杨献金[1]2010年在《基于Windows操作系统的开放式数控系统研究》文中研究表明现代机械制造工业对数控系统提出了更高的要求,设计和开发一种可根据用户需求,迅速建立一个开放式的原型数控系统,适应市场对产品多样化的需求,成为数控系统的发展方向。Windows操作系统具有多任务操作特性,支持多线程,可实现数控系统实时多任务控制,因此在Windows操作系统平台下研发开放式数控系统是一个重要发展方向。本文完成的主要研究工作如下:1.在全面分析开放式数控系统的发展趋势以及传统数控系统存在的不足的基础上,提出了基于Windows操作系统平台,采用IPC机+运动控制卡模式和主从式结构对开放式数控系统进行了研究和开发。其中以GT-400-SV运动控制卡作为数控系统下位机的核心,构成多轴运动实时控制单元;以IPC机作为上位机进行非实时性任务的处理。通过总线通讯和双端口RAM通讯方式,以及制定的上下位机数据传送通讯协议,保障了上下位机的实时数据通讯,实现了直线和圆弧插补,运动加减速控制等实时运动控制内容。在需求分析的基础上,以IPC为硬件基础,根据数控系统功能设计了系统层次结构模型,给出了系统的拓扑结构和系统开放性的实现方法,进行了系统硬件和软件的总体设计。2.在硬件体系结构上,采用模块化方法搭建和扩展硬件系统。选择IBM-PC总线作为功能模块连接的总线标准,选择具有多个EISA插槽的母板构成硬件连接底板,插接符合标准要求的微型计算机板(上位机)和运动控制卡(下位机),搭建了基本的数控系统构架。用户能够通过插接符合IBM-PC总线标准的功能板块扩展数控系统的硬件,组成满足自己要求的系统,实现了硬件的开放性。3.在软件体系结构上,上位机运行主流的Windows操作系统,下位机运行μc/OS嵌入式计算机实时操作系统。将数控系统的软件功能,根据时间紧迫要求,划分为强实时性任务、弱实时性任务和非实时性任务;根据对硬件I/O的操作要求,划分为操作类和非操作类。将实时性强的和I/O操作的功能主要安排给运动控制器执行。对各功能进行分类封装,建立了通用类库。定义了应用程序编程接口(API),通过该接口能把用户专用软件模块扩展到系统中,使系统达到了一定的开放性。4.针对数控系统多任务控制这一特点,对Windows平台下的多线程技术、任务调度策略以及进程间的通讯进行了深入的分析。进而根据数控系统的功能特点,把系统任务分为系统总控进程、人机界面进程、轨迹规划进程和运动控制进程,各进程又划分功能相对独立的子线程,通过设定线程的优先级,利用多线程调度策略和中断机制技术,实现了对数控系统弱实时任务的控制,利用下位机实现了对数控系统强实时任务的控制。系统采用消息、共享内存和命名管道三种通讯机制,实现了进程间的通讯,保障了各功能模块协同完成加工任务。5.在数控系统软件开发上,以VC++为开发工具,以面向对象的模块化方法设计了人机交互界面软件模块、加工程序预处理模块、译码模块和插补模块,实现了上位机对数控加工代码的编译、系统参数设定和刀具补偿等功能;开发了运动控制功能模块,实现了数控系统的回参考点、点动控制、增量控制、运动加减速控制、主轴控制、进给量调整等基本功能。调试结果表明,采用运动控制卡+IPC机模式,以运动控制卡为系统实时运动控制的核心构建和设计的数控系统,软件系统人机界面友好,组件维护方便,实现了多种运动控制功能,使系统具有一定的开放性。
张明亮[2]2000年在《开放性数控系统关键技术研究》文中研究说明21世纪的制造业面临史无前例的变化，制造企业对市场变化的响应能力已经成为企业最重要的竞争优势。目前，建立开放式体系结构的控制系统已经成为世界范围内工业界的共识。开放性数控是数控技术发展的必然趋势，开放性的体系结构给CNC生产厂家、机床制造厂和用户都带来了许多益处。当前发达国家正在紧锣密鼓地进行着开放式数控系统的研究，我国的数控产业要想在竞争中立于不败之地，不但要具有雄厚的开发力量，还必须有敏锐的超前意识。目前为止，国内数控系统还停留在比较低的档次上，对于数控体系结构的研究还处于具体实现的层次。本文的目的是在这一领域开展研究，以缩短我国在该方向的差距。本文对开放性数控的体系结构和实现的关键性技术进行了研究，主要内容包括： 1、通过对于现有的开放性数控的体系结构的分析，并借鉴信息技术领域的相关体系结构，建立了新型的开放性数控的体系结构——构件化控制器(Component Architecture Controller)，对其的组成和结构进行了论述，并且阐述了该体系结构在日益开放的制造系统中广泛的适用性。 2、对于构件化控制器的关键构件的实现技术进行了探讨，提出并实现了开放性的译码算法、开放性的插补算法，提出了抽象运动平台的概念，并给出了其构件化的实现方法和构件库索引的建立方法。 3、对于Spiral曲线的性质进行了较为深入的研究，得出了其最优双圆弧逼近和双圆弧逼近的逼近误差的估计算法，并且提供一种计算效率较高的近似双圆弧逼近算法，在此基础上，实现了对于一般复杂曲线的双圆弧逼近算法。 4、对于数控加工中的NC代码验证和加工仿真算法进行了研究，提出了扫描体代数方程(SAE)，将扫描体的计算问题转化为代数方程的求解问题，解决了旋转体的扫描体的计算。采用曲面的表面法矢建立了毛坯的几何模型，结合扫描体代数方程，实现了加工仿真和NC代码验证算法。 5、编制了YH-1超精密数控机床数控系统软件，该软件具有分辨率高、插补周期短的特点，并且具有光学普适方程的插补功能。采用该软件进行了加工实验，对结果进行了分析。
黄万潮[3]2007年在《开放性数控综合实验台架的研究》文中进行了进一步梳理本文研究开发一套开放性的数控综合实验台架。目的是适应目前数控教学的需要，解决数控教学设备单一和实验设备数量少的突出问题，增加数控教学实验的新品种和提高实验课教学质量。论文研究开发出一套台式模拟真实数控机床功能的综合实验台架。本文分别对开放性数控综合实验台架的机械部分、软件部分和电子部分进行了研究，最后通过实验对整个台架进行误差的分析。(1)机械部分：利用solidworks软件对台架的机械部分-XY工作台进行建模，在确保机械传动部件精度和刚度的前提下选用满足要求的滚珠丝杆、滚动直线导轨、光栅等部件，完成实验台架的机械部分设计。(2)软件部分：以VB.net为平台，编写实验台架的软件控制系统，系统包括人机界面、译码函数、插补函数和附加功能等。(3)电子部分：采用步进电机控制集成芯片L297和步进电机桥式驱动芯片L298进行步进电机驱动模块的设计和组装，步进电机的精度符合实验的要求。使用可编程逻辑器PLD和单片机AT89S52设计光栅的细分辨向和采集电路，实现实验台架的闭环控制。(4)对整个实验台架进行整体调试，精度测量和误差分析。
贾文, 蒋向辉[4]2011年在《开发性数控系统关键技术实现》文中研究说明随着技术、市场、生产组织结构等方面的快速变化,传统数控技术的发展面临着许多新的挑战,兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等缺点日益显现。为了实现数控系统的开放化,开发一种基于PC机的开放式数控系统已经成为数控技术发展的趋势。本文在分析数控系统体系结构的基础上,对开放性数控系统的关键技术实现进行分析与研究。
高金铭[5]2015年在《基于液压驱动主运动的多轴数控系统开发》文中提出随着国民经济的迅速发展,复杂曲线与曲面结构在航空航天、航海、能源、交通、模具、工具等多个领域都有着越来越广泛的应用。目前,数控铣削是复杂曲线、曲面加工的主要形式,但是由于一些特殊零件的工艺局限性,数控铣削断续切削加工效率低的缺点就显得尤为突出,例如枪管、炮管内孔来复线槽的加工,铣削加工无能为力。再如大型水轮机叶片,以及大型直齿锥齿轮的加工,机床尺寸大,加工效率低的缺点凸显出来。相比之下,刨削、拉削等直线主运动机床连续、高效、机床尺寸小的优势明显。目前直线主运动机床一般通过液压驱动滑枕,带动刀具完成加工。这类机床主运动没有精确位置控制,工艺内容单一。如果能实时测取滑枕位移,并根据位移量控制另外一个或多个伺服轴,即可解决复杂曲线、曲面高效加工的问题。因此,本文针对这一需求开发基于液压驱动主运动的多轴数控系统具有现实意义和工程价值。围绕上述目标,本文根据液压驱动滑枕直线运动位置不可精确可控的特点,提出测控一体的技术方法,给出其工作原理;对现有的数控系统体系进行分析与对比,选择全软件型NC开发基于液压驱动主运动多轴数控系统,进行硬件配置与软件体系的设计;选用液压刨床作为该系统应用对象,以TwinCAT为基础,设计数控系统硬件平台,进行硬件集成;基于TwinCAT进行软件的规划与开发。并对数控系统开发过程中的几个关键问题的解决方法做了详细的阐述,采用VB6.0与TwinCAT混合编程的方式进行人机界面设计。最后通过两个应用实例验证了系统的可行性与通用性。本文开发的基于液压驱动主运动的多轴数控系统将为螺旋槽、大型曲面、大型直齿锥齿轮以及类似产品高效加工提供技术支持。
刘杰[6]2009年在《开放式网络数控系统的关键技术研究》文中研究表明高档数控机床与基础制造技术是工业现代化的基石。其性能、质量和拥有量成为当今衡量一个国家工业化水平、综合国力的重要标志。作为数控机床的控制核心——数控系统,其性能、质量成为影响数控机床的功能和档次的决定性因素。目前,我国高档数控机床的研发能力远远落后于国外,究其原因是国内高档数控系统研发环节十分薄弱,严重制约了我国高档数控机床装备制造业水平。同时,随着先进制造技术的不断发展应用,特别是网络制造概念的提出,传统封闭的数控系统已不能满足网络制造模式的发展需要。因此,对开放式网络数控系统的关键技术进行深入研究,大力促进开放式网络数控系统的研究开发具有重要意义。为此,本文从提高数控系统的开放性和网络化功能出发,研究探讨开放式网络数控系统的相关核心技术,最后研制开发了开放式网络数控系统原型。具体研究工作如下:1)综述了开放式数控系统、网络制造、网络数控系统和数控编程标准的研究现状。分析了数控系统的发展趋势。2)针对数控系统开放性的要求,研究了实现数控系统可伸缩性、可移植性、可互换性、可扩展性以及数控代码开放性的关键技术。3)针对数控系统网络化的要求,研究了实现数控系统远程调用、网络实时监控、远程访问等功能的关键技术。4)提出和开发了一种三层架构的开放式网络数控系统原型,基于上述研究结果实现了系统主要功能,并通过实例对原型系统的正确性和可行性予以分析论证。综上,本文对开放式网络数控系统关键技术的研究既充分利用了数控现有的共性技术,同时又深入探讨了实现系统开放性和网络化功能的新技术,为适应网络制造环境下高档数控系统的研究开发提供了有效参考。
尚文端[7]2011年在《木工双摆头装置的开放式控制系统的试验研究与开发》文中研究表明随着装备制造业的进一步发展,五轴联动加工技术是未来一段时间数控机床的主要发展方向,双摆角铣头在五轴数控机床中是第一关键部件。随着国内木材加工中对复杂曲面的加工需求越来越广泛,木工数控机床正朝着高速度、高精度、五轴控制的方向发展,针对木工机床的双摆角铣头在这方面研究才刚刚开始,可供参考的经验极度缺乏。多轴联动机床离不开数控系统的支持,传统数控系统已不能适应当今装备制造业市场的变化与竞争,也不能满足现代装备制造业向信息化、敏捷模式发展的需要。因此,随着PC技术的快速发展和广泛普及,开放式数控系统技术开始发展,开放式数控系统不依赖特定的硬件平台和操作系统平台,采用模块化和标准化的结构体系,允许用户进行二次开发,是数控技术的研究热点和发展方向。本论文旨在基于开放式数控系统的结构和原理开发双摆角铣头试验平台的控制系统,进行双摆角铣头的性能测试和功能试验,为双摆角铣头的研制开发提供直接的设计数据。通过对双摆角铣头试验平台的控制系统进行开发,对机床数控的基础功能模块,进行开发验证。根据开放式数控系统的模式,对PC机+独立运动控制器的方式,进行实际的开发验证。通过试验平台的搭建,对各部分经行统一调试,积累双摆角铣头和开放式数控系统设计开发经验,为以后进一步改进积累经验和数据,构建了双摆角铣头试验平台的硬件系统,完成了系统软件的总体构成框架,划分了构成开发模型的各个功能模块,确定了各模块的主要功能和接口形式,并在Visual C++6.0环境下开发了双摆角铣头试验平台的专用数控功能模块,能够在今后类似项目的开发中得到继承和应用。设计了友好的人机交互界面,规划和开发了系统的菜单管理、数据流管理、状态诊断、数据通信等管理层模块。对双摆角系统试验平台开放式数控系统的实时性保证,抗干扰进行了研究,并结合本课题实际进行了讨论,为今后类似项目的开发提供了借鉴。
袁晓明[8]2007年在《基于组件技术的开放式数控系统研究与开发》文中研究指明随着数控技术的不断发展和应用领域的不断扩大，传统数控系统封闭式结构的兼容性差、功能不易扩展或修改等缺点日益明显，开放式数控技术应运而生，成为数控技术发展的趋势。开放式数控技术研究的目标是使数控系统能构筑于开放的平台之上，具有可扩展性、可移植性、互换性、互操作性等特点，用户可按需集成、更改或扩展系统的功能，以适应市场的快速变化。本论文采用基于COM的组件技术，以windows2000操作系统和IPC机构筑数控系统的软、硬件平台，研究和开发开放式数控系统。主要内容包括：1．分析了数控技术的发展、趋势、国内外研究现状和国内数控研究存在的不足，指出了开放式数控技术研究的必要性；2．讨论了开放式数控系统的概念、特征和评价标准，从概念设计的角度，结合国内外开放式数控技术的研究成果，分析了三种模式的开放粒度；3．在比较常用组件技术的基础上，系统阐述了COM的概念、特点和实现机制，分析了利用COM组件技术开发开放式数控系统的可行性和优越性；4．根据组件化软件开放性的特性，设计了基于COM组件技术的开放式数控系统平台；全面分析了数控系统的功能特性和内部逻辑结构，合理划分了系统组件模块，并讨论了组件间数据流的关系；设计和实现了关键组件；在此基础上，本文基于“IPC+NC”的开发模式开发了印制板数控钻铣床原型机，并验证了数控系统的开放性。
方称生[9]2012年在《基于实时以太网的开放式数控系统关键技术研究》文中认为随着科学技术的发展,数控技术正朝着高精化、高速化、柔性化、智能化等方向发展。传统的封闭式数控系统因其缺乏开放性而无法适应灵活多变的市场需求。开放式数控系统的硬件和软件都具备可置换、可扩展和可互操作等灵活多变的特性,因而受到越来越多的关注。本文针对于多个著名开放式控制系统项目进行研究,提出了切合实际的基于现场总线的开放式数控系统的设想并设计了软硬件架构。在基于现场总线的开放式数控系统中,主站控制器与从站运动模块之间的通信不仅要满足底层运动模块的柔性扩展而且还需要满足运动控制的实时性和同步性,因此其通信方式的研究相当重要。另外在采用COM组件的方式对数控软件进行模块化设计的过程中,运动控制模块的设计应是考虑的重点。其中曲线插补技术将有助于数控系统性能的提高,它能够使系统直接进行曲线加工,从而提高系统的加工精度和加工效率。因此本文将重点对基于现场总线的开放式数控系统的通信方式和曲线插补技术两个关键性技术进行深入细致的研究。在通信方式的研究过程中,比较了多种实时以太网在通信速率、同步性和实时性方面的优缺点及适用性,确定了既能满足开放性要求又能满足实时性、同步性要求的EtherCAT实时以太网作为通信方式。EtherCAT实时以太网具有高传输速率、良好同步性,高实时性,具备开放性标准等特点能够克服传统脉冲和模拟量传输方式的传输速率慢、通信质量差和缺乏开放性等弊端。本文将对EtherCAT通信协议、工作原理以及数据帧结构进行研究,为后续主站控制软件的设计提供理论基础。数控系统如果采用直线插补技术进行曲线加工,将使加工速度和加工精度受限。如果数控系统能够采用曲线插补技术,将有益于提高曲线加工时的加工速度和加工精度。本文在对恒定参数增量、泰勒一阶、泰勒二阶插补算法的研究基础上提出了基于插补弦长的自适应多段均匀有理B样条曲线插补算法。该算法能够根据曲线的曲率和插补弦长的情况,在弦弓高误差的控制下实现速度的自适应控制。该算法可以使数控系统获得更高的加工速度和更高的加工精度。本文在上述关键技术研究的基础上搭建了基于EtherCAT实时以太网的开放式数控系统平台,设计了基于EtherCAT实时以太网的主站控制软件。通过对平台的实时性、同步性和多轴联动性能以及主站控制软件的功能进行测试。测试结果表明该数控系统平台符合开放式数控系统的设计目标。
谭平[10]2003年在《NC嵌入PC型开放式网络数控系统的研究》文中研究指明随着计算机技术的发展，作为制造业的重要资源，数控系统必须进一步开放化和网络化，支持敏捷制造、绿色制造等先进制造模式。由于NC嵌入PC型数控系统具有较好的开放性、结构简单，易于信息集成等优点，它逐渐成为数控系统发展的主流。 论文详细阐述了开放式网络化数控系统的概念、内容及其体系结构，并对数控系统的实时性进行了分析，建立了一种NC嵌入PC型数控系统的软硬件结构。研究了实现开放式数控系统的一些关键技术：利用多线程技术实现多任务调度；采用面向对象程序设计和COM组件技术实现系统的模块化；利用即插即用技术实现系统的开放性等，论述了它们在STAR-2003数控系统中的具体应用，详细设计了自动加工模块。论文对开放式网络数控系统的各种信息进行了研究，并建立了各种信息模块，详细论述了数控系统信息集成的一些关键技术。最后，结合实际情况，对数控系统的信息集成模块的具体实现进行了研究。
参考文献：
[1]. 基于Windows操作系统的开放式数控系统研究[D]. 杨献金. 河南科技大学. 2010
[2]. 开放性数控系统关键技术研究[D]. 张明亮. 中国人民解放军国防科学技术大学. 2000
[3]. 开放性数控综合实验台架的研究[D]. 黄万潮. 广东工业大学. 2007
[4]. 开发性数控系统关键技术实现[J]. 贾文, 蒋向辉. 广西轻工业. 2011
[5]. 基于液压驱动主运动的多轴数控系统开发[D]. 高金铭. 天津大学. 2015
[6]. 开放式网络数控系统的关键技术研究[D]. 刘杰. 湘潭大学. 2009
[7]. 木工双摆头装置的开放式控制系统的试验研究与开发[D]. 尚文端. 中国林业科学研究院. 2011
[8]. 基于组件技术的开放式数控系统研究与开发[D]. 袁晓明. 江苏大学. 2007
[9]. 基于实时以太网的开放式数控系统关键技术研究[D]. 方称生. 广东工业大学. 2012
[10]. NC嵌入PC型开放式网络数控系统的研究[D]. 谭平. 合肥工业大学. 2003
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