菲迪亚C 系列数控系统机床是一种高精度、高效率的自动化设备。该系列机床具有两套测量反馈系统［1］，一套是由伺服电动机及编码器构成的半闭环系统，实现对速度控制;另一套由光栅尺构成的全闭环系统，实现对位置的控制。在数控机床的制造及使用周期中，两种测量反馈系统经常需要进行手动切换实现位置控制，切换时不仅需要单独运行BRUCO 软件，进行驱动部分参数的设置，而且还要在用户操作界面下设置轴参数，激活相应的补偿数据，进行数控系统的初始化［2］。以上手动切换过程繁琐，极易出错，通常要求具有丰富经验的调试、维护人员进行操作［3］。为了提高工作效率，实现测量系统简单、可靠的切换，本文通过对菲迪亚C 系列数控系统界面开发技术及测量系统切换机制的研究，利用菲迪亚系统的用户接口功能，在系统界面上集成可视化的操作软键，结合AUCOL 编程语言，开发出测量反馈系统的自动切换功能，并成功应用于GMC820u 五轴数控机床。

1 测量系统切换控制原理

     菲迪亚C 系列产品是基于PC 的数控系统。其数控系统由用户界面和CNC 控制两部分组成。用户界面运行在WindowsXP 操作系统环境下，CNC 控制部分通过菲迪亚的CPU5 控制板实现程序运行、轴控制等功能，是现代的开放型结构，其控制原理［1］如图1。

     菲迪亚C 系列产品控制核心为CPU5 板，通过PCI 插槽安装在工控机的主板上，实现数控系统所有的功能，其中FFB1 控制板为系统的通讯接口，经高速现场总线，与数字驱动单元进行通讯，接收来自CPU5板的控制指令，完成系统对坐标轴的位置、速度控制。数字驱动单元反馈接口如图2 所示。数控系统的位置控制有两种实现方式，一种是通过伺服电动机上的编码器反馈，经接口X51 实现位置和速度控制，构成位置半闭环伺服系统; 另一种由光栅尺直接进行位置反馈，经直接位置反馈接口X55 实现位置控制，构成位置全闭环伺服系统。通过设置不同的驱动参数、轴参数( 表1) ，实现全闭环和半闭环的切换。

     为了实现数控系统对机床运动部件的精准控制，完成对测量反馈系统切换后，需要利用数控系统本身所具有的反向间隙误差补偿、丝杆螺距误差补偿功能，对各个坐标轴的位置精度进行补偿，保证机床的加工精度。使用补偿指令如下:

G102; 补偿开始

G100; 补偿结束

补偿格式: N． ． X． ． R． ． E． ．

N: 顺序号

X: 轴名及补偿坐标值

E: 补偿值

R: 反向补偿值

例如: N20 X 120． R． 15 E． 25

     为了实现数控系统对机床运动部件的精准控制，完成对测量反馈系统切换后，需要利用数控系统本身所具有的反向间隙误差补偿、丝杆螺距误差补偿功能，对各个坐标轴的位置精度进行补偿，保证机床的加工精度。使用补偿指令如下:

G102; 补偿开始

G100; 补偿结束

补偿格式: N． ． X． ． R． ． E． ．

N: 顺序号

X: 轴名及补偿坐标值

E: 补偿值

R: 反向补偿值

例如: N20 X 120． R． 15 E． 25

2 自动切换功能开发

     测量反馈系统的自动切换功能需要两个独立的按键分别实现全闭环、半闭环的切换控制。由于菲迪亚系统提供的用户自定义键数量有限，所以需要通过界面开发扩展用户按键，满足功能开发的需求。

     2． 1 界面开发

    菲迪亚C 系列产品提供3 种界面开发形式:

      ( 1) 用户软键扩展

     通过系统操作界面选项菜单，实现用户自定义键的扩展。可在操作界面定义100 个用户化软键。

      ( 2) 用户化界面

      通过系统提供的编程语言，建立CUSTOM． VID 文件，形成用户化的按键及界面。但需要外购编程手册。

     ( 3) VSKP 软件扩展按键

     通过菲迪亚提供的VSKP 软件扩展用户化特色软键。用户可更改按键界面，形成自己的界面风格，但需要按其提供的编程格式编写配置文件。

     基于满足功能开发需求，减少额外编程工作量，本文采用第一种方法，即通过在系统初始化文件( Fidia． ini) 内的［WS］区域下增加“CustomVertKey = CUSTOM”实现用户软键扩展，界面如图3 所示。

     当按下“CUSTOM”软键后，会打开一组空白水平软键，通过“Custom keys”定义用户化的特色软键，即按键“X LINE”、“Y LINE”、“Z LINE”、“X MOTOR”、 “Y MOTOR”、“Z MOTOR”、“A LINE”。

X、Y、Z、A—分别表示坐标轴; 

LINE—表示全闭环;

MOTOR—表示半闭环。

     2． 2 功能实现

      通过扩展的用户软键，利用AUCOL 编程语言提供的WRITEP 更改参数指令以及NCBLK 块执行指令，开发全闭环与半闭环参数及补偿数据自动切换。

     每个水平软键有两个内存位，MDSKnn 和MDLKnn，当按下图3 所示用户扩展按键时，系统会通过两个内存位实现与AUCOL 编程语言的交互。本文以X 坐标轴为例，实现测量系统的自动切换。

     1) 全闭环、半闭环自动转换

     使用AUCOL 编程语言，在编写的PLC 程序内增加子进程，通过处理两个内存位，利用WRITEP 写参数指令实现全闭环、半闭环驱动参数、轴参数的更改及生效。主要指令如下:

ACL MDSK00 按键判断;

IFNE JUMP ONE020 跳转;

ONE020:

WRITEP 0L，"

FDP0065 XM" 参数更改;

WRITEP 1B，"

FDBRESET" 参数生效;

PEND 进程结束。

     ( 2) 补偿数据切换

在plcblk． set 文件内增加补偿数据，格式如下:

［MX0 = X0． E0 R0］ 半闭环补偿数据;

［LX0 = X0． E0 R0］ 全闭环补偿数据。

     以上补偿数据，可以根据实际补偿需要进行任意扩展。对补偿数据进行更改及生效的子进程如下:

NCBLK G102 补偿开始;

TSTP " FDP0065 XM" 全闭环、半闭环判断;

IFNE JUMP ONA030 跳转全闭环补偿;

NCBLK MX0 半闭环补偿数据;

JUMP ONA040 跳转补偿结束;

ONA030: NCBLK LX0 全闭环补偿数据;

ONA040: NCBLK G100 补偿结束;

PEND 进程结束。

3 结语

      通过对菲迪亚界面开发及测量系统切换机制的研究，实现了按键操作完成测量反馈系统的自动切换。该功能在GMC820u 五轴机床［4］的实际应用，能有效地保证机床的稳定运行［5 － 6］。在安装、调试及维修过程中，不仅操作方便、实用性强，而且极大缩短了切换操作时间，提高了工作效率。