1、開放式綜合數(shù)控實驗系統(tǒng),機(jī)械制造及自動化系 2005. 04. 10,一、開放式綜合數(shù)控實驗系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計 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)實驗,數(shù)控系統(tǒng),管 理 機(jī),開放式數(shù)控實驗裝置,數(shù)控車床（簡易）,數(shù)控銑床,數(shù)控銑床,接 口, ,伺服系統(tǒng),加工中心（暫沒有）,二、開放式“軟數(shù)控”實驗裝置(一)組成,1.工業(yè)控制計算機(jī) IPC (臺灣研華公司) 2.英文WindowsNT4.0操作系統(tǒng)(美國微軟公司) 3.實時開發(fā)系統(tǒng)軟件RTX (美國Venturcom公司) 4.光纖通訊適配器SoftSERCANS接口及開發(fā)軟件 (德國力士樂公司) 5.光纖通訊的交流數(shù)字式

2、伺服系統(tǒng)及主軸系統(tǒng) (德國力士樂公司) 6.自主開發(fā)的Soft-CNC控制軟件和PLC程序,開放式“軟數(shù)控”實驗裝置總體組成（1）,(二)基于PC的開放式“軟數(shù)控”實 驗裝置總體結(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)開放式數(shù)控系統(tǒng)概念,IEEE(國際電氣電子工程師協(xié)會)是這樣定義開放式數(shù)控系統(tǒng)的：“具有下列特性的系統(tǒng)可以被稱為開放系統(tǒng)：符合系統(tǒng)規(guī)范的應(yīng)用可以運(yùn)行在多個銷售商的不同平臺上，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?！?通俗地說開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該基于通用PC平臺，充分利用PC機(jī)硬

3、件發(fā)展迅速，軟件資源豐富的優(yōu)勢。,(五)開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程,1.在過去，所謂的開放只是在專有系統(tǒng)硬件中簡單地嵌入PC技術(shù)，對系統(tǒng)的人機(jī)界面等非實時控制部分實現(xiàn)了有限的開放。,2.目前的開放式數(shù)控系統(tǒng)，主要以通用微機(jī)為計算平臺，以PC上的標(biāo)準(zhǔn)插件形式的開放式運(yùn)動控制器為控制核心。伺服控制和機(jī)床邏輯控制均由運(yùn)動控制器完成。運(yùn)動控制器可編程，以運(yùn)動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子程序的方式實現(xiàn)機(jī)床邏輯控制。這類系統(tǒng)的特點是：硬件板卡的接口符合PC標(biāo)準(zhǔn)，可直接插在通用計算機(jī)中，但數(shù)控核心軟件仍是專用的。,3.開放式數(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

4、系統(tǒng)的實現(xiàn)只是一種通用計算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序,而不再是包含有許多插件板的專用硬件系統(tǒng)。無論是硬件還是軟件都將實現(xiàn)完全開放。,數(shù)控系統(tǒng)的開放性示意框圖,(六)開放數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程圖示,(七)實時開發(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,高精度和無漂移等特點,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。 為解決互換性問題,1990年由德國主要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-tim

5、e COmmunication Specification)協(xié)會，其目的是制定一個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國際標(biāo)準(zhǔn)。它也是目前用于數(shù)字伺服和傳動數(shù)據(jù)通信的唯一國際標(biāo)準(zhǔn)。,2.光纖通訊接口：SERCOS接口由一個主站（Master,CNC或FMC）和若干個從站（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

6、下信息：位置、速度和扭矩指令值；位置、速度和扭矩實際值，伺服和電機(jī)參數(shù)，伺服狀態(tài)和報警，控制方式命令，PLC-IO開關(guān)量信號。,3.SERCOS環(huán)示意圖,工大 校園網(wǎng),三、實驗 （一）網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng),（二）逐點比較法插補(bǔ),逐點比較法直線插補(bǔ),逐點比較法圓弧插補(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)計算機(jī)軟數(shù)控裝置實驗(B刀補(bǔ)仿真),四、建設(shè)效果的評價,本實驗系統(tǒng)具有可擴(kuò)展、可添加、可組合的開放性，能夠適應(yīng)數(shù)控基礎(chǔ)實驗和發(fā)展中新

7、的數(shù)控技術(shù)實驗。本實驗系統(tǒng)可以作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)及自動化方面多門相關(guān)課程實驗的基礎(chǔ)實驗設(shè)備和技術(shù)平臺（CAD/CAM、數(shù)控刀具、計算機(jī)控制的自動化系統(tǒng)、數(shù)控加工工藝、UG編程、模具加工、計算機(jī)在機(jī)械制造上的應(yīng)用、智能加工程等課程）。本教學(xué)實驗?zāi)軡M足“數(shù)控技術(shù)”教學(xué)計劃和教學(xué)實驗大綱的要求，對實驗設(shè)備和裝置缺乏是很大的補(bǔ)充，使演示實驗變成學(xué)生人人動手的主動實驗，從而啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。不但完善了已開出的實驗，而且開出了綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性新實驗。,特點為： 1、實踐性強(qiáng) 本實驗自始至終都是學(xué)生親自動手，在計算機(jī)上仿真實際的“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)動軌跡。然后將程序由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)控機(jī)床或開放式綜合數(shù)控實驗系統(tǒng)上進(jìn)行實際加工。 2、綜合性強(qiáng) 本實驗系統(tǒng)可以進(jìn)行多種實驗項目：數(shù)控車床操作、編程和加工實驗；數(shù)控