對經(jīng)濟型數(shù)控機床實行USB接口改造的實踐探索
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(4)數(shù)控系統(tǒng)程序消耗率pi，即數(shù)控系統(tǒng)每秒執(zhí)行程序的位(bit)數(shù)。pi波動較大，但每個系統(tǒng)都有一個較確定的最大pi值；
(5)數(shù)控系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)BUFFER的大小Qi。
(6)各DNC通信前端單元數(shù)據(jù)緩沖區(qū)BUFFER的大小Si。
Si是需要優(yōu)化的量，通過建立數(shù)學(xué)模型，可以得到：
(1)
(2)
式(2)表明了DNC通信系統(tǒng)連接相同數(shù)控加工設(shè)備而又不發(fā)生通信競爭的最大數(shù)量：v、c越大，p、t越小，則m越大。如果DNC通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控加工設(shè)備臺數(shù)不滿足式(2)，則該系統(tǒng)一定會出現(xiàn)通信競爭，這時只能通過降低所有或部分數(shù)控加工設(shè)備的進給速度等手段以減小加工程序的消耗率p，或者采用較高的傳輸速率，即提高v，所以采用具有較高傳輸速率的USB總線及接口可以解決DNC通信系統(tǒng)中的通信競爭問題。
二、技術(shù)分析
USB接口相對于RS232接口的優(yōu)勢在于：
(1)USB總線提供了3種不同的數(shù)據(jù)傳輸速率：1.5Mb/s的低速數(shù)據(jù)傳輸、12Mb/s的全速數(shù)據(jù)傳輸、480Mb/s的高速數(shù)據(jù)傳輸（USB2.0支持），而RS232的速率最高只有20kb/s，USB在加工曲率變化很大的曲面的時，高速數(shù)據(jù)傳輸具有明顯的優(yōu)勢。
(2)USB理論上可支持多達127個外設(shè)，相對于RS232的點對點連接，采用USB接口的系統(tǒng)有可能實現(xiàn)一臺PC控制多臺NC，從而可大大提高效率、降低成本、便于控制，更有利于實現(xiàn)協(xié)同制造。
(3)USB的有效連接距離是5m，可以通過集線器擴展連接，最多可以擴展到5級，達到30m的距離，而RS232在數(shù)據(jù)傳輸時最大距離僅為15m。Icron公司開發(fā)了Exterme USB技術(shù)，更是可以將USB設(shè)備擴展到距離為500～2000m處。
(4)USB的另一個顯著特點是支持熱拔插，這種特性非常適用于生產(chǎn)布局調(diào)整頻繁的環(huán)境。試想，當(dāng)需要增減NC或者NC出現(xiàn)故障需要停機維修時，可以直接將設(shè)備接入系統(tǒng)，一定可使生產(chǎn)調(diào)整時間大大降低。
(5)USB還具有低價位、易使用、傳輸數(shù)據(jù)有較好的容錯性等特點。
從以上分析不難看出，數(shù)控系統(tǒng)采用USB接口是具有很多便利的，相對于RS232接口是一種技術(shù)提高。我們更進一步地提出一種便捷的中小型加工制造網(wǎng)絡(luò)的模式，如圖2所示。
圖２ 采用USB接口后的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
將經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)上的RS232接口改造成USB接口，需要從軟、硬件兩個方面進行。
1. 硬件改造
在PC端，一般時下主流機型都支持USB接口，部分高檔PC甚至支持USB2.0。對于不支持USB的PC也可以采用主板插入USB擴展卡的辦法解決。關(guān)鍵改造在于DNC接口板。一種方法是采用USB/RS232的轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 USB/RS232的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖
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