0 引言

　　隨著近年來光纖通訊行業(yè)的迅猛發(fā)展，對光纖產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高。光纖連接器用于光纖之間的對接，其主要組成部件是V型槽結(jié)構(gòu)。V型槽結(jié)構(gòu)作為連接光纖的微光學(xué)器件，其加工精度直接影響著光纖連接器的性能。通常V型槽的加工精度由槽的傾斜角、表面粗糙度、直線度等來衡量。為了實現(xiàn)V槽的亞微米級的加工精度，需尋求一種最為有效的加工方式。目前V型槽陣列的加工方法主要有三種：濕法腐蝕，壓膜，超精密加工。利用超精密機床對V型槽進行磨削加工，是實現(xiàn)其高精度的一種非常有效的方法。

　　超精密數(shù)控系統(tǒng)作為超精密數(shù)控機床的控制核心，也是加工V型槽陣列需要重點研究的環(huán)節(jié)。QT是C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，具備藝術(shù)級的圖形界面開發(fā)功能，QT的良好封裝機制也使得QT的模塊化程度非常高，可重用性較好。PMAC則是功能強大，市場定位較高的一款控制器。本課題在上位機上借助QT開發(fā)工具，調(diào)用Turbo PMAC clipper提供的PcommSeRer Pr02：Lih岬庫函數(shù)，開發(fā)了V型槽加工機床的數(shù)控系統(tǒng)軟件。該軟件不僅實現(xiàn)了優(yōu)越的人機界面功能，還能根據(jù)V槽的關(guān)鍵參數(shù)自動生成NC代碼并檢測代碼的正確性，并能對系統(tǒng)的參數(shù)進行規(guī)范的數(shù)據(jù)庫管理，以及進行V槽加工過程的三維模擬仿真，可視化強。同時，軟件也實現(xiàn)了系統(tǒng)的CNC運動控制功能。針對這樣一款專門應(yīng)用于V型槽陣列加工的軟件，它的實用性，市場需求度都是不言而喻的。

1 V溝機數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括：研華工控機，Turbo PMAC Clipper多軸運動控制器，端子板，KOI工MORGEN AKD．P系列驅(qū)動，氣浮主軸，KOmMORGEN直線電機，ReniShaw光柵尺，氣浮工作臺，配以其他的I／O等輔助設(shè)備。

2 V溝機數(shù)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)

　　V溝機數(shù)控系統(tǒng)具有普通數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控加工、系統(tǒng)診斷、數(shù)據(jù)采集等功能。同時還應(yīng)具有本身特殊的功能，即根據(jù)V型槽的關(guān)鍵參數(shù)以及加工工藝自動生成NC代碼，將代碼下載至PMAC控制器中，從而進行加工。整個軟件開發(fā)過程包括：軟件功能的設(shè)計以及功能模塊的劃分，人機界面的設(shè)計，各功能模塊的編寫和調(diào)試，整個應(yīng)用程序的集成、調(diào)試和運矧引。在訪n(10ws7操作系統(tǒng)下，利用QT4.8開發(fā)工具，通過調(diào)用PcommServer Pr02 Library庫函數(shù)，實現(xiàn)軟件的編寫和系統(tǒng)的控制功能。

　　2.1 建立QT與PM漁C的通訊

　　基于QT+PMAc的開放式數(shù)控系統(tǒng)，其開放性既體現(xiàn)在軟件上，又體現(xiàn)在硬件上。QT提供了非常強大的圖形用戶功能，允許用戶根據(jù)自己的需要開發(fā)人機交互界面；PMAC運動控制卡則提供了多于400個運動相關(guān)的函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)插補、前瞻、補償、伺服算法、聯(lián)動功能等各種控制功能。

　　PcommSenrer Pm2“bEary是PMAC為在Windows系統(tǒng)下開發(fā)人機界面提供的動態(tài)鏈接庫。它是基于COM組件的形式提供的，用戶通過安裝PMAC Executive pr02 suite軟件包，在系統(tǒng)盤里可找到pcommserver．exe、pcomm32w．dll、pcomlIl32w．1ib等文件，但并沒有提供庫的頭文件，因此不能用一般的顯式隱式來調(diào)用。那么要在QT中調(diào)用庫函數(shù)，就必須知道QT如何調(diào)用COM接口，下面說明其調(diào)用方法。

　　QT提供的QAxContainer模塊，該模塊允許使用COM對象，以及在QT應(yīng)用程序中嵌入ActiveX控件。它提供了2個類：QAxwidget(Qwidget的子類，作為ActiveX控件的容器)和QAxObject(QWidget的子類，易于訪問非可視化COM對象)。本次開發(fā)中采用生成命名空間的方式來調(diào)用cOM對象的APIs。具體操作流程如下：

　　(1)通過VC++6．0中的Tools工具條中的OLE／COM object viewer選項，查找類型庫，可查得pcom—mserver．exe的類型庫ID{50ECCF67-B73C-431B-A53D-9EDDAF3CE611}

　　(2)叫提供了一個名為d啪pcpp的工具可以為想要訪問的類型庫生成一個c++名空間，將dumpcpp工具所在的bin目錄添加到系統(tǒng)路徑中。

　　(3)運行命令提示符，在用戶名后輸人命令：dumpcpp-n PCOMMSERVERKb{50ECCF67-B73C-431B-A53D-9EDDAF3CE611}。運行后，會自動生成兩個文件：ponmmserverHb．cpp和ponmmserverlib．h。

　　(4)在QT應(yīng)用程序的．pm中添加“CONnG+=qaxcontainer”，并添加上述導(dǎo)出的頭文件和源文件。通過包含頭文件“#include ponmmserverlib．h”和在程序開頭使用“using namespace PCOMMSERVERLib；”語句，并定義“PCOMMSERVERLib：PmacDevice*Pmac”對象指針，利用Pmac即可調(diào)用運動庫函數(shù)。

　　2.2 數(shù)控軟件主界面設(shè)計

　　利用QT優(yōu)越的圖形界面設(shè)計功能，實現(xiàn)人機接口界面如圖2所示，界面實現(xiàn)：坐標(biāo)、速度、狀態(tài)、程序的顯示，三維圖形的顯示和模擬仿真，自動加工信息處理，文件的管理，零件尺寸、系統(tǒng)、伺服、砂輪等參數(shù)設(shè)置，MDI，G代碼編譯，錯誤診斷等功能。整個界面秉承了設(shè)計友好，操作簡單，交互性好的原則。

　　2.3 各功能模塊的設(shè)計和開發(fā)

　　數(shù)控軟件作為整個數(shù)控系統(tǒng)的核心組成部分，功能眾多。為了使數(shù)控系統(tǒng)易于維護，具有可重構(gòu)性、可擴展性，采用模塊化設(shè)計方法。

　　(1)系統(tǒng)的初始化

　　建立injtial()函數(shù)實現(xiàn)控制器的初始化，首先調(diào)用SelectDevice(int hWiIldow，im&pdwDe、rice，bool&pbsuccess)函數(shù)選擇設(shè)備號，調(diào)用后會彈出設(shè)備選擇對話框，選擇PMAC 00，點擊OK按鈕。然后，調(diào)用open(int&pdwDevice，b001&pbSuccess)函數(shù)打開運動控制器，若PC未連接卡或通訊出現(xiàn)異常則報錯，另外系統(tǒng)關(guān)閉時需調(diào)用close(int&p“Device)關(guān)閉控制卡。

　　(2)系統(tǒng)設(shè)置及處理下載系統(tǒng)的配置文件，如I、M、P、Q變量配置，G代碼的解釋程序，監(jiān)控的PLC程序以及其它的特殊的參數(shù)設(shè)置。

　　(3)NC文件的讀取、編譯、下載

　　對系統(tǒng)進行設(shè)置完成后，打開并讀取加工文件，然后對其進行編譯，編譯成功后下載至運動控制器，下載文件到控制器時使用：D響rIlload(int dwDevice，constQString&fileP訕，bool bMacro，b00l bM印，bool bkg，b001 bDmd，bool&pbSuccess)函數(shù)，該函數(shù)在使用時需要注意參數(shù)：①filepatll指的是絕對路徑，相對路徑無法識別。②bDIlld代表是否下載，所以需要置為tme，否則，不能成功執(zhí)行。③執(zhí)行多個DowIlload命令需要中間調(diào)用Sleep()函數(shù)。

　　另外，PMAC雖然支持G、M、D、T代碼，但是需要按照要求的格式來預(yù)先對各種代碼進行解釋，PMAC在執(zhí)行上述代碼時會自動轉(zhuǎn)去調(diào)用相應(yīng)的子程序(即解釋程序)，例如：執(zhí)行G01會自動調(diào)用PROGl000的N1000行，執(zhí)行M03會自動調(diào)用豫OGl001的N3000行，其它類似。

　　(4)自動加工、手動運行、回零等功能的實現(xiàn)下載編譯完加工程序文本，通過調(diào)用GetResponse(0，”&1BlR”，pAnswer)使程序自動連續(xù)運行，同樣的對于單步運行、暫停亦可通過該函數(shù)發(fā)送命令“S”、“H"。GetResponse(int dwDevice，const QString&question，QString&pAnswer)相當(dāng)于萬能函數(shù)，它能直接向控制器發(fā)送指令，而pmac自帶類似Basic的語言，兩者結(jié)合使用。手動功能的實現(xiàn)通過發(fā)送手動命令“#nJ+”或“#nJ-”(n為電機號)，回零發(fā)送回零指令“#nHM”，該函數(shù)執(zhí)行成功則字符串pAnswer為空，否則會報錯。若要發(fā)送控制符指令，則利用GetcontmlRe—sponse(int dwDeVice，int number，QString&pAnswer)函數(shù)，number代表控制符的ASCII碼的十進制值。在編寫軟件時，利用GetRespo璐e函數(shù)直接發(fā)送指令，同在PMAC自帶的PEWIN32軟件終端窗口操作類似，通過變量、命令和程序三者相互配合，完成運動控制、過程控制和主機通信等任務(wù)。

　　(5)坐標(biāo)、速度、狀態(tài)的實時顯示開設(shè)一個監(jiān)控線程類MoIlitorThread，實時獲取系統(tǒng)的狀態(tài)反饋并顯示。在一個statusGeⅡtems()函數(shù)內(nèi)調(diào)用GetResponse()函數(shù)獲取位置、速度、行號等程序信息，并將獲取的信息傳遞給對應(yīng)的全局變量。線程啟動時就調(diào)用stamsGetItems()，設(shè)定多長時間獲取一次數(shù)據(jù)，獲取完一次則發(fā)送信號，激發(fā)updatedata()槽，使得顯示在編輯框中的信息隨之更新。

　　(6)基于OpenGL的三維模擬仿真Qt提供的QOpenGL模塊，輕松地實現(xiàn)了在應(yīng)用程序中使用openGL功能，建立基于OpenGL交互控制的虛擬數(shù)控機床加工仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)G代碼的三維模擬仿真，使系統(tǒng)具有良好的實時性、交互性以及三維圖形顯示能力。

　　(7)工藝參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、坐標(biāo)系設(shè)置參數(shù)的有效管理

　　建立基于Micros硪Omce Access(微軟數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))的數(shù)據(jù)庫表格，通過QT提供的Qtsql模塊以及QODBc驅(qū)動來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫文件的訪問和操作。要執(zhí)行數(shù)據(jù)庫的各種操作，必須首先建立數(shù)據(jù)庫模型QSqlDatab鵲e的一個對象，擁有一個QSqlDatabase對象代表著擁有一個數(shù)據(jù)庫的連接，在一個已經(jīng)打開的QSqlDatabase對象上，就可以執(zhí)行各種數(shù)據(jù)庫操作。創(chuàng)建一個QSqlDatabase對象的方法是使用QSqlDatabase類的靜態(tài)函數(shù)addDatab鵲e，而打開這個數(shù)據(jù)庫連接，則需要先設(shè)置數(shù)據(jù)庫的DSN(Data S0urce Name)，DSN的設(shè)置是通過成員函數(shù)setDatabaseName完成的。在QODBc中，DSN選用”DRIVER={Microsoft Access Driver(術(shù)．mdb)}；FIL={Ms Access}；DBQ=Xxx．mdb”字符串的形式提供。部分代碼如下：

　　QSqlDatabase db=QSqlDatabase：：addDatabase(”QODBC”)；　　∥建立一個數(shù)據(jù)庫連接并指定驅(qū)動　　QString fliePatll=”．．＼CNCnew＼Test．mdb”；∥指定數(shù)據(jù)庫相對路徑　　QString dsn：QString(”DRIVER={Microsoft Ac—　　cess Driver(宰．mdb)}；”　　”FIL={MS Access}；DBQ=％1”)．a(chǎn)rgfniePatll)；∥設(shè)置dsn　　db．setDateName(dsn)；∥設(shè)置數(shù)據(jù)庫名字　　db．open()；∥打開連接

　　完成連接后即可用QsqlTableModel類來訪問數(shù)據(jù)表，用record()，values()函數(shù)獲取相應(yīng)記錄的字段值。　　(8)V溝槽的參數(shù)化編程

　　最后，將生成的G代碼用正確的格式顯示到文本框，并以PMAC能下載的格式保存在．pmc類型的文件里。

3 軟件測試

　　連接好設(shè)備，在PC上運行軟件，打開參數(shù)設(shè)置頁，設(shè)置好系統(tǒng)、坐標(biāo)系等參數(shù)，將要加工的V槽的關(guān)鍵參數(shù)輸入到工件參數(shù)設(shè)置頁，點擊相應(yīng)的功能按鈕自動獲取NC代碼，同時，可以對代碼進行保存、編輯、修改、刪除等操作，選擇代碼文件，點擊編譯按鈕，實現(xiàn)NC代碼的自動編譯，編譯通過，方可運行。運行程序之前，根據(jù)成功編譯的代碼來進行三維模擬加工仿真，頁面可以實現(xiàn)仿真速度的設(shè)置，以及單步、多步測試。整個過程操作非常簡單，根據(jù)按鈕選擇相應(yīng)的功能。程序運行正常，控制精準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

　　采取QT+PMAC的模式，初步設(shè)計和開發(fā)出了V溝槽加工數(shù)控系統(tǒng)軟件。軟件實現(xiàn)了界面友好，操作易行的人機交互功能，并集成數(shù)控系統(tǒng)各個模塊，完成了從初始化、參數(shù)設(shè)置、加工文件處理、運行、顯示及錯誤警告處理到三維模擬仿真的各種功能，整個程序采取模塊化設(shè)計，可擴展性強，易于維護。