开放式数控系统的研究

开放式数控系统的研究

　　开放式数控系统的研究，是小编专门为各位数控专业毕业的同学准备的论文，希望对大家有帮助!

　　摘要：目前的数控加工系统，绝大数情况下必须采用相应的专用配件，一旦发生故障，维修成本较高。文章分析了现有数控系统的各种利弊后提出了以“CNC控制板V44”接口板为核心，通过该接口板与步进电机及驱动器、相关检测元件、其它功能部件的连接，共同构建了数控机床的硬件平台;并采用PC机中的相关软件对机床进行控制。该开放式数控系统不仅具有模块化、可重构、可扩充等优点，还具有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发展。

　　关键词：开放式数控系统 CNC控制板V44 Mach3控制软件

　　引言

　　数控技术快速的更新换代很大程度上是因为计算机技术的飞速发展。随着生产系统的要求、生产设备的客观需要以及机床制造企业的推动作用，才慢慢推出“开放式数控系统”这一概念。所谓“开放式数控系统”，即模块化、可重构、可扩充的软硬件数控系统。

　　目前，我国数控机床配置的系统有日本的发那克、三菱、德国的西门子及少量的国产数控系统。无论是国外还是国产的系统，绝大数情况下必须采用相应的专用配件，一旦发生故障，维修成本较高。同时由于系统的封闭性，用户无法自行开发或集成满足自己要求的数控系统。

　　本文根据开放式数控系统的基本框架对正在使用中的数控机床的软硬件进行了重新的设计，完成一台“基于PC机控制系统”的数控车床，为开放式数控系统体系的建立和实现多一种设计。

　　1 现有数控机床硬件结构与控制系统

　　数控机床一般由机床本体、CNC装置、输入/输出设备、伺服单元、驱动装置、可编程序控制器PLC、测量装置、电气控制装置、辅助装置等部分组成。将数控加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、起停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的启停等动作，使刀具和工件及其他辅助装置严格地按照数控加工程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而使工作台完成给定的任务。数控机床的结构框图如图1所示。

　　数控系统以GSK928TA 数控系统为例进行分析，该数控系统采用8位单片机微机(8032)和16位单片微机(80C196)组成双CPU系统，分别进行数控系统的管理、人际交互、输入输出、数据预处理和插补运算。X轴和Z轴驱动装置采用DA98系列全数字交流伺服驱动器，X轴和Z轴电机为STZ系列三相交流永磁同步伺服电机。系统原理图如图2所示。

　　2 开放式数控系统的原理与构造

　　由于现绝大多数数控系统是建立在单片机基础上的专用数控系统，因此必须采用相应的专用配件，一旦发生故障，维修成本较高。同时由于系统的封闭性，用户无法自行开发或集成满足自己要求的数控系统。通用性差、有限的软硬件资源成为现绝大多数数控系统的最大软肋。针对以上问题，本文设计了一个以“CNC控制板V44”接口板为核心，PC机、驱动器、步进电机、相关检测元件、其它功能部件等为主体的开放式数控机床。

　　2.1 开放式数控系统硬件设计

　　在研究传统机床的利弊后，推出开放式数控系统的硬件系统，我们采用“PC+ CNC控制板V44”的组合形式，将PC机通过该控制板及外接小板与CNC融合到一起，使PC机成为整个数控的大脑。配以步进电机、驱动器、相关检测元件、其它功能部件的连接，共同构建了数控机床的硬件平台;开放式数控系统的硬件结构如图3 所示。

　　2.2 开放式数控系统软件模块化设计

　　本次我们所使用的是window xp的操作系统，该操作系统支持大多数的机械设计造型软件(如UG，PROE，Solidworks等)。而这些造型软件都具有将三维设计的模型直接转换成数控代码的功能，这样操作者只要绘制出所要加工零件的模型而取代编程。鉴于这种功能的使用，极大的节约了大量的编程时间。而且由于PC机的存在我们可以通过上网构建网络的数控系统，更加便捷与方便的进行数据传输及控制。

　　系统控制软件方面，我们选择Mach3控制系统进行编程，一方面由于Mach3数控系统可以根据实际情况设置相关的参数，以及改变操作界面，因此更加人性化的让操作者能根据自己的需要调整自己的操作界面，最终产生个性机床。另一方面该数控软件可以利用txt格式进行编译，因此可以将造型设计软件转换出来的数控代码复制到txt文本中直接输入。这样能更加方便与快捷的进行数控编程。控制软件的主要程序模块如图4所示。

　　3 开放式数控系统整体分析

　　本文所研究的开放式数控系统硬件采用“PC+ CNC控制板V44”的结构，软件采用WINDOW XP操作平台系统+Mach3控制软件。该开放式数控系统加工平台从软硬件及性能方面进行了很大的提升。以PC为主体，CNC控制板V44为核心。利用PC机的通用化和标准化及主机多样的扩展槽，解决了常规机床扩展性问题。

　　利用PC机的三维设计软件以及Mach3个性界面，更有效的解决编程方法缺乏多元化及封闭性问题。同时由于开放性数控系统硬件的模块化，有效的解决硬件配件的单一性与高维修费用。

　　4 结语

　　本设计将一台数控车床的整体系统改造成为开放式数控加工系统，其结构为“PC+ CNC控制板V44”形式，将CNC控制系统与PC机巧妙的结合，采用WINDEW XP操作系统，将PC机丰富的软硬件资源及第三方软件模块相互结合，而采用Mach3控制系统的个性化操作界面将“开放性”发挥到了极致，真正展现出个性机床。

　　参考文献：

　　[1]滕宏春.机床数控技术应用[M].北京：机械工业出版社，2009.1

　　[2]常晓玲，沙杰，刘战术.开放式数控系统PMAC软件的模块化结构与开发方法[J].制造技术与机床，2003(9)：41-43

　　[3]袁晓明.基于组件技术的开放式数控系统研究与开发[D].江苏镇江：江苏大学，2007

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