1 前言
數控工具磨床，特別是多軸數控、多軸聯動的數控工具磨床是高效、高質量磨削製造精密、複雜形狀刀具的高、精、尖關鍵設備，也是各類數控機床中結構較複雜、自動化程度高、精度和可靠性要求高的機電一體化高技術產品，其研究開發具有相當的技術難度。採用數控工具磨床對刀具進行磨削加工必須依靠刀具磨削加工技術和編程技術，而各種複雜形狀刀具的磨削加工技術和編程軟體，目前在國外也屬於專利技術或保密技術。正因為如此，目前世界上也只有少數廠商能夠生產高性能的數控工具磨床。
為了提高我國的刀具製造工藝水平和質量，國內一些刀具生產廠家和應用廠家從國外引進了數控工具磨床，這些數控機床經過相當長時間的使用后，其主機性能基本完好，仍可使用，而其數控系統則已經遠遠落後於現代數控系統技術，屬於已淘汰產品。國內也有一些廠家研製開發了數控工具磨床，但由於採用的是主機自行製造、數控系統靠引進，這種數控工具磨床產品不但成本很高，而且由於通用的CNC系統沒有集成刀具磨削加工技術和編程軟體，難以實現刀具（特別是複雜刀具）的磨削加工。因此，對這些國產的數控工具磨床的數控系統也必須進行改造。
上述數控系統改造通常採用國外數控工具磨床生產廠家最新的專用數控系統。這種改造方案雖有技術成熟，風險小，可靠性有保證的優點，也有價格昂貴，工藝編程針對性差等多方面缺陷。華中2000型工具磨床專用數控系統，是在國家「八五」重點攻關項目「數控萬能工具磨床產品開發」科研成果的基礎上，成功開發的用於各種迴轉刀具磨削加工的集成化CNC系統。採用該系統，則可以很好地解決以上問題，費用還低。
2 改造后數控系統的功能和結構
2.1 系統基本功能
採用華中2000型工具磨床數控系統對工具磨床進行改造后，該系統具有如下三種基本功能。
通用數控系統功能 系統保留了原通用數控系統的基本功能，如最多16軸數控9軸聯動的軸控制功能，程序校驗功能，MDI功能，直線、圓弧、螺旋線插補功能，M、S、T功能，故障診斷顯示功能，內嵌式PLC功能等。
自動數控編程功能 該系統的最大特點就是在標準通用數控系統的基礎上，集成了刀具磨削加工編程軟體，直接在CNC系統上以圖形菜單方式輸入被磨刀具的結構尺寸與加工工藝，即可自動編程和加工，實現了編程加工一體化。
刀具測量和自動對刀功能 在本系統將刀具測量功能集成在數控系統中。在刀具數控磨削加工中，自動對刀解決了手工對刀繁瑣、精度差的問題。
2.2 系統硬體結構
經過改造后的數控系統的硬體結構如圖1所示，主要由計算機數控單元、伺服驅動單元（包括電機）和測量單元三個部分組成。
系統硬體結構
數控單元包括工業PC機、位置控制模塊、輸入輸出模塊，是組成數控系統的最基本單元。其中工業PC機可根據需要配置CPU、內存、顯示卡、顯示器、硬碟或電子盤、軟碟機等；位置控制模塊有多個位置檢測介面，採集光電編碼器的脈衝信號，作為機床各個坐標的位置反饋，並通過多路D/A輸出信號控制速度單元，既可與武漢華中數控公司生產的全數字交流伺服單元及電機配套，也可與德國西門子公司、德國AMK公司、日本三洋公司、松下公司的驅動單元配套。輸入輸出模塊是CNC系統內嵌PLC的硬體輸入輸出介面，輸入輸出電壓為24V，最大電流為100mA，用於操作面板的按鈕信號輸入、機床的開關檢測輸入等，基本輸入/輸出點數為48/48點，也可根據需要擴展為256/196點。
伺服單元及電機是系統可靠運行的最重要保證。交流伺服單元採用光電編碼器實現位置檢測反饋，2500個脈衝/r。系統最小解析度為0.001mm/0.001°。
測量單元是系統實現刀具測量和自動對刀功能的必需硬體組成。包括信號處理模塊和測量元件。前者主要指A/D轉換和數據濾波，後者為刀具測量和對刀感測器（測頭），可根據需要選擇接觸式或非接觸式測頭。
2.3 系統軟體結構
2.3.1 總體結構
華中Ⅰ型通用數控系統基於DOS開發，採用分層模塊化結構。系統軟體分為四層：第一層為操作系統 層，包括文件管理，進程管理，實時任務調度，參數資料庫的物理管理層。系統管理軟體是在DOS的基礎上擴充，增加了實時任務調度，CRT驅動程序，參數庫介面軟體。任務控制的入口是INT62，軟中斷，具有轉調度、創建、掛起、撤消、阻塞、喚醒、延遲和獲取任務狀態的控制原語。第二層為機床輸入輸出層，包括位置環控制軟體，MST代碼輸出，調掛管理及開關量輸入輸出。位置控制軟體通過內部通訊區接收控制及位置指令，並將位置控制指令傳遞給伺服單元。第三層為插補控制層，為ISO代碼插補，包括插補、刀補和程序編譯。第四層為用戶操作層。各層具體內容如圖2所示，這種層次模塊化結構便於改進和移植。刀具
