基于运动控制器的轴承内圈磨床数控系统设计论文-学位论文.doc

济南大学毕业设计
1 前言
当下制造业的竟争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竟争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竟争，将面临知识——技术——产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求则越来越高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竟争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。
现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展并广泛应用于数控系统中，数控装置的主要功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。
磨床是机械加工中的精加工阶段，所以磨床的加工精度将直接影响工件的使用性能，而目前国内磨床的数控化率普遍不高，磨床数控系统大都依赖进口，对于我国这样一个工业大国来说，开发出应用于磨床的数控系统迫在眉睫。将数控技术应用到轴承内圆磨床上，开发出适合于专机应用的磨床数控系统，对实现普通内圆磨床的数控化改造，提高我国机床的现代化水平，具有非常重要的意义。本设计使用固高公司生产的GUC 系列运动控制卡，它可以同步控制多个轴，实现多轴协调运动，并且可以实现两卡的同步配合使用，实现高性能的控制计算。运动控制卡提供C 语言函数库和WINDOWS 动态链接库，可以使复杂的控制功能变得简单。

2 概述
2.1 轴承内圈磨床概况
2.1.1 国内外轴承内圈磨床设计概况
轴承是一种量大面广、高精度的机械基础件，广泛应用于机械、电子、航空航天、运输、纺织、医疗、冶金、IT等国民经济各部门各行业。
磨削加工属精加工工序，主要用于淬硬材料或难加工材料的高精度机械加工，轴承加工设备中60%以上是磨加工设备。
在轴承磨加工设备中，内表面磨床的加工水平具有表征意义。轴承套圈磨床的发展己引起国内外厂家的广泛重视，发展的重点是:提高加工精度和长期稳定性，提高生产效率及自动化程度。在现代轴承磨床设计和制造中，大量采用新工艺、新技术，使磨床的各方面性能大幅提高，主要表现在:(l)普遍采用60-80米/秒的高速磨削，提高磨削精度和工作效率，改善磨削质量。(2)对磨削过程进行适应控制，实现磨削的最佳化。(3)应用磨削在线主动测量及机外测量反馈等检测手段监控磨削过程。(4)全面实现自动化及无人化生产，尽可能减少人为因素，保证磨削精度、稳定性。轴承工业的发达国家瑞典、美国、日本、意大利、德国等在轴承磨床新技术方面不断创新，现代轴承磨床普遍装备了电子计算机控制(CNC)装置，并向磨削中心发展，如瑞典尤瓦公司的Ul10CNC磨削中心，集外圆磨床和内圆磨床之长，可一次装夹同时磨削内、外圆和端面。瑞士乌马德公司的20OCNC磨削中心，采用有三根砂轮轴的标准转塔式砂轮架，可做180度回转，也可带三根砂轮轴和一只检测测头的四工位转塔砂轮架。现代磨床除高速磨削外还普遍采用适应控制技术。
我国内圆磨床经历了仿制，改进设计和自行设计三个阶段。前期主要对前苏联、和意大利等国的内圆磨床进行仿制，如无锡机床厂生产的MZ208全自动轴承内圆磨床。后来到了六五、七五期间洛阳轴承研究所自主开发了ZYS一811全自动轴承内圆磨床。采用了多项在当时较为先进的技术，如高速磨削、主动测量、高速机械往复振荡、新型高速砂轮等技术，成为国内第二代磨床的代表。现在通过引进技术，无锡机床厂生产出了IEF系列全自动内圆磨床，采用控制力磨削，精密圆棒静压导轨等先进技术，但总的水平与国际先进水平尚有较大差距[1]。
2.1.2 轴承内圈磨床的结构组成
轴承内圆磨床由机床机械部分和电气控制部分组成。其机械部分主要由进给系统、往复拖板、砂轮修整器等机构组成，而电气部分主要由动作控制，测量控制，伺服电机驱动等组成。
2.2 GUC运动控制器简介
运动控制器是以中央逻辑控制单元为核心、以传感器为信号元件，以电机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置，主要用于对机械传动装置的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。与传统的数控装置相比，运动控制器功能更加强大，可以实现多种运动轨迹控制；适用于不同场合、不同功能需求的控制系统；操作简单，在PC上经简单编程即可实现运动控制。
GUC系列运动控制器是将PC技术与运动控制技术相结合的产物。它以Intel标准X86架构的CPU和芯片组成为系统处理器，采用高新能DSP和FPGA作为运动控制协处理器。可以实现高性能多轴协调运动控制和高速点位运动控制。它适用于广泛的应用领域，包括数控机床、印刷机械、机器人、木工机械、装配生产线、电子加工设备、激光加工设备以及PCB钻铣设备等。
GUC系列运动控制器提供计算机常见接口及运动控制专用接口。GUC系列运动控制器提供C语言函数库和Windows 动态链接库，实现复杂的控制功能。用户能够将这些控制函数与自己控制系统所需要的数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起建造符合特定应用要求的控制系统，以适应各种应用领域的要求[2]。
2.3 总体设计方案
数控磨床的设计大体上可以划分为以下两大部分：硬件部分和上位机软件部分，本设计的总体设计方案如图2.1所示，下面就硬件部分和上位机软件部分两方面分别对本设计进行叙述。

图2.1 总体设计方案
A.硬件部分：
数控磨床大多数是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，根究其工作特点及工作原理控制面板应包括机床的通断电按钮，主轴通断电按钮，急停按钮，冷却液开关按钮，照明开关按钮，X、Y、Z三轴的运动控制按钮，自动、手动按钮，回参考点按钮，手轮按钮，复位按钮，调速度倍率的旋钮等。另外它的工作台上应设有原点开关及正负限位开关，现在多使用传感器来设定原点，防止工作台超出工作范围，在工作台超出工作范围时，机床将报警。电机部分若选择伺服电机，应有编码器进行实时测量其转过的角度，但如果采用步进电机，可不必进行测量，每发给电机一个脉冲，电机转过一定角度。
本设计的目标是三坐标联动，将通过使用固高控制卡实现，即要实现对被加工工件的连续控制，固高公司生产的GUC 系列运动控制卡可以同步控制4 个轴和两个轴，实现多轴协调运动，并且可以实现两卡的同步配合使用。其核心由ADSP2181 数字信号处理器和FPGA 组成，可以实现高性能的控制计算。运动控制卡提供C 语言函数库和WINDOWS 动态链接库，实现复杂的控制功能。用户能将这些控制函数与自己的控制系统所需的数据处理，界面显示，用户接口等应用程序模块集成在一起，建造符合特定应用要求的控制系统。以PC 加运动控制卡的形式重构了一个开放式数控系统硬件平台。整个数控系统以运动控制卡为位置控制核心，交流伺服系统为驱动装置，光电编码器为反馈检测元件，构成一个半闭环的控制回路。本系统的实现方法采用上下位机模式，PC 机作为上位机完成数控代码处理、机床状态监测、人机界面、动态显示等非实时或弱实时性任务；固高运动控制卡作为下位机完成插补计算、位置控制等实时性任务。可以更好地实现多电机的同步控制与各控制器间的通讯[2]。
B.上位机软件部分：
磨床数控系统软件是一个多任务处理软件，既要处理钻型参数的编辑，刃磨数控代码的生成、校验、译码，又要负责机床运行控制，运动状态数字及图形显示，还要管理系统参数设置，调试诊断等任务。本设计将采用VB编程环境，VB开发环境是Windows平台。系统软件采用单文档多视图的框架结构，不同的视图对应于不同的功能模块，在不同的视图中进行切换，就可以进入相应的应用模块中，数控系统包含主控制模块、用户管理模块、参数设置模块、手动操作模块、自动运行模块、键盘模块等几部分。其中，主控制模块包括用户管理、参数设置、手动操作、自动运行等按钮，分别连接到不同的模块；用户管理模块包括操作员的添加、删除、授权，密码的修改，操作员权限的修改等几部分；参数设置模块包括各种速度、加速度的设定，参考点的设定，各种延时时间的设定，电机脉冲数的设定等；自动运行模块包括程序显示、仿真加工的显示、程序的读入、暂停、运行等操作按钮；手动操作模块包括各轴的回参、各轴的手动控制运动等部分。数控系统中尽量使操作少或不需要操作的部分（如显示部分）在触摸屏的左手边，而将操作较多的部分安排在右手边，以方便于工人的操作。

3 硬件部分
虽然设计的主要部分是磨床的数控系统，但硬件是软件的基础，没有硬件就没有软件，所以对硬件进行充分的了解，是开发出适应于硬件控制的软件的基础，因此在本部分将对磨床的硬件及其所需要的运动控制进行解析。
3.1 数控磨床结构
本设计最终要实现的目的是对轴承内圈的的磨销精加工，在磨销过程中要求磨床的砂轮相对于轴承内圈一方面要有径向的进给（提供被吃刀量），另一面要有轴向的进给（提供进给量）。结合加工特点，设计磨床的结构为主轴三爪卡盘夹持轴承内圈做旋转主运动，砂轮安装在能提供两个方向移动的工作台上，但如果仅仅将砂轮固定在其上在磨销加工过程中将导致砂轮只有一面与轴承内圈接触，如此长时间工作下去势必会加速砂轮的磨损。为了避免这种现象的发生提高砂轮的使用寿命，本设计中将砂轮由电机带动旋转，使砂轮的整周都参与磨销加工，使砂轮的周边等速磨损，从而延长砂轮寿命，提高加工质量。工作台的两个移动方向中一个方向的移动提供径向的进给，通过径向进给量的大小来控制磨销出的轴承内圈的大小，另一个方向的移动提供轴向的进给，通过轴向进给量的大小来保证磨销轴承内圈的全部内表面。由于本设计的磨床最终要通过数控系统来控制，所以在两个方向运动的丝杠输入端要分别安装伺服电机，通过控制输入脉冲的数量来控制电机的转数从而控制砂轮相对于轴承内圈的位置。
3.1.1 主轴结构
主轴的动力由Y系列电机通过减速箱提供，主轴的支撑采用深沟球轴承加角接触球轴承，因为在磨销过程中，主轴受到的力主要为径向力，但由于砂轮的轴向进给也会产生不大的轴向力，所以两端采用角接触球轴承来平衡掉轴向力。主轴的端部连接三爪卡盘用以夹紧工件，法兰与主轴的连接形式采用螺纹连接，也可采用法兰与主轴铸造成一体的形式，但精度相对会低些，而法兰与三爪卡盘的连接采用螺栓连接。主轴的刚度、加工精度将直接影响磨销出的工件的精度，所以对主轴的加工精度要求较高，相关要求在主轴的零件图中提出。
3.1.2 工作台结构与安装形式
工作台上安装带动砂轮转动的电机，主要用于提供两个方向的进给，所以工作台导轨的导向性必须要好，为了保证工作台良好的导向性，同时减少因为导轨磨损对加工精度的影响，设计中采用滚动型导轨。其动力由伺服电机提供，通过控制脉冲的数量来控制电机的转数，再通过丝攻螺母副传递到工作台，带动工作台做相应方向的运动。
3.2 专用/通用输入输出
数控系统与机床本体之间的信息交互是通过I/O口进行的，I/O口有两大类即专用输入输出信号和通用输入输出信号。专用输入信号包括正负限位信号、原点信号、驱动报警信号，专用输出信号包括驱动允许、驱动报警复位。通用输入输出信号是除专用输入输出信号以外的其它输入输出信号，该磨床数控系统的通用输入输出信号主要有主轴的启停、夹具的夹紧松开、砂轮的启停、切削液的开关等。
3.2.1 专用输入输出信号
专用输入信号通过端子板的CN5（CN6、CN7）、CN12与驱动器及外部开关相连。专用输出信号通过端子板的CN5、CN6、CN7与驱动器相连接，其中CN5对应1轴，CN6对应2轴，CN7对应3轴。输入输出信号为数字量1或0，分别对应高低电平，专用输入输出信号内部电路与外部电路之间通过光电隔离器相连接，因为光电隔离器以光作为传输介质，所以它对输入输出的电信号有很好的电气隔离作用，能够减少工业现场电场、磁场等对控制电路的影响，提高控制精度，增强数控系统的适应性。其具体引脚功能的设置如表3.1和表3.2所示。
表3.1 专用输入输出口（端子板CN12）
引脚
信号
说明
1
HOME0
1轴回参考点
2
HOME1
2轴回参考点
3
HOME2
3轴回参考点
5
LIMIT0+
1轴正向限位
6
LIMIT0-
1轴负向限位
7
LIMIT1+
2轴正向限位
8
LIMIT1+
2轴负向限位
9
LIMIT2+
3轴正向限位
10
LIMIT2+
3轴负向限位

表3.2 专用输入输出口（端子板CN5、CN6、CN7）
引脚
信号
说明
2
ALM
驱动报警
3
ENABLE
驱动允许
15
RESET
驱动报警复位
3.2.2 通用输入输出信号
GUC固高运动控制器提供16位的通用输入/输出通道，每位通道有1、0高低电平两种状态，运动控制器通过GUC_ExInpt指令读取16位输入通道各位状态来获取对相应位的操作，根据读入的操作通过16位的输出通道运用命令GUC_ExOpt对外界设备作出相应的控制。本设计中用到16位通用输入输出通道中的7位，其对应的控制如表3.3和3.4所示。
表3.3 通用输入口
引脚
信号
说明
1
EXI0
主轴启停
2
EXI1
夹具夹紧松开
3
EXI2
砂轮启停
4
EXI3
切削液开关
5
EXI4
润滑油
6
EXI5
排屑
7
EXI6
门锁
表3.4 通用输出口
引脚
信号
说明
1
EXO0
主轴启停
2
EXO1
夹具夹紧松开
3
EXO2
砂轮启停
4
EXO3
切削液开关
5
EXO4
润滑油
6
EXO5
排屑
7
EXO6
门锁
3.3 控制面板
在本数控磨床中，为了便于对其控制，设置有控制面板和触摸屏。其中触摸屏主要用于加工开始前对程序的编制、运动相关参数的设定、加工时对加工过程的显示等，本部分的主要功能将在后面的第4章中讲到。由于加工过程中操作员经常触碰工件，如果只使用触摸屏可能会污染屏幕，另外在加工过程中有些操作对操作速度要求较高，例如意外发生时急停按键的按下，如果仅仅利用触摸屏可能达不到控制要求，所以本系统设计时同时设有控制面板，以方便控制。操作面板中设有基本的操作一些操作按键，其具体设置及布局如下图3.1所示。

图3.1 控制面板
3.4 脉冲输出方式
脉冲信号输出方式有两种工作模式，一种是“正/负脉冲”信号模式，另一种是“脉冲+方向”信号模式。一般在默认情况下，控制器输出采用脉冲+方向信号模式。若要转换为“正/负脉冲”信号模式可以通过“GUC_StepPulse”指令实现，若要将“正/负脉冲”信号模式转换为“脉冲+方向”信号模式则可以应用命令“GUC_StepDir”。
在脉冲+方向信号模式下，引脚11、23输出差动的脉冲控制信号，引脚9、22输出差动的运动方向控制信号。而在正/负脉冲信号模式下，引脚9、22输出差动的脉冲控制信号，引脚11、23输出差动的运动方向控制信号。如果驱动器所需要的信号不是差动信号，将相应信号接于差动信号输出地正信号端，而负信号端悬空即可。
本设计中脉冲量控制输出信号采用PULSE+/PULSE-双端方式,因为虽然脉冲输出模式PULSE/DIR的接线较PULSE+/PULSE-方式简单，但其抗干扰能力较弱，而本设计中的磨床控制要求精度较高，所以采用PULSE+/PULSE-双端方式更能满足对磨床的控制要求，其连线如图3.2所示。

图3.2 PULSE+/PULSE-双端方式
4 软件部分
软件部分是整个磨床数控系统的核心部分，所以基于VB平台下的数控系统的开发是整个设计的主要部分，结合对磨床硬件的理解和磨床在实际工作中的运动要求，设计软件部分的整体结构如下图4.1（Visio软件绘制）所示：
图4.1 整体结构
4.1 运动参数设置
设计的该磨床系统为用户提供了位置、速度、加速度的设置，该部分将在4.3系统界面部分提到。但系统中对于这些参数的设置必须转化为脉冲的形式才能被识别。下面就推导出位置、速度、加速度设置转化为脉冲形式的计算式。
设用户要求负载的运动速度为V（m/min），加速度为a（m/s2）,运动到目标位置（绝对位置）为s（mm）。系统参数为：螺距L（mm/r），电机每转脉冲数p，变比n（当电机与丝杠直接连接时，变比为1），驱动器指令脉冲倍频m。运动控制器设置参数为：目标位置Pos（Pulse），目标速度为Vel（Pulse/ST），目标加速度为acc（Pulse/ST2），控制周期ST为t（us）。
（1） 位置设置（开环伺服控制系统，驱动器为位置控制模式）：
Pos = （Pulse） （4.1）
（2）速度设置（开环伺服控制系统，驱动器为位置控制模式）：
因为驱动器指令脉冲分频参数为m,所以控制器每转需设置脉冲数为：mp（Pulse）,控制器设置速度为：
Vel = （Pulse/ST） （4.2）
（3）加速度设置（开环伺服控制系统，驱动器为位置控制模式）：
因为驱动器指令脉冲分频参数为m,所以控制器每转需设置脉冲数为：mp（Pulse）,控制器设置加速度为：
acc = （Pulse/ST2） （4.3）
4.2 运动控制
4.2.1 运动控制初始化
（1）在打开运动控制器之后，必须初始化运动控制器，设置运动控制器限位开关的高低电平、原点信号的触发沿、驱动报警信号的开关等。
运动控制器默认各轴在正常工作状态下，其限位开关信号输入为低电平，当某轴的限位开关信号输入为高电平时，对应轴的限位状态被触发。如果要想改变限位开关的触发电平，可使用指令GUC_LmtSns实现。默认情况下运动控制器原点信号为下降沿触发，可以通过调用GUC_LmtSns改变运动控制器原点信号的边沿触发形式。驱动报警信号的关闭通过GUC_AlarmOff实现，当控制轴处于报警状态时，运动控制器将拒绝执行对该轴的运动命令，必须调用GUC_ClrSts清除报警。
（2）另外，在运动控制起始还要对控制轴进行初始化，控制轴的初始化函数有GUC_Axis():设置当前轴；GUC_ClrSts()：清除当前轴状态；GUC_StepDir()：设置当前轴在脉冲输出模式下的输出方式为“脉冲/方向”方式；GUC_StepPulse()：设置当前轴在脉冲输出模式下的输出方式为“正脉冲/负脉冲”方式；GUC_AxisOn()：驱动使能。
4.2.2 点位运动控制
GUC系列运动控制器可以对数控机床进行速度控制和位置控制，在位置控制模式下提供了两种加减速控制方式：梯形曲线加减速和S曲线加减速。梯形曲线加减速允许在运动过程中随时修改目标位置和目标速度；S曲线加减速允许在运动过程中随时修改目标位置。在加速度相等的情况下梯形曲线具有较短的加减速时间，而S曲线的运动比较平滑。在速度控制模式下，运动控制器按照所设定的加速度加速或减速到目标速度，在运动过程中可以随时修改目标速度，其速度曲线如图4.2所示。

图4.2 速度曲线
梯形曲线程序（部分）：
void AxisRunT(unsigned short axis,long pos,double vel,double acc)
{
GUC_PrflT(axis); //设置为梯形曲线加减速
GUC_SetPos(axis,pos); //设置控制轴目标位置
GUC_SetVel(axis,vel); //设置控制轴速度
GUC_SetAcc(axis,acc); //设置控制轴加减速
GUC_Update(axis); //刷新控制轴参数
}
S曲线程序（部分）：
void AxisRunS(unsigned short axis,long pos,double vel,double macc,double
jerk)
{
GUC_PrflS(axis); //设置为梯形曲线加减速
GUC_SetPos(axis,pos); //设置控制轴目标位置
GUC_SetVel(axis,vel); //设置控制轴速度
GUC_SetMAcc(axis,macc); //设置控制轴加减速
GUC_SetJerk(axis,jerk); //设置控制轴加加减速
GUC_Update(axis); //刷新控制轴参数
}
4.2.3 连续轨迹运动控制
GUC系列运动控制器可以实现直线插补、圆弧插补。直线插补所用的指令有GUC_LnXYG0:两维直线插补，该指令所实现的直线插补含完整的加减速速度规划；GUC_LnXY:两维直线插补。圆弧插补所用到的指令有GUC_ArcXY:二维平面圆弧插补，该圆弧插补形式以圆心位置和角度为输入参数；GUC_ArcXYP:二维平面圆弧插补，该圆弧插补形式以终点位置和半径为输入参数。
连续轨迹运动的速度采用梯形曲线加减速，在执行程序指令时读入一条指令运动控制轴从静止加速到指定速度，根据速度分配在完成预期的运动距离之前开始减速，到速度为零时，恰好完成运动距离。等到控制轴停止后开始读入下一条指令，这样的加工平均速度低、速度连续性差。而连续控制中大多采用前瞻预处理操作，在当前执行指令未完成之前，开始分析下一条执行指令，在当前指令完成后直接由当前速度调到下一条指令要求的速度。经过前瞻处理可以提高加工过程的连续性，解决掉精度和速度之间的矛盾。
4.2.4 Home高速捕获
对于数控机床来说，所有运动控制程序的编辑必须有一个参考点，在参考点的基础上设置对个轴的运动量控制，从而加工出所需要的工件外形。所以在数控机床开机后，必须先使机床回参考点才能进行后续的加工。回参考点的目的是建立机床坐标系，进而推算出工件坐标系的位置，为加工程序的运行选定基准。
Home回原点（参考点）的过程是（1）工作台在伺服电机的带动下向原点（Home）开关方向运动，在工作台运动的同时启Home高速捕获；（2）当工作台运动到原点开关处时，触碰到常开开关将其闭合，此时产生Home信号，Home信号产生的同时工作台开始平滑减速直到运动停止。（3）系统调用GUC_GetCapt指令读取产生Home信号到工作台运动停止时的脉冲数，折算出工作台的实际位置，然后反向运动到该位置。（4）继续向前运动一段指定距离，避开Home开关，等工作台停稳后调用GUC_ZeroPos指令将工作台位置清零建立机床坐标系，至此工作台回零过程结束。其具体工作过程如图4.3所示。

图4.3 Home回原点过程
本设计中磨床在开机后也要进行回参考点操作，所用到的回原点方式即为Home高速捕获方式。
4.2.5 安全机制
运动控制器可以通过左右极限的限位开关来控制每根轴的运动范围，以防止砂轮超出运动范围造成意外事故，如图4.4所示。其具体工作原理是当工作台运动到正负极限位置时，触发限位开关，对运动控制器发出超限信号，运动控制器控制工作台停止运动，此时该轴将不能控制工作台继续朝原方向运动，而只能向相反的方向运动以便返回安全工作范围。在控制轴返回安全运动范围之后，系统必须调用GUC_ClrSts（）清除相应状态字中的标志位，使轴恢复正常状态。在找出超限原因后，必须复位运动控制器，对机床重新回参考点。

图4.4 控制轴运动行程范围
4.3 系统界面
本设计中数控系统采用纯触摸屏形式，利用VB软件平台实现。相关输入采用输入键盘，键盘上按键按照现有机床按键排列顺序排列，符合人们的习惯，便于操作。系统内部个窗体的显示区在左，输入、操作区在右，便于人们右手操作。触摸屏中直接输入用的键盘采用select-case语句，通过全局变量实现与其它窗体的链接，case后按窗体不同分类（字符串），程序便于阅读。
设计成的数控系统包括登陆窗体、主控制页面窗体、用户管理窗体、参数设置窗体、手动操作窗体、自动运行窗体、编程面板窗体、输入键盘窗体等几部分。它是一个多任务处理软件，既要处理刃磨数控代码的生成、校验、译码，又要负责机床运行控制，运动状态数字及图形显示，还要管理系统参数设置，调试诊断等任务。为了便于管理该磨床数控系统软件采用单文档多视图的框架结构，不同的视图对应于不同的功能模块，在不同的视图中进行切换，就可以进入相应的应用模块中实现对磨床的相应控制功能。
4.3.1用户管理窗体
（1）用户管理窗体的布局如图4.5所示，它的左边是系统内部已存操作员，及相应操作员的权限、状态等信息的显示。当需要添加操作员时，在操作员用户名处输入用户名，点击添加按钮就会在显示列表中显示新添加的操作员，选中添加的操作员就可以在操作员权限处选择操作员或管理员以授权。如果选择的权限为管理员则无需选择操作员权限，系统将自动授于其操作员的所有权限；如果选择的权限为操作员则需根据希望该操作员可以进行的操作范围从操作员权限复选框中作出相应选择再进行授权。
删除操作员只需选中需要删除的操作员点击删除按钮即可实现，一般只有管理员拥有用户管理的权限，所以只有管理员可以删除操作员。

图4.5 用户管理窗体
（2）如果要对操作员进行操作员权限修改，选中相应操作员通过操作员权限复选框的选择可以改变选中操作员的权限，一般只有管理员拥有用户管理的权限，所以只有管理员可以修改操作员权限。对于没有授权的操作员不能进行权限修改，例如图4.5中的E16便不能进行权限修改。对于可以进行权限修改的操作员，任何一位操作员的权限都不能设置为空，当把管理员的权限改为空时，将会弹出消息提示窗口。
（3）用户管理窗体中设置的操作员、权限、密码等均存到数控系统数据库的用户管理表中，修改权限、密码等操作也是对用户管理表中的数据进行修改。而登陆该系统时也是将输入的用户名、密码与数据库中的数据进行比对以确认是否允许登陆。
4.3.2参数设置窗体
（1） 参数设置窗体如图4.6所示，它是用来设置磨床运动的空载速度、进给速度、最大速度、加速度、急停加速度、脉冲当量、参考点的位置坐标以及各种延时间等参数。将需要设定的值通过输入键盘输入到相应位置，点击保存按钮即可将设定的值保存到系统数据库的参数设置表中，用来控制磨床运动的状态。

图4.6 参数设置窗体
（2）在系统数据库中有存放初始参数的表——初始表，表内存放着磨床的出厂设置参数，当点击初始化按钮时，磨床的运动便设定为初始的运动状态。
4.3.3手动操作窗体
（1） 手动操作窗体的布局如图4.7所示，它主要用来人工控制磨床单步运行，多用于位置调试、设计第一件产品的试加工等操作。该窗体中有轴的回参考点、定位、插补等控制。

图4.7 手动操作窗体
轴的回参考点方式有X轴回参、Y轴回参、Z轴回参、XY轴回参、XZ轴回参、YZ轴回参、XYZ轴回参几种方式。轴的定位方式有X轴定位、Y轴定位、Z轴定位、XY轴定位、XZ轴定位、YZ轴定位、XYZ轴定位几种方式。轴的运动控制则有直线插补、XY顺圆插补、XY逆圆插补、XZ顺圆插补、XZ逆圆插补、YZ顺圆插补、YZ逆圆插补等几种插补形式。直线插补时不必输入半径，如果误操作输入半径，系统也将自动将半径值跳过不会读取。而在圆弧插补时必须输入半径值，如果未输入半径值就点击执行按钮，将会弹出提示消息。而无论在是回参考点、定位还是插补运动都必须进行运动方式选择如果不选择运动方式，系统也将弹出消息提示。
（2）在手动操作中，为了防止磨床的砂轮运动超出允许的范围，机床设有左右极限开关。当超出规定的运动范围时，机床将产生报警。所以在窗体上设有X、Y、Z轴的指示灯，当在规定范围内运动时，指示灯为绿色的，如果磨床超出规定的运动范围，就会触发极限位置的开关，此时指示灯将变为红色。例如，当X轴超出左边极限位置，图4.7中的X左极限指示灯就会变为红色。
（3）+X、—X、+Y、—Y、+Z、—Z按钮分别控制机床将向X轴、Y轴、Z轴正方向、负方向移动，且其触发方式为按下，即只有当不停按着其中某按钮时机床才会向相应方向移动，抬起时机床便停止运动。而倍率则是用来调节机床运动的快慢，组合框用来选择倍率的数量级。手动操作面板中还有当前位置实时显示，可实时监控机床的运行状态，进行加工动态跟踪，一旦位置接近或超出极限位置，可通过急停按钮及时控制，防止出现意外。
（4）其他操作中的夹紧、砂轮启动、切削液开等按钮则是用来控制夹具、砂轮、切削液的状态。当点击夹紧时，夹具夹紧工件，指示灯变成绿色，夹紧按钮显示为松开。同样，当点击砂轮启动时，砂轮开始转动，指示灯变为绿色，砂轮启动按钮显示为砂轮停止，而当点击切削液开时，磨床向磨销部位提供切削液带走磨销产生的热量，防止产生磨销烧伤，此时指示灯由蓝变为绿色，切削液开按钮显示为切削液关。
4.3.4自动运行窗体
（1） 自动运行窗体如图4.8所示，左边的显示区用以显示打开的程序，使得系统的人际界面更友好。而当前位置显示则可以实时显示磨床加工到的位置，监控机床的运行状态，进行加工动态跟踪。而X、Y、Z三轴的左右极限位置检测指示灯可以实时对生产过程进行安全保护，防止加工超出安全行程。
（2） 控制区的打开按钮可以打开外部存储的加工程序，并将程序读入系统。同时在程序的运行过程中可以暂停或者停止加工。生产记录模块可以记录某批零件的生产加工情况，将结果保存到数据库中，便于对生产的组织管理。

图4.8 自动运行窗体
（3）加工仿真用于加工之前的模拟加工，它是在系统中运行新编制的程序，但实际并不进行真实的加工，只是把程序运行过程中砂轮所“走”的路线轨迹显示在触摸屏上，通过仿真加工出的“工件”形状与预期加工的工件进行对比，以找出程序是否存在错误及能否安全运行，从而减少废品及意外事故的产生，并且可以更直观、生动的了解加工情况。
（4）该窗体中的运行按钮是对打开的文件中的G代码进行编译，然后按照编译后得到的加工信息对伺服电机的控制来实现预期的运动轨迹，从而得到合格的加工零件。其中G代码编译过程如图4.9所示：

图4.9 G代码编译流程图
G代码编译程序段：
Dim str As String
str = List1.List(i)
Dim panduan As String
panduan = Left(str, 3)
Select Case panduan
Case "G00":
For a = 1 To Len(str)
If Mid(str, a, 1) = "X" Then
b = a
End If
Next a
For a = 1 To Len(str)
If Mid(str, a, 1) = "Z" Then
c = a
End If
Next a
For a = 1 To Len(str)
If Mid(str, a, 1) = "F" Then
d = a
End If
Next a
If d = 0 Then
xx = Mid(str, b + 1, c - b - 1)
xx = val(Trim(xx))
yy = Mid(str, c + 1, Len(str) - c)
yy = val(Trim(yy))
Else
xx = Mid(str, b + 1, c - b - 1)
xx = val(Trim(xx))
yy = Mid(str, c + 1, d - c - 1)
yy = val(Trim(zz))
ff = Mid(str, d + 1, Len(str) - d)
ff = val(Trim(ff))
x_workvel = ff
End If
xx = xx / x_dangliang
yy = yy / y_dangliang
xxx = xx - x_dangqian
yyy = yy - y_dangqian
x_dangqian = xx
y_dangqian = yy
rtn = GUC_SetSynVel(workvel)
rtn = GUC_LnXYG0(xxx, yyy)
d = 0
Case "G01":
For a = 1 To Len(str)
If Mid(str, a, 1) = "X" Then
b = a
End If
Next a
For a = 1 To Len(str)
If Mid(str, a, 1) = "Z" Then
c = a
End If
Next a
For a = 1 To Len(str)
If Mid(str, a, 1) = "F" Then
d = a
End If
Next a
If d = 0 Then
xx = Mid(str, b + 1, c - b - 1)
xx = val(Trim(xx))
yy = Mid(str, c + 1, Len(str) - c)
yy = val(Trim(yy))
Else
xx = Mid(str, b + 1, c - b - 1)
xx = val(Trim(xx))
yy = Mid(str, c + 1, d - c - 1)
yy = val(Trim(zz))