开放式数控系统介绍
第七讲 开放式数控系统应用举例(二)
通过 控制行 程为 ２７ １８ ｍ（１ ０５ ．ｍ ８７英寸 ）直 径 ３４ ８ ｍ 、 ０ ．ｍ
（２英 寸 ） 液 压 缸 来 控 制 此 平 台 ， 变 倾 斜 角 度 到 １ 的 改
圈 １ ＡＥＣ ＯＭ 微 型 阵 列 打 印 机
２ １ 机 械 滑 台 ．
１￣并 以 １２４ ｍ８的速度使 平 台下沉 ６９ｒ ２ ２， ５ ．ｒ ／ ａ ０６ａ ０英 ｍ（
轴数 ： ８轴 。
机械 滑 台由安川 电动 机和 伺服放 大器 定位 。 轴 电 动机 ：５ Ｗ、ｏ０ｌｆ ， ７ ０ ３ ｒ ｉ 转矩 ２ ３ ７ ・ Ｙ轴 电动机 ： ｎｎ ．８ Ｎ ｍ； ２０ ３ ０ ｍｎ 转 矩 ０ ６６ ｍ ； ０ Ｗ、ｏ ｄ ｉ， ３ Ｎ・ Ｚ轴 电 动机 ：Ｏ Ｗ、 １
２ Ａ Ｃ Ｍ 微 型 阵 列 打 印 机 Ｅ ０
Ａ Ｃ Ｍ 的微 型 阵列 打 印机 （ １ 是 用 来 在 显 微 ＥＯ 图 ） 镜载 片 上 存 放 高 密 度 网 格 排 列 的 ｅ Ｎ 染 色 体 组 Ｄ Ａ、 Ｄ Ａ或其它类 似 的生 物 物质 的专 用仪 器 ， Ｎ 主要 由一 台
计算 机控 制 的高 精 、 速 三 轴机 器 人 和一 个 独 特 的 笔 高
尖组 件组 成 。它能在 一 个很小 的表 面上存 放成 千上 万 滴基 因物 质。 笔尖 每次 滴 一 小滴 ， 一滴 的基 因都 不 每 同。这样 就能用 基 因物 质 的取 样 进 行 基 因表 达 实验 ， 同时获 得基 因的数据 。
式数控 系统 的功能 及其 在 机 床 和 机 器人 方 面 的 应 用
本期 我 们将为 您介 绍 Ｐ Ａ Ｍ Ｃ在 其 它方面如 检 验 、 喷涂 、
焊接 、 印刷 、 力控 制 、 品加工 、 装 、 张 食 包 材料 处 理 、 车辆
对开放式数控系统的研究综述
3. 欧盟o A s 以计划。早在1 8 年n 月，在德国机床厂提出的新型控制 97 器方案的原则为: 可组配、模块化和开放式。199 年1 月，欧洲各国的合 1 0 作计划o A A开始启动，目的是制定一个与制造商无关的开放控制系统结 s C 构。该计划提高了欧洲各国机床和控制系统制造商在世界市场中的竞争 力。O A A S C 计划提高了系统的开放和柔性程度，减少了开发、维护、培训和
SILIC O N
LLE Y . 耳 表 矍
对开放 式数控 系统 的研究综述
苏有能
(长江大学机械工程学院 材料 湖北 荆州 4 4 23 30 )
〔 要 叙 放式明 放式 控系统的 优越性 及其发 状况， 展 介绍美国 以c、日 osE 、 osA 三大 。 本 c 欧盟 以 计划的 形成， 国 指出 内
到9伽/ m n。国内加工中心快速进给大多在3伽/ 耐n左右，个别达到 i 60. / 耐n。在加工精度上，国外卧式加工中心都装有机床精度温度补偿系 统，加工精度比较稳定，而国内尚在研发中。
五、结论
总之，传统的数控系统虽然技术发展的己经很成熟，但是因其局限
由专用性导致的系统封闭为系统自身的扩充、修改、兼容带来了很大 的困难。对侧C技术带来了极大的局限。束缚了 C自身产业的发展。 N C 三、国内外对开放式傲控系狡的研究状况
外数控技术的差距与对比.
【 关键词〕 开放式数控系统 优越性 差距与对比 特点
中图分类号: TPZ 文献标识码: A 文连编号: 1671一7597 (20 8 ) 03210128一01 0
一、开放式橄控系统的姐念及特征
控制器” 的结构. 该计划明确了各层次模块的功能、服务内容及接口 规
范，提出了控制器的分层模型。
浅谈开放式数控系统在实时操作中的应用
理， 对于机械产品的性能 、 精度和生产效率就有 了更 高的要 求。 关键 词 ： 开 放 式 数控 ； 实时操 作 ； 应用
１ 概述 １ ． １ 开 放式 数控 系统 的概 念 。开放 式数 控 系统是 数控 系统 的发 展 的 必 然趋 势 ， 目前对 于它 的研 究 正处 于一 种研 究 阶段 ， 对 于它 的定 义 是 各说纷纭 ，是一种百家争鸣的局面。国际电气电子Ｔ程师协会 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ 给与它这样的定义 ： 开放式数控系统是符合系统规范 ， 可以在不同的 供应商提供 的平 台上运行 ， 可以与其它应用系统相互兼容 ， 且具有一 致的用户交互界面。其实我们可以这样来理解 ， 开放式数控系统就是 为用户提供一个平台 ， 用户可依据需求 ， 在这个平 台上开发出满足需
求的硬件和软件 ， 并与这个应用系统相兼容 ， 从而形成一个具有商Ｉ 生 价比的系统。 １ ｌ ２ 开放式数控系统的特点。开放式数控系统从 目前对其的研究上 来看， 其具有以下四个特点： １ ） 相互操作性。 开放式数控系统为用户提 供 了标准化的通用接 口， 将不同的应用程序模块通过这种标准化通用 接 口运行在平台之上，使得程序之间具有一种能够相互操作的能力 ， 相互协调来完成任务。 ２ ） 可移槽 陛。 可移植胜是开放式数控系统所具 有 的最大特点。应用系统中的程序模块具有了可移植性， 那么也就解 决了软件共享的问题。不过应用系统要具有可移植 ｌ 生， 那么其设备就 必需具有一种无关 ｌ 生， 这样通过通用接 口的连接就可完成了对系统设 备的控制 ， 从而符合用户要求来完成任务。 ３ ） 可缩放性。 开放式数控系 统具有可缩放性的特点 ， 用户就可依据 自己对功能的需求选择数据系 统， 对于需要 的程序模块可装载添加 ， 不需要的功能程序就可将其卸 载， 可避免为了某一功能而选择复杂及功能全的数控系统 ， 避免浪费 ， 而且复杂的操作系统操作将相对复杂的。 １ － ３ 开放式数控系统的模式。１ ） Ｐ Ｃ嵌入 Ｎ Ｃ中。目前科技的进步 ， 数 控系统趋向于一种开放化的发展趋势 ， 对于一些传统 的数控系统制造 商来说 ， 就必须对其进行改变来适应社会发展的需求。传统的数控系 统 制造 商将 系 统 中 Ｃ Ｎ Ｃ部 分与 Ｐ Ｃ机相 结合 ，把 以往 不具 有 实 时控 制 的部分 在 Ｐ ｃ机 上来 实现 ，具 有 实 时控 制 的部 分 还在 原 系统 中应 用。 这样将 Ｐ Ｃ嵌入 Ｎ Ｃ， 改善了数控系统的许多功能， 如图形显示 、 人 机界面 、 编程等。 ２ ） Ｎ Ｃ嵌入 Ｐ Ｃ 中。 对于基于 Ｐ Ｃ机为基础的 Ｃ Ｎ Ｃ制 造商 ， 它们所开发的商 ｝ 生 能程序软件将具有这非常好的开放性 ， 用户
数控技术第4章计算机数控系统(1)
位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC） 代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关 量的控制。 分为两类： 一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制 而专门设计制造的。 另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功 能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构 适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。 紧藕合：相同的操作系统 松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制 的轴数来衡量。
准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。 插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。 进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度 进给倍率
主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。 转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停 辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却 泵的通和断、刀库的起停等。 刀具功能：T指令，选择刀具。 字符和图形显示功能： 显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。 自诊断功能： 故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理 编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方 向上的速度，进给速度处 理要根据合成速度计算 出各坐标方向的分速度。 此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的 限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行 自动加减速处理。
5、插补计算 插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和 终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程
基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软 件的过程。 通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据 信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速 度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到 其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服 电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反 馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要 求的位臵。
2019春西南大学0937数控技术作业答案
1、数控机床的驱动执行部分是（）。
1.数控机床本体2.数控装置3.伺服系统4.控制介质与阅读装置2、刀位点是（）上的点。
1.刀具2.工件3.夹具3、闭环控制系统的位置反馈元件应（）。
1.装在电机轴/传动丝杆上2.装在执行部件上3.装在传动丝杆上4、改变步进电机定子绕组的通电顺序，则（）。
1.步进电机的脉冲当量发生变化2.转子的旋转方向发生变化3.步进电机的步距角发生变化4.步进电机转子转速发生变化5、逐点比较法是用（）来逼近曲线的。
1.折线2.直线3.圆弧和直线6、所谓插补就是根据输入线型和速度的要求（）。
1.实时分配各轴在每个插补周期内的位移量2.计算各轴下一插补周期的位移量3.实时计算刀具相对与工件的合成进给速度7、建立刀具长度正补偿的指令是（）。
1. G432. G443. G498、为确定工件在机床中的位置，要确定（）。
1.机床坐标系2.工件坐标系3.笛卡尔坐标系9、数控机床上交流伺服电机的变频调速常采用（）方式。
1.交-直-交变频调速2.交-交变频调速3.直-交-直变频调速4.直-直变频调速10、步进电动机的转速主要取决于（）。
1.电脉冲的总数2.电流的大小3.电脉冲的频率4.电压的高低多项选择题11、伺服系统是一种以（）为控制对象的自动控制系统。
1.功率2.机械位置或角度3.加速度4.速度12、数控机床适合加工（）。
1.大批量生产的标准件2.结构比较复杂精度要求高的零件3.加工批量小、改型频繁的零件4.多品种小批量生产的零件。
13、对于步进电机的特性，以下说法正确的是（）。
<br< span="" style="box-sizing: border-box;"></br<>1.启动频率(突跳频率)fq是反映步进电机快速性能的重要指标，若启动时的频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动，而造成失步；2.步进电机连续运行的工作频率fmax通常低于步进电机的启动频率fq；3.最大静态转矩Mjmax反应了步进电机的自锁能力；4.步进电机采用单相轮流通电方式与单双相轮流通电方式的步距角相同，采用双相轮流通电方式时步距角可减半。
开放式数控系统
开放式数控系统
1）开放的含义
开放式数控系统是一种模块化的、可重构的、可扩充的通用数控系统，它以工业PC 机作为CNC 装置的支撑平台，再由各专业数控厂商依据需要装入自己的掌握卡和数控软件构成相应的CNC 装置。
2）开放的特征
（1）可移植性：系统的应用模块无需经过任何转变就可以用于另一平台，仍旧保持原有特性。
（2）可扩展性：不同应用模块可在同一平台上运行。
（3）可协同性：不同应用模块能够协同工作，并以确定方式交换数据。
（4）规模可变：应用模块的功能和性能以及硬件的规模可根据需要调整。
3）系统结构
（1）CNC+PC主板：把一块PC主板插入传统的CNC机器中，PC 主板主要运行非实时掌握，CNC主要运行以坐标轴运动为主的实时掌握。
（2）PC+专业运动掌握卡：把运动掌握卡插入计算机标准插槽中作实时掌握用，PC机主要用作处理非实时掌握。
4）开放层次
（1）系统层CNC系统的开放（系统层）
CNC系统可以直接运行各种应用软件，大大改善CNC的图形显示、动态仿真、编程和诊断功能。
（2）用户操作界面的开放（界面层）
用户操作界面的开放使CNC系统具有更加友好的用户接口，有的甚至还具备远程诊断的功能。
（3）CNC内核的深层次开放（内核层）
通过编译循环，用户可以把自己用C或C++语言开发的应用软件加到标准CNC的内核中。
形成独具特色的共性化数控机床。
Mazatrol Fusion 640数控系统简介
准确的模拟实际加工的刀具路径。 准确的模拟实际加工的刀具路径。
（其他公司带PC的CNC不能显示与实际加工相同的图象）
操作人员看不到的机床内侧的铣削加工状况 也可以移到正面加以观察确认。 由于是MAZATROL，所以可 用实际的刀具数据绘图。
由于是MAZATROL，所以可以 描绘加工工件原料图。
（一般的CAM需要特别的加工工件原料定义）
运转状况数据 ■自动运转中 ■机床停止中 ■准备中 ■报警 等
并可按加工工件管理每天 的加工数量。
由于PC部与CNC部是融合在一起的，所以在显示按加工工件的每天 运转内容的同时，也显示加工数量。 在外部（办公室、家中）也可看到这个画面，可称为管理者的好助手。
MAZATROL FUSION 640
主轴负荷显示
仭 模具加工的微量线分段进给的运行速度比以往提高了俀倍。 最近在模具加工中，为了减少手工加工的工序，对加工精度的要求越来越高，所以 微量线分段进给越来越精细了。 …但是 Mazatrol FUSION 640不会降低生产效率。
M-Plus M-Plus
工件尺寸 线分长度
１００ ｍｍ亊１００ ｍｍ ３０兪ｍ乣１００兪ｍ
MAZATROL FUSION 640
编程 编程 加工向导预测 加工向导预测 向导 向导
监控 监控
加工向导
实例介绍 实例介绍 加工 加工 监控 监控 加工向导结果 加工向导结果 主轴负荷记录 主轴负荷记录
因为画面上实时显示正在加工中刀具的切削条件（主轴转速、进给负载、主轴 负载等），所以可判断这些条件是否合适。 在外部（办公室、家中等）也可看到这个监控画面。由于将现场的机械运转状 况向管理者报告，因此可实时地掌握现场情况，可称为管理者的好助手。
开放式数控系统的应用实例介绍
开放式数控系统的应用实例介绍我们对开放式数控系统有了一个全面的了解，下面将介绍一些开放式数控系统的应用实例。
1 PMAC为核心的开放式控制系统应用概述PMAC的开放性使其建立的系统具有高可靠性、灵活性、多功能和高性能价格比，重要的是你可以随心所欲地开发各种控制系统而不必依赖于封闭式体系结构的CNC控制器。
因此，PMAC在世界各个行业得到了应用。
在机床方面，已成功地应用于立式和卧式加工中心、铣床、车床、TURNING CENTERS、磨床、激光切割、电加工机床、冲床、水刀切割和木工机械等，如Viking CE无心外圆磨床、SZ-1000微孔钻床、CMT-830八工位车床、Eagle NC光学镜面加工磨床、机床改造等。
在机器人方面，已应用于自动擦窗机器人、AP机器人、HECTOSPEC光线定位机器人、遥控系统的仿形手臂和近海石油钻塔机器人等。
其它方面应用如电子束平板印刷、高速膜缠绕机、台式注塑机、孕检产品装配线、TITANIC号、注塑机、精密飞行运动仿真器和无纺纺织机等。
在中国，PMAC目前主要应用在机床、机器人、测量、印刷、半导体、食品及通用自动化等方面，如喷涂和弧焊机器人(机械部自动化研究所)、重载机器人6轴虚拟机床(沈阳自动化所)、激光成型/切割、水刀切割机、4/8轴管道焊接机、飞剪设备、等离子/火焰切割机、半导体加工设备等。
随着应用的深入，以PMAC为核心控制器的开放式数控系统将得到更加广泛的应用。
限于篇幅，本讲只介绍开放式数控系统在机床和机器人方面的应用。
2 Eagle NC光学镜面加工磨床Eagle是制造加工大工件的CNC移动式龙门加工中心的厂商。
他们的目标市场是石油化工行业。
为了充分发挥PMAC的功能，Eagle不断尝试新的应用并把它应用到自己的新产品中。
Eagle计划用PMAC开发一种带转动刀具的立式磨削中心，用于光学反射镜表面的硅基层的微米级的精密加工。
这些加工表面的亚微米级加工进给速度将达到12.7mm/h，有些加工面的公称直径是1524mm。
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开放式数控系统概述
１.传统的数控系统存在的问题
标准的软件化、开放式控制器是真正的下一代控制器。
传统的数控系统采用专用计算机系统,软硬件对用户都是封闭的,主要存在以下问题:
（１）由于传统数控系统的封闭性,各数控系统生产厂家的产品软硬件不兼容，使得用户投资安全性受到威胁,购买成本和产品生命周期内的使用成本高。
同时专用控制器的软硬件的主流技术远远地落后于PC的技术，系统无法“借用”日新月异的ＰC技术而升级。
（２）系统功能固定，不能充分反映机床制造厂的生产经验,不具备某些机床或工艺特征需要的性能，用户无法对系统进行重新定义和扩展,也很难满足最终用户的特殊要求。
作为机床生产厂希望生产的数控机床有自己的特色以区别于竞争对手的产品，以利于在激烈的市场竞争中占有一席之地，而传统的数控系统是做不到的。
(3）传统数控系统缺乏统一有效和高速的通道与其他控制设备和网络设备进行互连，信息被锁在“黑匣子”中，每一台设备都成为自动化的“孤岛”,对企业的网络化和信息化发展是一个障碍。
(4）传统数控系统人机界面不灵活,系统的培训和维护费用昂贵。
许多厂家花巨资购买高档数控设备,面对几本甚至十几本沉甸甸的技术资料不知从何下手。
由于缺乏使用和维护知识,购买的设备不能充分发挥其作用。
一旦出现故障，面对“黑匣子” 无从下手,维修费用十分昂贵。
有的设备由于不能正确使用以致于长期处于瘫痪状态,花巨资购买的设备非但不能发挥作用反而成了企业的沉重包袱。
在计算机技术飞速发展的今天,商业和办公自动化的软硬件系统开放性已经非常好，如果计算机的任何软硬件出了故障，都可以很快从市场买到它并加以解决，而这在传统封闭式数控系统中是作不到的。
为克服传统数控系统的缺点，数控系统正朝着开放式数控系统的方向
发展。
目前其主要形式是基于ＰC的ＮC,即在PC的总线上插上具有NC功能的运动控制卡完成实时性要求高的NC内核功能，或者利用ＮC与ＰC通讯改善PC的界面和其他功能。
这种形式的开放式数控系统在开放性、功能、购买和使用总成本以及人机界面等方面较传统数控有很大的改善,但它还包含有专用硬件、扩展不方便。
国内外现阶段开发的开放式数控系统大都是这种结构形式的。
这种ＰＣ化的NC还有专有化硬件,还不是严格意义上的开放式数控系统。
要实现控制系统的开放,首先得有一个大家遵循的标准。
国际上一些工业化国家都开展了这一方面的研究，旨在建立一种标准规范，使得控制系统软硬件与供应商无关,并且实现可移植性、可扩展性、互操作性、统一的人机界面风格和可维护性以取得产品的柔性、降低产品成本和使用的隐形成本、缩短产品供应时间。
这些计划包括
(a)欧共体的EＳPRIT ６379 ＯＳＡCＡ（Ｏpen SｙｓtｅｍArchiｔｅｃtuｒe forＣontrol wｉtｈＡutoｍatiｏｎSystems)计划,开始于19９2年,历时6年，有由控制供应商、机床制造企业和研究机构等组成的35个成员。
(b）美国空军开展了ＮGC（下一代控制器)项目的研究，美国国家标准技术协会NIST在NGC的基础上进行了进一步研究工作，提出了增强型机床控制器ＥMC(Enhaｎｃed Maｃｈiｎe Conｔroｌｌｅr），并建立了Linｕx CNC实验床验证其基本方案；美国三大汽车公司联合研究了OMAＣ，他们联合欧洲OSACＡ组织和日本的JOP（Jａpａn FA OpeｎSyｓtems Promotion Groｕp)建立了一套国际标准的API,是一个比较实用且影响较广的标准。
(c)日本联合六大公司成立了ＯSEC(Ｏpen SyｓtemＥnvironmeｎt forＣｏntroｌｌｅr）组织,该组织讨论的重点是NＣ(数字控制)本身和分布式控制系统。
该组织定义了开放结构和生产系统的界面规范,推进工厂自动化控制设备的国际标准。
2０00年,国家经贸委和机械工业局组织进行“新一代开放式数控系统平台”的研究开发。
20０１年6月完成了在OSAＣA的基础上编制“开放式数控系统技术规范”和建立了开放式数控系统软、硬件平台,并通过了国家级验收。
此外还有一些学校、企业也在进行开放式数控系统的研究开发。
开放式数控系统是制造技术领域的革命性飞跃。
其硬件、软件和总线规范都是对外开放的,由于有充足的软、硬件资源可被利用,系统软硬件可随着ＰC技术的发展而升级，不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而且针对用户的二次开发也带来方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用,既可通过升档或裁剪构成各种档次的数控系统,又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统,开发周期大大缩短。