新一代数控系统的研究开发

新一代数控系统的研究开发上海交通大学生产系统与控制技术研究所

一、开放式数控系统是数控技术发展的方向

1　开放式数控系统在国际上的发展

开放式数控系统是各发达国家在20世纪90年代开始争先发展的新型控制器。美国空军在政府的资助下率先开展了NGC(新一代控制器)项目的研究,美国三大汽车公司也联合研究了OMAC(Open Modular Architecture Controllers)项目,建立统一的结构标准。欧盟在其E SPRIT控制器的框架内,投资1000万欧元,建立了主要针对数控机床的OSACA(Open System Architecture for Con-trols within Automation System)体系标准并开发了软件平台。日本政府也大力资助新一代智能型数控系统的研究。

OMAC计划实施后,美国出现了新一轮的工厂自动化设备的改造和创新。基于OMAC的数控产品已经有“PMAC开放式多轴控制器”等;而且著名的德国SIE MENS公司和B OSC H公司已经完成基于OSAC A的应用产品开发;日本MAZAK机床公司在上海浦东展出的配备三菱控制器的智能化自动加工系统更是引起轰动,这也使MAZAK 的数控机床销量一跃成为世界第一。

2　建立开放式数控系统的意义

(1)市场的需求

现代制造业逐渐面向多品种、小批量生产方式,同时通过计算机网络连接的中、小型企业的远程制造,这一趋势促使数控系统具有较强的网络功能。

为了实现低成本和维护、更新、使用的方便, CNC系统应能运行于各种计算机软、硬件平台上,并提供统一风格的人机交互环境。

不同行业对高精度位置控制的需求,需要根据不同用户的需求,迅速、高效、低成本的构筑面向客房的控制系统,并能添加用户的私有功能。要求系统具有模块化、可重新配置的特点。

软、硬件的互换性需求。用户的软件功能的开发不依赖于控制器制造商,不同的开发商的软件可以相互移植。用户的软件可运行于不同的控制器之上,用户可采用市场上流行的控制器产品而不会带来使用的困难。

(2)技术的先进

开放结构数控系统是数控的发展方向,是计算机软、硬件技术、信息技术、控制技术融入数控技术的产物。利用PC机上WI NDOWS环境形成良好的人机界面;利用PC机的资源优势采用软件来实现现代控制技术;开放结构平台可以集成不同开发商提供的软件并适合联网需要,且具有与硬件无关的特性;设备层的高速度、高可靠性、标准化的数字化通讯满足用户私有需求且保证高性能、低成本,适应对功能、性能的不止追求。

采用开放式体系结构的C NC系统不但可以满足前述的市场需求,且使系统开发者、设备制造商和最终用户均能适应当前环境改变或新技术出现而要求的修改、扩充或设计新系统的需求,它使控制器供应商、机床制造商和用户三方都最大限度地同时受益。

3　开发的可能性和必要性

(1)我国的数控发展历程和现状

纵观我国的数控发展历程,我国数控的研究是和日本同时起步的。但最终缺乏大规模的自主研究和开发。从80年代开始大量引进国外技术。1981年北京机床研究所最先引进生产日本FANUC7数控系统,现在主要生产FANUCO系统。1988年上海机床研究所引进美国GE公司的MTC 数控系统和感应式交流伺服驱动,1990年国家投巨资在国内联合引进生产德国SIEME NS公司的全套数控系统。其中,南京旭光机器厂引进810

数控系统,扬州曙光机器厂引进SC610系列交流伺服驱动,兰州电机厂引进FT5系列交流伺服电机,襄樊电机厂引进主轴驱动器及电机。但是,由于数控技术属于比较敏感,且相对垄断的高技术,甚至某些关键技术如:高精度伺服系统和五坐标联动技术是明确对中国禁运的,因此,我国引进的产品基本是被国外淘汰或即将淘汰的技术。例如,在引进生产SIE ME NS 的成套产品后,SIE ME NS 公司在本国停止了该产品的生产和开发,而主要在全球推销新的系列产品。使中国生产的数控装置成为缺少某些技术的低档产品,价格不到原来的1/3。交流伺服驱动和伺服电机更是因为与SIE ME NS 的新产品在电压等级上的不同而很难销售。其他两个引进的产品也大大落后于数控技术的发展。

从20世纪90年代开始,我国数控研究部门主要致力于提高数控产品的可靠性。但由于受我国电子制造业水平的限制,这一目标较难实现。

现在日、德、美、法的数控系统已占领我国的绝大部分市场,尤其是高性能数控系统更是我国的薄弱环节;在少量的国产数控系统的市场份额中,国产高档数控系统销售量仅占2%以下,中档普及型系统可实现2～4轴联动,其销售台数约占30%～33%;经济型数控系统以单板机或单片机作为控制机,其市场销售台数占65%～68%。所以我国必须有自主创新的新一代高性能数控系统。

(2)开放结构控制器是我国数控发展的机遇开放结构数控系统的发展对我国的数控技术发展提出了严峻的挑战,同时也带来了千载难逢的机遇,它主要体现在两个方面:

①使数控系统的开发制造摆脱对整个制造业技术水平的依赖;

②发挥我国软件人才丰富的优势。传统数控系统的开发制造依赖一个国家总体制造业,特别是电子工业的发展水平。研究开发开放式数控平台及产品也可以解决长期困扰我国的数控系统硬件可靠性较差以及专用控制器开发水平低的问题。数控系统的开发制造就变成了以软件技术的研究和开发为主体,辅之以少量控制卡的开发制造,主要硬件设备采用市场流行的工

业计算机。这样就可发挥中国的智力优势,使得

在数控系统的技术与市场竞争中与发达国家站在同一起跑线上。

充分利用计算机硬件技术和基于软件的控制技术的迅速发展,特别是开放式控制体系结构及软件平台的建立,是产生新一代数控系统的基础。不看到这一点,就无法走出传统数控概念的束缚,我国的数控技术就不可能有巨大的创新及发展。 二、开发自主版权的高性能的开

放结构控制器

1　开放结构控制系统的结构和组成

开放结构控制系统的研究可以形成三个大的主要部分:开放结构控制器系统的标准规范和平台软件;基于开放结构控制器平台的高性能应用系统;全数字式高精度伺服控制器。这三个部分都可形成独立的产品。三部分的关系如图1所示。各控制器应用系统可独立开发,通过开放结构控制器平台与系统相连。控制器平台通过计算机操作系统(多种流行的操作系统)、计算机硬件(多种总线的计算机)和设备层接口(各种标准的数字接口及协议,如:伺服信号接口、标准现场总线、TCP /IP 以太网等)与外部设备连接。从开放结构控制器的构成可以看出,它有以下优越性:

图1

(1)通过开放结构控制器平台,可以任意添加应用模块。由于采用标准软件接口,因此,不同的开发方的软件都能连入系统。

(2)通过平台的配置系统,可根据用户的结构要求,改变各应用模块之间的拓扑关系,实现系统的可重构性。(3)开放结构控制器平台的建立,使控制系统具有硬件无关性,用户可根据需求选用通用计算机控制。

(4)开放结构控制器平台可支持设备层标准总线和网络协议,使控制器形成适应工厂系统级自动化的产品。

2　需要完成的项目和突破的关键技术

建立适合我国需求的开放结构控制器平台标准规范,在其基础上开发自主版权的开放结构控制器软件平台。

(1)核心技术是建立跨平台的通讯系统,它的主要研究包括:

·参考OSI模型,结合开放式控制系统对通讯平台的需求,对平台网络模型的进行层次和功能的划分,使通讯平台既有较高的可靠性,又能保持开放性。

·通讯机制的研究。针对独立于硬件和供应商的信息交换特点,定义通讯方法和规则,并为实现异构网络,多硬件、软件平台的工业控制器之间的通讯,划定每一层的具体功能。

·研究在不同操作系统和通讯协议下的信息传输层的协议;研究处理应用程序间的数据交换,即应用层的API协议。

(2)开发基于开放结构控制器平台的可重构的、高档数控系统。

主要解决的关键技术有:

1)基于高性能PC的多轴插补技术

多轴特别是五轴联动数控系统,是航空、航天及军事部门重要的加工设备,长期以来我国一直受到国外的制约,一定程度上限制了这些部门的技术进步。如果能成功地建立自己的五轴联动数控系统,将会打破国外的技术封锁,促进民族高精尖部门的发展。

2)增加高精度控制技术

①误差补偿技术

在数控机床上,对零件实现高精度加工和检测的关键,是提高机床的定位精度。通过提高机床的固有性能是一条硬途径,但会导致机床造价大幅上升。而计算机实时误差补偿技术,是一种经济而有效的方法。该方法是在不改变机床结构和制造精度基础上,通过对机床加工过程的误差源分析、建模,实时地计算出对加工点的空间位置误差,将该误差量反馈到机床的数控系统中,改变坐标驱动量来实现误差修正,从而提高机床的定位精度。

②自适应控制技术

自适应控制指的是在保证给定加工指标的前提下(通常是经济性指标),由系统来优化配置系统加工参数,使得系统加工过程最优化。

3)开放结构数控系统的可靠性研究

包括研究数控机床加工中不同的控制层对可靠性的不同要求,不同层次可靠性的保证方法。

(3)基于开放结构控制器平台的数控网络化制造接口技术和相应的底层系统的标准及软件。

开放结构控制器平台适应制造车间和制造单元的组织结构和运行模式的网络技术,应从以下几个方面展开:

1)开放结构控制器平台基于DNC功能的软件的开发,以适应传统DNC功能的需要。

2)适应制造车间和制造单元的组织结构和运行模式的网络结构和协议标准的研究制定。

3)开放结构控制器平台的网络接口软件的开发。

4)开放结构控制器平台的远程功能软件的开发,实现远程控制和诊断功能、基于Internet/In-tranet的网络服务功能。

(4)开发全数字式软件化伺服控制器。

1)应用微处理器、数字信号处理器,结合现代控制理论和技术的发展及智能控制技术的进展,在已有的神经元智能位置控制算法的基础上,开发新型智能型全数字式软件化伺服系统。

2)为迎合控制系统复杂性及多样性的要求,将发展现场总线式伺服系统,以便形成工厂自动化系统多机控制。

3)采用先进的控制算法来解决单轴伺服系统的高精度控制。这些国外最先进的成果有前馈控制、参数自适应、重复控制、最优反馈等。

4)研究基于多轴系统机构的运动学和控制特性以及被加工曲面的几何特征,设计耦合算法,开发多轴联动的廓形数控加工系统的高精度运动软件。

5)在伺服控制中加入误差补偿技术,减少整个运动控制系统的综合误差。

三、产业化规模和市场预测

1　可以形成的产品形式和技术价值

开放结构控制系统的研究结果可以形成三类产品形式:开放结构控制器系统平台软件;基于开放结构控制器平台的高性能数控系统;全数字式软件化伺服控制器。

(1)开放结构控制器系统平台软件

开放结构控制器系统平台软件作为独立的产品,使控制器开发商和控制器用户可以方便地开发和重构专用控制器,或添加私有功能。这样,可以大大拓宽数控系统的应用领域,增添数控系统的技术价值,带动整个制造行业的技术革新和发展。

(2)基于开放结构控制器平台的高性能数控系统

在以下几个方面具有最先进的水平:

1)基于开放结构控制器平台的开放结构

①跨平台特性

通过开放结构控制器平台软件,实现数控系统的跨平台运行。这里包括通过系统层的网络通讯(如:TCP/I P),形成数控系统软件的跨平台运行和通过不同的现场总线(如:德国的SERC OS 和美国的MACRO),进行伺服层的环网高速通信。满足可重构的工厂自动化生产系统控制器的需求。

②可重构性

用户可根据自己的设备特点和需求,只要花很少的工作量即可改变数控系统的软件拓扑结构,以建立不同类型的控制系统,随意增加和减少控制功能,配置不同的伺服轴数和PLC点数,并能配置不同开发商生产的符合平台标准软件或自己开发的软件。

③广泛的兼容性

由于开放结构控制器平台具有硬件无关性,所以用户可选择符合自己需求的控制器,只要采用控制器平台支持的操作系统即可。

2)标准化、模块化的硬件结构

①基于标准总线的模块化结构

开放体系结构的CNC系统硬件,建立在基于标准总线的模块化设计拓扑结构之上。数控系统可以运行在多种标准化总线上。用户只要选择市场上任何符合标准总线要求的工业控制器,即可作为C NC的控制器使用。

②伺服层的数字通讯

CNC平台和机床驱动部分之间支持多种国际标准数字通讯接口(同轴电缆或光缆)和通讯协议来控制伺服轴、主轴和PLC-IO接口。CNC与伺服系统之间通讯具有很高的可靠性,很大的信息容量和传输速率,使得同一硬件平台上可以控制数量众多且不同种类的底层设备,进行多轴数控机床或数控生产线的控制;具有伺服、传感器层的智能化控制和诊断功能丰富等技术优越性。

3)先进的人机交互功能

①友好的、开放的人机界面

基于WINDOWS环境的统一风格的界面,具有界面可配置性和多种零件加工信息输入功能。

②动态图形仿真功能

可以动态模拟某一NC程序对应的加工过程,按一定比例动态显示刀具和工件之间的相对运动位置关系。可以检验出程序有无逻辑错误,减少试切削检验带来的浪费和机床刀具的可能性损坏。

4)插补功能

①提供多轴多通道功能

具有多轴多通道功能的数控系统,可以在不同的通道内同时或者不同时的执行不同的零件程序,从而提高系统的效率。

②NURB S插补功能

NURB S指的是非均匀有理B样条曲线。具有NURB S插补功能的数控系统,可以用数学方法(如抛物线、双曲线、椭圆线)来精确地描述几乎所有的曲线和曲面,从而实现自由曲面的精确加工。

③高速、高精度插补

在数控系统中融入误差补偿技术,降低因机床的几何误差、热变形误差和重载荷误差所引起的工件加工误差,提高工件加工精度。

5)网络功能

①制造环境内部的网络化,实现制造过程的集成。

②制造环境与整个制造企业的网络化,实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统、设备维护等各子系统的集成;机床操作工人通过网络查询技术资料和寻求帮助的功能。

③企业与企业间的网络化,实现企业间的资源共享、组合与优化利用,实现异地制造,远程诊断。

(3)全数字式软件化伺服控制器

全数字式软件化伺服控制器将控制器硬件的数量降低到最少,因此,具有较低的成本。全数字式软件化的控制技术使系统具有很高的可靠性和可扩展性,并且具有智能化的诊断功能。由于采用了多项先进的控制算法,具有高精度、高速度的性能。

2　产品的应用领域及市场分析

(1)替代进口产品

国产数控机床已经过了从经济型向全功能的转化,但数控系统仍大部分采用进口设备。机床制造商对进口数控的依赖造成数控机床成本上升,而性能却难以提高。开放结构数控产品的低成本和为机床制造商定制的功能,将在这两方面提高国产数控机床的市场竞争力,并提高机床产品的技术附加值。其方向主要定位在中高档系统上,表1是对近几年我国市场需求的预测。

表　1

年　份2000年2001年2002年2003年2004年高档型2,200台2,600台2,900台3,200台3,800台中档型6,500台7,500台8,500台10,000台11,000台伺服轴

(用于机床)

20,000轴22,000轴25,000轴30,000轴35,000轴 (2)装备特种设备

利用开放结构数控产品配置的灵活性和开发的便宜性,发展特种机床的控制器,如:激光加工、水射流切割、虚拟轴机床、机器人等,开辟新的市场。

(3)工厂自动化生产线的应用

利用开放结构数控产品的可重构性和对底层设备数字通讯的兼容性,为专用的大批量生产设备开发国产化的控制器,最主要是针对上海的汽车制造自动线关键设备的配套开发。

(4)应用于其他行业

高精度的运动控制在现代制造业的各个行业已广泛应用,数控系统的开放性和软件化的伺服系统更能适应广泛的应用场所,特别是对伺服系统的应用数量将超过数控机床。

(5)应用于数控改造

我国有大量的用户引进80年代以前开发的数控设备,常因旧型号的备件难于购买,造成数控系统的维护代价太高,同时,技术的快速更新也使得用户手中的许多系统赶不上需求的发展。这些因素促使用户进行系统的更新换代,所以数控机床的改造是一个很大的市场。但是,采用传统的进口数控系统的代价很大,功能的利用率却并不高,而且因数控系统更新换代愈来愈快,仍不免有淘汰的危险。对于专用设备和特种设备,用户更难找到合适的系统来进行设备的数控改造。在我国数控市场大部分依赖进口的状况下,这些矛盾尤为突出。开放结构数控系统能根据用户的需求特点,迅速、高效、低成本地构筑面向客户且具有广泛兼容性的控制器,满足用户对不同国家、不同类型、不同年代的数控产品的替代,并且提高设备性能。

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开放式数控系统的现状与发展

开放式数控系统的现状与发展自从世界上第一台数控机床于1958年在美国麻省工学院(MIT)出现以来的几十年的时间内，数控系统一直沿着传统的闭式结构向前发展。对用户来说,这种闭式数控系统只是一个被定义了输入和输出的黑匣子，其内部细节是不可知的。这种数控系统最大缺点在于，无论是制造商还是终端用户，在原来基础上很难或几乎不可能再加入新的控制策略方案和扩展新功能。随着计算机在制造过程中的广泛应用，改善制造过程性能的需求越来越强烈，这种封闭式结构的局限性也越来越明显。为适应不断发展的现代技术和生产需求，未来的数控系统必须能够被用户重新配置、修改、扩充和改装，并允许模块化地集成传感器、加工过程的监视与控制系统，以及网络通信和远程诊断等，而不必重新设计硬件和软件。 开放式数控系统的概念和特征 技术的发展，特别是汽车工业的推动，20世纪90年代开始，各发达国家争先开发开放式数控系统，并把它提高到国家战略计划的高度。开放式数控系统是计算机软、硬件技术、信息技术、控制技术融入数控技术的产物。根据IEEE 的定义，开放式数控系统为：一个开放式系统应能使各种应用系统有效地运行于不同供应商提供的平台上，具有与其他应用系统相互操作及用户交换的特点。根据IEEE的定义，开放式数控系统的特征可以概括为： (1)开放性 (2)移植性 (3)扩展性 (4)网络化 开放式数控系统的体系结构 从IEEE的定义可以看出，一个开放式的数控系统，首先应具备系统功能模块化的参考结构，并具有定义了标准协议的通信系统，使得各个功能模块能通过API来相互交换信息并相互操作。同时，系统还应具备一个实时的配置系统，使得各个功能模块无论在运行开始还是之间都能够被灵活的配置。欧盟的OSACA 开放式体系结构的制定正符合这种要求。现介绍如下： 1.OSACA的体系结构

数控系统的国内外发展及应用现状

数控技术课大作业 专业: 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：

数控系统的国内外发展及应用现状 目录 第1章序言 第2章数控系统的发展过程和趋势 2.１数控系统的发展过程 ２.2数控系统的发展趋势 第3章国外和国内数控系统功能介绍与应用分析 ３.1 国外数控系统功能介绍与应用分析 ３.1.1 西门子ＳIＮＵＭERIＫ 840D ３．1.２ＦANUC 数控系统６ ３.２国内数控系统功能介绍与应用分析 3.２.1 华中“世纪星”数控系统 ３.2.2 广州数控GSK２7全数字总线式高档数控系统 第４章国内外数控系统比较及差距分析 4.１国内外数控系统比较 4．1.1 西门子公司数控系统(ＳIEMENＳ)的产品特点 ４.1.２ FAＮＵＣ公司数控系统的产品特点 ４.2 我国数控系统与国外数控系统的差距 参考文献

第一章序言 数控即数字控制(Nｕｍeriｃal Conｔrol，ＮC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。 数控机床,简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示,把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动,从而加工出所需要的工件。 因此，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。 第二章数控系统的发展过程和趋势 ２．1数控系统的发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。六年后，即在1９52年，计算机技术应用到了机床上。在美国诞生了第一台数控机床。从此,传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.数控(NC)阶段 (1952－1970年)早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路＂搭"成一台机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连接数控，简称为数控(NC）。随着元器件的发展,这个阶段历经了三代,即1９５2年第一代——电子管;1959年第二代——晶体管；1965年第三代——小规模集成电路。 ２．计算机数控 (CＮC）阶段(1９70——现在)到1970年,通用小型计算机业已出现并成批生产。其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高,这比专门"搭"成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CＮC)阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了)。到1971年美国lintel公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器,采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处器，又可称中央处理单元(简称CPＵ)。到19７４年微处理器被应用于数控系统。由于微处理器是通用计算机的核心部件,故仍称为仿计算机数控。到了19９0年,PC机(个人计算机,国内习惯称微机)的性能已发展到很高的阶段,可满足作为数控系统核心部件的要求，而且ＰＣ机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系统从此进入了基于ＰC的阶段。总之,计算机数控阶段也经历了三代。即1９７0年第四代——小型计算机;19７4年第五代——微处理器和１990年第六代——基于ＰC的阶段(国外称为PＣ-BAＳED)。必须指出，数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的发展，只是发展到了第五代以后,才从根本上解决了可靠性低,价格极为昂贵,应用很不方便等极为关键的问题。因此，即使在工业发达国家,数控机床大规模地得到应用和普及，是在七十年代未八十年代初以后的事情,也即数控技术经过近三十年

CNC系统的组成

第四章计算机数控系统（CNC系统） 第一节概述 一、CNC系统的组成 CNC系统主要由硬件和软件两大部分组成。其核心是计算机数字控制装置。它通过系统控制软件配合系统硬件，合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出信息，控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求进行自动加工。CNC系统采用了计算机作为控制部件，通常由常驻在其内部的数控系统软件实现部分或全部数控功能，从而对机床运动进行实时控制。只要改变计算机数控系统的控制软件就能实现一种全新的控制方式。CNC系统有很多种类型，有车床、铣床、加工中心等的CNC系统。但是，各种数控机床的CNC系统一般包括以下几个部分：中央处理单元CPU、存储器（ROM/RAM）、输入输出设备（I/O）、操作面板、显示器和键盘、纸带穿孔机、可编程控制器等。图4-1所示为CNC系统的一般结构框图。 图4-1 CNC系统的结构框图 在图4-1中所示的整个计算机数控系统的结构框图，数控系统主要是指图中的CNC控制器。CNC控制器由计算机硬件、系统软件和相应的I/O接口构成的专用计算机与可编程控制器PLC组成。前者处理机床轨迹运动的数字控制，后者处理开关量的逻辑控制。 三、CNC系统的功能和一般工作过程 （一）CNC系统的功能 CNC系统由于现在普遍采用了微处理器，通过软件可以实现很多功能。数控系统有多种系列，性能各异。数控系统的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统必备的功能，选择功能是供用户根据机床特点和用途进行选择的功能。CNC系统的功能主要反映在准备功能G指令代码和辅助功能M指令代码上。根据数控机床的类型、用途、档次的不同，CNC系统的功能有很大差别，下面介绍其主要功能。 1. 控制功能 CNC系统能控制的轴数和能同时控制（联动）的轴数是其主要性能之一。控制轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。通过轴的联动可以完成轮廓轨迹的加工。一般数控车床只需二轴控制，二轴联动；一般数控铣床需要三2轴联动；一般加工中心为多轴控制，三轴联动。控制轴数越多，特别是同时控制的轴数越多，轴控制、三轴联动或21 要求CNC系统的功能就越强，同时CNC系统也就越复杂，编制程序也越困难。 2. 准备功能准备功能也称G指令代码，它用来指定机床运动方式的功能，包括基本移动、平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环等指令。对于点位式的加工机床，如钻床、冲床等，需要点位移动控制系统。对于轮廓控制的加工机床，如车床、铣床、加工中心等，需要控制系统有两个或两个以上的进给坐标具有联动功能。 3. 插补功能 CNC系统是通过软件插补来实现刀具运动轨迹控制的。由于轮廓控制的实时性很强，软件插补的计算速度难以满足数控机床对进给速度和分辨率的要求，同时由于CNC不断扩展其他方面的功能也要求减少插补计算所占用的CPU 时间。因此，CNC的插补功能实际上被分为粗插补和精插补，插补软件每次插补一个小线段的数据为粗插补，伺服系统根据粗插补的结果，将小线段分成单个脉冲的输出称为精插补。有的数控机床采用硬件进行精插补。 4. 进给功能根据加工工艺要求，CNC系统的进给功能用F指令代码直接指定数控机床加工的进给速度。 （1）切削进给速度以每分钟进给的毫米数指定刀具的进给速度，如100mm/min。对于回转轴，表示每分钟进给的角度。 （2）同步进给速度以主轴每转进给的毫米数规定的进给速度，如0.02mm/r。只有主轴上装有位置编码器的数控机床才能指定同步进给速度，用于切削螺纹的编程。 （3）进给倍率操作面板上设置了进给倍率开关，倍率可以从0~200%之间变化，每档间隔10%。使用倍率开关不用

开放式数控系统介绍

开放式数控系统概述 １.传统的数控系统存在的问题 标准的软件化、开放式控制器是真正的下一代控制器。传统的数控系统采用专用计算机系统,软硬件对用户都是封闭的,主要存在以下问题: （１）由于传统数控系统的封闭性,各数控系统生产厂家的产品软硬件不兼容，使得用户投资安全性受到威胁,购买成本和产品生命周期内的使用成本高。同时专用控制器的软硬件的主流技术远远地落后于PC的技术，系统无法“借用”日新月异的ＰC技术而升级。 （２）系统功能固定，不能充分反映机床制造厂的生产经验,不具备某些机床或工艺特征需要的性能，用户无法对系统进行重新定义和扩展,也很难满足最终用户的特殊要求。作为机床生产厂希望生产的数控机床有自己的特色以区别于竞争对手的产品，以利于在激烈的市场竞争中占有一席之地，而传统的数控系统是做不到的。 (3）传统数控系统缺乏统一有效和高速的通道与其他控制设备和网络设备进行互连，信息被锁在“黑匣子”中，每一台设备都成为自动化的“孤岛”,对企业的网络化和信息化发展是一个障碍。 (4）传统数控系统人机界面不灵活,系统的培训和维护费用昂贵。许多厂家花巨资购买高档数控设备,面对几本甚至十几本沉甸甸的技术资料不知从何下手。由于缺乏使用和维护知识,购买的设备不能充分发挥其作用。一旦出现故障，面对“黑匣子” 无从下手,维修费用十分昂贵。有的设备由于不能正确使用以致于长期处于瘫痪状态,花巨资购买的设备非但不能发挥作用反而成了企业的沉重包袱。 在计算机技术飞速发展的今天,商业和办公自动化的软硬件系统开放性已经非常好，如果计算机的任何软硬件出了故障，都可以很快从市场买到它并加以解决，而这在传统封闭式数控系统中是作不到的。为克服传统数控系统的缺点，数控系统正朝着开放式数控系统的方向

LabVIEW在开放式数控系统G代码解析中的应用

LabVIEW在开放式数控系统G代码解析中的应用 以三轴运动器作为平台，用LabVIEW将数控系统中的代码提取并进行分析，确定了插补的方式并选择了相应的函数类型，最终发送指令至控制卡。 标签：三轴运动平台；LabVIEW；开放式数控系统 0 引言 开放式数控系统它具备高开放性、低成本、易升级扩展以及可以引入最新的计算机软硬件技术等优点。由于底层运动控制卡并不能识别G代码，所以需要用LabVIEW程序进行解析，而其中选择插补的方式又分为三种，本文重点对其中的两种进行讨论及总结，具体阐述了两种插补的算法，比较得其优劣。 1 开放式数控系统的硬件结构 1.1 三轴运动平台 三轴运动平台分主要由运动轴、伺服电机、限位开关、电器柜和工作平台组成，如图1所示。 1.2 运动控制卡 运动控制卡是三轴运动平台实现速度和位置控制的关键硬件，由三轴运动平台可知，该平台采用3个伺服电机来控制三轴运动，因此运动控制卡应选用三轴以上的。运动控制卡实物图如图2所示。 2 G代码的提取与解析 2.1 程序流程图 本程序的设计理念，首先打开文本对参数进行逐行读取，之后进行线段类型的判断，将读取的轨迹参数分为直线控制及圆弧控制，最后发送至运动控制卡。程序流程图如图3所示。 2.2 LabVIEW程序图 如图4所示，先将硬盘中预先写好的文本打开读取文本中的参数，进入for 循环结构提取文本中的代码，直至文本中的代码提取完毕。提取代码时用到“匹配模式”，图中用到了6个相应函数，提取到的代码分别放入四个数组中，分别是原文本文件，G与X之间，X与Y之间，Y之后，和R数组。 在后台中完成了G代码的提取，在LabVIEW的前显示面板如图5所示。

数控系统的国内外发展及应用现状

数控技术课大作业 专业： 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：

数控系统的国内外发展及应用现状 目录 第1章序言 第2章数控系统的发展过程和趋势 2.1数控系统的发展过程 2.2数控系统的发展趋势 第3章国外和国内数控系统功能介绍与应用分析 3.1 国外数控系统功能介绍与应用分析 3.1.1 西门子SINUMERIK 840D 3.1.2 FANUC 数控系统6 3.2 国内数控系统功能介绍与应用分析 3.2.1 华中“世纪星”数控系统 3.2.2 广州数控GSK27全数字总线式高档数控系统

第4章国内外数控系统比较及差距分析 4.1 国内外数控系统比较 4.1.1 西门子公司数控系统(SIEMENS)的产品特点 4.1.2 FANUC公司数控系统的产品特点 4.2 我国数控系统与国外数控系统的差距 参考文献 第一章序言 数控即数字控制(Numerical Control，NC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。 数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。 因此，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。它是典型的机电一体化产品，是

现代制造业的关键设备。 第二章数控系统的发展过程和趋势 2．1数控系统的发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。六年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.数控(NC)阶段 (1952-1970年)早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年第一代——电子管;1959年第二代——晶体管;1965年第三代——小规模集成电路。 2.计算机数控 (CNC)阶段(1970——现在)到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门"搭"成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC)阶段(把计算机前面应有的"通用"两个字省略了)。到1971年美国lintel公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微

数控机床工作原理及组成

数控机床工作原理及组成 1．1．1 数控机床工作原理 数控机床是采用了数控技术的机床，它是用数字信号控制机床运动及其加工过程。具体地说，将刀具移动轨迹等加工信息用数字化的代码记录在程序介质上，然后输入数控系统，经过译码、运算，发出指令，自动控制机床上的刀具与工件之间的相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件，这种机床即为数控机床。 1．1．2 数控机床的种类 由于数控系统的强大功能，使数控机床种类繁多．其按用途可分为如下三类。 ①金属切削类数控机床。金属切削类数控机床包括数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控镗床、加工中心等。 ②金属成形类数控机床。金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床和数控压力机等。 ③数控特种加工机床。数控特种加工机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光加工机床，数控淬火机床等。 1．1．3 数控机床的组成 数控机床一般由输入输出设备、数控装置(CNC)、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程控制器(PLC)及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。图1—1是数控机床的硬件构成。

(1)输入和输出装置 输入和输出装置是机床数控系统和操作人员进行信息交流、实现人机对话的交互设备． 输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。目前，数控机床的输入装置有键盘、磁盘驱动器、光电阅读机等，其相应的程序载体 第1页 为磁盘、穿孔纸带。输出装置是显示器，有CRT显示器或彩色液晶显示器两种。输出装置的作用是：数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息。显示的信息可以是正在编辑的程序、坐标值，以及报警信号等。 (2)数控装置(CNC装置) 数控装置是计算机数控系统的核心，是由硬件和软件两部分组成的。它接受的是输入装置送来的脉冲信号，信号经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，使其进行规定的、有序的动作。这些控制信号中最基本的信号是各坐标轴(即作进给运动的各执行部件)的进给速度、进给方向和位移量指令(送到伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动)，还有主轴的变速、换向和启停信号，选择和交换刀具的刀具指令信号，控制切削液、润滑油启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度工作和转位的辅助指令信号等。 数控装置主要包括微处理器(CPU)、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统其他组成部分联系的接口等。 (3)可编程逻辑控制器(PLC)

开放式数控系统

开放式数控 现在国际上公认的开放式体系结构应具有四个特点：相互操作性、可移植性、可缩放性、可互换性。 1. 相互操作性（Interoperability） 相互操作性指不同应用程序模块通过标准化的应用程序接口运行于系统平台上，相互之间保持平等的相互操作能力，协调工作。这一特性要求提供标准化的接口、通讯和交互模型。随着制造技术的不断发展，CNC也正朝着信息集成的方向发展。CNC系统不但应能和不同系统彼此互连，实施正确有效的信息互通，同时应在信息互通的基础上，能信息互用，完成应用处理的协同工作，因此要求不同的应用模块能相互操作，协调工作。 2. 可移植性（Portability） 可移植性指不同的应用程序模块可以运行于不同供应商提供的不同的系统平台之上。可移植性应用于CNC系统，其目的是为了解决软件公用问题。要使系统提供可移植特性，基本要求是设备无关性，即 通过统一的应用程序接口，完成对设备的控制 要求各部件具有统一的数据格式、行为模型、通讯方式和交互机制 具备可移植特性的系统，可使用户具有更大的软件选择余地，通过选购适应多种系统的软件，费用可以显著降低 在应用软件的开发过程中，重复投入费用也可降低。 可移植性也包括对用户的适应性，要求CNC系统具有统一风格的交互界面，使用户适应一种控制器的操作，即可适应一类控制器的操作，而无需对该控制器的使用重新进行费时费力的培训。 3. 可缩放性（Scalability） 可缩放性指增添和减少系统的功能仅仅表现为特定模块单元的装载与卸载。不是所有的场合都需要CNC系统具备复杂且完善的数控功能，在这种情况下，厂家没有必要购买不适于加工产品的复杂数控系统。因为可缩放性使得CNC系统的功能和规模变得极其灵活，既可以增加配件或软件以构成功能更加强大的系统，也可以裁减其功能来适应简单加工场合。同时，同一软件既可以在该系统的低档硬件配置上运行，也可以在该系统的高档硬件配置上应用。可缩放性使得用户可以灵活改变CNC系统的应用场合，一台控制器可以使用于多种类加工设备的控制上。 4. 相互替代性（Interchangeability） 相互替代性指不同性能和不同功能的单元可以相互替代。而不影响系统的协调运行。有了相互替代性，构成开放体系结构的数控系统就不受唯一供应商所控制，也无需为此付出昂贵的版权使用费。相反，只需支付合理的或较少的费用，即可获得系统的各组成部件，并且可以有多个来源。

数控系统的发展趋势_开放式数控系统

数控系统的发展趋势 开放式数控系统 林金兰 (莆田学院电子信息系,福建莆田351100) 摘要:开放式数控系统是当今数控技术发展的主流。在分析传统数控系统封闭体系结构固有不足的基础上,介绍了开放式数控系统的产生的背景、特点,论述了开放式数控系统的现状和发展趋势,归纳了开放式数控系统研究的主要形式,指出了开展开放式数控研究对国产数控技术进步的重要意义。 关键词:开放性体系结构;数控系统;个人计算机 0 引言 数控技术从1956年至今,大致经历了4个阶段: 1956~1974年,专用硬件NC的时代;1975~1989年,专用计算机数控时代;1990~1995年,基于PC的CNC时代;1996年至今,开始全PC开放式智能化数控新阶段。前3个阶段的NC装置存在着以下局限性:由于计算机的落后,通用CPU的性能不能满足数控系统的实时性要求,必须设计专用的新芯片及其他硬件电路,因此世界各数控系统生产商都设计了自己的专用硬件系统和软件系统。这种封闭式结构使数控系统的开发成本极高,开发周期很长,升级困难,可靠性、可扩展性、可维护性和易用性差,二次开发困难[1]。为解决封闭式结构数控系统所存在的问题,近年来,西方一些发达国家相继提出开放式体系结构数控系统的开发,并逐渐出现了以开放性数控系统取代以往专用数控系统的趋势。目前,各发达国家都在竞相发展自己的开放式体系结构的数控系统,如美国的下一代工作站/机床控制器体系结构!NGC(The Ne xt Ge nerationWork-station/Machine Control);欧洲的自动化系统中开放式体系结构!OSACA(Open Sys te m Architec ture for Control Within Automation Systems);日本的OSEC(Open System Environment for Controller)等。我国国家计委和科技部在99年7月14日发布的?当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南#中制造技术中的第一项即为适用先进的数控机床及开放式数控系统!,开放式数控系统已经应用于机械加工领域。 1 开放式数控系统产生的背景 随着数控技术的不断往前发展,数控系统的发展进入到了普及和应用的成熟期,传统的数控系统也变得越来越复杂,其自身的缺陷又限制了它的应用,因为传统的数控系统一直沿着闭式结构向前发展,都是基于缺乏灵活性的、专用设计的基础上完成的,是一种没有共同性和标准接口的封闭式系统。这种闭式数控系统只是一个被定义了输入和输出的黑匣子,其内部细节是不可知的,它的最大缺点是在原来基础上很难或几乎不可能再加入新的控制策略方案和扩展新功能。传统的封闭式数控系统已不能适应当今制造业市场变化与竞争,也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需要[2]。 当前,数控系统正发生根本性的变革,由专用型封闭开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。随着技术、市场、生产结构等的快速变化,人们对数控技术提出了更高的要求,希望能根据不同的加工需求、迅速、高效、经济地构筑面向客户的控制系统,逐步降低生产厂家对控制系统的高依赖性;大幅度降低维护和培训费用,改变以往数控系统封闭性设计模式,适应未来车间面向任务和订单的生产组织模式,使底层生产控制系统的集成更为简便和有效[3]。因此,开放式数控系统(Open Number Control Systerm简称ONC)应运而生。 2 开放式数控系统的概念 参照IEEE对开放式系统的规定,我们认为:一个真正意义上的开放式NC必须提供不同应用程序运行于系统平台之上的能力;提供面向功能的动态重组工具;提供统一、标准化的应用程序用户界面。ONC 既有接口的开放性一面,又有自身功能开放性问题。 ONC具有以下特点:(1)开放性。提供标准化环境的基础平台,允许不同功能的模块介入;(2)移植性。不同应用程序模块可运行于不同生产商提供的系统平台,同时系统软件也可运行于不同特性的硬件平台之上;(3)扩展性。其功能的增减只需功能模块的装卸;(4)替代性。性能和可靠性不同的功能模块可代替,并且不影响系统的正常协调运行;(5)操作性。拥有标准化接口,通信和交互模型。因此,ONC 从一个全新的角度分析和实现了数控系统的控制功能,强调向模块化、平台化、工具化和标准化发展。 3 开放式数控系统的发展途径 PC-NC(个人计算机数控)是开放式数控系统的主要发展途径,大致分为两种:(1)以NC为主,加PC有关部分;(2)PC为基体,加上NC系统主要控制部分。PC-NC主要有三种形态:(1)NC板插入PC中,(2)PC板插入NC装置中,(3)软件NC。这三种形态各有优缺点,目前均广泛使用。但以PC代替NC是一个发展方向。 4 开放式数控系统的现状及发展趋势 (1)美国ONC概况 美国把开放式NC称为开放型控制器!(OAC-

数控系统的国内外发展及应用现状69465

数控技术大作业题目数控系统的国内外发展及应用现状 专业 学号 学生 指导教师 提交日期2012年5月21日

摘要 数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。数控系统已经实现纳米插补与控制技术，并广泛地运用机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，数控系统本身也从封闭转向开放式，并朝着高速、高精度化、网络化、环保化的方向发展。 关键词：数控系统开放式研究现状发展趋势

目录 一、国外数控系统现状 (4) 1.美国A- B 公司 (4) 2.日本FANUC公司 (5) 3.德国SIEMENS公司 (6) 二、国内数控系统现状 (7) 1.华中数控 (7) 2.广州数控 (9) 3.北京航天数控 (9) 三、国内外数控系统比较 (10) 四、结论 (10) 参考文献 (11)

数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952 年美国麻省理工学院研制出第1 台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。数控系统也由第一代电子管的硬联接数控发展到第五代MPCNC的软联接数控。 数控系统已经实现纳米插补与控制技术，并广泛地运用机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，数控系统本身也从封闭转向开放式，并朝着高速、高精度化、网络化、环保化的方向发展。 一、国外数控系统现状 国外数控系统发展总体趋势如下：1.新一代数控系统向OG化和开放式体系结构方向发 展。2.驱动装置向交流、数字化方向发展。3.增强通信功能，向网络化发展。4.数控系统在控制性能上向智能化发展。 在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。下面对几个主要系统进行功能介绍与应用分析。 1.美国A- B 公司 美国Allen-Bradley(简称A-B公司)，在首先推出CNC系统7300系统后，80年代又开发出8200，8400，8600系列。 其中A-B8600系列是适用于各种加工设备的柔性CNC系统，通过软硬件的不同配置可派生出四个类型和三种不同档次的产品。四种类型是8600T/车床，8600TC/车床和车削中心，8600MC/铣床和加工中心，8600CP通用型（可用于机器人等）；三种不同档次是8605,8610-10,8650-20。下面对8650-20进行详细介绍 ●8600系统为多主式, 主从结构的多微处理器CNC装置，主系统微处理器有两种规格，即标准（CPU用8086/处理器用8087）和高速(CPU用80286/处理器用8028)的两种，轴控制的CPU为8086，高速数据通道n 模块用CPU为80186。 ●系统的轴控制功能最多具有17个轴控制能力，即一个主轴控制，16个伺服轴控制，其中8个点到点的轴，8个插补轴，16个伺服轴中有10个轴可联动(其中8个插补轴，2个点到点轴)。 ●带有直线和旋转运动及圆弧插补，可在任何平面上作圆弧插补，在轮廓加工中，可自动控制进给率，自动补偿反向误差，可进行软件行程限位、刀具补偿和刀具寿命管理等。 ●反馈装置可以编码器、旋转变压器或同步感应器来实现反馈，具有所有模式的自动加减速控制。 ●CRT有显示字符和图形的功能，根据定义可对存储装置的目录显示、零件程序及输人的原始偏置值显示、毛坯余量显示，不仅可以用图形显示程序，还可用图形显示输人、输出信号的状态。

数控机床由哪几个部分组成

数控机床由哪几个部分 组成 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

一数控机床由哪几个部分组成 答：编程及程序载体、输入装置、CNC装置及强电控制装置、伺服驱动系统及位置检测装置、机床的机械部件 二试说明数控加工中数据转换过程中的主要步骤，并简述每个步骤的主要功能。 答：数控制加中的数据转换过程中主要是将加工信息用规定的汉字，数字和符号组成的代码，按一定的格式写成加工程序单。将加工程序通过控制介质输入到数控装置进行自动加工。 1）数控程序是数控数控机床自动加工零件的工作指令。2）输入装置是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，并传送存入数控装置内。3）输入装置是数控机床的核心，它接受输入装置送来的肪冲信号，输出各种信号和指令控制机床的各部分，进行规定的，有序的动作。4）伺服驱动系统与机床上的执行部件和机械传动的部件组成数控机床的进给系统。 三从数控系统控制功能、联动轴数、伺服系统来看，NC机床各分为几类，它们各用于什么场合？ 答：分类：一，点位控制数控机床。加工平面内的孔系。二，直线控制数控机床。可用于加工台阶轴。三，轮廓控制数控机床。可以加工曲面零件和铣削曲面轮廓。 四.试从控制精度、系统稳定性及经济性三方面，比较开环、闭环系统的优劣？ 答：开环数控系统是指进给伺服子系统没有位置测量装置的数控系统。由于没有位置反馈，其控制精度相对闭环和半闭环系统来讲是较低的，精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度；没有位置反馈，信号流是单向的，故系统稳定性好；没有测量装置，则结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉。在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。

数控技术的发展及国内外现状

数控技术的发展及国内外现状 数控技术的发展及国内外现状 摘要：数控技术（Numerical Contrl）是一种采用计算机对生产过程中各种控制信息进行数字化运算、处理，并通过高性能的驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的高新技术。本文对数控技术的发展经行了研究，并比较对比了国内外数控技术的发展现状，对国内数控未来的发展提出了建议。 关键词：数控技术；发展；国内外现状 数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通信技术和光、电技术于一体的现代制造业的基础技术。它具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。数控技术是制造自动化的基础，是现代制造装备的灵魂核心，是国家工业和国防工业现代化的重要手段，关系到国家战略地位，体现国家综合国力水平，其水平的高低和数控装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。 1.数控技术的发展概述 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。1949年，该公司与美国麻省理工学院（MIT）开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心（ MC Machining Center），使数控装置进入了第二代。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称 DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称 CNC），使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机

虚拟数控机床及开放式数控系统的研究

虚拟数控机床及开放式数控系统的研究 随着虚拟现实技术在虚拟制造系统中应用的推广，对虚拟数控机床的研究也越来越多，虚拟数控机床可以提供关键的数据到产品设计的制造性分析过程中。传统的数控机床系统虽然已经可以具备相当的精度，但其实现过程对用户是封闭的，不利于扩展；开放式数控系统应运而生，能够方便扩展数控系统的功能。 标签：虚拟数控；数控机床；开放式数控 1 虚拟数控机床及其关键技术 虚拟数控加工过程可以为产品设计提供重要的数据支持，在节省资源的同时又避免风险。虚拟数控机床技术是虚拟数控加工过程的关键步骤，具有如下特点：（1）良好的结构。虚拟数控机床和现实生活中的机床结构类似，因此在仿真机床的各项功能时不会产生结构或信息的失真。另外，虚拟机床各个模块是隔离的，可以独立地开发和工作。（2）完善的图形和数据接口。图形接口使用户体验虚拟现实的感觉，以图像形式展现机床的各种状态和参数；数据接口提供了和其他软件的交互接口。 虚拟数控机床和客户端组成了服务器/客户端网络结构，作为服务器的虚拟数控机床在接收到客户端的请求后，会调度知识库中的元知识，将客户端的请求分解为一系列的子任务，然后把每个子任务分发给相应的子模块。一般而言，虚拟数控机床系统包括四个子模块：计算模块、拓扑机构、解释器以及几何实体。计算模块完成齐次变换等计算任务，是虚拟制造过程中不可或缺的组成部分；解释器将数控代码翻译为制定机床部件等相关信息，并计算数控机床的响应；几何实体的作用是描述各机械实体的相关信息，从而方便快速建立数控机床几何模型；拓扑结构描述了各几何实体间的关系。 在虚拟数控机床的应用中，其关键技术主要包括机床环境构建、数控加工的建模以及与虚拟对象的拟实工具等。虚拟数控机床技术利用计算机等硬件和相关软件构建虚拟数据加工环境，此环境的组成部分可以囊括：（1）硬件及驱动层。立体眼镜以及实景头盔等是实现虚拟现实技术的硬件支持，为驱动这些硬件设备还需要相应的程序驱动模块，以获取和硬件设备相关的位置、姿势等视觉参数。（2）虚拟数控机床的管理层。此部分主要用于管理虚拟数控机床加工过程中的各种事件，并描述机械物体的形状及特性，一般包括特征数据库和规则库两部分。（3）工具和应用层。提供和CAD/CAM等的接口，并为用户提供人机交互接口和仿真界面。数控加工过程中涉及到的建模一般包括加工条件模型和加工过程两种。 2 虚拟数控机床系统的几何模型 虚拟数控机床的几何模型实质上是装配单元组成的装配体，也就是一个装配模型，一般包括总体结构、装配模型等方面。

数控系统国内外现状分析

数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952年美国麻省理工学院研制出第1台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。数控系统也由当初的电子管式起步，发展到了今天的开放式数控系统。中高档数控系统的需求也越来越大。以往中高档数控系统基本被国外厂商占领，因此我国中高档数控系统技术必须加快发展。 一、国外数控系统现状 在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子、发那克、三菱电机、海德汉、博世力士乐、日本大隈等。 1.纳米插补与控制技术已走向实用阶段 纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。除了伺服控制外，“纳米插补”也可以用于Cs轴轮廓控制；刚性攻螺纹等主轴功能。西门子的828D所独有的80bit浮点计算精度，可使插补达到很高的轮廓控制精度；三菱公司的M700V 系列的数控系统也可实现纳米级插补。 2.机器人使用广泛 未来机床的功能不仅局限于简单的加工，而且还具有一定自主完成复杂任务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域，其技术和产品近年来得到快速发展。机器人的应用领域延伸到了机床上下料、换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域，从传统的减轻劳动强度的繁重工种，发展到IC封装、视觉跟踪及颜色分检等领域，大大提高了数控机床的工作效率。典型的产品有德国的KUKA，FANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。 3.智能化加工不断扩展 随着计算机领域中人工智能的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度也得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；车间内的加工监测与管理可实时获取数控机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床状态，使相关维护提前，避免事故发生。先进的伺服控制技术能通过自动识别由切削力导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。应用主轴振动控制技术，在主轴嵌入位移传感器，机床可以自动识别当前的切削状态，一旦切削不稳定，机床会自动调整切削参数，保证加工的稳定性。 4.CAD/CAM技术的应用 当前，为了使数控机床操作者更加便利地编制数控加工程序，解决复杂曲面的编程问题，国际数控系统制造商将图形化、集成化的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机互动性的主要途径。最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床加工提供了有力的支持，可以大幅地提高加工效率。ESPRIT、CIMATRON 等一些著名CAM软件公司的产品除了具备传统的CAM软件功能模块，还开发了多任务编程、对加工过程的动态仿真等新的功能模块。 二、国内数控系统现状 随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。

开放式数控系统概述

开放式数控系统概述 1.传统的数控系统存在的问题 标准的软件化、开放式控制器是真正的下一代控制器。传统的数控系统采用专用计算机系统，软硬件对用户都是封闭的，主要存在以下问题： （1）由于传统数控系统的封闭性，各数控系统生产厂家的产品软硬件不兼容，使得用户投资安全性受到威胁，购买成本和产品生命周期内的使用成本高。同时专用控制器的软硬件的主流技术远远地落后于PC的技术，系统无法“借用”日新月异的PC技术而升级。 （2）系统功能固定，不能充分反映机床制造厂的生产经验，不具备某些机床或工艺特征需要的性能，用户无法对系统进行重新定义和扩展，也很难满足最终用户的特殊要求。作为机床生产厂希望生产的数控机床有自己的特色以区别于竞争对手的产品，以利于在激烈的市场竞争中占有一席之地，而传统的数控系统是做不到的。 （3）传统数控系统缺乏统一有效和高速的通道与其他控制设备和网络设备进行互连，信息被锁在“黑匣子”中，每一台设备都成为自动化的“孤岛”，对企业的网络化和信息化发展是一个障碍。 （4）传统数控系统人机界面不灵活，系统的培训和维护费用昂贵。许多厂家花巨资购买高档数控设备，面对几本甚至十几本沉甸甸的技术资料不知从何下手。由于缺乏使用和维护知识，购买的设备不能充分发挥其作用。一旦出现故障，面对“黑匣子” 无从下手，维修费用十分昂贵。有的设备由于不能正确使用以致于长期处于瘫痪状态，花巨资购买的设备非但不能发挥作用反而成了企业的沉重包袱。 在计算机技术飞速发展的今天，商业和办公自动化的软硬件系统开放性已经非常好，如果计算机的任何软硬件出了故障，都可以很快从市场买到它并加以解决，而这在传统封闭式数控系统中是作不到的。为克服传统数控系统的缺点，数控系统正朝着开放式数控系统的方向发展。目前其主要形式是基于PC的NC，即在PC的总线上插上具有NC功能的运动控制卡完成实时性要求高的NC内核功能，或者利用NC与PC通讯改善PC的界面和其他功能。这种形式的开放式数控系统在开放性、功能、购买和使用总成本以及人机界面等方面较传统数控有很大的改善，但它还包含有专用硬件、扩展不方便。国内外现阶段开发的开放式数控系统大都是这种结构形式的。这种PC化的NC还有专有化硬件，还不是严格意义上的开放式数控系统。

开放式数控系统的应用举例

开放式数控系统应用举例 本章将通过对NC嵌入PC的典型范例－PMAC运动控制卡及其应用的介绍，使读者对开放式数控系统有一个初步的了解。 开放式数控系统的应用 6.1.1 PMAC开放式运动控制卡 PMAC全称可编程多轴控制器（Programmable Multi-Axis Controller），是美国Delta Tau Data Systems 公司于1990年推出的基于PC机平台的开放式运动控制器。它集运动控制和PLC控制于一体，具有优秀的插补计算、伺服和I/O接口等实时控制能力，最多可控制32轴（Turbo PMAC）。板上的MACRO接口允许将诸多的PMAC卡联成环形网进行控制。它支持多种总线规范（ISA、PCI、VME和STD），同一控制软件可以不同的总线上运行，从而提供了多平台支持特性。PMAC还支持多种电机（如直流伺服电机、交流同步电机、交流异步电机、步进电机，直线电机等）和检测反馈元件（增量编码器、绝对编码器、旋转变压器、线性磁传感器等）。PMAC以Motorola 56000系列 DSP为CPU，板上的存储器用于存放系统控制软件和用户程序、I/O接口和伺服接口用于连接外部输入/输出信号和伺服电机,板上的显示接口允许连接一个2×40的字符液晶显示器。此卡本身就是一个NC系统可以单独使用，也可以插入PC机中，构成开放式控制系统，其硬件结构如图6-1-1所示，表6-1-1为PMAC开放式运动控制器的主要技术性能指标。 图6-1-1 PMAC开放式运动控制卡 表6-1-1 PMAC开放式运动控制器的主要技术性能指标

表6-1-1 开放式运动控制器的主要技术性能指标 6.1.2 KT560-T开放式车床数控系统 T560_T开放式车床数控系统由PMAC-LITE四轴运动控制卡和工业控制计算机组成，它的软件分为上位机（PC）和下位机（PMAC）两部分。上位机主要完成系统的管理功能，如人机界面的实现，加工状态显示，仿真的实现，参数编辑，参数配置，程序文件编辑，端口状态监测和故障的诊断等工作。下位机的软件主要是实现机床的运动控制与信号的逻辑控制。PTALK部分为上位机与下位机的通信模块。其结构如图6-1-2所示。

数控系统的国内外发展及应用现状

数控系统的国内外发展 及应用现状

数控技术课大作业 专业： 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：

数控系统的国内外发展及应用现状 目录 第1章序言 第2章数控系统的发展过程和趋势 2.1数控系统的发展过程 2.2数控系统的发展趋势 第3章国外和国内数控系统功能介绍与应用分析 3.1 国外数控系统功能介绍与应用分析 3.1.1 西门子SINUMERIK 840D 3.1.2 FANUC 数控系统6 3.2 国内数控系统功能介绍与应用分析 3.2.1 华中“世纪星”数控系统 3.2.2 广州数控GSK27全数字总线式高档数控系统 第4章国内外数控系统比较及差距分析 4.1 国内外数控系统比较 4.1.1 西门子公司数控系统(SIEMENS)的产品特点 4.1.2 FANUC公司数控系统的产品特点 4.2 我国数控系统与国外数控系统的差距 参考文献

第一章序言 数控即数字控制(Numerical Control，NC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。 数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。 因此，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。 第二章数控系统的发展过程和趋势 2．1数控系统的发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。六年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.数控(NC)阶段 (1952-1970年)早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称为数控