技术

多功能嵌入式柔性数控车床研制总结报告
1 项目开发背景
    数控机床具有高精度、高速度、高柔性、高效率的突出优点,在国民经济建设中,具有很重要的作用。该项目从我国国情出发,研制低成本,强适应性,又具有较高性能指标的多功能嵌入式柔性数控机床。 
    我国正处在从制造业大国向制造业强国转变过程中,在这个转型过程中,数控化将取代原有的手工操作。而各行各业又具有很多本行业的特殊要求,使得专用的数控系统不能很好的发挥出数控化的优点,同时目前专用的数控系统市场也被德国和日本所垄断,企业的数控化改造成本过高。由于基于PC的开放式数控系统有很好的可扩充性和定制的灵活性也在很多行业得到了广泛的应用,但是基于PC的构架决定了其稳定性比较弱,很难用于恶劣的工作环境和对可靠性要求苛刻的场合。该项目所提出的嵌入式柔性化数控系统将兼具专用数控系统和基于PC的数控系统的优点,是基于嵌入式计算机控制系统的新一代数控机床。
2 项目实施分析 
    杭州浙大辰光科技有限公司是一家集数字控制技术、嵌入式软件与产品的科研开发、生产制造、市场营销为一体的省级高科技企业及软件企业。依托浙江大学现代制造工程研究所和先进制造技术重点实验室,浙大辰光充分发挥浙江大学多学科的综合优势,致力于工业数控系统和产品的开发,力求为用户提供从数控加工到机械装备自动化的整体解决方案。公司主导产品“嵌入式柔性数控系统”已批量用于模具加工机床、玻璃加工中心和自动化针织横机产品,"数控工业培训系统"已被全国各地数百家职业院校采用,深受用户的好评。 
    公司在充分调研国内外同类产品的基础上,于2005年6月开始与浙江大学现代制造工程研究所,通过产学研合作努力推进高技术数控机床设备的产业化进程。合作双方迅速抽调精干开发人员组成了项目开发组,浙江大学机械工程系傅建中教授任项目负责人,原计划于2006年6月份完成项目开发工作。项目开发组于2005年10月份完成了系统方案设计,项目开发组于2005年11月份完成了系统硬件设计和制造,于2005年12月份完成了系统软件设计和模块调试,期间杭州浙大辰光科技有限公司顺利通过ISO9001:2000质量体系认证。 
    项目开发组于2006年1月份完成了系统集成和总体调试,并开始系统内部测试,期间有用户开始试用。2006年2月项目开发组通过用户反馈的意见,对多功能嵌入式柔性数控车床作了局部修改和优化,进一步完善了网络化软件功能,期间制定了多功能嵌入式柔性数控车床企业标准。2006年3月多功能嵌入式柔性数控车床通过了浙江省质量技术监督检测研究院的检测,所检指标全部符合企业标准。项目开发组认为多功能嵌入式柔性数控车床开发已基本成功,提请公司提前进入鉴定程序。
3 总体完成情况分析
3.1研制成功嵌入式数控系统 
    采用PC104嵌入式总线和高性能DSP为运动控制主处理器,具备大容量存储,256M内存；USB和以太网通讯接口。完整的高性能数控伺服功能,具有点位,直线,圆弧,样条和PVT插补功能,丝杠的间隙补偿、螺距补偿功能,空间几何误差补偿功能,直线/S曲线加减速,Lookahead前瞻控制功能。控制系统以采用三菱的数字交流伺服系统构成一个开放式的数控系统。利用PMAC 的多轴运动控制功能,将交流伺服系统与DMC的脉冲输出通道相连,实现电机的转速信号的输出。同时也可接受光电编码器的反馈信号的采样,以达到实现全闭环控制。另外通过扩展的IO口,可以接收机床上一些与运动控制有关的IO量的输入。如检测机床原点、限位等开关的信号。通过PC机的外设可实现加工程序的输入、编辑、参数的设置、机床运行的实时状态等等。另外借助PC的图形数据处理的强大功能,可以很容易的实现系统的DNC功能。本控制系统最大控制轴数四轴,最大联动轴数4轴。
1、CNC功能 
    采用高性能DSP为运动控制主处理器,PC104嵌入式总线进行通讯 
    控制车床、铣床 
    可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴 
    最大四轴联动,具有直线插补、圆弧插补、螺旋线插补、样条插补等控制方式 
    螺纹加工、变距螺纹加工 
    旋转轴控制 
    Lookahead 前瞻控制、加速度突变限制 
    主轴准停,刚性攻丝、恒线速切削 
    FRAME功能(坐标的平移、旋转、镜象、缩放) 
    丝杠的间隙补偿、螺距补偿功能,空间几何误差补偿功能 
    直线/S曲线加减速 
    RS232/422串口,USB或网口通讯 
    系统分辨率1μm,采样周期0.1ms 
    丝杠的间隙补偿、螺距补偿功能,空间几何误差补偿功能；
2、操作单元 
    使用工业用计算机作为上位机 
    人机界面基于Windows操作系统,简单易学； 
    大容量存储,配有20G以上硬盘,256M内存； 
    MDA方式端面加工 
    程序段搜索运行 
    坐标轴锁定、快速空运行 
    后台编程 
    机床坐标系、工件坐标系、和相对坐标系显示 
    加工轨迹实时显示 
    坐标位置、余程以及各轴速度显示
3.2研制成功自主知识产权的柔性化数控车床软件 
    数控系统人机操作界面柔性化,可根据用户的喜好风格定制人机操作界面,数控软件具有虚拟仪器体系结构。
3.3研制成功数控工业培训软件 
    数控工业培训软件为了突出教育培训功能,可兼容目前几大主流的数控系统操作及代码格式,通过数控工业培训系统引导程序,用户可以选择想要使用的兼容控制界面。所有的控制界面的操作和工业用数控系统的操作全兼容。能够通过更改软件仿真实现德国西门子数控系统、日本发那科数控系统、日本三菱数控系统的真实金属切削加工,达到一台设备起到多台设备的实训效果。
4 多功能嵌入柔性数控车床的特点
1. 采用PC104嵌入式总线和高性能DSP为运动控制主处理器,具备完整的高性能数控伺服功能及大容量存储、USB和以太网口通讯接口。
2. 数控系统人机操作界面柔性化,可根据用户的喜好风格定制人机操作界面,数控软件具有虚拟仪器体系结构,可与主流的德国西门子数控系统、日本发那科数控系统、日本三菱数控系统的界面相媲美。还可以为特定的行业用户定制界面,具有很强的灵活性。
3. 具有多功能的特点,不仅可广泛用于生产,而且由于其操作界面柔性,特别适合于数控工业培训。