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    1952年，美國麻省理工學院與帕森斯公司進行合作，發明了世界上第一臺三坐標數控銑床，控制部分由數以千計的電子管組成，其插補裝置采用脈沖乘法器。這臺機床的研制成功標志著NC技術的開創和機床制造業的一個新的時代的到來。

    從第一臺數控銑床后，隨著電子組件技術，計算機技術，以及伺服技術的發展，現代的CNC系統在功能、性能、穩定性，以及處理速度方面已經得到了大大改善。數控系統作為數控機床控制的核心部分，對數控技術的發展起著極大的推動作用。它的發展大致以下幾個過程：

圖1 數控系統發展過程

    隨著機械加工精度和速度的提高，要求NC系統的功能不斷的擴大、改進和完善，特別是適應高速高精度加工的要求產生了高速高精控制系統，包括程序的快速輸入、高速高精插補、控制以及輸出。另外機械結構的簡化與改進及新加工功能的完善，要求NC的軟件功能越來越復雜。還有，機械加工的連續運行、協調，要求NC系統可靠性不斷提高，加工和信息系統不但可以控制、處理、傳輸、管理而且通過網絡可以共享。正是由于以上的原因，基于PC ―BASED的開放性數控單元開始在數控領域得到了廣泛的應用。

    1、開放性數控系統

    開放性系統結構的定義為：在競爭的環境中允許多個制造商可以相互交換和相互操作的模塊。機床制造商可以在開放系統的平臺上增加一定的硬件和軟件構成自己的控制系統。目前比較流行的開放式數控主要有兩種結構：1、CNC+PC主板：把一塊PC主板插入傳統的CNC機器中，PC板主要運行非實時控制，CNC主要運行以坐標軸為主的實時控制。2、PC+專業運動控制卡：把運動控制卡插入計算機標準插槽中做作實時控制用，而PC 機主要用作處理非實時控制。尤其是方案2，能充分發揮其計算機處理速度快，人機接口友好的特點，越來越受到機床制造商的歡迎，成為近年來國內開放式數控發展的主流。

    2、開放性數控系統的硬件結構

    下面以步進機電公司自主研制開發的MPC01運動控制卡為例，介紹“PC+專業運動控制卡”這種結構模式的開放式數控系統。該系統采用主從式控制結構：其中PC機負責人機交互接口的管理和控制系統的實時監控等方面的工作（例如系統狀態的顯示、控制指令的發送等等）；下位機選用步進機電公司MPC01系列運動控制卡，用來完成控制的所有細節，包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降的處理、原點和限位等信號的檢測等等。工控機的CPU及MPC01控制卡上的專用運動控制芯片構成了“PC+MPC01”的雙CPU的硬件結構，DOS或Windows作為操作系統。

    2.1 MPC01系列運動控制卡的控制方式及特點

    步進機電有限公司（step-servo Co.,Ltd）是一家以技術為依托的專業運動控制公司。是目前國內運動控制卡的主要生產廠家之一，MPC01系列運動卡采用進口專用芯片，集成度高，穩定可靠；同時配備了內容豐富，功能強大的運動函數庫，可在C/C++或VB等環境下調用，它和計算機之間以總線方式進行通訊。而且由于它采用了VXD虛擬驅動技術，很好的利用了Windows底層的中斷調用，從而可以進行實時的多任務處理，這使得它在處理時間和任務切換這兩方面大大減輕主機和編程的負擔，提高了整個控制系統的運行速度和控制精度。

    2.2 控制系統的控制結構

    控制系統以基于工業PC的MPC01為核心，采用松下數字交流伺服系統構成一個開放式的數控系統。利用MPC01 的多軸運動控制功能，將交流伺服系統與DMC的脈沖輸出通道相連，實現電機的轉速信號的輸出。同時也可接受光電編碼器的反饋信號的采樣，以達到實現全閉環控制。另外通過DMC的DB15接口，可以接收機床上一些與運動控制有關的IO量的輸入。如檢測機床原點、限位等開關的信號。

    運動控制卡必須與PC機進行通訊才能完成機床的控制任務，通過PC機的外設可實現加工程序的輸入、編輯、參數的設置、機床運行的實時狀態等等。另外借助PC的圖形數據處理的強大功能，可以很容易的實現系統的DNC功能。

圖2 控制系統框圖

    3、開放性數控系統的軟件構成

圖3 開放性數控系統的軟件構成

    本系統充分發揮了PC機軟件資源豐富和處理數據速度快的優點，吸收了CAD/CAM的特點，在利用造型軟件生成零件圖后，將圖形的DXF格式文件轉化為加工G代碼。然后將G代碼解釋為板卡的運動控制函數，最后通過調用MPC01運動函數庫內的插補運動函數，達到實現機床控制的目的。

    4、結束語

    “PC+運動控制卡”式數控系統將是開放式數控系統的一個里程碑。這種系統支持運動控制策略的用戶定制，體現了一種核心級的開放思想，從這種系統開始，數控系統將進入“完全開放”時代。