基于开放式体系结构的数控机床可靠性及抗干扰设计
开放式刻楦机数控系统抗干扰技术研究
０ 引言
数控 系统 是 自动 控制领域 中以计算 机为主 控设 备 的工业 自控 装置 ，最具代 表性 的 是应 用在机 加工
数控 刻楦 机是 一种 三轴联 动 的数 控 铣床 。系统
采 用 目前 国 际流行 的基 于 Ｉ Ｃ的开放 式数控 系统 技 Ｐ 术 ，系统 结构 如 图 ｌ 所示 。 系统 采用 上 、下 位机 二
领域 中的数 控 机床（ Ｎ ） Ｃ Ｃ 。从 ９ 年代 开 始 ，数 控 系 ０
统 已进入基 于 Ｐ Ｃ的开放 式数 控 系统一 代 。 可靠性 是 现代 数控 系统 的 重 要性能 指 标…，它
级 结构 。上 位机 采用 ＩＣ，用 户通 过 运行控 制软 件 ， Ｐ 完成参数 设置 、 自动 回零 、 自动加 工 等加工 动作 。 下
性角度出发综合考虑控制系统的抗 干扰性 能。 通过对数控系统的研究 ， 提出了针对电源 、 信号
线 、接地 系统等有效的抗干扰硬件措施 ，以及软件陷阱 、软件滤波 、软件容错 等抗 干扰软件措 施。刻楦机数控系统实际运行稳 定可靠。 关键词 ：数控系统 ；抗干扰 ；数控刻楦机 中图分类号 ：Ｔ ７ Ｐ２ ３ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ － １４ ２０ ）６ ０ ４ － ３ ９ ０ （ ０ ６ ０ — ０ ０ ０ ０ ３
开放式体系结构的数控系统设计
（ ｈ ｏｕ ｎｖｒｉ ｃ ａ ｉ ｌ ｄＥｅｔｃ ｌ ｅ ａｔ ｅ ｔＳ ａ ｇａ ０ ５ Ｃ ｉａ Ｓ ａｇ ａ Ｕ ｉ ｓ ｙＭｅ ｈ ｃ ｌｃ ｉ ｐｒ ｎ， ｈ ｏｕ ５ ０ ， ｈ ） ｎ ｅ ｔ ｎ ａａ ｎ ｒａＤ ｍ ｎ １ ２ ｎ
ｃ ｒ ｗｈｉｈ ｉ ｕ ｅ ｎ Ｅｌｃｒ ａ ｓｃ ａ ｇ ｃ ｉ ｉｇ ｏ ｉ ｄ ｗｉｈ ａ， ｃ ｓ ｓ ｄ ｉ ｅ ｔｉ ｌＤｉ ｈ ｒ ｅ Ｍａ ｈ ｎ ｎ ｃ ｍｂ ｎ ｔ Ｕｌｒ ｏ ｉ ａ ｈ ｎ ｎ ． ｎ ｒ ｄ ｅ ｔｅ ｃ ｅ ｔａ ｎ Ｍ ｃ ｉ ｉ ｇ Ｉ ｔｏ ｕ ｈ ｓ ｃ ｃ
关 键词 ：超声 加 工 ；电火 花加 工 ； 数控 系统
【 ｓｒ ｃ】Ｄ ｓ ｎｄａｏｅｉｇ— ｓ ｕｔｒ ｎ ｍ ｒ ａ ｎ ｏ ｓｔ ｂｓｄｏ ＭＣ ０ ｏｉ ｏ ｔ ｌ Ａｂｔａｔ ｅ ｇｅ ｐｎｎ ｉ ｔ ｃｕｅ ｕ ｅｉ ｌ ｏ ｔ ｌ ｙ ｍ ａｅ ｎＤ ３ ０ ｍ ｔ ｎｃｎｒ ｒ ｃ ｃ ｒ ｅ ｏ ｏ
ｂ ｌ ｅ ６． ｕｉ ｒ ０． ｄ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｕｌｒ ｓ ｎｉ ａ ｈｉ ｙ ｒ ｓ ｔ ａ ｏ ｃ ｍ ｃ ｎｇ；Ｅｌ ｃ ｒ ｃ ｌｄｉｃ ｒ ｅ ｍ ａ ｈｉ ｉ ｅ ｔ ｉａ ｓ ｈａ ｇ ｃ ｎ ｎｇ；Ｎｕｍｅ ｉａ ｏｎ ｒ ｌｓ ｔ ｍ ｒ ｃ ｌｃ ｔ ｏ ｙｓｅ
中图分类 号 ： Ｐ ９ 文献 标识 码 ： Ｔ ３９ Ａ
ｌ 引言
超声波 ，使 电极工具端面作超声振动 。超声声学部件夹固在电
在进行 电火花 加工 的同时 ，使工具 电极超声振动 ，即为超 火花加工机床主轴头下部 ，电火花加工 用的脉冲 电源加到工具 和工件上 ， 加工时主轴作伺 服进 给， 工具端面作超声振动。机床 声 一电火 花复合 加工。通过控制它们在加工 中所 占的比重 ，可 结构示意图如图 Ｉ 所示 。本章所研究 的就是机床主轴如何根据 以完成不 同要求 的加工 ； 以电火花加工为主 ， 若 超声加工为辅 ， 可完成加工效 率较高而精度一般的超硬 材料加 工 ；若以超声加 工为主附 以电火花加工 ，加工 效率明显地 比超 声加工效率高 ， 并且加工精度 好。近年来 ，有人又对超声 电火花同步复合加工 作了深入研究 ，使 有效火花数进一步增 多 ，加工几何精度进一 步提高 ， 是加工导 电性超硬材料较有前途 的方法之一 【 】 Ｉ。 机床的数控化是机床发展的必然趋势 ，由于数控技术 中大 加工状态作伺服进给。
基于STEP-NC的开放式CNC系统研究
基于STEP-NC的开放式CNC系统研究STEP-NC（STEP Numerical Control）是一种基于ISO 10303标准的CNC（Computer Numerical Control）编程系统。
它通过采用开放式的标准化软件平台，实现了CNC系统的开放性和互操作性，为制造业提供了更加灵活和高效的生产方法。
传统的CNC系统使用G代码进行编程，但由于G代码的编写需要专门的知识和技能，且缺乏灵活性和可扩展性，限制了CNC系统的发展。
而STEP-NC通过将设计数据和制造过程信息进行统一的数据模型化，实现了从CAD（Computer-Aided Design）数据到CNC控制器的无缝集成。
与传统的G代码相比，STEP-NC提供了更加直观和易于理解的机床控制指令。
使用STEP-NC编程，可以直接从CAD模型中提取加工特征，并将其转化为机床控制指令。
这种直接从CAD模型生成加工指令的方式，不仅减少了编程的复杂性，还提高了编程的效率和精确度。
STEP-NC还支持在加工过程中实时控制和监测，可以通过传感器获取加工过程的实时数据，并将其反馈给CNC控制器，实现加工参数的自动调整和优化。
这种实时控制和监测的能力，使得CNC系统可以根据实际加工情况进行自适应控制，提高了加工的稳定性和质量。
STEP-NC还可实现CNC系统之间的互操作性。
不同厂家的CNC系统可以通过STEP-NC 进行数据交换和协作，实现机床和工序之间的无缝集成。
这种互操作性使得制造企业能够灵活地选择不同供应商的机床和CNC系统，同时还能够在不同的CNC系统之间共享和重复利用制造数据，提高了生产效率和资源利用率。
基于STEP-NC的开放式CNC系统已经在许多国家的制造业中得到了广泛的应用。
德国的工业4.0倡议提出了使用开放式标准和平台的智能制造解决方案，而STEP-NC正是这种解决方案的重要组成部分。
在中国，STEP-NC也已经得到了广泛的研究和应用，但在实际生产中的应用还存在一些挑战，例如CNC系统的兼容性问题和人员培训问题等。
数控机床装配可靠性建模及控制技术研究
结论本研究通过对数控机床装配可靠性建模及控制技术的研究，成功地识别 出了影响装配过程可靠性的关键因素，并提出了相应的控制措施。实验结果表明， 这些控制措施有效地提高了数控机床装配过程的可靠性，为制造业生产效率和产 品质量的提高提供了有力支持。
未来研究应进一步拓展数控机床装配可靠性建模及控制技术的理论体系和应 用范围。具体包括：1）深入研究更加精确的可靠性建模方法，以提高预测和评 估的准确性；2）探索更加智能化的控制技术，以实现对装配过程的实时监控和 自动优化；3）将可靠性建模及控制技术与具体的生产环境、生产需求相结合， 以推动其在制造业实际生产中的应用。
4、利用可靠性模型对机床的可 靠性进行模拟和分析，优化机床 的设计和制造过程。
1、根据可靠性模型，模拟机床在各种工况下的性能表现； 2、根据FMEA方法，对模拟过程中出现的故障模式进行分类、统计和处理；
3、计算各故障模式的概率和严重程度，评估其对机床整体可靠性的影响； 4、根据评估结果，提出改进措施和建议，提高机床的可靠性性能。
技术原理
数控机床运行可靠性控制技术的原理主要包括故障诊断、检测技术、网络监 控技术等。故障诊断技术通过对机床运行过程中的各种参数进行监测，及时发现 潜在的故障，避免设备损坏；检测技术用于实时监测数控机床的加工过程，确保 产品质量；网络监控技术则通过对机床的运行状态进行实时监控，为远程故障诊 断和维护提供支持。
在诊断技术方面，传统的故障诊断方法主要包括经验法、数学模型法和模式 识别法等。然而，这些方法往往无法对数控机床的复杂故障进行准确诊断。因此， 研究人员开始将深度学习、神经网络等先进技术应用于故障诊断，取得了显著的 成果。这些方法可以通过对大量数据进行学习，自动识别故障模式，并对故障程 度进行评估，从而提高故障诊断的准确性和效率。
基于PMACⅡ开放式五轴数控机床的研究
（ Ｓ ５０ ２ Ｄ Ｐ ６ ０ ）构 成 主 从 式 双微 处理 器结 构 ，Ｐ ＣⅡ通 过 附 ＭＡ
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轴 机 床 结 构 ｆ 后 置处 理 算 法 ．就 可 以 解 央 五 轴 数 控 代 码 的 ｌ 勺 生 成 题 乖 文 针 对 矬 头 转 台式 机 睐 特 点 研 究 出 后 置 处 理 日 算 法 ， Ｊ 根 摊 此 箅 洼 编 写 译 码 程 序 ．生 成 Ｇ 代 码 ， 进 行 ｒ
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打向 采 Ｊ 个 电 机 『 双 边 驱 动 ，避 给 运 动 采 两 步
２ ０ 一 ｏ — ２ ０６ ９ ｌ
维普资讯
图 ２ 机床 控 制 系统 原 理 图
∞ 鼓 展 起 着 Ｉ 的 推 动 作 婀 目 前 网 山 企 业 采 甩 的 Ｃ Ｍ ｊ犬 ＆ 城 什 圭霉 适 用 ＿ 三轴 联 动 数 控 代 码 的 产 牛 ． 而对 于 五 釉 机 丁 床 ．１ ＿机 眯 结 怕 苦 ｉ『 ｌ＝ 刚 ． ｔ 不 提 供或 提 供 通 用 的 后 般 因 此 ．研 究 符 合 自身 矗
统． 产 个 性 机 床 。
３ Ｐ ＣＩ运 动控 制 卡 及 控 制 原 理 ＭＡ Ｉ
陵机 床 采 用 的 运 动 拄 制 Ｐ Ａ Ｍ ＣⅡ足 ｐ ｇ ｍ ｍ ｌｐ ｓ ｒ ｕ ｉｌ ｏａ ｔ ｅ ａ ｉ ｅｎ ￣ｌ ２ （ 编 程 多 轴运 动 控 制 ２型 ） 的缩 写 它 ｘ ｏｔｌｒ 可 ｓ ｒ ｅ ） 是 美 圄 Ｄ ｌ ｌｕ 司 的 产 品 ， 屉 集 运 动 ｌ 制 和 Ｐ Ｃ控 制 ｅａａ 公 ｔ 控 Ｌ 以 及 数 据 采 集 曲 多功 能 运 动 控 铷 产 品 它 墓 于 Ｐ ． Ⅱ 控 ｃ Ｊ 制 备 类 电 机 ． 步 进 、直 ／ 流 伺 服 等 ； 町 接 受 锌 类 厦 镄 、 交 增 量 式 或 绝 对 式 盘 兜 栅 尺 等 ； 多 线 结 构 ：Ｐ 、 Ｃ Ｖ Ｅ、Ｐ ｌ Ｍ ｃ ｒ ； 口 同 时 控 制 ８根 轴 ｆ Ｐ Ｊ 可扩 髓 ） 帆 床 控 、
机床数控 简答 名词解释
1.计算机数控系统（CNC）：指以计算机为核心的数控系统。
而数控系统则是指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成系统，它是数控技术的载体。
C进给功能：数控系统的进给速度的控制功能。
主要分为：(1)进给速度 (2)同步进给速度 (3)进给倍率1 脉冲增量插补：又称基准脉冲插补，其特点是每次插补结束在一个轴上仅产生单个的行程增量，以一个脉冲的方式输出，实现一个脉冲当量的位移。
1．主轴定向控制（或主轴准停）：是指实现主轴准确定位于周向特定位置的功能。
1．自动编程：即计算机辅助编程，它是借助数控自动编程系统由计算机来辅助生成零件加工程序。
1．模拟式测量：是将被测量用连续变量来表示，如电压的幅值变化、相位变化。
模拟式测量装置有旋转变压器和感应同步器等。
11. 简述CAD/CAM技术特点。
1）产品开发的集成2）相关性3）并行协作11．数控加工工艺分析的目的是什么？包括哪些内容？在数控机床上加工零件，首先应根据零件图样进行工艺分析、处理，编制数控加工工艺，然后再能编制加工程序。
正确的工艺分析，对保证加工质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人劳动强度以及制订合理的工艺规程都有极其重要的意义。
11. 平行铣削中行距的大小取决于什么？空间曲面一般都采用行切法加工，故无论采用三坐标还是两坐标联动铣削，都必须计算或确定行距与步长。
行距指相邻两行直接刀具中心轨迹之间的距离。
行距S的大小直接关系到加工后曲面上残留沟纹高度h的大小。
一般来说，行距S的选择取决于铣刀半径Rn及所要求或允许的刀峰高度h和曲面的曲率变化情况。
11. 简述插补的概念。
目前使用的插补算法有哪些？所谓插补就是根据输入线型和速度的要求，实时分配各轴在每个插补周期内的位移量。
其目的是控制加工运动，使刀具相对于工件作出符合零件轮廓轨迹的相对运动。
目前数控系统常用的插补算法有脉冲增量插补和数据采样插补两大类。
11．CNC系统为何要进行加减速控制？有哪些方法？数控机床进给系统的速度是不能突变的，进给速度的变化必须平稳过渡，以避免冲击、失步、超程、振荡或引起工件超差。
基于PC的开放式软件数控系统的设计
基 于 Ｐ 的开放 式软 件 数 控 系统 的设 计 Ｃ
刘 勇 ，杨 林 ，张 瑞 临
（ 阳工业大学，辽宁 沈 阳 １０２） 沈 １０ ３
摘 要 ： 计 了基 于 Ｐ 的 开 放 式 数 控 系 统 ， 用 多 个 运 动 控 制 器 来 搭 建数 控 平 台 ， 现 了多 轴 多 通 道 的控 制 方 设 Ｃ 利 实 式 ，大 大 提高 了硬 件 、 软件 的灵 活性 及 开 放 性 。
１ 基于 Ｐ Ｃ的开放 式数控 系统 的特点
接方 式不 同 。 国 ＧＡＬ Ｌ卡是 利用 Ｐ Ｉ 美 Ｉ Ｃ 总线 与 Ｐ Ｃ相 连 ，而 ＧＯＯ ＧＯＬ卡则 利用 ＩＡ 总线 、 ＡＬ ＯＲ卡是 Ｓ Ｂ Ｄ 通 过 ＵＳ Ｂ数据 线与 Ｐ Ｃ构成 联 系 。每一 种运动控 制器 都 是 用各 自的连接 板连 接伺 服 电机 和驱 动器 。这样 就 构 建 了多 卡 多轴 的体 系结构 。
—— ］ 维普资讯 第 ４ （ 第 １ ７期 ） 期 总 ３
２０ ０ ６年 ８ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ ４ ．
Ａ ｕｇ．
文 章 编 号 ： ６ ２６ １ （ ０ ６ ０ — ０ ８ ０ １７ —４ ３ ２ ０ ） ４０ ３—２
控平台 ， 本数 控 系统 的硬 件结 构见 图 １ 从 图 １中 可以 。 看 出 ，有 三种 不 同的运 动控 制器 与 主机 相连 ，且其 连
基于 Ｐ Ｃ的开 放式 数控 系统 的机构 是 面 向软 件 配 置 的 ，可 以由用户 自行 定义 接 口和软 件平 台 ，不断 将 功能 集成 到控 制 系统 中 ，构 成 网络化 的制 造 环境 。
数控机床中PLC机电一体化技术的优化应用
数控机床中PLC机电一体化技术的优化应用摘要制造业构成了现代工业的核心，数控技术更是其赖以实现自动化、集成化和柔性化的核心技术，它不仅关键于提升劳动生产效率，也对优化产品质量至关重要。
因此，数控技术在我国装备制造中所占的地位，以及其在生产技术、自动化和智能化方面的表现，很大程度上体现了我国产业的现代化进程。
PLC原本基于继电器和接触器，但随着计算机处理器及相关器件成本的显著下降和PLC性能的巨大飞跃，它的应用范围已经迅速拓展。
如今，PLC已在众多行业中成为标配，尤其在数控行业。
开放式数控系统正是当前数控技术的发展方向，其中以PC为硬件基础，利用PLC软件执行任务已成为趋势。
随着我国科技的步伐，众多数控设备已纳入PLC控制范畴，这不仅显著提升了产品质量，还增强了设备的智能化，对我国的现代化进程和整体发展都有积极推动作用。
因此，数控加工领域中的PLC技术已经成为业界的焦点。
关键词：PLC机电一体化技术；数控机床；机械设计第1章绪论1.1 课题的背景和意义现代工业的支柱产业是制造业，而数控技术是当今制造业实现自动化、集成化、柔性化的重要技术支撑，也是提高劳动生产率和提高产品质量的重要技术。
所以，作为我国装备制造的一个重要部分，它的生产技术以及自动化、智能化程度，将会直接或间接地反映出我国的产业的现代化水准。
PLC是以继电器和接触器为核心的一种新型的控制方式。
随着计算机处理器及其配套器件的成本的大幅降低以及PLC的性能的极大改善，PLC的使用领域得到了快速的发展。
现在PLC在许多行业中得到了广泛的使用，数控行业同样如此。
目前，开放式数控系统是数控技术发展的主要趋势。
以PC作为硬件平台，通过PLC软件来完成各项工作，是目前开放式数控系统中PLC技术的发展方向。
1.2 数控机床的发展数控技术，本质上就是利用数字和信息来控制机器，让机器按照一定的规则移动，数控机床的关键技术就是数控技术，它在现代和现代工业中都有很大的应用价值。
基于运动控制器的开放式数控系统设计
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＯＯＬ ＆ ＨＹＤ ｔ２ １ Ｖｏ． ９ Ｎｏ １ １３ ． ９
第３ ９卷 第 １ ９期
Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ ＯＩ ０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ １—３ ８ ． ０ １ １ ． １ ｓ ８ １２ １．９ ０ ７
基 于 运动 控 制 器 的开 放 式 数控 系统设 计
盛晓超 ，陶涛 ，张 东升 ，郭 亮 ，程有龙
（ 西安 交通 大学机械 工程 学 院，陕 西西安 ７ ０４ ） １０９
摘要 ：为 了研究数 控机 床的动态特性 ，改善数控系统的运动控制精度 和误差补偿 方面 的不 足 ，设计 了一种开放式数 控 系统 。该 系统 以工控机 为上 位机 ，开放式 运动控制器为下位机 。设计 中将运 动控制器 置于开环 控制模式 ，并 通过上 位机完 成运动控制系统设计 。系统运行 于具 有高实时性的 Ｄ Ｓ Ｏ 操作 系统下 ，具 有开放式控制系统 内核 ，可 以采集 编码器 以及 光栅 尺等信号用 于系统分析。实验结果证明 了该系统 的可靠性 、实时性和稳定性 。
处 于封 闭状态 ，不能深入到控制 内核层进行研究 。为
动 平 台 ，其 硬 件 连
接如图 １ 示 。 所
Ｓ ＨＥＮＧ ａ ｃ ｏ，ＴＡＯ ｏ， ＺＨＡＮＧ ｎ ｓ ｅ ｇ， ＧＵＯ ｉ ｎ Ｘｉｏ ｈａ Ｔａ Ｄｏ ｇ ｈ ｎ Ｌ ａ ｇ， ＣＨＥＮＧ ｕ ｏ ｇ Ｙｏ ｌ ｎ
（ ’ ｉ ｔ ｇＵ ｉ ｒｉ 。Ｘ’ ｈ ａｘ １ ０ ９ ｈｎ ） ＸｉｎＪ ｏｏ ｎｖ ｓｙ ｉｎＳ ａｎｉ ０ ４ ．Ｃ ｉａ ａ ａ ｎ ｅ ｔ ａ ７
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ： Ｏｐｅ ＮＣ ｙ ｔ ｍ ； Ｍ ｏｉｎ ｃ ｎｒ ｌｅ ｙ ｒ ｎ ｓ ｓｅ ｔｏ ｏ ｔｏｌｒ； ＧＵＩ
数控机床的干扰因素及抗干扰措施
４ 对 电子器件 的影响 ．
干扰 加速 电子器 件的老化 ， 过大 的反向感应 电势可导致稳 压管、整 流管 或晶阐管 的烧毁 。
要是 由于 电力不足、电源波动幅度大 、电源质量差 （ 交流 电源
上叠加有一些高频杂波信号 ） 以及电网分配 不合理等原因所导 致 的。 接地干扰主要由于过大 的接地 电阻 与接 地电压，当二者 发 生变化时 ，产生噪声电压并进入 系统形成干扰。
（ ）干扰对数 控机床 的影 响 二
干扰是 数控机床 中一种 不期望的输入信号， 将导致多种故 障的发生，干扰 其正常工作。
１对电源 的输入影响 ．
电源是数控机床 的输入信号之一。 输入 电压过压或欠压会 导致电机运转 不正常、Ｃ Ｔ显示消失或显示混乱、电源报 警而 Ｒ 【 收稿 日期 】２ ０－１－ ５ ０７ ０ ２
递的数字信 号，是一种 电脉冲信号 ， 它们极易受到干扰 ，从而 给数控机床 带来一系列 的故障。因此 ， 分析数控机床 的干 扰因
素 ，对应采取抗 干扰 的措施 ，可减少数控机床 的故 障发 生率 ， 保持其工作性能的稳 定性 。
２ 对控制 电器的动作影响 ．
干扰信号会导致控制 电器的输入信 号不 正常 ， 并影响反馈 的数字信 号， 从而引起控制电器误动作或不动作，出现程序 中 断、超差 、失控 、停机等故障。
供 电干线上 ，以避免大功率耗电设备 引起的尖峰电压。
（ ）在电源 电压波动较大 的地 区，加稳压 电源 ，以消除 ３ 过压 、欠压造成 的影响 。 （ 下转第 ９ ５页 ）
【 作者简介 】李鲤 （９３ ） 男 ， １６ 一 ， 四川 南充人 ，兰州城 市学院培黎 工程技术 学院副教授 ， 从事数控加 工技术的教学和管理
数控机床说明书
计算机控制的微型数控铣床I计算机控制的微型数控铣床摘要数控机床的拥有量及其年产量是一个国家制造能力的重要标志，数控系统的发展是促进数控机床不断发展的技术因素。
传统的数控系统都是封闭的，用户难以在其平台上进行二次开发，而开放式数控系统可解决这一问题。
基于PC的开放式数控系统已成为当前CNC技术发展的必然趋势。
采用数控技术的系统称为数控系统，随着电子技术、计算机技术的不断发展，近几年来，出现了基于PC机的开放式数控系统。
所谓开放式体系的数控系统即开放式、高可靠、高性能、智能化、网络化、信息化的数控系统，其核心是开放式。
本设计主要用GT400运动控制器作为被控对象，计算机作为控制核心，计算机显示器为显示模块、步进电机等相结合的系统。
充分发挥计算机的性能。
其优点是：硬件之间接口简单，软件功能强大，控制系统可靠，容易实现开放式的数控系统，具有很高的实用价值和发展前途，是CNC的发展趋势所在。
本设计以微型实验用数控铣床为例对计算机控制数控系统进行研究。
关键词：数控，铣床，计算机，步进电机，运动控制器，开放式陕西科技大学毕业设计说明书II Computer Control Mini NC Milling MachineABSTRACTToday, Computer Numerical Control (CNC) machines are found almost everywhere, from small job shops in rural communities to Fortune 500 companies in large urban areas. The productivity of manufacturing has been greatly upgraded as the result of the employment of the CNC technology. The possession and annual output of CNC machine indicate the manufacturing ability of the country. The improvement of CNC machine benefits from the development of CNC system.All of the conventional CNC systems are interface closed. It is difficult to change them or to add new function for users. Open-CNC systems can solve this problem. And the structure of the open-CNC system with its platform on the base of the Personal Computer (PC) is an important trend of the present CNC technology.In the last few years, science technique flies to develop soon; numeral control (Numerical Control) technique has already tended the maturity. Adopt technical of numerical control department to know together as numerical control system, along with the electronics technique, computer develop continuously, in the last few years, appear according to the PC of open architecture numerical control system. As the open architecture numerical control system namely the open architecture, high credibility, high performance, intelligence turn, the network turn, information-based of numerical control system, its core is an open architecture. The origin design main use the GT400 motion controller as the control object, computer as the control core, computer display for show the display function and stepping motors combine together of system. Fragment exertive function of the computer. Its advantage is the interface of the hardware is simple, the software function is strong, the control system is dependable, easy to carry out the open architecture numerical control system, have very high practical value and development, CNC development trend place. KEYWORDS:Milling Machine，Numerical Control，Computer，Stepping Motors，Motion Controller，Open Architecture计算机控制的微型数控铣床 11概述1.1 世界数控系统的发展简史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。
基于PC的开放式数控系统
1 !"#$%&’()
数 控系统的开 放性概念 出现在 20 世纪 80 年代末 90 年 代初 , 是欧美各 国为了适应机床制 造业在技术、 市场和生产组 织结构等多方面的新的变化而提出的。 在关于开放式体系结构 的 定义 , 按 IEEE 的定义 , 一 个开放式 控制系统 应提供 这样的 能力 : 对于不同的卖主的各种平台上运行的应用都能在系统上 完全实现 , 并且 能和其他系统应用 进行交互操作 , 同时具有一 致性的用户界面。因此 , 开放式系统是指能够在多种不同的平 台上运行 , 可以 和其他系统的应用 相互操作 , 并能给用户提供 一种一致风格的交互方式的数控系统 , 也就是在加工机械专用 的 CNC 中引入 PC 所具有的开放化。 根据这个定义 , 开放式数控系统是一个模块化的体系结 构 , 既有接口的开放性 , 又有自身功能的开放性 , 其应具有以下 特征 : 1.1 开放性 提供标准化环境的基础平台 , 允许不同功能和不同开发 商的软件硬件模块介入。 1.2 可互操作性 通过提供标准化接口、 通信 和交互机制 , 使不同功能模块 与标准应用程序接口运行于系统平台之上 , 并获得平等的相互 操作能力 , 协调工作。 1.3 可移植性 系统的功能软件与设备无关 , 即应用统一的数据格式、 交
Equipment Manufactring Technology NO.2 , 2007
基于
PC 的 开 放 式 数 控 系 统
李晓雪
( 荆门职业技术学院 , 湖北 荆门 448000)
< = : 在阐述了开放式数控系统的开放途径的基础上 , 介绍了 NC 嵌入 PC 型开放式数控系统的设计结构。 ?@A : 开放式数控系统 ; PC ﹣N C; 运动控制卡 ; DSP BCDEF: TP 27 GHIJK: A GLMF: 16 72—5 45X ( 200 7) 02 - 0060- 02
基于PMAC的开放式数控系统研究
3344第２４卷 第９期 ２００２－９制造业自动化 基于ＰＭＡＣ的开放式数控系统研究赖国庭，吴玉厚，富大伟（沈阳建筑工程学院，辽宁 沈阳 １１００１５）摘 要：阐述了数控系统的发展概况，介绍了ＰＭＡＣ运动控制器的性能，深入讨论了基于ＰＭＡＣ的开放式数控系统的结构、优势和性能。
关键词：ＰＭＡＣ；开放式数控系统中图分类号： ＴＨ１６６ 文献标识码：Ｂ文章编号：１００９－０１３４（２００２）０９－００３４－０３收稿日期：２００２－０３－２５基金项目：国家自然科学基金资助项目（５９７７５０６４）作者简介：赖国庭（１９７７－），男，广东省人，沈阳建筑工程学院硕士研究生，主要从事自动控制原理与应用方面的研究工作。
０ 概述计算机数控系统（ＣＮＣ）是２０世纪７０年代发展起来的机床控制新技术，它是综合了计算机、通信、微电子、自动控制、传感测试、机械制造等技术而形成的一门边缘学科。
数控技术是计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）和工厂自动化（ＦＡ）的基础之一，也是振兴国家机床工业、增强制造业国际竞争力的基础。
数控系统经过了５代电子元器件的更新：电子管、晶体管、中小规模集成电路、小型计算机数控和微型电子计算机数控，这些发展更新大大丰富了系统的控制功能，提高了数控系统的可靠性、经济性。
现在，计算机数控系统已经进入第６代——开放式计算机数控系统。
在一套计算机数控系统中，起着关键作用的组成部分是其中的计算机数字控制装置和伺服系统，系统的计算速度、实时性、伺服更新速度、资源管理能力、数字通信、精密控制、微量进给等性能都取决于这两个部分。
尤其是计算机数控装置，也就是运动控制单元，更是数控系统的核心单元模块，数控系统的性能、精度一定程度上依赖于运动控制单元的快速控制能力，由它可完成数控系统中实时性要求比较高的插补、位置控制、开关量Ｉ／Ｏ控制任务，实现ＣＮＣ系统中多轴联动的插补计算、位置控制等功能，使用这样的运动模块并辅助以其他的设备部件，可以方便灵活地构建应用于不同场合的运动控制系统。
基于工业以太网的开放式数控系统设计与开发
基 金项 目：南京工程学院科研基金项 目 （ Ｘ ０ １３ ；江苏高校科研成果产业化推进项 目 （Ｈ Ｄ ９ １ ） Ｋ Ｊ ８３ ） Ｊ Ｚ ０ ．５ 作者简 介 ：熊建桥 （ ９９ ） １６ ～ ，男 ，博士 ，讲师 ，研究方 向为数控技术 、机械电子。Ｅ—ｍ ｉ ｑｑ＠１３ ｃｉ。 ａ ：ｊｘｊ ６ ．ｏ ｌ ｎ
研究基于工业 以太 网的开放式数控 系统 的 目的是
突破传统数控 系统 的限制 ，在 中低档数控 系统上实 现 高档数控系统的功能 ，所以应 选用主频更 高 、位数 更 多 的处理器芯 片 ，采用 多 Ｃ Ｕ结构 以提高插 补 运算 Ｐ 的速度 和精度 ；配备故 障诊断专家 系统 ，使得数控 系 统 实现智 能化 ，能 自学 习 、自诊 断 、自速写 ；采用通 用开放式 、总线 式 、模 块化体 系结构 ，便 于裁剪 、扩 展和升级 ；用户界面应 该 图形化 ，使用 图形 、图像 、 动 画等可视化方法 ，便于操作人员操作 、维修 。这种 基 于工业 以太 网的开放式数控 系统在 硬件体 系上可以 是 分散的 ，但若 要满足强实时 、多任 务和强 同步 ，则 在软件上应该尽量采用集 中式控制 。 现在为 了实现 中央集 中控制 的群控加工 ，数控系 统还应有较强 的与外部 网络通讯功能 ，通过 网络 ，可 在任何 一 台机 床上对 其 他机 床进 行 编 程 、操 作 、运 行 ，可进行 远 程控 制 和无 人化 操作 ；可 实现 信 息共 享 ；可实现 统一 的数 字接 口。
ｔｍｅ ｐ ｏ ｒｙ， ｒ ｌａ ｉｉｙ ａ ｄ ｓ ｎ ｈ ｏ ｓ ． ｉ ｒ ｐｅｔ ｅｉ ｂ ｌ ｎ ｙ ｃ ｒ ｎｉｍ ｔ
Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓ： Ｏｐｅ ｕｍｅ ｃ ｌｃ ｎｔｏ ｙ ｔｍ ；Ｉ ｄｕ ｔｉｌＥｔ ｒ ｔ Ｅｔ ｒ ｒ ｎｎ ｉ ｒ ａ ｏ ｒ ｌｓ ｓｅ ｎ ｓｒａ ｈｅｎｅ ； ｈｅ ＣＡＴ ｏｏ ｏ ｐｒ ｔｃ ｌ
开放式数控系统结构技术分析
开放式数控系统结构技术分析
王 勇 山西省忻州市新技 术研 究所
系统的主要优势在于： 建立一种新型的模块化、
２ 基于 Ｐ 的开放 式数控 系统的体 系结 、 Ｃ
系统的功 能和性能 柔性 ， 体系结 构上给用 户 在 开放式体系结构数控 系统的参考模 型是一 留有进行二次 开发更 多的 余地 ， 能够快 速而有 个分层结构 ， 同时也是模块 化的， 每一层都是一 效的响应新的加工需求【 ２ １】 ，。 个模块 。 最低层的是数控机床系统的硬件平台， １ 基于Ｐ 的开放式体系结构 ． ２ Ｃ 它包括机床 本身， Ｙ Ｚ Ｃ Ｘ， ， ， 轴驱动器、 各种继 Ｐ 以其良好的开放性成 为开放式控制系统 电器、 Ｃ 伺服电机等。 再上一层是控制器硬件平台， 的基础， 数控 系统Ｐ 化已成为必然 的趋 势， Ｃ 在 它是一个计算 机系统， 一般 采用通 用的Ｐ 机硬 ｃ Ｉ开发数控系统时应最大限度利用丰富的Ｐ 软硬 件结构， Ｃ 还应提供与枫床底层的接 口 如数字Ｉ ， ／ 数 控技 术 经过 几十年 的 发展 日趋 完善 ， 件资源 ， 受Ｐｃ 享 硬件与软『发展的成果 ， 牛 与ＰＣ Ｏ 可编程控制器（ Ｌ 运动控制卡等。 、 Ｐ Ｏ 这两层 已由最 出的硬 件数 控 （ ） Ｎ Ｃ 经过 计算 机数 控 （ ） 发展到以微 型计算 机为基础的 数控 Ｃ Ｃ ， Ｎ 种 ：１ Ｃ （ Ｐ 嵌入ＮＣ 该 类型是把ＰＣ ） 型。 嵌入ｆ Ｎｃ Ｊ Ｉ 软件的最低 层是操作系统 ， 采用Ｗｉ ｄ ｗｓ ｎｏ （ ＮＣ 、 Ｍ ） 直接 数控 （ ＤＮＣ 和柔性制造 系统 ） ｆ 内部， Ｃ Ｐ 与ＮＣ 之间用专用的总线连接， 该系统 ｆ２ ０ 。 ０ ３ 这些操作系统提供良好的图形用户接口 （ ＦＭＳ 等， ） 并朝着更高的 水平发展。 但随 着市 可以利用原来Ｃ 的丰富资源 ， ＮＣ 同时将Ｐ 作为 （ ）应用程序接 Ｈ ＡＰ ） 、 Ｃ ＧＵＩ 、 （ Ｉ 多任务机制 。 库 再 场全球化的发展， 市场竞争空前激烈， 对制造商 控制器的前端接 口， 使其 具有Ｐ 处理的柔性 ， 上一层是Ｃ 应用软件， Ｃ ＮＣ ＣＮＣ 软件的内部结 构 所生 产的产品不但要求价格 低， 质量好， 而且要 但不能实现Ｎ 内核的开放 。２ ｃ Ｃ （ Ｎ 嵌入Ｐ 型。 ） Ｃ 以 也 是模块 化的 。 它的 核心是模 块化 ， 由它 来负 求交货时 间短 ， 售后服 务好， 好要满足用户特殊 Ｐ 机作为系统 的核心， Ｃ 把 责整个系统 的谐调 、 高效运作。 方便的用户人机 的需要 ， 即要求产品具有个性化 。 而传统 的数控 运动 控制卡插 入到ＰＣ 的扩展槽 中完 成 界 面， 机 代码处 理模 块对 Ｎｃ 序进行 解释和 预 程 系统 是一种专用封 闭式 系统， 它越 来越不能满 数 控系统的功 能， 软件的通 用性 好， 一般ＰＣ 机 处理， 产生相应 的数据结构 交给插 补运 算模块 足市场发展的需要。 新的环境要求Ｃ 进一步 处 理各种非 实时任务， Ｃ Ｎ 运动控 制卡处 理实时任 或 过程、 逻辑 控制 模块执 行， 结果 通过 设备驱 向开放式控制系统转化［ ２ １】 ，。 务。３ （） 型。 功能 全部由应用软件来实 动程 序（ ＤＭ） 软件 ＣＮＣ ｗ 操作相应的硬件。 过程逻辑控制 １、 开放式数 控系统体系 现 ， 有最好的开放性， 具 但系统 的实时性要求处 ｌ主要处 理过程 控制 、 各种开关量、 机床状 态等。 采用专用计算 机组成 的数控 系统 ， 在选用 理 比较困难 ， 系统开发难度大。 设备管理 等进行检 测、 监控 。 外部接 口模块 提 高性能 的微处理 器构 成分布式处 理结构 时， 可 （ Ｃ １ ）Ｐ 嵌入例的开放式数控 系统。／ 接 口 供ｃ ／ ＡＭ接 ［ ＭＩ系统接 口、 Ｉ０ ＡＤ Ｃ ］ Ｓ 、 专家系统接 以获得很高的性能 ， 如多轴联动高速 、 高精度控 电路主要完成Ｐ 机与外部控制系统接 口 Ｃ 功能 ， 口 数 据库系统接 口等。 、 它应提供两种形式的连 制， 很强的补偿功能、 图形功能 、 故障论断功能 所设计 的电路板要符 合Ｐ 总 线标 准 ， Ｃ 满足扩展 接 ： 一是 网络， 过客户机 ／ 通 服务器（Ｉ） ｃ ｓ的形式 以及通信功能 。 但是 由于大批 量生 产和保密的 电路 的尺 寸要求 。 周时 电路的输 出信号集 中于 与远程的Ｃ ／ Ａ Ｍ系统、 系统等交换数 ＡＤ Ｃ ＭＩ Ｓ 需 要， 不同的数控 系统 生 产厂家自行设计其 硬 插座， 采用并行电缆线输 出。 Ｃ 由Ｐ 机经Ｉ Ｏ ／ 接 据 二是 和本地 机上的其他 应用程序间交换数 件和软件， 样设计 出来的封闭式专用系统具 这 口电路输 出的步进脉冲信号ＣＰ 方向电平信号 据。 口功能将有利于 ｃ 系统 和其它系统的 、 接 ＮＣ 有 不同的软硬件模块 、 不同的编程语言、 五花八 门的人机 界面 、 多种实时操作系统 、 非标准化接 配专用芯片， 产生三相六 拍的时 序脉冲 和半流 这个参考 模型充分体 现了开放性 原 ， ４由 口 等缺陷。 从而导致 ， 一方面， 备控制 系统之 间 信号， 又通过 光电耦合和 电压比较器组 成的整 于分层次、 模块 化的结构 ， 各个层次间采用标准 互联能力差， 影响了系统 的相互集 成； 风格不一 的操 作方式 以及专用件的大 量使 用， 给用户的 大， 推动步进电机运行。 同的厂商来生 产， 合起来 就是 一个高性 能性 组 使用与维护带了很多不便。 另一方面。 系统的封 （）Ｎｃ 入Ｐ 型开放式数控 系统。 嵌 价 比的系统 。 ２ 嵌 Ｃ ＮＣ 由于Ｐ 机的开放性 ， ｃ 使控 制器硬 闭性阻碍 了计算机技 术的及时应 用， 不利 于数 控 产品技术的进步。 显然， 数控系统 的这一现状 成， 这种运动控 制卡用高速Ｄ ｐ 数字信号处理 系统提供 的各种接 口允许外部程序 获得其所有 ｓ （ 已不能适应 当今制造业市场 的变化和 竞争， 也 不能 满足现代化制造 业向信息化、 捷制造模 ｆ 敏 式 发展的需求。 １ ． １开放式 分析 这样构造的数控 系统只需根据被控制的对 象要 ｃＮＣ 系统的体 系结构特点进行 了 分析， 讨论了 对于 一个开放 式数控 系统 来说 ， 也应遵 循 这些 基本要求。 一个开放的控 制系统 应具有完 机界面和功能 ， 就可达到运动控制的目的。 放的途径， 并在需求分析的基础上提出了 开放体 全模 块化 的结 构， 块 之问具 有互换性 、 模 可扩 展性和可 移植性 ， 这是 一个开放系统的基本 特 的概念和手段实现Ｃ 的功能。 ＮＣ 这种 Ｃ Ｃ Ｎ 装置 控体系结 构的设 计做 了 比较全面的分析。
基于PC的数控机床全闭环控制系统设计
基于PC的数控机床全闭环控制系统设计摘要随着科学技术水平的不断提高，现代制造业的发展越来越快速，数控机床得到了普遍运用，并且对数控机床的定位精度与重复定位精度提出了更高的要求。
构建一个实时控制、在线检测的数控机床全闭环控制系统，可以有效反馈数控系统的检测信号，实现实时切削加工参数调整，进而提高加工零件精度。
本文在分析数控机床全闭环控制系统提出的基础上，阐述全闭环控制系统硬件与软件的设计，进一步强化数控机床的控制系统。
关键词：PC；数控机床；全闭环控制系统；设计现阶段，提高数控机床加工精度的有效手段就是采用全闭环控制系统。
全闭环主要就是在机床运动部件上进行采样点数据的直接读取，对采样运动部件的位置进行实时检测，进而减小或者消除传动与放大环节的间隙与误差，提高控制精度。
为此，在设计数控机床控制系统的时候，一定要在PC基础上，运用全闭环概念，促进数控机床的广泛应用。
1.提出数控机床全闭环控制系统1.1 传统控制系统的缺陷数控机床传统控制系统就是半闭环控制系统，通过反馈采样运动部件的速度与位置完成伺服控制，在具体加工过程中，数控机床控制系统中出现的加工数值就是数控机床本身运动精度，无法对零件的适时精度进行反映。
尽管加工过程实现了自动化操作，但是加工精度缺乏自适应控制，所以，需要对此进行改进。
1.2 全闭环控制系统数控机床的自适应控制就是全闭环伺服控制，其事实上就是在实际加工变量实时控制与在线检测的基础上，对切削速度、进给量等加工参数进行有效调整。
如此一来，不仅可以降低数控机床状态变化与外界因素对加工过程的影响，还可以对加工过程进行优化，实现了加工产品质量与生产效率的提高，值得在数控机床中推广应用。
采用全闭环控制系统的数控机床加工流程为：安装工件-按下启动按钮-定位支架、刀具-开始加工-刀具磨损、振动、轴精度确定及在线检测-检测信号的采集与调整-检测信号的接收与传输-上位机分析与判定，如果上位机判定为合格，才可以继续加工，直到完成；如果上位机判定为不合格，需要返回到刀具磨损、振动、轴精度确定及在线检测环节，重新加工，直到合格为止。
基于开放式数控系统专用焊机的研究与设计
动控制 卡来承担。 同时 ， 用２ 激光位移传感器 ，测量焊缝数 据 ，通过串 口传到 控制系统 ， 采 Ｄ 实现 了实时测量 ，实时焊接 ，提 高焊接质 量。研究的焊机 实现焊接过 程的稳定 、可靠 ，为开
放式焊机设计 ，控制提供 了依据。
关键 词 ： 开放式数控系统 ；运动控制卡 ；激光测量 ；人机交互系统 中图分类号 ：Ｔ ６ ９ Ｇ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：
务ｌ
ｌ 似 Ｉ ５
基于开放 式数控 系统专 用焊机 的研究 与设 计
Ｒｅｓ ｅａｒ ｄ ｃｈ ａｎ ｄｅｓｉ ｇｎ ｏｆｓｐｅｃｉ ｅｌ ｎ ｍ ａｃｈｉ ａｌ ｗ ｄｉ ｇ ｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｐｅｎ Ｃ ＮＣ ｙ ｅｍ ｓ ｓｔ
林海波 ，赵文辉
术 的 发 展 ，对 于 数 字 化 焊 机 系统 的 研 究 己经 成 为
１ 夹具 ；２ 回 转 工 作 台 ；３ 焊 枪 ；４ 焊 枪 随 动 平 台 ；５ 焊 缝 跟 踪 ． ． ． ． ． 系统 ；６ 焊接机床床身 ；７ 专机控制柜 ． ．
热 点 。随 着 国 民经 济 的 发 展 ，回转 类焊 接 零件 在 许 多 工 业 领域 中得 到 广 泛 应用 。 传 统 的 焊 接 工艺 存 在 自动 化 程 度 低 、工 人 劳 动 强 度 高 、 生 产效 率 低 、废 品 率 高 等 缺 点 。 开 放 式数 控 系统 以通 用个 人 计 算 机 （Ｃ）硬件 与软 件 为基 础 ，采 用 模 块化 、 Ｐ 层 次 化 体 系结 构 ，能 以 各种 形 式对 外提 供 统 一 杂 控 制 功 能 ， 实现缩 短加 工时 间 ，同时 提 高加工 质量 和 柔性 。 焊 接 质 量 和 生 产 速 度 成 为 当前 人 们 关 注 的 问 题 。 本 研 究 为 实现 回 转 类 焊 接 零件 焊 接过 程 的稳 定 、 可 靠 ，提 出基 于 Ｐ ＋运 动 控 制 卡 结 构 的数 控 Ｃ 系统 ，以 激 光 传 感 器 检 测 系 统 结 构 ，实 现 焊 接 过
数控机床可靠性技术的分析与研究
数控机床可靠性技术的分析与研究一、概述随着制造业的快速发展，数控机床作为现代制造技术的核心设备，其可靠性对于保证生产过程的稳定性和产品质量具有至关重要的作用。
数控机床可靠性技术是指研究数控机床在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
这一技术的提升不仅关乎到企业的生产效率，更是决定产品竞争力的关键因素。
近年来，随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，数控机床的复杂性和精度要求越来越高，其可靠性问题也日益凸显。
对数控机床可靠性技术的研究和分析变得尤为重要。
通过对数控机床可靠性技术的研究，可以深入了解机床的失效模式和机理，为机床的设计、制造、使用和维护提供科学依据，进而提升机床的可靠性水平，确保生产过程的顺利进行。
同时，数控机床可靠性技术的研究也是制造业持续创新和发展的必然要求。
在全球经济一体化和市场竞争日益激烈的背景下，提高数控机床的可靠性水平，不仅可以提升企业的核心竞争力，还可以推动整个制造业的转型升级，实现可持续发展。
数控机床可靠性技术的研究与分析具有重要的理论意义和实践价值。
本文将从数控机床的可靠性定义出发，探讨其可靠性分析的方法和技术，分析影响可靠性的主要因素，并提出提高数控机床可靠性的措施和建议，以期为我国制造业的发展提供有益的参考。
1. 数控机床在现代制造业中的重要性在现代制造业中，数控机床的重要性不言而喻。
作为制造业的核心设备之一，数控机床的精度、效率、稳定性以及可靠性等性能直接影响到产品的质量和生产效率。
随着全球制造业的快速发展，特别是在中国这样的制造业大国，数控机床的需求量与日俱增。
对于数控机床可靠性技术的深入分析和研究，不仅有助于提升我国制造业的整体竞争力，更对保障国家经济安全具有重要意义。
数控机床的高精度和高效率是现代制造业追求的核心目标。
在许多高精度、高复杂度的零部件制造过程中，如航空航天、汽车制造、模具制造等领域，数控机床的作用无可替代。
其高精度加工能力能够确保零部件的尺寸精度和表面质量，满足产品性能和使用寿命的要求。
基于PC机嵌入型开放式数控系统的设计
基于PC机嵌入型开放式数控系统的设计作者：赵霞来源：《科技创新导报》2011年第29期摘要：本文介绍了开放式数控系统和教学用数控铣床的详细情况，同时介绍了机床数控系统的最新发展动态，并详细阐述了基于PC机的开放式数控系统的结构。
同时介绍了运动控制器+PC 型即完全采用以PC为硬件平台的数控系统，使用PCI-8132型运动控制卡对工作台进行运动控制，该卡支持visual basic 语言编制的程序，可采用建立面向对象的数控模型的方法来提高数控软件的可重用性，具有模块化、窗口化的特点。
关键词：计算机数控系统个人计算机运动控制卡开放式数控系统中图分类号: TG51 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)10(B)-0000-00ABSTRACT：This text has introduced open numerical control system and teaching and used the details of the numerical control milling machine, introduced the newest development trends of the numerical control system of the lathe at the same time , and explained the structure based on open numerical control system of the PC in detail . Recommended the motion controller + PC type to totally adopt the system of numerical control taking PC as hardware platform promptly at the same time , use the motion control board of the Model PCI-8132 to do exercises and control the workingbench , should nip the procedure supporting visual basic language to be worked out , To improve the reusable ability of CNC software , a new method to build the reusable model of CNC software with ori-ented-object technology is proposed in the paper , have module , window characteristic.Keyword: Numerical control system of the computer; Personal computer Control board of motion Open numerical control system随着科学技术的不断发展，数控技术的发展越来越快，数控机床朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。
数控机床可靠性研究
摘要:数控机床是装备制造业的工作母机，其可靠性技术目前已成为制约行业发展的关键共性技术。
本文主要对我国数控机床可靠性技术的研究进展进行综合评述，论述数控机床的可靠性建模技术、故障分析技术、可靠性设计技术和可靠性试验技术的研究历程和技术进展。
关键词:数控机床可靠性研究数控机床技术体现着制造技术的发展水平，其水平的高低决定着国家工业现代化水平。
伴随着现代制造技术和信息技术的迅猛发展，被用来当作现代工业工作母机的数控机床，在机械加工行业被大量应用。
自从上世纪90年代开始，我国的国家重点科技攻关计划加入了数控机床可靠性的基础研究工作，使得我国数控技术有了关键性的突破。
国产数控机床的平均故障间隔时间（Mean Time Between Failure，MTBF）已达到了400小时，数控系统已经从原来的5000小时提升到了1，0000小时以上，更有甚者，达到了2，0000小时。
我国制造的数控机床，在可靠性、高精度、高速度等等方面，与国外先进企业制造的数控机床差距很大。
伴随着市场开放的力度不断加大，大量外国品牌产品涌入中国市场，给本国数控制造业造成了很大的冲击。
要想与国外大企业分庭抗礼，必须得从提高数控机床的可靠性上入手。
提高数控机床的可靠性，不仅能够大大减少机床制造商的三包费用和售后服务费用，还能够减少使用数控机床的厂家的机床维修费、停机损失费等等。
提高数控机床的可靠性，从大的方面来说，还能够抵制国外产品输入，增大国内产品输出，从而增加了外汇收入。
总的来说，这项研究所带来的经济效益非常明显。
1可靠性指标产品可靠性的定义是“产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力”。
可靠性一般难以只用一个量表示，要根据具体的情况、具体的场合，选用适当的指标，表示产品的可靠性。
产品的可靠性，要用定量的数据来表示。
在产品的设计和生产阶段，我们一般采用各种办法来计算、分配、预计产品的可靠性；等到产品生产出来以后，得采用恰当的试验方法鉴定产品的可靠性。
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应用技术基于开放式体系结构的数控机床可靠性及抗干扰设计廖德岗1;姚银燕2(1.常德师范学院机械工程系,415003;2.沈阳市第二热力公司)[收稿日期]1999212227[作者简介]廖德岗(1966-),男,湖南省常德师范学院机械工程系讲师,学士学位,研究方向:数控理论与数控加工技术、生产过程自动化等。
[摘要] 针对具有开放体系结构的数控机床,详细分析了结构体系的设计、内部各单元之间的联接以及外部电源系统等方面对数控机床可靠性的影响,并从电源的处理、接地与布线、隔离、滤波、屏蔽等硬件以及软件设计提出了一系列抗干扰的措施。
[关键词] 开放式体系结构;数控机床;可靠性;抗干扰[中图分类号]T G 659 [文献标识码]A [文章编号]100920134(2000)0420044204[Abstract ] A nalyzed the influence in detail fo r reliab ility of the arch itectu re design ing ,the concatenati on of every cell in side and electric system ou tside based on open structu re several m easu res fo r handling distu rbances are p ropo sed w h ich in 2cludes pow er supp ly design ing ,grounding ,electron ic line design ing ,iso lating ,filtering ,sh ielding and softw are design ing etc .[Key words ] open arch itectu re ;N C m ach ine too l ;reliab ility ;an tidistu rbance0 引言可靠性是衡量系统性能好坏的一个重要指标,一个控制系统只有在长期稳定可靠地工作前提下才能发挥其各种功能,系统中各装置、模块之间必须严格控制协调一致地工作。
对于高度复杂和高度自动化的开放式数控机床来说,人们对其依赖性越来越大,其不可靠和不安全因素会造成自身严重损坏,甚至伤及操作者。
影响数控机床可靠性的主要因素是干扰,对于开放式数控机床其可靠性还与结构体系有关。
1 开放式数控机床结构体系的可靠性设计 基于工业微机的开放式CN C 系统大致可分为4类,即微机连接型CN C 、微机内藏型CN C 、CN C 内藏型微机和全软件型N C ,其中前两种体系结构的原型CN C 改动较少,甚至不加改动,相应开放性程度有限,系统可靠性较高,但后两种类型的体系结构都难以利用原型CN C 资源,可靠性较差。
图1为开放性体系结构的一种典型模型,由系统硬件平台、数字伺服接口、系统软件、现场总线等几个层次构成。
基于PC 平台的总线插槽式结构保证了其基本配置和向上、向下扩展的开放性,数字伺服接口保证了本控制器与同层控制器或上层设计规划或车间乃至工厂级网络连接的开放性。
开放式体系结构的模块化、层次化以及基于PC 机的通用软、硬件资源等都是使系统具有可靠性的基本保证。
除此以外还可以通过以下几个方面来提高整个体系结构的可靠性。
(1)开放式数控系统通过数字通讯接口(同轴电缆或光缆)和通讯协议控制伺服轴、主轴和PL C I O 接口等可显著提高系统可靠性。
如SERCO S 协议通讯包采用高级设计链路控制规程国际标准(HDL C ),可靠性高。
CN C 与伺服驱动模块间用光图1 开放式体系结构模型缆或同轴电缆连接时可使布线少,安装可靠,系统控制与诊断功能丰富,如控制方式切换和伺服参数设定等,便于系统安装与维护,可靠性高。
(2)现场总线采用CANBU S、FF、PRO F I BU S 等,尤其在DN C系统中,CAN总线已经成功地被应用,具有高可靠性。
CANBU S是多主结构网络,网络上任一节点可以在任一时刻作为主节点向网络上其它节点发送信息,出错的节点能够自动中断与网络的联系,使异常信息及时上报而得以处理,不像B ITBU S为单主结构网络,效率低,且一旦主节点上出故障,整个系统立即瘫痪。
从链路规范上看, CANBU S采用CS M A CD机制,每帧信息都有CRC校验和其它检错措施,通讯的错误处理能力很强。
另外CANBU S接口卡可选用内存映象方式即双口RAM电路与计算机交换数据。
(3)机床I O信号采用内置式PC总线D I DO 卡与软件相结合(即软件PL C)来代替传统的PL C,具有通用性好、开放性强、可靠性较高等特点。
(4)设立系统配置管理模块,可使系统按实际情况配置所需数控系统,即加载或卸载软件模块,提供系统缺省设置并建立模块间的连接,提高系统的可靠性。
2 数控机床系统内部可靠性与抗干扰设计 按系统各单元的逻辑关系主要有串联系统与并联系统。
串联系统的可靠度为各单元可靠度乘积,显然系统串接单元越多,联接链越长,可靠性越低。
而并联系统中多个单元独立完成同一功能,因此从理论上讲并联系统的单元越多,可靠性越高。
在系统硬件结构设计时,为提高系统可靠性,常用的方法还有如下几个方面:(1)容错与冗余设计 通过添加容错元件如RA I D(独立磁片冗余阵列)来提高其可靠性。
冷备份系统就是一种冗系统,其中1个单元工作,另1个或几个功能相同的单元不工作,只是作为系统的后备,一旦工作单元失效,后备系统立即投入工作,从而保证系统工作正常,但冷备份单元通常是不工作的,一旦发生故障,难以保证及时切换。
介于冷备份系统和并联系统之间的热备份系统中,备份单元平时处于待机状态,可保证切换的及时性,可靠性较高。
如不间断电源U PS常作为重要场合电力供应的热备份系统。
(2)设立程序运行监视系统 设立程序运行监视系统即添加看门狗(W A TCH DO G)电路,系统正常工作时,每隔一段时间向看门狗电路发出1个信号(喂1次狗),一段时间不向看门狗发信号,看门狗便发出信号使系统复位,将其挂起来。
数控系统工作时,其系统或装置内部如设计不当也经常会引起干扰,主要是由于系统工艺、结构、线路设计、电源及地线处理不当或元件性能变化而引起的,它包括过渡干扰和固定干扰,过渡干扰是指逻辑电路在动态工作时引起的干扰,而固定干扰则包括信号线间的相互串扰、长线传输因阻抗不匹配而引起的反射噪声、负载突变而引起的瞬变噪声以及馈电系统的浪涌噪声等干扰形式。
这些现象会迫使数据的传输值、指示值或输出值发生瞬态变化,增大误差,出现假象,甚至使装置的局部或整个系统出现异常情况而引起故障。
常用的抗干扰设计主要有如下几个方面:(1)内部电源应具有良好的调整与保护措施 在CN C系统中的计算机电源大多常用多级滤波并用集成电压调整器进行调整,以较好地适应交流电网电压波动,对过电压、欠电压均有一定的保护作用,而且对各控制轴和功能模块采用单独供电方式,以减少各控制轴和各模块之间电压波动的影响。
(2)采用有效的隔离技术 在CN C系统与I O 通道回路中除滤波环节外,还应有隔离措施,以阻隔输入 输出间电气联系,避免或减小干扰信号。
常用的有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离等。
和CN C 控制系统相联的I O 端用光电隔离,使I O 两部分电路地线分开,各自使用自己的电源,单向传递信息,有效防止干扰信号从输出端馈入输入端。
和电磁铁及电磁阀相联处用继电器隔离,将电气冲击转变为机械接触。
有时在驱动电路中还需要有变压器耦合隔离。
(3)直流滤波 在直流电源回路中,负载的变化会引起电源噪声,如在数字电路中,当电路从一个状态转变为另一个状态时,便会在电源线上产生一个很大的尖峰电流,形成瞬变的噪声电压。
利用电容、电感等储能元件可以抑制因负载变化而产生的噪声。
一般在各电路板电源的入口跨接内电感小的电解电容和陶瓷电容,对直流电源作高低频滤波。
对每一个大规模集成电路芯片电源引角设置滤波电容,对中小规模集成电路可数片共设一个滤波电容。
如PL C 的输出负载(如电磁线圈)会产生干扰信号,对直流负载可并接泄放二极管,对于交流负载可用阻容吸收(图2)。
(a )直流负载 (b )交流负载图2 PL C 干扰抑制3 外部干扰与抗干扰设计(1)电源系统的抗干扰 外部动力电网电压波动对数控机床会产生干扰,一般系统输入的允许变化范围:380V ±15%、220V ±15%,动力电网负载电感引起的干扰对数控机床也会产生影响。
实践证明,一般高于100M H z 的干扰对数控机床的影响较小,而且采用压敏和低通滤波可使频率范围在20kH z ～100M H z 间的干扰大大衰减,采用隔离变压器可消除20kH z 以下的干扰。
交流稳压电源可消除交流电网电压的缓慢变化。
图3为两种典型的交流供电系统。
(2)屏蔽 辐射式干扰主要靠屏蔽克服。
一是将构成干扰源的器件如驱动电源、变压器、机柜等屏蔽图3 两种典型的交流供电系统起来,实现静电和磁的屏蔽;另一形式是将控制系统用双层金属作成屏蔽柜屏蔽起来,一层是电导性能好的铝板,另一层是导磁性好的铁板,以防其它设备、高压线、雷电的空中干扰。
(3)合理接地与布线 数控机床的地线形式有多种。
系统中小信号回路、逻辑电路以及它们的直流电源所构成的工作地,还有系统中继电器、电磁阀及其驱动电源所构成的功率地,这两者不可混接,另外系统中所有机架、箱体等金属构件组成的安全地应接到大地上,接地电缆应足够粗(A >10mm 2为宜),一般要求地电阻小于18。
布线时,应使强电和弱电分开,输入线和输出线分开,脉冲线和电平线分开。
输入信号利用金属屏蔽线(如同步信号线)将它们分开后各自用金属蛇形管走线等。
外置PL C 除尽量单独供电外,最好也安装专用地线,绝不可与其它设备串联接地。
4 软件可靠性与抗干扰设计软件的失效曲线可分为两个阶段(图4所示),前图4 软件失效率曲线(下转第58页)件编程等整个过程。
采取必要的抗干扰电路,数据脉冲传输电路,加上包括采用软件设计格式化、硬件设计模块化等措施,不仅具有较好的通用性,更重要的是极大地提高了系统工作的可靠性。
我们除选用抗干扰能力强的器件外,在硬件配置与安装上,输入信号光电隔离,提高信号噪声比,模拟量信号和脉冲信号采用屏蔽线传送,采用接地等措施,有效地消除或减弱了各种干扰。
2 上位机系统软件上位机控制系统软件包括实时监测、数据查询打印、系统参数设置等子系统,用高级语言编程。
上位机软件由下列模块组成:211 控制与检测(1)监控中心显示当前的各监控指标 操作人员可从微机上看到远距离现场,库房的实时数据以图形方式显示,显示库内温度、库内湿度、库外温度、库外湿度等数据,空调、除湿器的运行状态等信息。