開放式綜合數(shù)控實驗系統(tǒng)概述和數(shù)控機床編程及加工

開放式綜合數(shù)控實驗系統(tǒng)機械制造及自動化系2023.04.10?一、開放式綜合數(shù)控實驗系統(tǒng)

系統(tǒng)結構計算機房結構與操作編程、仿真一般插補樣條、網(wǎng)絡實驗數(shù)控系統(tǒng)管理機開放式數(shù)控實驗裝置數(shù)控車床（簡易）數(shù)控銑床數(shù)控銑床接口……伺服系統(tǒng)加工中心（暫沒有）?二、開放式“軟數(shù)控”實驗裝置

(一)組成

1.工業(yè)控制計算機IPC(臺灣研華公司)操作系統(tǒng)(美國微軟公司)RTX(美國Venturcom公司)4.光纖通訊適配器SoftSERCANS接口及開發(fā)軟件(德國力士樂公司)(德國力士樂公司)Soft-CNC控制軟件和PLC程序?開放式“軟數(shù)控”實驗裝置總體組成（1）?(二)基于PC的開放式“軟數(shù)控”實

驗裝置總體結構示意圖（2）?（三）系統(tǒng)軟硬件結構

1.軟件結構(1)?系統(tǒng)軟件結構（2）?2.硬件結構?電氣結構框圖?用戶界面?(四)開放式數(shù)控系統(tǒng)概念

IEEE(國際電氣電子工程師協(xié)會)是這樣定義開放式數(shù)控系統(tǒng)的：“具有下列特性的系統(tǒng)可以被稱為開放系統(tǒng)：符合系統(tǒng)規(guī)范的應用可以運行在多個銷售商的不同平臺上，可以與其它的系統(tǒng)應用互操作，并且具有一致風格的用戶交互界面?！蓖ㄋ椎卣f開放式數(shù)控系統(tǒng)應該基于通用PC平臺，充分利用PC機硬件發(fā)展迅速，軟件資源豐富的優(yōu)勢。?(五)開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程

，所謂的開放只是在專有系統(tǒng)硬件中簡單地嵌入PC技術，對系統(tǒng)的人機界面等非實時控制部分實現(xiàn)了有限的開放。?

的開放式數(shù)控系統(tǒng)，主要以通用微機為計算平臺，以PC上的標準插件形式的開放式運動控制器為控制核心。伺服控制和機床邏輯控制均由運動控制器完成。運動控制器可編程，以運動子程序的方式解釋執(zhí)行數(shù)控程序(G代碼等,支持用戶擴展)，以PLC子程序的方式實現(xiàn)機床邏輯控制。這類系統(tǒng)的特點是：硬件板卡的接口符合PC標準，可直接插在通用計算機中，但數(shù)控核心軟件仍是專用的。?

“軟件數(shù)控”，即數(shù)控系統(tǒng)的實現(xiàn)只是一種通用計算機上的標準應用程序,而不再是包含有許多插件板的專用硬件系統(tǒng)。無論是硬件還是軟件都將實現(xiàn)完全開放。?數(shù)控系統(tǒng)的開放性示意框圖?(六)開放數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程圖示?(七)實時開發(fā)系統(tǒng)軟件RTX?(八)光纖通訊的SERCOS接口及交流數(shù)字式伺服系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)

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數(shù)字伺服系統(tǒng)具有高速,高精度和無漂移等特點,發(fā)展非常迅速并且已經(jīng)在數(shù)控機床上獲得廣泛應用。但數(shù)字通訊協(xié)議通常由各伺服系統(tǒng)和CNC制造廠制定,各廠家產(chǎn)品一般不具備互換性。為解決互換性問題,1990年由德國主要CNC系統(tǒng)制造商、伺服系統(tǒng)制造商和研究機構共同發(fā)起成立了SERCOS(SErialReal-timeCOmmunicationSpecification)協(xié)會，其目的是制定一個CNC系統(tǒng)與數(shù)字伺服系統(tǒng)之間的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換接口，提供產(chǎn)品的互換可能性。目前該協(xié)議已經(jīng)被世界上主要CNC和伺服系統(tǒng)制造商所接受，1995年SERCOS接口協(xié)議被確立為IEC61491國際標準。它也是目前用于數(shù)字伺服和傳動數(shù)據(jù)通信的唯一國際標準。?

2.光纖通訊接口：SERCOS接口由一個主站（Master,CNC或FMC）和若干個從站（Slave,伺服、主軸或PLC-IO）組成，各站之間采用光纜聯(lián)接，構成環(huán)形網(wǎng)，見圖。站間的最大距離為40m，最大從站數(shù)為254，通訊速度最高為16Mbit/s，主站與從站之間可以傳送如下信息：位置、速度和扭矩指令值；位置、速度和扭矩實際值，伺服和電機參數(shù)，伺服狀態(tài)和報警，控制方式命令，PLC-IO開關量信號。?

環(huán)示意圖

?工大校園網(wǎng)實驗室服務器實驗室瀏覽器研究室瀏覽器個人機算機瀏覽器數(shù)控車床數(shù)控銑床加工中心開放式數(shù)控機床三、實驗（一）網(wǎng)絡實驗系統(tǒng)

?（二）逐點比較法插補逐點比較法直線插補逐點比較法圓弧插補?（三）數(shù)字積分法插補數(shù)字積分法直線插補數(shù)字積分法圓弧插補?（四）數(shù)據(jù)采樣插補數(shù)據(jù)采樣直線插補數(shù)據(jù)采樣圓弧插補?（五）B樣條曲線插補?（六）插補在銑床仿真中的應用?（七）插補在車床仿真中的應用?

(八)計算機軟數(shù)控裝置實驗(B刀補仿真)?四、建設效果的評價

本實驗系統(tǒng)具有可擴展、可添加、可組合的開放性，能夠適應數(shù)控基礎實驗和發(fā)展中新的數(shù)控技術實驗。本實驗系統(tǒng)可以作為現(xiàn)代制造系統(tǒng)及自動化方面多門相關課程實驗的基礎實驗設備和技術平臺（CAD/CAM、數(shù)控刀具、計算機控制的自動化系統(tǒng)、數(shù)控加工工藝、UG編程、模具加工、計算機在機械制造上的應用、智能加工程等課程）。本教學實驗能滿足“數(shù)控技術”教學計劃和教學實驗大綱的要求，對實驗設備和裝置缺乏是很大的補充，使演示實驗變成學生人人動手的主動實驗，從而啟發(fā)學生的創(chuàng)新能力。不但完善了已開出的實驗，而且開出了綜合性、設計性和創(chuàng)新性新實驗。?特點為：1、實踐性強本實驗自始至終都是學生親自動手，在計算機上仿真實際的“數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)”，進行操作、編程及仿真刀具運動軌跡。然后將程序由計算機網(wǎng)絡傳送到數(shù)控機床或開放式綜合數(shù)控實驗系統(tǒng)上進行實際加工。2、綜合性強本實驗系統(tǒng)可以進行多種實驗項目：數(shù)控車床操作、編程和加工實驗；數(shù)控銑床操作、編程和加工實驗以及插補原理實驗等等。3、本實驗具有可擴展、可開發(fā)性。“開放式綜合數(shù)控實驗系統(tǒng)”可以增添NC指令和數(shù)控功能。當前商品化的數(shù)控機床不能作到這些。4、該實驗系統(tǒng)中的多個實驗達到了國內同類實驗的先進水平。?數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的內容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學處理編寫程序文件制作控制介質程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結束M02

4M03主軸正轉M03√M04主軸反轉M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關冷卻液M09√

6M97程序跳轉M97P_

M98子程序調用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關1有效M20√M21自定義開關1無效M21√8M22自定義開關2有效M22√M23自定義開關2無效M23√9S主軸轉速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進行有關數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯編譯等。每一個工件程序由若干個程序段組成；每一個程序段完成一個加工步驟；每一個程序指令有程序段號和若干個指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程序段中不能重復使用；最后一個程序段由指令代碼M02作為程序結束標志。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹

在運行加工程序之前，必須通過參數(shù)設置對機床和刀具進行調整，使其與加工要求相符，這樣才能正確地進行加工或模擬加工。OpenSoftCNC軟件系統(tǒng)的參數(shù)主要有以下內容：①基本設置設置可修改的基本參數(shù)。②刀具設置設置刀具編號、類型和刀具補償?shù)葏?shù)。③軸參設置設置和查看坐標軸參數(shù)。④工件坐標設置設置G54—G59等工件坐標系的原點坐標。⑤PLC設置用于查看PLC緩沖區(qū)配置、PLC程序梯