数控机床测量反馈系统自动切换功能的开发

王红亮 徐秀玲 赵国涛

（①中捷机床有限公司，辽宁沈阳110141;②沈阳工程学院，辽宁沈阳 110041）

菲迪亚C系列数控系统机床是一种高精度、高效率的自动化设备。该系列机床具有两套测量反馈系统［1］，一套是由伺服电动机及编码器构成的半闭环系统，实现对速度控制;另一套由光栅尺构成的全闭环系统，实现对位置的控制。

在数控机床的制造及使用周期中，两种测量反馈系统经常需要进行手动切换实现位置控制，切换时不仅需要单独运行BRUCO软件，进行驱动部分参数的设置，而且还要在用户操作界面下设置轴参数，激活相应的补偿数据，进行数控系统的初始化［2］。以上手动切换过程繁琐，极易出错，通常要求具有丰富经验的调试、维护人员进行操作［3］。为了提高工作效率，实现测量系统简单、可靠的切换，本文通过对菲迪亚C系列数控系统界面开发技术及测量系统切换机制的研究，利用菲迪亚系统的用户接口功能，在系统界面上集成可视化的操作软键，结合AUCOL编程语言，开发出测量反馈系统的自动切换功能，并成功应用于GMC820u五轴数控机床。

1 测量系统切换控制原理

菲迪亚C系列产品是基于PC的数控系统。其数控系统由用户界面和CNC控制两部分组成。用户界面运行在WindowsXP操作系统环境下，CNC控制部分通过菲迪亚的CPU5控制板实现程序运行、轴控制等功能，是现代的开放型结构，其控制原理［1］如图1。

菲迪亚C系列产品控制核心为CPU5板，通过PCI插槽安装在工控机的主板上，实现数控系统所有的功能，其中FFB1控制板为系统的通讯接口，经高速现场总线，与数字驱动单元进行通讯，接收来自CPU5板的控制指令，完成系统对坐标轴的位置、速度控制。数字驱动单元反馈接口如图2所示。数控系统的位置控制有两种实现方式，一种是通过伺服电动机上的编码器反馈，经接口X51实现位置和速度控制，构成位置半闭环伺服系统;另一种由光栅尺直接进行位置反馈，经直接位置反馈接口X55实现位置控制，构成位置全闭环伺服系统。通过设置不同的驱动参数、轴参数（表1），实现全闭环和半闭环的切换。

为了实现数控系统对机床运动部件的精准控制，完成对测量反馈系统切换后，需要利用数控系统本身所具有的反向间隙误差补偿、丝杆螺距误差补偿功能，对各个坐标轴的位置精度进行补偿，保证机床的加工精度。使用补偿指令如下:

补偿格式:N..X..R..E..

例如:N20 X 120.R.15 E.25

表1 切换参数

2 自动切换功能开发

测量反馈系统的自动切换功能需要两个独立的按键分别实现全闭环、半闭环的切换控制。由于菲迪亚系统提供的用户自定义键数量有限，所以需要通过界面开发扩展用户按键，满足功能开发的需求。

2.1 界面开发

菲迪亚C系列产品提供3种界面开发形式:

（1）用户软键扩展

通过系统操作界面选项菜单，实现用户自定义键的扩展。可在操作界面定义100个用户化软键。

（2）用户化界面

通过系统提供的编程语言，建立CUSTOM.VID文件，形成用户化的按键及界面。但需要外购编程手册。

（3）VSKP软件扩展按键

通过菲迪亚提供的VSKP软件扩展用户化特色软键。用户可更改按键界面，形成自己的界面风格，但需要按其提供的编程格式编写配置文件。

基于满足功能开发需求，减少额外编程工作量，本文采用第一种方法，即通过在系统初始化文件（Fidia.ini）内的［WS］区域下增加“CustomVertKey=CUSTOM”实现用户软键扩展，界面如图3所示。

当按下“CUSTOM”软键后，会打开一组空白水平软键，通过“Custom keys”定义用户化的特色软键，即按键“X LINE”、“Y LINE”、“Z LINE”、“X MOTOR”、“Y MOTOR”、“Z MOTOR”、“A LINE”。

X、Y、Z、A—分别表示坐标轴;

LINE—表示全闭环;

MOTOR—表示半闭环。

2.2 功能实现

通过扩展的用户软键，利用AUCOL编程语言提供的WRITEP更改参数指令以及NCBLK块执行指令，开发全闭环与半闭环参数及补偿数据自动切换。

每个水平软键有两个内存位，MDSKnn和MDLKnn，当按下图3所示用户扩展按键时，系统会通过两个内存位实现与AUCOL编程语言的交互。本文以X坐标轴为例，实现测量系统的自动切换。

（1）全闭环、半闭环自动转换

使用AUCOL编程语言，在编写的PLC程序内增加子进程，通过处理两个内存位，利用WRITEP写参数指令实现全闭环、半闭环驱动参数、轴参数的更改及生效。主要指令如下:

（2）补偿数据切换

在plcblk.set文件内增加补偿数据，格式如下:

以上补偿数据，可以根据实际补偿需要进行任意扩展。对补偿数据进行更改及生效的子进程如下:

3 结语

通过对菲迪亚界面开发及测量系统切换机制的研究，实现了按键操作完成测量反馈系统的自动切换。该功能在GMC820u五轴机床［4］的实际应用，能有效地保证机床的稳定运行［5－6］。在安装、调试及维修过程中，不仅操作方便、实用性强，而且极大缩短了切换操作时间，提高了工作效率。

［1］Fidia S.p.A.Fidia C Class software installation［Z］.San Mauro Torinese Italy，2010（6）.

［2］李吉，田亚铃，赵健，等.基于FIDIA系统的高速铣NURS插补技术研究［J］.制造技术与机床，2010（10）:78 －80.

［3］胡乾坤，张慧贤.基于CATIA的FIDIA数控系统5轴后置处理器的研究［J］.制造技术与机床，2009（6）:49－51.

［4］ISO230－1:1996机床检验通则 第1部分:在无负荷或精加工条件下机床的几何精度［S］.

［5］ISO10791－2:2001加工中心试验条件第二部分:带有垂直轴或垂直旋转轴普通端头机械的几何试验［S］.

［6］沈阳机床有限公司.产品检验合格证［Z］.2005.