摘　要：介紹了一種基于工控機的五軸聯動數控系統，對其系統構成，硬件軟件開放化設計方法進行了探討。從開發過程及使用效果來看，開放化設計可有效地縮短開發周期，提高數控系統軟硬件的質量。
關鍵詞：開放化系統；ISA總線；CNC
分類號：TP302.1　文獻標識碼：B
文章編號：1001-2265(2000)　02-0019-04

The open-architectured design of 5-axis CNC system

Wang Guangyan　Zhao Jiandon　Shuai Mei　Wang Xiaochun

Abstract：In this paper,a 5-axis CNC system based on Industrial PC is introduced. Its architecture,hardware and software opening design method is discussed.From the developing procedure and actual working,we can make a conclusion that opening design is effective in shorting the developing time and improving the quality of CNC system.
Key words：open-architectured system;ISA bus;CNC

1　概述

　　從MIT開發出第一臺三軸銑床數控系統到現在的四十多年中，數控系統的設計方法經歷了巨大的變化。特別是近十年來，隨著計算機技術的迅猛發展，數控系統從整體結構到詳細設計，從軟件設計到硬件設計，都與早期的數控系統有了很大不同。早期的數控系統出于效率的考慮，許多功能采用硬件電路實現，專用性很強，可維護性、可擴展性比較差。另一方面，通用計算機的運算速度隨時間以指數規律不斷提高，現在一臺微機的運算能力已經達到或超過了早期的小型機，而且，通用型微機應用廣泛，有完善和開放的標準，有眾多外圍硬件設備和豐富的軟件資源的支持。借助微機進行數控系統的開發可以達到事半功倍的效果，因此成為目前數控領域的國際趨勢。
　　五軸聯動數控系統聯動軸數比較多，同時又涉及到兩個回轉運動，插補算法復雜，而且其各組成部分，如伺服驅動單元、位置反饋單元、誤差補償、電氣控制、機床機械結構等在不同的應用場合有不同的特點，在系統整體設計時對此應有充分的考慮。目前，多數數控系統不能滿足這種多樣性的需要，對不同的應用場合，就得選用不同型號的數控系統，這勢必增加開發與維護費用。研究開放式數控系統及其功能部件，就可以根據用戶需要，比較容易地對整個數控系統進行重新組合，以提高系統的可移植性、可伸縮性、可維護性和兼容性。

2　數控系統硬件的開放化設計

2.1　硬件設計的一般原則
　　傳統數控系統的硬件設計分為兩個流派：采用專用芯片的大板結構與總線式體系結構。大板結構對用戶而言是一個封閉的系統，功能的擴展與系統維護都受到限制。總線式結構有一定的靈活性，但由于這種總線由生產廠自己確定，缺乏共同的行業標準，不同廠商的產品之間不具備互換性，所以，這種設計方法已不適應現代制造業的需要。另一方面，隨著計算機技術的發展，微機的速度與十幾年前相比是天壤之別。在這種形勢下的軟硬件設計中，人們關注的重點出現了由效率向互換性、可維護性轉移。受其影響，在數控系統的設計進程中，由大板結構或專用總線向標準總線、可重組的單元模塊發展成為國際趨勢。
　　硬件設計的開放化主要體現在總線標準上。開放化的數控系統是由多種模塊構成的，模塊通過標準的總線連成一個整體。總線的選擇應當滿足三個要求：①在技術上有一定的先進性，能夠滿足數控系統各種功能模塊對信息交互的需要。②總線標準完全開放，且在國際上得到廣泛認可與應用，而不是由某個廠商自己定義使用的某種特殊總線標準。③具有高度的可靠性。
　　選擇了合適的總線標準后，才能進行各功能模塊的設計。在數控系統中，主要的功能模塊有：運動軸位置控制模塊、電氣控制模塊、機床操作面板及數控面板接口模塊、通訊模塊、顯示模塊等。功能模塊應當能夠重新配置，以免不同模塊I/O端口地址及中斷類型發生沖突。
2.2　五軸聯動數控系統的硬件設計
　　在五軸聯動數