近年來，隨著工業(yè)PC機性能的快速發(fā)展，可*性大為提高，而價格卻大幅度降低，以工業(yè)P C機為核心的控制系統(tǒng)已廣泛被工業(yè)控制領(lǐng)域所接受。在機床控制領(lǐng)域，采用工業(yè)PC機，發(fā) 展 通用的數(shù)控系統(tǒng)，已成為國際研究的熱點，符合數(shù)控技術(shù)發(fā)展的最新潮流。工業(yè)PC機與PC機 兼容，因此可以吸收PC機發(fā)展的最新成果，從而簡化數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)過程，縮短數(shù)控系統(tǒng)的 開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力。 　　1　數(shù)控火焰切割機加工工藝特點 　　數(shù)控火焰切割機具有一般數(shù)控機床的特點，能根據(jù)數(shù)控加工程序，自動完成從點火 -預熱-通切割氧-切割-熄火-返回原點的整套切割過程。但數(shù)控火焰切割機又有別于一 般數(shù)控金屬切削機床，它利用氧-乙炔火焰把鋼板割縫加熱到熔融狀態(tài)，用高壓氧吹透鋼板 進行切割，而不像金屬切削機床那樣，是用金屬切削工具與工件剛性接觸來進行切削加工。 由于各種因素的影響，有時會發(fā)生鋼板未割穿的現(xiàn)象，此時割炬應暫停下來按原軌跡準確地 返回到未割穿點，再按原軌跡重新切割，因此數(shù)控火焰切割機必須具有隨時實現(xiàn)暫停及按原 軌跡返回的功能。 　　2　數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計 　　組成該數(shù)控火焰切割機數(shù)控系統(tǒng)的硬件框圖，主要包括工業(yè)PC機、運動控 制卡和伺服系統(tǒng)。其中工業(yè)PC機是數(shù)控系統(tǒng)的核心，它擔負著切割機運動軌跡的計算（粗插 補）以及對整個系統(tǒng)管理的任務(wù)。運動控制卡插在工業(yè)PC機的擴展槽中，它一方面與伺服系 統(tǒng)相連，實現(xiàn)對切割機運動軌跡的控制（精插補）；另一方面與機床控制面板及控制氣源的 繼電器相連，通過控制面板，可以調(diào)整機床的位置，指令機床啟動、暫?；蜓卦懈钴壽E返 回 ，還能實現(xiàn)切割速度的加速 與減速；通過繼電器，可以控制氧氣和乙炔氣體的開關(guān)。伺服 系統(tǒng)可以選擇步進伺服系統(tǒng)或數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。 　　運動控制卡由自己設(shè)計，它主要包括譯碼電路、振蕩電路、I／O端口電路、脈沖控制電路、 中斷電路以及光電隔離輸入輸出電路。 其中譯碼電路為運動控制卡提供一個接口地址段，通過撥碼開關(guān)可以更改該地址段的范圍； 振 蕩電路為運動控制卡上的脈沖控制電路提供一個固定頻率的脈沖源；I/O端口電路由兩片825 5 并行口芯片組成，其主要作用是輸出切割機氣源控制信號及輸入機床按鈕信號；脈沖控制電 路由兩片8254計數(shù)器組成，每片8254計數(shù)器分別控制一個軸的伺服電機；中斷電路是為控制 軟件提供硬件中斷信號而設(shè)計的；光電隔離輸出輸入電路將工業(yè)PC機電源和外界電源隔離， 減少外界電源對計算機的干擾。 　　3　控制軟件設(shè)計 　　控制軟件是整個數(shù)控系統(tǒng)的靈魂，離開了軟件，數(shù)控系統(tǒng)便無法運行。根據(jù)切割加 工工藝的要求，同時又能充分發(fā)揮工業(yè)PC機的優(yōu)點，該切割機的控制軟件按以下模塊化方式來設(shè)計。 　?。?）界面設(shè)計 　　該控制軟件的界面分成三個區(qū)域：圖形仿真跟蹤區(qū)、狀態(tài)顯示區(qū)以及操作說明區(qū)。 圖形仿真跟蹤區(qū)用于顯示數(shù)控加工文件所指定零件的圖樣，并在切割過程中跟蹤割炬的運動 軌跡；狀態(tài)顯示區(qū)顯示切割機目前的狀態(tài)參數(shù)，如切割速度、割炬當前坐標等；操作說明區(qū) 簡要介紹各種功能所對應的熱鍵，如暫停、返回、加減速及點動等功能的熱鍵。熱鍵的功能 與操作面板上按鈕的功能相同。 　　（2）系統(tǒng)初始化及切割等待 　　由于運動控制卡上的8255并行口和8254計數(shù)器均屬于可編程序芯片，因此，在它 們工作前必須對它們進行初始化，按照工作方式確定它們的控制字。在初始化以后，系統(tǒng)便 處于切割等待狀態(tài)，此時可以調(diào)整機床的位置、檢驗自動點火裝置以及通氣用的電磁閥是否 工作正常。 　　（3）程序檢驗及圖形仿真 　　當數(shù)控加工程序指定以后，首先要檢驗輸入的數(shù)據(jù)文件是否符合規(guī)定的要求， 一旦發(fā)現(xiàn)指定的文件中有非法的指令，則退出控制程序，并提示編程人員哪一行出現(xiàn)哪一種 類型的錯誤，編程人員修改好數(shù)控加工程序以后，可繼續(xù)進入控制程序。如果數(shù)控加工程序 正確，系統(tǒng)便將讀入的數(shù)控加工程序經(jīng)過處理在圖形仿真區(qū)中畫出零件圖形，無論零件有多 大或多小，系統(tǒng)都能自動按比例縮放。 　?。?）數(shù)控加工程序處理 　　為了節(jié)省計算機在插補過程中的運算時間，在正式插補前對數(shù)控加工程序作一 些預處理是十分必要的，預處理主要包括長直線段的預處理和圓弧的預處理。由于運動控制 卡一次計數(shù)的范圍有限，因此當長直線段超出計數(shù)器的計數(shù)范圍時，須將長直線段分解成若干段小直線段，防止計數(shù)值溢出。又由于運動控制卡不能直接用來對圓弧進行插補，因此必 須在誤差允許的范圍內(nèi)將圓弧分解成小直線段，這里我們用的是改進吐斯丁（ITM）方法， 在相同誤差范圍內(nèi)，該方法對圓弧的分解是最為有效的。從實際出發(fā)，我們選 擇最大的誤差為1BLU，即EH=ER=1BLU，則小直線段對應的圓弧夾角α為： 　　計算出夾角α以后，便可通過幾何關(guān)系計算出從圓弧起點到終點各小直線段的節(jié)點坐標。 　?。?）插補控制及軌跡的動態(tài)跟蹤 　　在插補過程中，計算機一方面根據(jù)數(shù)控加工程序中的數(shù)值以及各軸的脈沖當量， 計算出X軸、Y軸的脈沖數(shù)；另一方面根據(jù)指定的切割速度，計算出各軸的分頻系數(shù)。并在上 一條指令執(zhí)行結(jié)束時，將計算出的脈沖數(shù)和分頻系數(shù)送到對應8254計數(shù)器的對應通道。另外 ，計算機通過不停地讀回8254計數(shù)器的計數(shù)值，得到剩余的脈沖數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到割炬 當前的屏幕坐標，并用小箭頭指示。因此從顯示屏上，操作者可以清楚地看到當前的切割位置。 　?。?）按原軌跡返回功能的實現(xiàn) 　　在切割過程中，若發(fā)現(xiàn)有未割穿的情況，此時可以按下暫停鍵，暫時中斷切割 并自動關(guān)閉切割氧；再按下返回鍵，割炬便準確地按原軌跡返回；待割炬返回到未割穿點以 后，再次按下暫停鍵并按啟動鍵，切割機便自動打開切割氧，重新進行切割。在按下返回鍵 時，計算機便從運動控制卡上的8254計數(shù)器中讀回剩余的脈沖數(shù)，與原來的脈沖數(shù)進行比較 ，將差值送回8254計數(shù)器，并使方向信號反相，這樣便使割炬按原軌跡返回。在該指令結(jié)束 時，使系統(tǒng)指回上一條指令，從而實現(xiàn)線段之間的連續(xù)返回。在返回過程中，指示割炬位置 的小箭頭也按原軌跡返回。 　　（7）系統(tǒng)管理 　　系統(tǒng)管理是用來在切割過程中對整個系統(tǒng)的管理，包括暫停、啟動、退出、 升降速的控制以及對限位信號的處理。 　　4　結(jié)束語 　　本文在分析了數(shù)控火焰切割機加工工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)了基于工業(yè)PC機的數(shù)控火 焰切割機的數(shù)控系統(tǒng)，該數(shù)控系統(tǒng)具有良好的人機界面及切割軌跡的動態(tài)跟蹤功能，使用操 作十分方便，適合于工業(yè)現(xiàn)場使用。該數(shù)控系統(tǒng)已成功地應用于武漢電力設(shè)備廠數(shù)控火焰切 割機的改造中，與原有的單片機數(shù)控系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)取消了紙帶穿孔機和紙帶閱讀機，消 除了由此產(chǎn)生的故障，提高了系統(tǒng)可行性及加工效率。