字符或第17個(gè)字符便不能使用軟件握手方法，否則會(huì)出現(xiàn)“錯(cuò)誤的握手”。由于數(shù)控加工程序的指令中并沒(méi)有ASCII碼第19個(gè)字符和第17個(gè)字符對(duì)應(yīng)的加工指令，因此不會(huì)出現(xiàn)“錯(cuò)誤的握手”情況的發(fā)生，同時(shí)FANUC Oi-MATE-MC數(shù)控系統(tǒng)支持軟件握手，如采用軟件握手實(shí)現(xiàn)串行通信則只需使用3個(gè)引腳便能完成任務(wù)，其硬件連接將變得簡(jiǎn)單易行。 2.2 連接注意事項(xiàng) 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)和微機(jī)中的任何一個(gè)先上電時(shí)，由于兩者串口電路的電位可能不同，如果此時(shí)直接使用電纜線(xiàn)連接數(shù)控系統(tǒng)和微機(jī)的串口，可能會(huì)因?yàn)殡娢徊疃霈F(xiàn)放電，燒壞串口電路。因此推薦使用光電隔離器安裝于電纜線(xiàn)的兩端，以分別保護(hù)數(shù)控系統(tǒng)和微機(jī)。 使用光電隔離器可以保證設(shè)備的使用安全，但是會(huì)增加硬件投入成本。如果在數(shù)控機(jī)床和微機(jī)上電之前先將兩者用串行通信電纜線(xiàn)進(jìn)行連接，此時(shí)因?yàn)閮烧叽陔娐返碾娢灰呀?jīng)相同，然后再對(duì)數(shù)控機(jī)床和微機(jī)分別上電，這樣就不會(huì)造成串口電路的損壞。在實(shí)際生產(chǎn)使用中因?yàn)楹苌贂?huì)頻繁將串行通信電纜線(xiàn)拔下，因此在不使用光電隔離器時(shí)使用以上方法連接數(shù)控系統(tǒng)和微機(jī)的串口是安全的，同時(shí)也是可以減少硬件成本投入的。 3 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 串行通信過(guò)程中通信雙方必須按照相同的通信協(xié)議才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳輸，其中數(shù)控系統(tǒng)是以系統(tǒng)參數(shù)的形式完成串行通信參數(shù)的設(shè)置的。針對(duì)本次研究中所使用的FANUC 0i-MATE-MC數(shù)控系統(tǒng)，其必須設(shè)置的串行通信參數(shù)如表2所示。 串行通信過(guò)程中對(duì)于數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)也需要進(jìn)行正確的設(shè)置，F(xiàn)ANUC 0i-MATE-MC數(shù)控系統(tǒng)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)有其固定值，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。但是在使用VB軟件編程時(shí)必須知道該數(shù)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)的設(shè)置情況，否則無(wú)法進(jìn)行正確的通信。通過(guò)查閱該數(shù)控系統(tǒng)的使用說(shuō)明書(shū)可以知道其數(shù)據(jù)位為7位，可以表示ASCII碼為0-127的字符，由于數(shù)控加工程序的指令均為ASCII碼0-127的字符，因此在VB軟件中也應(yīng)使用7位數(shù)據(jù)來(lái)傳輸各個(gè)字符。同時(shí)該型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)不進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，因此VB軟件中也應(yīng)設(shè)置無(wú)奇偶校驗(yàn)。 表2 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)串行通信參數(shù)設(shè)置值及含義 4 VB程序的設(shè)計(jì)方法 圖1 數(shù)控DNC軟件運(yùn)行界面 本次研究使用的編程軟件為Visual BASIC 6.0，考慮到該DNC軟件應(yīng)簡(jiǎn)單易用，因此使用了單一編程界面（SDl），所有的操作選項(xiàng)均按類(lèi)別分類(lèi)。編程中使用的主要控件為RichTextBox、ProgressBar、ComboBox、CommonDialog和MSComm。RichTextBox控件的功能為顯示加載的數(shù)控加工程序文本；ProgressBar控件的功能為顯示發(fā)送程序的進(jìn)度；ComboBox控件的功能為提供各通信參數(shù)的選擇操作；CommonDialog控件的功能為產(chǎn)生文件打開(kāi)與保存的對(duì)話(huà)框；MSComm控件的功能為通過(guò)PC機(jī)的串行通信接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收與發(fā)。該DNC軟件提供了兩大功能：一是微機(jī)發(fā)送數(shù)控加工程序至機(jī)床，實(shí)現(xiàn)DNC加工；二是微機(jī)讀取機(jī)床發(fā)送出的數(shù)控加工程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)床程序存儲(chǔ)區(qū)的備份。下面對(duì)該軟件運(yùn)行的主要流程和各功能的關(guān)鍵設(shè)計(jì)方法進(jìn)行介紹，其運(yùn)行界面如圖1所示。 4.1 軟件運(yùn)行的主要流程 發(fā)送文件時(shí)，應(yīng)通過(guò)CommonDialog控件及相關(guān)代碼生成打開(kāi)文件的對(duì)話(huà)框，并將選中的文件內(nèi)容加載至RichTextBox控件的文本顯示區(qū)域內(nèi)，最后通過(guò)按下發(fā)送文件按鈕將數(shù)控加工程序發(fā)送至數(shù)控系統(tǒng)。接收文件時(shí)，當(dāng)按下接收文件按鈕后將通過(guò)CommonDialog控件及相關(guān)代碼生成保存文件的對(duì)話(huà)框，并選擇保存路徑，然后進(jìn)入等待接收狀態(tài)，一旦有數(shù)據(jù)進(jìn)入即開(kāi)始接收，接收完畢后將自動(dòng)保存文件至相應(yīng)的路徑，圖2為發(fā)送與接收過(guò)程的設(shè)計(jì)流程圖。 圖2 發(fā)送與接收過(guò)程的設(shè)計(jì)流程圖 4.2 各功能的關(guān)鍵設(shè)計(jì)方法 4.2.1 分割文件 發(fā)送給數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工程序的容量可能比較大，考慮到MSComm控件發(fā)送緩沖區(qū)的大小不可能設(shè)置太大（此處使用默認(rèn)的512字節(jié)），因此必須對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行分割，分多次進(jìn)行發(fā)送。此處可采用FOR循環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)多次的發(fā)送，而循環(huán)的次數(shù)由文件總大小和每次發(fā)送數(shù)據(jù)的大小來(lái)決定，考慮到數(shù)控系統(tǒng)串口的接收緩沖區(qū)比較小，如果一次發(fā)送的數(shù)據(jù)過(guò)大則會(huì)使其緩沖區(qū)溢出并產(chǎn)生報(bào)警，此處可設(shè)置每次發(fā)送數(shù)據(jù)的大小為200字節(jié)。 4.2.2 軟件握手的實(shí)現(xiàn) 在進(jìn)行DNC加工時(shí)必須進(jìn)行流量控制，以防止PC機(jī)串口發(fā)送超速而造成數(shù)控系統(tǒng)的溢出報(bào)警，此處采用軟件握手來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。其設(shè)計(jì)方法是在發(fā)送循環(huán)中加入DoLoop循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)不斷讀取輸入緩沖區(qū)并查找是否收到數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來(lái)的暫停發(fā)送（13H）或恢復(fù)發(fā)送信號(hào)（11H）來(lái)決定是否繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，該循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序代碼如下： Do bufwait：Comml．Input‘讀取輸人緩沖區(qū) If InStr（bufwait，Chr＄（&H13））>0Then wait=True End If‘判斷是否暫停發(fā)送 If InStr（bufwait，Chr＄（&H11））>0Then wait=False End If‘判斷是否收恢復(fù)發(fā)送 DoEvents‘先將控制權(quán)交給Windows Loop While wait=True‘ 以上程序代碼中必須事先定義bufwait為字符串變量，wait為布爾型變量。 4.2.3 檢查輸出緩沖區(qū) 在通過(guò)串口發(fā)送一個(gè)程序段之前還必須檢查輸出緩沖區(qū)中是否有未發(fā)送完的字節(jié)，否則可能會(huì)使得輸出緩沖區(qū)中不斷堆積新的數(shù)據(jù)而導(dǎo)致溢出。實(shí)現(xiàn)以上功能的設(shè)計(jì)方法是在軟件握手的功能后加入一個(gè)DoLoop循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)不斷檢查MSComm控件中的OutBufferCount屬性是否為0來(lái)決定是否繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，該循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序代碼如下： Do outcount=Comml.OutBufferCount‘讀取輸出緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù) If outcount=0 Then sendempty=False Else sendempty=True End If‘判斷是否是零字節(jié) 讀取輸出緩 DoEvents‘先將控制權(quán)交給Windows Loop While sendempty=True 以上程序代碼中必須事先定義outcount為整形變量，sendempty為布爾型變量。 4.2.4 檢查文件發(fā)送或接收是否結(jié)束 在發(fā)送文件的過(guò)程中要想知道是否發(fā)送結(jié)束可以檢查FOR循環(huán)的當(dāng)前循環(huán)次數(shù)是否為總循環(huán)次數(shù)，但是在接收文件的過(guò)程中因?yàn)槭孪炔⒉恢罃?shù)控系統(tǒng)發(fā)送的程序有多大，因此必須采用其它方法來(lái)解決該問(wèn)題。 FANUC數(shù)控系統(tǒng)對(duì)程序傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議做了如下規(guī)定：程序的開(kāi)頭和結(jié)尾必須采用“%”來(lái)表示程序傳輸?shù)拈_(kāi)始和結(jié)束。因此要想知道程序是否發(fā)送或接收完畢可以通過(guò)查找程序中的“%”這一字符來(lái)實(shí)現(xiàn)，在文件發(fā)送循環(huán)中實(shí)現(xiàn)該功能的程序代碼如下： j=InStr（buf，“%”）‘返回發(fā)送數(shù)據(jù)中“%”字符的地址 If j>0 Then counter=counter+1‘對(duì)“%”字符計(jì)數(shù) If times=1 Then j=j+1 If InStr（j，bur，“%”）>0 Then counter=counter+1 End If End If‘對(duì)總發(fā)送次數(shù)為1的情況作“%”字符的2次檢查 End If‘檢查文件是否發(fā)送結(jié)束 If counter=2 Then msgvalue=MsgBox（“傳輸完畢”，vbOKOnly+vbInformation，“消息”） If msgvalue=vbOK Then Frame3.Enabled=True Comm1.PortOpen=False‘關(guān)閉串口，結(jié)束發(fā)送過(guò)程 ProgressBar1.Visible=False Label1.Visible=False Command1.Enabled=True Commanc3.Enabled=True Command4.Enabled=True End If Exit Sub End If 以上程序代碼中必須事先定義buf為字符串變量，j、counter、times和msgvalue為整形變量。設(shè)計(jì)中還考慮到了如果發(fā)送的程序過(guò)短（總發(fā)送次數(shù)times變量為1），可能在發(fā)送的字符串變量buf中存在2個(gè)“%”字符，因此對(duì)于該情況必須在查找到第一個(gè)“%”之后對(duì)剩余的字符串再查找一次，以確定是否還有第二個(gè)“%”字符。如果找到2個(gè)“%”字符（計(jì)數(shù)器變量counter為2），則提示用戶(hù)程序傳輸完畢。檢查接收文件是否結(jié)束的程序代碼與檢查發(fā)送文件是否結(jié)束的程序代碼類(lèi)似，在此不再贅述。 4.2.5 文件接收的自動(dòng)化 當(dāng)接收程序處于等待狀態(tài)時(shí)，在操作人員按下數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)送程序按鍵后，該軟件的文件接收過(guò)程即自動(dòng)開(kāi)始。為了實(shí)現(xiàn)文件接收過(guò)程的自動(dòng)化，應(yīng)使用MSComm控件的OnComm過(guò)程來(lái)處理數(shù)據(jù)的接收。在通信參數(shù)初始化中應(yīng)設(shè)置MSComm控件的RThreshold屬性為1，以保證串口一旦接收到字符即引發(fā)OnComm過(guò)程接收數(shù)據(jù)并對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。為方便將來(lái)數(shù)據(jù)的處理，在OnComm過(guò)程中應(yīng)使用字節(jié)型數(shù)組以二進(jìn)制方式接收并暫存數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)該功能的部分程序代碼如下： Select Case Comm1.CommEvent Case comEvReceive‘判斷串口是否收到數(shù)據(jù) slen=Comm1.InBufferCount‘讀取輸入緩沖區(qū)收到的字節(jié)數(shù) Comm1.InputLen=slen‘設(shè)置讀取字節(jié)長(zhǎng)度為收到的字節(jié)數(shù) ReDimbytlnput（slen）‘重新定義字節(jié)數(shù)組的長(zhǎng)度 tmp=Comm1.Input bytInput=tmp‘讀取輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)至字節(jié)數(shù)組 processdata‘調(diào)用數(shù)據(jù)處理函數(shù) 以上程序代碼中必須事先定義slen為整形變量，tmp為變體型變量，bytInput（）為字節(jié)型數(shù)組。processdata為數(shù)據(jù)處理函數(shù)，該函數(shù)的功能為過(guò)濾無(wú)需顯示的字符并將數(shù)據(jù)在RichTextBox控件的文本框中顯示。 5 結(jié)束語(yǔ) 本文作者在介紹PC機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行串行通信時(shí)其硬件連接要求和數(shù)控系統(tǒng)的通信參數(shù)設(shè)置方法的基礎(chǔ)上，利用VB6.0軟件實(shí)現(xiàn)了DNC加工狀態(tài)下的程序發(fā)送和程序接收備份功能。該軟件在FANUC 0iMATE-MC數(shù)控上經(jīng)過(guò)測(cè)試，運(yùn)行正常。同時(shí)該軟件提供了豐富的通信參數(shù)選項(xiàng)，因此在其它型號(hào)的FANUC數(shù)控系統(tǒng)上或通信協(xié)議相同的其它廠(chǎng)商的數(shù)控系統(tǒng)上均能正常運(yùn)行，這大大提高了該軟件的通用性。