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開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究
開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究，是小編專門為各位數(shù)控專業(yè)畢業(yè)的同學(xué)準(zhǔn)備的論文，希望對大家有幫助!
摘要：目前的數(shù)控加工系統(tǒng)，絕大數(shù)情況下必須采用相應(yīng)的專用配件，一旦發(fā)生故障，維修成本較高。文章分析了現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的各種利弊后提出了以“CNC控制板V44”接口板為核心，通過該接口板與步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器、相關(guān)檢測元件、其它功能部件的連接，共同構(gòu)建了數(shù)控機(jī)床的硬件平臺;并采用PC機(jī)中的相關(guān)軟件對機(jī)床進(jìn)行控制。該開放式數(shù)控系統(tǒng)不僅具有模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充等優(yōu)點，還具有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向大大發(fā)展。
關(guān)鍵詞：開放式數(shù)控系統(tǒng) CNC控制板V44 Mach3控制軟件
引言
數(shù)控技術(shù)快速的更新?lián)Q代很大程度上是因為計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。隨著生產(chǎn)系統(tǒng)的要求、生產(chǎn)設(shè)備的客觀需要以及機(jī)床制造企業(yè)的推動作用，才慢慢推出“開放式數(shù)控系統(tǒng)”這一概念。所謂“開放式數(shù)控系統(tǒng)”，即模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的軟硬件數(shù)控系統(tǒng)。
目前，我國數(shù)控機(jī)床配置的系統(tǒng)有日本的發(fā)那克、三菱、德國的西門子及少量的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)。無論是國外還是國產(chǎn)的系統(tǒng)，絕大數(shù)情況下必須采用相應(yīng)的專用配件，一旦發(fā)生故障，維修成本較高。同時由于系統(tǒng)的封閉性，用戶無法自行開發(fā)或集成滿足自己要求的數(shù)控系統(tǒng)。
本文根據(jù)開放式數(shù)控系統(tǒng)的基本框架對正在使用中的數(shù)控機(jī)床的軟硬件進(jìn)行了重新的設(shè)計，完成一臺“基于PC機(jī)控制系統(tǒng)”的數(shù)控車床，為開放式數(shù)控系統(tǒng)體系的建立和實現(xiàn)多一種設(shè)計。
1 現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床硬件結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床一般由機(jī)床本體、CNC裝置、輸入/輸出設(shè)備、伺服單元、驅(qū)動裝置、可編程序控制器PLC、測量裝置、電氣控制裝置、輔助裝置等部分組成。將數(shù)控加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動的變速、起停，進(jìn)給運(yùn)動的方向、速度和位移大小，以及其他諸如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的啟停等動作，使刀具和工件及其他輔助裝置嚴(yán)格地按照數(shù)控加工程序規(guī)定的順序、路程和參數(shù)進(jìn)行工作，從而使工作臺完成給定的任務(wù)。數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
數(shù)控系統(tǒng)以GSK928TA 數(shù)控系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，該數(shù)控系統(tǒng)采用8位單片機(jī)微機(jī)(8032)和16位單片微機(jī)(80C196)組成雙CPU系統(tǒng)，分別進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的管理、人際交互、輸入輸出、數(shù)據(jù)預(yù)處理和插補(bǔ)運(yùn)算。X軸和Z軸驅(qū)動裝置采用DA98系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器，X軸和Z軸電機(jī)為STZ系列三相交流永磁同步伺服電機(jī)。系統(tǒng)原理圖如圖2所示。
2 開放式數(shù)控系統(tǒng)的原理與構(gòu)造
由于現(xiàn)絕大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)是建立在單片機(jī)基礎(chǔ)上的專用數(shù)控系統(tǒng)，因此必須采用相應(yīng)的專用配件，一旦發(fā)生故障，維修成本較高。同時由于系統(tǒng)的封閉性，用戶無法自行開發(fā)或集成滿足自己要求的數(shù)控系統(tǒng)。通用性差、有限的軟硬件資源成為現(xiàn)絕大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的最大軟肋。針對以上問題，本文設(shè)計了一個以“CNC控制板V44”接口板為核心，PC機(jī)、驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、相關(guān)檢測元件、其它功能部件等為主體的開放式數(shù)控機(jī)床。
2.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計
在研究傳統(tǒng)機(jī)床的利弊后，推出開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，我們采用“PC+ CNC控制板V44”的組合形式，將PC機(jī)通過該控制板及外接小板與CNC融合到一起，使PC機(jī)成為整個數(shù)控的大腦。配以步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動器、相關(guān)檢測元件、其它功能部件的連接，共同構(gòu)建了數(shù)控機(jī)床的硬件平臺;開放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3 所示。
2.2 開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件模塊化設(shè)計
本次我們所使用的是window xp的操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)支持大多數(shù)的機(jī)械設(shè)計造型軟件(如UG，PROE，Solidworks等)。而這些造型軟件都具有將三維設(shè)計的模型直接轉(zhuǎn)換成數(shù)控代碼的功能，這樣操作者只要繪制出所要加工零件的模型而取代編程。鑒于這種功能的使用，極大的節(jié)約了大量的編程時間。而且由于PC機(jī)的存在我們可以通過上網(wǎng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)，更加便捷與方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及控制。
系統(tǒng)控制軟件方面，我們選擇Mach3控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，一方面由于Mach3數(shù)控系統(tǒng)可以根據(jù)實際情況設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，以及改變操作界面，因此更加人性化的讓操作者能根據(jù)自己的需要調(diào)整自己的操作界面，最終產(chǎn)生個性機(jī)床。另一方面該數(shù)控軟件可以利用txt格式進(jìn)行編譯，因此可以將造型設(shè)計軟件轉(zhuǎn)換出來的數(shù)控代碼復(fù)制到txt文本中直接輸入。這樣能更加方便與快捷的進(jìn)行數(shù)控編程。控制軟件的主要程序模塊如圖4所示。
3 開放式數(shù)控系統(tǒng)整體分析
本文所研究的開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件采用“PC+ CNC控制板V44”的結(jié)構(gòu)，軟件采用WINDOW XP操作平臺系統(tǒng)+Mach3控制軟件。該開放式數(shù)控系統(tǒng)加工平臺從軟硬件及性能方面進(jìn)行了很大的提升。以PC為主體，CNC控制板V44為核心。利用PC機(jī)的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化及主機(jī)多樣的擴(kuò)展槽，解決了常規(guī)機(jī)床擴(kuò)展性問題。
利用PC機(jī)的三維設(shè)計軟件以及Mach3個性界面，更有效的解決編程方法缺乏多元化及封閉性問題。同時由于開放性數(shù)控系統(tǒng)硬件的模塊化，有效的解決硬件配件的單一性與高維修費(fèi)用。
4 結(jié)語
本設(shè)計將一臺數(shù)控車床的整體系統(tǒng)改造成為開放式數(shù)控加工系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為“PC+ CNC控制板V44”形式，將CNC控制系統(tǒng)與PC機(jī)巧妙的結(jié)合，采用WINDEW XP操作系統(tǒng)，將PC機(jī)豐富的軟硬件資源及第三方軟件模塊相互結(jié)合，而采用Mach3控制系統(tǒng)的個性化操作界面將“開放性”發(fā)揮到了極致，真正展現(xiàn)出個性機(jī)床。
參考文獻(xiàn)：
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