開放式數控系統的研究

　　開放式數控系統的研究，是小編專門為各位數控專業畢業的同學準備的論文，希望對大家有幫助!

　　摘要：目前的數控加工系統，絕大數情況下必須采用相應的專用配件，一旦發生故障，維修成本較高。文章分析了現有數控系統的各種利弊后提出了以“CNC控制板V44”接口板為核心，通過該接口板與步進電機及驅動器、相關檢測元件、其它功能部件的連接，共同構建了數控機床的硬件平臺;并采用PC機中的相關軟件對機床進行控制。該開放式數控系統不僅具有模塊化、可重構、可擴充等優點，還具有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，并向智能化、網絡化方向大大發展。

　　關鍵詞：開放式數控系統 CNC控制板V44 Mach3控制軟件

　　引言

　　數控技術快速的更新換代很大程度上是因為計算機技術的飛速發展。隨著生產系統的要求、生產設備的客觀需要以及機床制造企業的推動作用，才慢慢推出“開放式數控系統”這一概念。所謂“開放式數控系統”，即模塊化、可重構、可擴充的軟硬件數控系統。

　　目前，我國數控機床配置的系統有日本的發那克、三菱、德國的西門子及少量的國產數控系統。無論是國外還是國產的系統，絕大數情況下必須采用相應的專用配件，一旦發生故障，維修成本較高。同時由于系統的封閉性，用戶無法自行開發或集成滿足自己要求的數控系統。

　　本文根據開放式數控系統的基本框架對正在使用中的數控機床的軟硬件進行了重新的設計，完成一臺“基于PC機控制系統”的數控車床，為開放式數控系統體系的建立和實現多一種設計。

　　1 現有數控機床硬件結構與控制系統

　　數控機床一般由機床本體、CNC裝置、輸入/輸出設備、伺服單元、驅動裝置、可編程序控制器PLC、測量裝置、電氣控制裝置、輔助裝置等部分組成。將數控加工程序輸入數控裝置，再由數控裝置控制機床主運動的變速、起停，進給運動的方向、速度和位移大小，以及其他諸如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的啟停等動作，使刀具和工件及其他輔助裝置嚴格地按照數控加工程序規定的順序、路程和參數進行工作，從而使工作臺完成給定的任務。數控機床的結構框圖如圖1所示。

　　數控系統以GSK928TA 數控系統為例進行分析，該數控系統采用8位單片機微機(8032)和16位單片微機(80C196)組成雙CPU系統，分別進行數控系統的管理、人際交互、輸入輸出、數據預處理和插補運算。X軸和Z軸驅動裝置采用DA98系列全數字交流伺服驅動器，X軸和Z軸電機為STZ系列三相交流永磁同步伺服電機。系統原理圖如圖2所示。

　　2 開放式數控系統的原理與構造

　　由于現絕大多數數控系統是建立在單片機基礎上的專用數控系統，因此必須采用相應的專用配件，一旦發生故障，維修成本較高。同時由于系統的封閉性，用戶無法自行開發或集成滿足自己要求的數控系統。通用性差、有限的軟硬件資源成為現絕大多數數控系統的最大軟肋。針對以上問題，本文設計了一個以“CNC控制板V44”接口板為核心，PC機、驅動器、步進電機、相關檢測元件、其它功能部件等為主體的開放式數控機床。

　　2.1 開放式數控系統硬件設計

　　在研究傳統機床的利弊后，推出開放式數控系統的硬件系統，我們采用“PC+ CNC控制板V44”的組合形式，將PC機通過該控制板及外接小板與CNC融合到一起，使PC機成為整個數控的大腦。配以步進電機、驅動器、相關檢測元件、其它功能部件的連接，共同構建了數控機床的硬件平臺;開放式數控系統的硬件結構如圖3 所示。

　　2.2 開放式數控系統軟件模塊化設計

　　本次我們所使用的是window xp的操作系統，該操作系統支持大多數的機械設計造型軟件(如UG，PROE，Solidworks等)。而這些造型軟件都具有將三維設計的模型直接轉換成數控代碼的功能，這樣操作者只要繪制出所要加工零件的模型而取代編程。鑒于這種功能的使用，極大的節約了大量的編程時間。而且由于PC機的存在我們可以通過上網構建網絡的數控系統，更加便捷與方便的進行數據傳輸及控制。

　　系統控制軟件方面，我們選擇Mach3控制系統進行編程，一方面由于Mach3數控系統可以根據實際情況設置相關的參數，以及改變操作界面，因此更加人性化的讓操作者能根據自己的需要調整自己的操作界面，最終產生個性機床。另一方面該數控軟件可以利用txt格式進行編譯，因此可以將造型設計軟件轉換出來的數控代碼復制到txt文本中直接輸入。這樣能更加方便與快捷的進行數控編程。控制軟件的主要程序模塊如圖4所示。

　　3 開放式數控系統整體分析

　　本文所研究的開放式數控系統硬件采用“PC+ CNC控制板V44”的結構，軟件采用WINDOW XP操作平臺系統+Mach3控制軟件。該開放式數控系統加工平臺從軟硬件及性能方面進行了很大的提升。以PC為主體，CNC控制板V44為核心。利用PC機的通用化和標準化及主機多樣的擴展槽，解決了常規機床擴展性問題。

　　利用PC機的三維設計軟件以及Mach3個性界面，更有效的解決編程方法缺乏多元化及封閉性問題。同時由于開放性數控系統硬件的模塊化，有效的解決硬件配件的單一性與高維修費用。

　　4 結語

　　本設計將一臺數控車床的整體系統改造成為開放式數控加工系統，其結構為“PC+ CNC控制板V44”形式，將CNC控制系統與PC機巧妙的結合，采用WINDEW XP操作系統，將PC機豐富的軟硬件資源及第三方軟件模塊相互結合，而采用Mach3控制系統的個性化操作界面將“開放性”發揮到了極致，真正展現出個性機床。

　　參考文獻：

　　[1]滕宏春.機床數控技術應用[M].北京：機械工業出版社，2009.1

　　[2]常曉玲，沙杰，劉戰術.開放式數控系統PMAC軟件的模塊化結構與開發方法[J].制造技術與機床，2003(9)：41-43

　　[3]袁曉明.基于組件技術的開放式數控系統研究與開發[D].江蘇鎮江：江蘇大學，2007

【開放式數控系統的研究】相關文章：

開放式數控系統綜述10-07

開放式數控系統的備份和恢復10-05

淺析基于PC的開放式數控系統論文10-08

臥式加工中心數控系統設計研究論文10-08

機床數控系統插補算法10-05

新型玻璃磨邊機數控系統10-05

數控系統軟件可靠性10-05

計算機數控系統通信技術10-05

幾種數控系統數據備份與恢復方法10-05

三菱數控系統伺服參數調整技術10-05