開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。 因?yàn)榫哂心K化、 可重構(gòu)和可擴(kuò)充的特點(diǎn)，可以很好適應(yīng)高速發(fā)展的市場(chǎng)需要，自從20世紀(jì)80年代這一概念被提出，就一直成為生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展的前沿焦點(diǎn)。

　　基于數(shù)控軟件總線和軟件芯片的數(shù)控系統(tǒng)是20世紀(jì)初由華中理工大學(xué)提出的關(guān)于開放式數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)新概念。 基本思想是在數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)過程中，將應(yīng)用程序框架與程序功能模塊分離，分別定義模塊和框架的標(biāo)準(zhǔn)化接口，實(shí)現(xiàn)各功能模塊(軟件芯片)的獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)、 自由組裝和即插即用。 由于每個(gè)功能模塊都具有高度的功能獨(dú)立性、 易移植性、 易組裝性和易擴(kuò)展性，可以大大提高軟件模塊的重用性和可靠性，提高數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，具有重要的實(shí)際意義。

　　插補(bǔ)是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的核心，在加工過程中，依據(jù)加工程序，通過實(shí)時(shí)計(jì)算密化軌跡，輸出各軸的進(jìn)給分量，控制機(jī)床按照給定的速度，沿給定的軌跡運(yùn)動(dòng)。 由于數(shù)控加工的實(shí)時(shí)性和功能多樣性-插補(bǔ)中的數(shù)據(jù)紛繁復(fù)雜，給數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)帶來很多困難。

　　本文以數(shù)控軟件芯片理論為基礎(chǔ)，通過對(duì)數(shù)控插補(bǔ)模塊的功能、 數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致分析，提出了使用總線管理插補(bǔ)中的數(shù)據(jù)的方法，并設(shè)計(jì)和構(gòu)建了數(shù)控插補(bǔ)數(shù)控軟件芯片的總線結(jié)構(gòu)，為數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片的開發(fā)提供了一種有效的方法。

1 數(shù)控插補(bǔ)數(shù)控軟件芯片的功能

　數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片的功能包括以下4個(gè)方面:

　　(1)輸入輸出和插補(bǔ)計(jì)算。 是數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片最基本的功能，指輸入機(jī)床性能參數(shù)、 數(shù)控加工數(shù)控代碼和控制信息，經(jīng)過插補(bǔ)計(jì)算和信息處理，輸出插補(bǔ)結(jié)果和各種實(shí)時(shí)的機(jī)床控制操作。

　　以及被控對(duì)象的電氣和機(jī)械慣性，機(jī)床的速度不能突變。 當(dāng)加工速度發(fā)生變化時(shí)，數(shù)控插補(bǔ)需按照一定的速度-時(shí)間曲線，計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期的速度和位移，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降速控制的功能。

　　(2)實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶的控制指令。 機(jī)床加工過程中，操作人員可通過機(jī)床控制面板干預(yù)，如:暫停、啟動(dòng)、 倍率調(diào)整、 手輪修調(diào)等。 實(shí)時(shí)進(jìn)行的插補(bǔ)計(jì)算，在用戶指令發(fā)出后，必須能夠立即隨之調(diào)整。

　　(3)誤差補(bǔ)償。 包括反向間隙補(bǔ)償和絲杠螺距誤差補(bǔ)償。 數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片具有誤差補(bǔ)償功能，在插補(bǔ)計(jì)算的同時(shí)處理系統(tǒng)誤差，可極大地提高加工精度和工作效率。

2 數(shù)控插補(bǔ)的數(shù)據(jù)

　　要實(shí)現(xiàn)上述功能，數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片的程序中必須有足夠的數(shù)據(jù)支持插補(bǔ)計(jì)算和信息處理。 下面分別從輸入、 輸出和內(nèi)部計(jì)算這，個(gè)過程對(duì)數(shù)控插補(bǔ)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

　　(1)輸入。 輸入數(shù)據(jù)分為數(shù)控代碼數(shù)據(jù)、 機(jī)床性能參數(shù)數(shù)據(jù)和加工過程中的控制命令數(shù)據(jù)，部分。數(shù)控代碼數(shù)據(jù)通過讀取數(shù)控文件獲得. 機(jī)床性能參數(shù)，由用戶通過圖形界面輸入系統(tǒng). 加工過程中的控制操作，是指機(jī)床運(yùn)行過程中，操作工人對(duì)機(jī)床進(jìn)行的實(shí)時(shí)控制。

　　(2)輸出。 輸出數(shù)據(jù)是每個(gè)插補(bǔ)周期向外輸出的插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果，包括位置數(shù)據(jù)、 狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制操作，部分。 位置數(shù)據(jù)指示當(dāng)前插補(bǔ)周期的位移情況;狀態(tài)數(shù)據(jù)表明當(dāng)前的加工運(yùn)動(dòng)狀態(tài);控制操作數(shù)據(jù)與機(jī)床的各個(gè)工作部件相對(duì)應(yīng)，標(biāo)示當(dāng)前插補(bǔ)周期是否有操作，如果有操作，做什么動(dòng)作。

　　(3)內(nèi)部計(jì)算。 數(shù)控插補(bǔ)計(jì)算過程中的數(shù)據(jù),除了輸入、 輸出，還要考慮計(jì)算過程各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)所需數(shù)據(jù)。 例如:要有反向間隙補(bǔ)償，程序中必須有變量記錄每個(gè)插補(bǔ)周期各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)方向等等。

3 劃分?jǐn)?shù)控插補(bǔ)軟件芯片的總線

　　通過上述對(duì)輸入、 輸出和內(nèi)部計(jì)算，個(gè)過程的詳細(xì)分析，可以全面了解數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片中的數(shù)據(jù)。進(jìn)而，根據(jù)數(shù)據(jù)的用途和使用特點(diǎn)劃分?jǐn)?shù)控插補(bǔ)軟件芯片的總線。

　　(1)地址總線。 包括了諸如讀取數(shù)控代碼的針、 選擇加工曲線類型和選擇加減速方式的數(shù)據(jù)，用來選擇控制方式、 讀取文件和輸出結(jié)果。

　　(2)控制總線。 包含了用于控制機(jī)床部件動(dòng)作的各種信息數(shù)據(jù)，分為輸入控制總線和輸出控制總線兩部分。 輸入控制總線數(shù)據(jù)來源于數(shù)控代碼中的G、M、S、T功能字和加工過程中的用戶操作。 輸出控制總線中的數(shù)據(jù)用來控制主軸、 切削液輸送裝置和刀具等部件運(yùn)動(dòng)，與機(jī)床各部件一一對(duì)應(yīng)。

　　(3)數(shù)據(jù)總線。 是數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片總線結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，用來進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算。 這些數(shù)據(jù)根據(jù)在插補(bǔ)過程中的作用和改變頻率，又分為絕對(duì)動(dòng)態(tài)、 相對(duì)動(dòng)態(tài)和絕對(duì)靜態(tài)，條數(shù)據(jù)總線。

　　絕對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)每個(gè)插補(bǔ)周期都在改變，用來記錄每個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的位置和狀態(tài)。

　　相對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)每讀一句數(shù)控代碼改變一次，用來記錄每條加工語句中的數(shù)據(jù)信息。絕對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)在整個(gè)數(shù)控程序運(yùn)行過程中不改變，記錄的是用戶通過圖形界面輸入的機(jī)床加工性能參數(shù)。

　　除此之外，根據(jù)數(shù)據(jù)輸出需要，從絕對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)總線中提取部分?jǐn)?shù)據(jù)構(gòu)成了輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)總線。最后，絕對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線、 相對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線、輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)總線和輸出控制信息總線4個(gè)部分共同組成軟件芯片的輸出總線，向外輸出機(jī)床在每個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)位移和狀態(tài)。

4 建立數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片的總線結(jié)構(gòu)

　　經(jīng)過劃分，建立起的總線分成了地址、 控制信息輸入、 控制信息輸出、 絕對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、 相對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、 絕對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)、 輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，共8條分支。 表1部分列舉了各總線中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

　　根據(jù)數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片在工作過程中數(shù)據(jù)的流向，在上述總線劃分的基礎(chǔ)上建立數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片的總線結(jié)構(gòu)，如圖，所示，分為數(shù)據(jù)輸入、 插補(bǔ)計(jì)算、 計(jì)算結(jié)果輸出、 位置信息反饋和貫穿始終的數(shù)據(jù)信息傳遞5個(gè)部分，具體分析如下。

　　(1)數(shù)據(jù)輸入包括3個(gè)部分。

　　第一，加工前由用戶通過圖形界面輸入的機(jī)床性能參數(shù)。 第二，數(shù)控代碼輸入的軌跡數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)。 第三，加工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶操作，得到的操作數(shù)據(jù)。

　　(2)插補(bǔ)計(jì)算任務(wù)就是處理數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)和總線中繼承的數(shù)據(jù)，進(jìn)行信息處理和插補(bǔ)計(jì)算，獲得插補(bǔ)結(jié)果。

　　(3)結(jié)果輸出即輸出總線，包括插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果和伴隨機(jī)床加工的各種機(jī)床操作。

　　(4)反饋信息每當(dāng)完成一句數(shù)控代碼的處理，絕對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線中關(guān)于當(dāng)前位置、 狀態(tài)的數(shù)據(jù)被反饋，作為下一句數(shù)控代碼運(yùn)行的起點(diǎn)和初始狀態(tài)，參與下句數(shù)控代碼的插補(bǔ)計(jì)算。

　　(5)數(shù)據(jù)傳遞。 這部分結(jié)構(gòu)的主要目的是承上啟下為每句數(shù)控代碼的運(yùn)行做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，表現(xiàn)為圖，中貫穿左右的總線結(jié)構(gòu)。 包括輸入數(shù)據(jù)、 反饋數(shù)據(jù)和相對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線中的繼承數(shù)據(jù)。數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片的工作過程。 首先，初始化總線，提取機(jī)床性能參數(shù)賦值給絕對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)總線。 然后，逐句讀取數(shù)控代碼，獲得數(shù)據(jù)。 在進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算和操作數(shù)據(jù)處理的同時(shí)，用相對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線繼承各條曲線的數(shù)據(jù)。 插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果通過輸出總線輸出，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。 每當(dāng)處理完成一句數(shù)控代碼，絕對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線的最后位置狀態(tài)反饋，與相對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果作為下一句數(shù)控代碼的起始位置狀態(tài)。 再讀取新的一句數(shù)控代碼。 如此往復(fù)，直到程序結(jié)束。

7 結(jié)論

　　本文從分析數(shù)控系統(tǒng)中插補(bǔ)軟件芯片應(yīng)具備的功能入手，細(xì)致研究了輸入、 輸出和內(nèi)部計(jì)算，個(gè)過程中插補(bǔ)計(jì)算和信息處理所需數(shù)據(jù)。 然后，在此基礎(chǔ)上劃分總線，建立了總線結(jié)構(gòu)。

　　本文提出了使用總線管理插補(bǔ)數(shù)據(jù)的方法，并采用此方法規(guī)范了數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片的總線接口，使其內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)清晰化，提高了軟件芯片的兼容性、 重用性和可擴(kuò)充性，為數(shù)控插補(bǔ)軟件芯片的開發(fā)提供了一種有效的方法。