基于QT+PMAC的V沟机数控软件的开发

0 引言

　　随着近年来光纤通讯行业的迅猛发展，对光纤产品的质量要求越来越高。光纤连接器用于光纤之间的对接，其主要组成部件是V型槽结构。V型槽结构作为连接光纤的微光学器件，其加工精度直接影响着光纤连接器的性能。通常V型槽的加工精度由槽的倾斜角、表面粗糙度、直线度等来衡量。为了实现V槽的亚微米级的加工精度，需寻求一种最为有效的加工方式。目前V型槽阵列的加工方法主要有三种：湿法腐蚀，压膜，超精密加工。利用超精密机床对V型槽进行磨削加工，是实现其高精度的一种非常有效的方法。

　　超精密数控系统作为超精密数控机床的控制核心，也是加工V型槽阵列需要重点研究的环节。QT是C++图形用户界面应用程序框架，具备艺术级的图形界面开发功能，QT的良好封装机制也使得QT的模块化程度非常高，可重用性较好。PMAC则是功能强大，市场定位较高的一款控制器。本课题在上位机上借助QT开发工具，调用Turbo PMAC clipper提供的PcommSeRer Pr02：Lih岬库函数，开发了V型槽加工机床的数控系统软件。该软件不仅实现了优越的人机界面功能，还能根据V槽的关键参数自动生成NC代码并检测代码的正确性，并能对系统的参数进行规范的数据库管理，以及进行V槽加工过程的三维模拟仿真，可视化强。同时，软件也实现了系统的CNC运动控制功能。针对这样一款专门应用于V型槽阵列加工的软件，它的实用性，市场需求度都是不言而喻的。

1 V沟机数控系统的硬件设计

　　系统硬件结构主要包括：研华工控机，Turbo PMAC Clipper多轴运动控制器，端子板，KOI工MORGEN AKD．P系列驱动，气浮主轴，KOmMORGEN直线电机，ReniShaw光栅尺，气浮工作台，配以其他的I／O等辅助设备。

2 V沟机数控系统的软件开发

　　V沟机数控系统具有普通数控系统的数控加工、系统诊断、数据采集等功能。同时还应具有本身特殊的功能，即根据V型槽的关键参数以及加工工艺自动生成NC代码，将代码下载至PMAC控制器中，从而进行加工。整个软件开发过程包括：软件功能的设计以及功能模块的划分，人机界面的设计，各功能模块的编写和调试，整个应用程序的集成、调试和运矧引。在访n(10ws7操作系统下，利用QT4.8开发工具，通过调用PcommServer Pr02 Library库函数，实现软件的编写和系统的控制功能。

　　2.1 建立QT与PM渔C的通讯

　　基于QT+PMAc的开放式数控系统，其开放性既体现在软件上，又体现在硬件上。QT提供了非常强大的图形用户功能，允许用户根据自己的需要开发人机交互界面；PMAC运动控制卡则提供了多于400个运动相关的函数，实现数控系统插补、前瞻、补偿、伺服算法、联动功能等各种控制功能。

　　PcommSenrer Pm2“bEary是PMAC为在Windows系统下开发人机界面提供的动态链接库。它是基于COM组件的形式提供的，用户通过安装PMAC Executive pr02 suite软件包，在系统盘里可找到pcommserver．exe、pcomm32w．dll、pcomlIl32w．1ib等文件，但并没有提供库的头文件，因此不能用一般的显式隐式来调用。那么要在QT中调用库函数，就必须知道QT如何调用COM接口，下面说明其调用方法。

　　QT提供的QAxContainer模块，该模块允许使用COM对象，以及在QT应用程序中嵌入ActiveX控件。它提供了2个类：QAxwidget(Qwidget的子类，作为ActiveX控件的容器)和QAxObject(QWidget的子类，易于访问非可视化COM对象)。本次开发中采用生成命名空间的方式来调用cOM对象的APIs。具体操作流程如下：

　　(1)通过VC++6．0中的Tools工具条中的OLE／COM object viewer选项，查找类型库，可查得pcom—mserver．exe的类型库ID{50ECCF67-B73C-431B-A53D-9EDDAF3CE611}

　　(2)叫提供了一个名为d啪pcpp的工具可以为想要访问的类型库生成一个c++名空间，将dumpcpp工具所在的bin目录添加到系统路径中。

　　(3)运行命令提示符，在用户名后输人命令：dumpcpp-n PCOMMSERVERKb{50ECCF67-B73C-431B-A53D-9EDDAF3CE611}。运行后，会自动生成两个文件：ponmmserverHb．cpp和ponmmserverlib．h。

　　(4)在QT应用程序的．pm中添加“CONnG+=qaxcontainer”，并添加上述导出的头文件和源文件。通过包含头文件“#include ponmmserverlib．h”和在程序开头使用“using namespace PCOMMSERVERLib；”语句，并定义“PCOMMSERVERLib：PmacDevice*Pmac”对象指针，利用Pmac即可调用运动库函数。

　　2.2 数控软件主界面设计

　　利用QT优越的图形界面设计功能，实现人机接口界面如图2所示，界面实现：坐标、速度、状态、程序的显示，三维图形的显示和模拟仿真，自动加工信息处理，文件的管理，零件尺寸、系统、伺服、砂轮等参数设置，MDI，G代码编译，错误诊断等功能。整个界面秉承了设计友好，操作简单，交互性好的原则。

　　2.3 各功能模块的设计和开发

　　数控软件作为整个数控系统的核心组成部分，功能众多。为了使数控系统易于维护，具有可重构性、可扩展性，采用模块化设计方法。

　　(1)系统的初始化

　　建立injtial()函数实现控制器的初始化，首先调用SelectDevice(int hWiIldow，im&pdwDe、rice，bool&pbsuccess)函数选择设备号，调用后会弹出设备选择对话框，选择PMAC 00，点击OK按钮。然后，调用open(int&pdwDevice，b001&pbSuccess)函数打开运动控制器，若PC未连接卡或通讯出现异常则报错，另外系统关闭时需调用close(int&p“Device)关闭控制卡。

　　(2)系统设置及处理下载系统的配置文件，如I、M、P、Q变量配置，G代码的解释程序，监控的PLC程序以及其它的特殊的参数设置。

　　(3)NC文件的读取、编译、下载

　　对系统进行设置完成后，打开并读取加工文件，然后对其进行编译，编译成功后下载至运动控制器，下载文件到控制器时使用：D响rIlload(int dwDevice，constQString&fileP讪，bool bMacro，b00l bM印，bool bkg，b001 bDmd，bool&pbSuccess)函数，该函数在使用时需要注意参数：①filepatll指的是绝对路径，相对路径无法识别。②bDIlld代表是否下载，所以需要置为tme，否则，不能成功执行。③执行多个DowIlload命令需要中间调用Sleep()函数。

　　另外，PMAC虽然支持G、M、D、T代码，但是需要按照要求的格式来预先对各种代码进行解释，PMAC在执行上述代码时会自动转去调用相应的子程序(即解释程序)，例如：执行G01会自动调用PROGl000的N1000行，执行M03会自动调用豫OGl001的N3000行，其它类似。

　　(4)自动加工、手动运行、回零等功能的实现下载编译完加工程序文本，通过调用GetResponse(0，”&1BlR”，pAnswer)使程序自动连续运行，同样的对于单步运行、暂停亦可通过该函数发送命令“S”、“H"。GetResponse(int dwDevice，const QString&question，QString&pAnswer)相当于万能函数，它能直接向控制器发送指令，而pmac自带类似Basic的语言，两者结合使用。手动功能的实现通过发送手动命令“#nJ+”或“#nJ-”(n为电机号)，回零发送回零指令“#nHM”，该函数执行成功则字符串pAnswer为空，否则会报错。若要发送控制符指令，则利用GetcontmlRe—sponse(int dwDeVice，int number，QString&pAnswer)函数，number代表控制符的ASCII码的十进制值。在编写软件时，利用GetRespo璐e函数直接发送指令，同在PMAC自带的PEWIN32软件终端窗口操作类似，通过变量、命令和程序三者相互配合，完成运动控制、过程控制和主机通信等任务。

　　(5)坐标、速度、状态的实时显示开设一个监控线程类MoIlitorThread，实时获取系统的状态反馈并显示。在一个statusGeⅡtems()函数内调用GetResponse()函数获取位置、速度、行号等程序信息，并将获取的信息传递给对应的全局变量。线程启动时就调用stamsGetItems()，设定多长时间获取一次数据，获取完一次则发送信号，激发updatedata()槽，使得显示在编辑框中的信息随之更新。

　　(6)基于OpenGL的三维模拟仿真Qt提供的QOpenGL模块，轻松地实现了在应用程序中使用openGL功能，建立基于OpenGL交互控制的虚拟数控机床加工仿真系统，实现G代码的三维模拟仿真，使系统具有良好的实时性、交互性以及三维图形显示能力。

　　(7)工艺参数、系统参数、坐标系设置参数的有效管理

　　建立基于Micros硪Omce Access(微软数据库管理系统)的数据库表格，通过QT提供的Qtsql模块以及QODBc驱动来实现对数据库文件的访问和操作。要执行数据库的各种操作，必须首先建立数据库模型QSqlDatab鹊e的一个对象，拥有一个QSqlDatabase对象代表着拥有一个数据库的连接，在一个已经打开的QSqlDatabase对象上，就可以执行各种数据库操作。创建一个QSqlDatabase对象的方法是使用QSqlDatabase类的静态函数addDatab鹊e，而打开这个数据库连接，则需要先设置数据库的DSN(Data S0urce Name)，DSN的设置是通过成员函数setDatabaseName完成的。在QODBc中，DSN选用”DRIVER={Microsoft Access Driver(术．mdb)}；FIL={Ms Access}；DBQ=Xxx．mdb”字符串的形式提供。部分代码如下：

　　QSqlDatabase db=QSqlDatabase：：addDatabase(”QODBC”)；　　∥建立一个数据库连接并指定驱动　　QString fliePatll=”．．＼CNCnew＼Test．mdb”；∥指定数据库相对路径　　QString dsn：QString(”DRIVER={Microsoft Ac—　　cess Driver(宰．mdb)}；”　　”FIL={MS Access}；DBQ=％1”)．argfniePatll)；∥设置dsn　　db．setDateName(dsn)；∥设置数据库名字　　db．open()；∥打开连接

　　完成连接后即可用QsqlTableModel类来访问数据表，用record()，values()函数获取相应记录的字段值。　　(8)V沟槽的参数化编程

　　最后，将生成的G代码用正确的格式显示到文本框，并以PMAC能下载的格式保存在．pmc类型的文件里。

3 软件测试

　　连接好设备，在PC上运行软件，打开参数设置页，设置好系统、坐标系等参数，将要加工的V槽的关键参数输入到工件参数设置页，点击相应的功能按钮自动获取NC代码，同时，可以对代码进行保存、编辑、修改、删除等操作，选择代码文件，点击编译按钮，实现NC代码的自动编译，编译通过，方可运行。运行程序之前，根据成功编译的代码来进行三维模拟加工仿真，页面可以实现仿真速度的设置，以及单步、多步测试。整个过程操作非常简单，根据按钮选择相应的功能。程序运行正常，控制精准。

4 结束语

　　采取QT+PMAC的模式，初步设计和开发出了V沟槽加工数控系统软件。软件实现了界面友好，操作易行的人机交互功能，并集成数控系统各个模块，完成了从初始化、参数设置、加工文件处理、运行、显示及错误警告处理到三维模拟仿真的各种功能，整个程序采取模块化设计，可扩展性强，易于维护。