开放式数控系统
基于开放式EtherCAT总线的固高数控系统 (1)
机床数控系统作为数控机床的核心，其升级的速度和适应市场需求的能力，直接影响了数控机床的发展。
在科学技术高速发展的今天，机床数控系统已逐步趋向开放、智能、网络等发展方向。
作为国内自主研发数控系统领头企业的固高科技有限公司（以下简称“固高科技”），其开源数控系统与开放式EtherCAT总线控制的结合，直接引领了当今数控机床的发展。
机床数控系统的发展从1952年第一台试验性数控系统研制成功到现在，数控系统已经走过了66年。
在这六十多年的发展历程中，数控系统从集成电路式到微机式、从PLC到NC再到CNC，无论是在外形体积和集成度，还是在功能性和稳定性上，都取得了飞速的发展。
现代数控机床是集机械、液压、气动、电子、自动化、传感测量及计算机于一体的机电一体化产品，而机床数控系统作为其关键的基础单元，主要用于输入数字化的零件程序，并存储输入信息、变换数据、插补运算和实现各种控制，所以其功能的强弱和性能的好坏决定着整个产品的市场定位和使用体验。
在日益复杂的制造发展历程中，数控系统也在为适应发展而发生着根本性的变革。
数控系统的开放式体系结构具有更好的通用性、适用性和拓展性，作为当下数控系统发展的潮流，目前已被很多知名大企业所认可和应用。
随着数控系统开放性的发展，智能化、网络化也逐渐被开发及推广。
固高数控系统的介绍及特点固高科技成立于1999年，总部位于香港科技大学。
在运动控制、伺服驱动研究、机械优化设计等工业自动化技术的研究和应用方面，固高科技汇集了一批在运动控制及机电一体化领域卓有建树的科技精英。
固高科技的数控系统产品广泛应用于数控机床、机器人、激光加工设备、生产自动化等工业控制领域。
自主研发的计算机可编程运动控制器、基于PC的开放式运动控制器、网络式运动控制器、嵌入式运动控制器等产品和系统，综合性能已达到了国际一流水平，填补了国内同行的多项空白。
固高数控系统（图1）是基于CoDeSys平台开发的开放式数控系统。
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。
开放式数控系统的现状与发展
开放式数控系统的现状与发展作者：王晓东刘宇来源：《城市建设理论研究》2013年第04期摘要：数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。
而数控系统是数控制造技术的核心是一种基于计算机控制的实时控制系统。
本文介绍了开放式数控系统的技术内容，分析了开放式数控技术发展现状，探讨了开放式数控系统的发展趋势。
关键词：开放式数控系统技术内容现状发展趋势中图分类号：S776.05 文献标识码：A 文章编号：随着现代制造业逐渐面向多品种、小批量生产方式的转变, 同时, 还有高精、高效、高速加工的需要以及企业为实现异地制造和远程诊断所需的联网功能及智能控制, 开放式数控系统已成为数控系统发展的重要方向.一、开放式数控概念的提出随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，机械产品的机构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，对数控机床柔性、通用性提出了更高的要求，以保证制造业向着高精度、高速度、高效率、快速的市场响应、易操作性等方向发展。
传统的数控系统在结构上提供给用户有限的选择，用户无法对现有数控设备的功能进行修改以满足自己特殊的需求。
传统的数控系统是一种专用封闭式系统，它越来越不能满足市场发展的需要。
传统的数控系统的缺点如下：（1）与通用计算机不兼容，不同厂家的数控系统不兼容，甚至同一个厂家的不同系列的数控系统也不兼容；（2）各种数控系统的内部结构复杂，一旦数控系统发生故障，往往需要找生产厂家来维修，很不方便，而且大大提高了维修费用；（3）难进行升级和进一步开发；（4）专用封闭式数控系统的发展一般滞后5年左右，在计算机技术迅猛发展的今天，这是一个相当长的时间。
传统数控系统的上述特点严重制约着数控技术的发展，不能满足市场对数控技术新的要求。
针对这种情况，人们80年代就提出了开放式控制系统的概念。
早在1987年，美国开始了名为“下一代控制系统”的NGC计划，并成立了“美国国家制造科学中心”，其主要目的是在拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析规范。
开放式数控的研究
（16）基于PC的数控系统的组成。
（17）系统的网络拓扑
（18）硬件设计
上午10时14分
开
目录
放
式 （19）系统硬件平台的设计（主控）。
数 控
（20）DSP多轴运动控制卡的设计。
研 究
（21）各模块的接口协议和通讯。
（22）系统反馈环节的选择。
（22）CPLD实现4倍频和辩向。
（23）CPLD实现高速计数。
（5）RTOS的移值和实时联调
上午10时14分
开
数控系统发展背景、系统的设计方案
放
式
数
控 研
第一讲
究
数控系统发展背景、系统的设计方案
进入
开
目录
放
式 （1）数控技术的发展历史。
数 控
（2）国内数控的研究情况。
研 究
（3）数控设备的发展趋势。
（4）开放式CNC的产生。
（5）开放式数控的特点。
（6）开放式数控的发展现状。
研
究 （2）可移值性 ：应用程序可在不同的平台上运行。
开 （3）伸缩性 ：可任意删除各功能模块 。 放 （4）可交换性 ：可任意互换功能模块 。 式 系 统 的 特 点
上午10时14分
开
开放式数控设备的发展现状
放
式
数
控 研
（1）美国的NGC和OMAC计划 。
究 （2）日本的OSEC计划 。
开 放
（3）欧盟OSACA计划。
（24）CPLD实现变频。
（25）致谢
ห้องสมุดไป่ตู้
上午10时14分
上午10时14分
开
数控技术的发展历史
放
式
数
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。
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。
新型数控系统简介41344
3、机床本体良好的刚性
数控机床是一种典型的机电一体化产品，数控机床的 品质如加工精度和动态特性，不是仅仅取决于采用什么 档次的数控系统，更取决于高质量的机械部件和优化的 装配工艺，取决于机电的密切配合，机床本体的刚性直 接影响数控机床的动态特性，优良的机械系统是一台高 品质数控机床的基础。
内容提要
• 8.1数控系统发展趋势 • 8.2高速高精加工机床 • 8.3开放式数控系统
8.1 数控系统发展趋势
一、高精度、高速度 1、足够高的进给加速度 2、高精度插补 3、前馈控制 4、连续轮廓前瞻控制 5、必须配备高分辨率的检测光栅
二、开放式体系 三、智能化 四、网络化 五、高可靠性 六、多轴联动化
“开放”是数控和各种控制系统的发展趋势，它既 来自数控机床用户和制造厂家的要求，也来自于数控 系统本身追求高质量、低成本的需要。开放式数控系 统具有模块化、接口标准化、可替换性、可裁剪性以 及适于二次开发等基本特点。
谢谢观看/欢迎下载
BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH
• HSC技术的影响因素
高速切削不只是切削速度的提高，是一项复杂的系统工 程，它的发展涉及到机床、数控系统、刀具、工艺和材 料等诸多领域的技术配合和技术创新。
• 高速切削机床的主要技术
1、高速电主轴 2、高速进给系统 当前高定位精度的高速进给系统的最佳解决方案：直 线驱动加绝对式光栅尺。
基于开放式超精密数控系统的五轴rtcp算法及应用研究
基于开放式超精密数控系统的五轴rtcp算法及应用研究基于开放式超精密数控系统的五轴RTCP（实时坐标转换处理）算法是一种先进的数控技术，用于提高复杂曲面加工的精度和效率。
以下是关于该主题的研究内容概述：1. 研究背景：- 开放式数控系统具有灵活性和可扩展性，允许用户根据需要定制和优化控制策略。
- 五轴加工能够在多个方向上同时进行切削，提高了加工复杂形状的能力。
- RTCP算法是五轴加工中的关键技术，它能够实时计算刀具的位置和姿态，以适应工件的形状和切削条件。
2. 算法原理：- RTCP算法包括刀具中心点控制（TCPC）和刀具姿态控制（TPC），确保刀具沿预定路径精确移动。
- 算法需要考虑机床的运动学特性，如关节限制、奇异点避免等。
- 算法还需要处理非线性误差补偿、切削力变形补偿等问题，以提高加工精度。
3. 系统架构：- 开放式超精密数控系统通常采用模块化设计，包括硬件平台、操作系统、控制软件等。
- 系统应支持高速数据处理和通信，以满足实时计算的需求。
- 用户界面应便于操作者进行参数设置、程序编辑和状态监控。
4. 算法实现：- 利用高级编程语言（如C++）和数学库（如MATLAB）开发RTCP算法。
- 算法需要在实时操作系统（RTOS）环境下运行，以保证任务的实时性。
- 算法的性能需要通过仿真和实际加工测试进行验证。
5. 应用研究：- 研究不同材料和形状的工件对RTCP算法的影响，优化切削参数。
- 分析五轴加工中的误差来源，如机床热变形、刀具磨损等，并开发相应的补偿策略。
- 探索RTCP算法在微细加工、硬脆材料加工等领域的应用潜力。
6. 成果与展望：- 研究成果可以指导开放式超精密数控系统的设计和改进，提升五轴加工的性能。
- 未来工作可能包括算法的进一步优化、智能化控制策略的开发等。
基于开放式超精密数控系统的五轴RTCP算法及应用研究是一个跨学科的领域，涉及机械工程、计算机科学、控制理论等多个方面。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
开放式数控
现在国际上公认的开放式体系结构应具有四个特点：相互操作性、可移植性、可缩放性、可互换性。
1. 相互操作性（Interoperability）
相互操作性指不同应用程序模块通过标准化的应用程序接口运行于系统平台上，相互之间保持平等的相互操作能力，协调工作。
这一特性要求提供标准化的接口、通讯和交互模型。
随着制造技术的不断发展，CNC也正朝着信息集成的方向发展。
CNC系统不但应能和不同系统彼此互连，实施正确有效的信息互通，同时应在信息互通的基础上，能信息互用，完成应用处理的协同工作，因此要求不同的应用模块能相互操作，协调工作。
2. 可移植性（Portability）
可移植性指不同的应用程序模块可以运行于不同供应商提供的不同的系统平台之上。
可移植性应用于CNC系统，其目的是为了解决软件公用问题。
要使系统提供可移植特性，基本要求是设备无关性，即
通过统一的应用程序接口，完成对设备的控制
要求各部件具有统一的数据格式、行为模型、通讯方式和交互机制
具备可移植特性的系统，可使用户具有更大的软件选择余地，通过选购适应多种系统的软件，费用可以显著降低
在应用软件的开发过程中，重复投入费用也可降低。
可移植性也包括对用户的适应性，要求CNC系统具有统一风格的交互界面，使用户适应一种控制器的操作，即可适应一类控制器的操作，而无需对该控制器的使用重新进行费时费力的培训。
3. 可缩放性（Scalability）
可缩放性指增添和减少系统的功能仅仅表现为特定模块单元的装载与卸载。
不是所有的场合都需要CNC系统具备复杂且完善的数控功能，在这种情况下，厂家没有必要购买不适于加工产品的复杂数控系统。
因为可缩放性使得CNC系统的功能和规模变得极其灵活，既可以增加配件或软件以构成功能更加强大的系统，也可以裁减其功能来适应简单加工场合。
同时，同一软件既可以在该系统的低档硬件配置上运行，也可以在该系统的高档硬件配置上应用。
可缩放性使得用户可以灵活改变CNC系统的应用场合，一台控制器可以使用于多种类加工设备的控制上。
4. 相互替代性（Interchangeability）
相互替代性指不同性能和不同功能的单元可以相互替代。
而不影响系统的协调运行。
有了相互替代性，构成开放体系结构的数控系统就不受唯一供应商所控制，也无需为此付出昂贵的版权使用费。
相反，只需支付合理的或较少的费用，即可获得系统的各组成部件，并且可以有多个来源。