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1、开放式综合数控实验系统,机电学院机械工程及自动化系数控研究室2003.04.10,一、建设目标及完成内容,（一）建设目标：建成开放式、网络化、智能化的综合实验系统，反映数控技术发展的前沿科技成果。实验室具有国际水平的实验设备、创新的实验内容、科学的实验方法和完整的实验系统体系。,（二）完成的内容,1.开放式数控实验装置 2.建成综合实验系统 3.完成如下实验（七本实验指导书）：数控编程仿真加工实验；一般、样条和曲面插补实验；网络实验系统；计算机数控(软CNC)装置实验；交流数字数控驱动系统实验。,二、开放式综合数控实验系统（一）系统结构,计算机房,结构与操作,编程、仿真,一般插补,样条、网络实
2、验,数控系统,管理机,开放式数控实验装置,数控车床（简易）,数控铣床,数控铣床,接口,伺服系统,加工中心（暂没有）,三、开放式“软数控”实验装置(一)组成,1.工业控制计算机 IPC(台湾研华公司)2.英文WindowsNT4.0操作系统(美国微软公司)3.实时开发系统软件RTX(美国Venturcom公司)4.光纤通讯适配器SoftSERCANS接口及开发软件(德国力士乐公司)5.光纤通讯的交流数字式伺服系统及主轴系统(德国力士乐公司)6.自主开发的Soft-CNC控制软件和PLC程序,开放式“软数控”实验装置总体组成（1）,(二)基于PC的开放式“软数控”实 验装置总体结构示意图（2）,（
3、三）系统软硬件结构1.软件结构(1),系统软件结构（2）,2.硬件结构,电气结构框图,用户界面,(四)开放式数控系统概念,IEEE(国际电气电子工程师协会)是这样定义开放式数控系统的：“具有下列特性的系统可以被称为开放系统：符合系统规范的应用可以运行在多个销售商的不同平台上，可以与其它的系统应用互操作，并且具有一致风格的用户交互界面。”通俗地说开放式数控系统应该基于通用PC平台，充分利用PC机硬件发展迅速，软件资源丰富的优势。,(五)开放式数控系统的发展过程,1.在过去，所谓的开放只是在专有系统硬件中简单地嵌入PC技术，对系统的人机界面等非实时控制部分实现了有限的开放。,2.目前的开放式数控系
4、统，主要以通用微机为计算平台，以PC上的标准插件形式的开放式运动控制器为控制核心。伺服控制和机床逻辑控制均由运动控制器完成。运动控制器可编程，以运动子程序的方式解释执行数控程序(G代码等,支持用户扩展)，以PLC子程序的方式实现机床逻辑控制。这类系统的特点是：硬件板卡的接口符合PC标准，可直接插在通用计算机中，但数控核心软件仍是专用的。,3.开放式数控系统的发展方向就是所谓的“软件数控”，即数控系统的实现只是一种通用计算机上的标准应用程序,而不再是包含有许多插件板的专用硬件系统。无论是硬件还是软件都将实现完全开放。,数控系统的开放性示意框图,(六)开放数控系统的发展过程图示,(七)实时开发系统
5、软件RTX,(八)光纤通讯的SERCOS接口及交流数字式伺服系统、主轴系统,1.概述：数字伺服系统具有高速,高精度和无漂移等特点,发展非常迅速并且已经在数控机床上获得广泛应用。但数字通讯协议通常由各伺服系统和CNC制造厂制定,各厂家产品一般不具备互换性。为解决互换性问题,1990年由德国主要CNC系统制造商、伺服系统制造商和研究机构共同发起成立了SERCOS(SErial Real-time COmmunication Specification)协会，其目的是制定一个CNC系统与数字伺服系统之间的统一数据交换接口，提供产品的互换可能性。目前该协议已经被世界上主要CNC和伺服系统制造商所接受，
6、1995年SERCOS接口协议被确立为IEC61491国际标准。它也是目前用于数字伺服和传动数据通信的唯一国际标准。,2.光纤通讯接口：SERCOS接口由一个主站（Master,CNC或FMC）和若干个从站（Slave,伺服、主轴或PLC-IO）组成，各站之间采用光缆联接，构成环形网，见图。站间的最大距离为40m，最大从站数为254，通讯速度最高为16Mbit/s，主站与从站之间可以传送如下信息：位置、速度和扭矩指令值；位置、速度和扭矩实际值，伺服和电机参数，伺服状态和报警，控制方式命令，PLC-IO开关量信号。,3.SERCOS环示意图,工大校园网,四、实验（一）网络实验系统,（二）逐点比较
7、法插补,逐点比较法直线插补,逐点比较法圆弧插补,（三）数字积分法插补,数字积分法直线插补,数字积分法圆弧插补,（四）数据采样插补,数据采样直线插补,数据采样圆弧插补,（五）B样条曲线插补,（六）插补在铣床仿真中的应用,（七）插补在车床仿真中的应用,(八)计算机软数控装置实验(B刀补仿真),五、建设效果的评价,本实验系统具有可扩展、可添加、可组合的开放性，能够适应数控基础实验和发展中新的数控技术实验。本实验系统可以作为现代制造系统及自动化方面多门相关课程实验的基础实验设备和技术平台（CAD/CAM、数控刀具、计算机控制的自动化系统、数控加工工艺、UG编程、模具加工、计算机在机械制造上的应用、智能
8、加工程等课程）。本教学实验能满足“数控技术”教学计划和教学实验大纲的要求，对实验设备和装置缺乏是很大的补充，使演示实验变成学生人人动手的主动实验，从而启发学生的创新能力。不但完善了已开出的实验，而且开出了综合性、设计性和创新性新实验。,特点为：1、实践性强 本实验自始至终都是学生亲自动手，在计算机上仿真实际的“数控机床的数控系统”，进行操作、编程及仿真刀具运动轨迹。然后将程序由计算机网络传送到数控机床或开放式综合数控实验系统上进行实际加工。2、综合性强 本实验系统可以进行多种实验项目：数控车床操作、编程和加工实验；数控铣床操作、编程和加工实验以及插补原理实验等等。3、本实验具有可扩展、可开发性
9、。“开放式综合数控实验系统”可以增添NC指令和数控功能。当前商品化的数控机床不能作到这些。4、该实验系统中的多个实验达到了国内同类实验的先进 水平：“数控技术实验教学计算机仿真软件”于2002.5.8获黑龙江省高等学校教学成果二等奖；“数控插补轨迹控制原理及数控加工网络实验系统”，于2003.1获得哈工大教学成果二等奖。,六、项目进展情况,完成的工作：1CNC装置：所购硬软件组成数控实验装置，控制软件正在开发，已完成数控程序输入、译码、刀具半径补偿、插补和PLC等软件；2实验系统：机房、网线、计算机和数控机床组成实验系统；3原有实验运行调试；4新实验开发、运行调试；第二期工作：1将开放式数控装置组成开放式数控机床；2继续开发系统软件和实验仿真软件。,七 主要经费支出情况,购台湾研华工业控制计算机一台:9650元 购美国微软公司的WindowsNT操作系统:2830元 购美国VenturCom公司的RTX实时软件:50300元 购德国力士乐公司的交流数字式伺服系统：及主轴系统：142800元电路板、计算机、运费、出差费、实验费等：21877元合计人民币：227457元,
