開(kāi)放式綜合數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1、開(kāi)放式綜合數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)械制造及自動(dòng)化系2005. 04. 10一、開(kāi)放式綜合數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)房結(jié)構(gòu)與操作編程、仿真一般插補(bǔ)樣條、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)數(shù)控系統(tǒng)管理機(jī)開(kāi)放式數(shù)控實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)控車床（簡(jiǎn)易）數(shù)控銑床數(shù)控銑床接口 伺服系統(tǒng)加工中心（暫沒(méi)有）二、開(kāi)放式“軟數(shù)控”實(shí)驗(yàn)裝置(一)組成 1.工業(yè)控制計(jì)算機(jī) IPC (臺(tái)灣研華公司) 2.英文WindowsNT4.0操作系統(tǒng)(美國(guó)微軟公司) 3.實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件RTX (美國(guó)Venturcom公司)4.光纖通訊適配器SoftSERCANS接口及開(kāi)發(fā)軟件 (德國(guó)力士樂(lè)公司)5.光纖通訊的交流數(shù)字式伺服系統(tǒng)及主軸系統(tǒng) (德國(guó)力士樂(lè)公司) 6.自主開(kāi)發(fā)的

2、Soft-CNC控制軟件和PLC程序開(kāi)放式“軟數(shù)控”實(shí)驗(yàn)裝置總體組成（1）(二)基于PC的開(kāi)放式“軟數(shù)控”實(shí) 驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖（2）（三）系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)1.軟件結(jié)構(gòu)(1)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)（2） 2. 硬件結(jié)構(gòu) 電氣結(jié)構(gòu)框圖 用戶界面(四)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)概念 IEEE(國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì))是這樣定義開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的：“具有下列特性的系統(tǒng)可以被稱為開(kāi)放系統(tǒng)：符合系統(tǒng)規(guī)范的應(yīng)用可以運(yùn)行在多個(gè)銷售商的不同平臺(tái)上，可以與其它的系統(tǒng)應(yīng)用互操作，并且具有一致風(fēng)格的用戶交互界面?！?通俗地說(shuō)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該基于通用PC平臺(tái)，充分利用PC機(jī)硬件發(fā)展迅速，軟件資源豐富的優(yōu)勢(shì)。 (五)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

3、 1.在過(guò)去，所謂的開(kāi)放只是在專有系統(tǒng)硬件中簡(jiǎn)單地嵌入PC技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)的人機(jī)界面等非實(shí)時(shí)控制部分實(shí)現(xiàn)了有限的開(kāi)放。 2.目前的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，主要以通用微機(jī)為計(jì)算平臺(tái)，以PC上的標(biāo)準(zhǔn)插件形式的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器為控制核心。伺服控制和機(jī)床邏輯控制均由運(yùn)動(dòng)控制器完成。運(yùn)動(dòng)控制器可編程，以運(yùn)動(dòng)子程序的方式解釋執(zhí)行數(shù)控程序(G代碼等,支持用戶擴(kuò)展)，以PLC子程序的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)床邏輯控制。這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是：硬件板卡的接口符合PC標(biāo)準(zhǔn)，可直接插在通用計(jì)算機(jī)中，但數(shù)控核心軟件仍是專用的。 3.開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向就是所謂的“軟件數(shù)控”，即數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)只是一種通用計(jì)算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序,而不再是包含有許多

4、插件板的專用硬件系統(tǒng)。無(wú)論是硬件還是軟件都將實(shí)現(xiàn)完全開(kāi)放。 數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性示意框圖(六)開(kāi)放數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程圖示 (七)實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件RTX (八) 光纖通訊的SERCOS接口及交流數(shù)字式伺服系統(tǒng)、主軸系統(tǒng) 1.概述： 數(shù)字伺服系統(tǒng)具有高速,高精度和無(wú)漂移等特點(diǎn),發(fā)展非常迅速并且已經(jīng)在數(shù)控機(jī)床上獲得廣泛應(yīng)用。但數(shù)字通訊協(xié)議通常由各伺服系統(tǒng)和CNC制造廠制定,各廠家產(chǎn)品一般不具備互換性。 為解決互換性問(wèn)題,1990年由德國(guó)主要CNC系統(tǒng)制造商、伺服系統(tǒng)制造商和研究機(jī)構(gòu)共同發(fā)起成立了SERCOS(SErial Real-time COmmunication Specification)協(xié)會(huì)，

5、其目的是制定一個(gè)CNC系統(tǒng)與數(shù)字伺服系統(tǒng)之間的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換接口，提供產(chǎn)品的互換可能性。目前該協(xié)議已經(jīng)被世界上主要CNC和伺服系統(tǒng)制造商所接受，1995年SERCOS接口協(xié)議被確立為IEC61491國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它也是目前用于數(shù)字伺服和傳動(dòng)數(shù)據(jù)通信的唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 2.光纖通訊接口：SERCOS接口由一個(gè)主站（Master,CNC或FMC）和若干個(gè)從站（Slave,伺服、主軸或PLC-IO）組成，各站之間采用光纜聯(lián)接，構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)，見(jiàn)圖。站間的最大距離為40m，最大從站數(shù)為254，通訊速度最高為16Mbit/s，主站與從站之間可以傳送如下信息：位置、速度和扭矩指令值；位置、速度和扭矩實(shí)際值，伺服和電機(jī)

6、參數(shù)，伺服狀態(tài)和報(bào)警，控制方式命令，PLC-IO開(kāi)關(guān)量信號(hào)。 3.SERCOS環(huán)示意圖 工大校園網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器實(shí)驗(yàn)室瀏覽器研究室瀏覽器個(gè)人機(jī)算機(jī)瀏覽器數(shù)控車床數(shù)控銑床加工中心開(kāi)放式數(shù)控機(jī)床 三、實(shí)驗(yàn) （一）網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) （二）逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) （三）數(shù)字積分法插補(bǔ)數(shù)字積分法直線插補(bǔ)數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)（四） 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣直線插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣圓弧插補(bǔ)（五）B樣條曲線插補(bǔ)（六）插補(bǔ)在銑床仿真中的應(yīng)用（七）插補(bǔ)在車床仿真中的應(yīng)用 (八)計(jì)算機(jī)軟數(shù)控裝置實(shí)驗(yàn)(B刀補(bǔ)仿真)四、建設(shè)效果的評(píng)價(jià) 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有可擴(kuò)展、可添加、可組合的開(kāi)放性，能夠適應(yīng)數(shù)控基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和發(fā)展中新

7、的數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)及自動(dòng)化方面多門相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)平臺(tái)（CAD/CAM、數(shù)控刀具、計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)控加工工藝、UG編程、模具加工、計(jì)算機(jī)在機(jī)械制造上的應(yīng)用、智能加工程等課程）。本教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軡M足“數(shù)控技術(shù)”教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱的要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和裝置缺乏是很大的補(bǔ)充，使演示實(shí)驗(yàn)變成學(xué)生人人動(dòng)手的主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，從而啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。不但完善了已開(kāi)出的實(shí)驗(yàn)，而且開(kāi)出了綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性新實(shí)驗(yàn)。特點(diǎn)為：1、實(shí)踐性強(qiáng) 本實(shí)驗(yàn)自始至終都是學(xué)生親自動(dòng)手，在計(jì)算機(jī)上仿真實(shí)際的“數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)”，進(jìn)行操作、編程及仿真刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。然后將程序由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)控機(jī)床或開(kāi)放式綜合數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)際加工。2、綜合性強(qiáng) 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：數(shù)控車床操作、編程和加工實(shí)驗(yàn)；