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外文資料翻譯 原文題目:Analysis of open CNC architecture for machine tools 原 文 來(lái) 源： 巴西機(jī)械科學(xué)學(xué)報(bào) 2002年7月  巴西機(jī)械科學(xué)學(xué)報(bào) 打印版本ISSN 0100-7386 J.Braz. Soc. 機(jī)械學(xué)科 第24卷，第3期，里約熱內(nèi)盧，2002年7月 http://dx.doi.org/10.1590/S0100-73862002000300009 機(jī)床開(kāi)放式數(shù)控結(jié)構(gòu)分析 O. L. Asato1; E. R. R. Kato; R. Y. Inamasu; A. J. V. PortoI IUSP EESC - 圣保羅大學(xué) CarlosDepartamento 機(jī)械工程 ?13560-254 圣保羅卡洛斯SP的圣保羅學(xué)校.巴西l 概要 數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了能以更高的速度和更高的可靠性，允許開(kāi)發(fā)適應(yīng)于新的生產(chǎn)系統(tǒng)（例如，柔性制造系統(tǒng)-FMS）的機(jī)器控制器。大多數(shù)控制器是與相應(yīng)機(jī)床制造商的數(shù)控技術(shù)一致開(kāi)發(fā)的，任何對(duì)其組件的更改或改編都不容易實(shí)現(xiàn)。機(jī)器設(shè)計(jì)人員面臨硬件和軟件限制，如系統(tǒng)元素之間缺乏交互，不可以添加新功能。這是由于硬件不兼容，軟件不允許在源程序中進(jìn)行更改。開(kāi)放式架構(gòu)理念的引入推動(dòng)了新一代數(shù)字控制器的發(fā)展。這將傳統(tǒng)的CNC技術(shù)帶入了標(biāo)準(zhǔn)的IBM-PC微機(jī)。因此，組合CNC（定位）和微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（易于編程，系統(tǒng)配置，網(wǎng)絡(luò)通信等），一些研究人員已經(jīng)解決了軟件和硬件的靈活結(jié)構(gòu)，允許更改硬件基本配置和所有控制軟件級(jí)別。在這項(xiàng)工作中，描述了OSACA，OMAC，HOAM-CNC和OSEC架構(gòu)中開(kāi)放式架構(gòu)控制器的開(kāi)發(fā)。 關(guān)鍵詞：開(kāi)放式架構(gòu),數(shù)控，機(jī)床 簡(jiǎn)介 當(dāng)前制造系統(tǒng)中的工業(yè)自動(dòng)化演變需要在設(shè)備制造商（例如數(shù)控機(jī)器）和使用基于自動(dòng)設(shè)備（例如計(jì)算機(jī)集成制造-CIM）的操作和集成的生產(chǎn)技術(shù)的客戶之間建立規(guī)則。這些規(guī)則是必需的，因?yàn)樵谥踩牒途S護(hù)復(fù)雜的工廠控制器的網(wǎng)絡(luò)期間存在著的問(wèn)題。 當(dāng)需要擴(kuò)展、維護(hù)和集成“生產(chǎn)島”時(shí)，工程師和技術(shù)人員在硬件和軟件方面會(huì)受到限制。而硬件和軟件問(wèn)題通常不允許使用相同的控制硬件，于是提出了尋求“開(kāi)放式”的解決方案來(lái)提高生產(chǎn)中增加的成本。 Wada（1996）的“開(kāi)放方式”的意義在于獨(dú)立于制造商的技術(shù)，允許用戶從幾個(gè)不同的制造商購(gòu)買(mǎi)硬件和軟件，并自由地組裝所獲得的設(shè)備。 因此，開(kāi)放式架構(gòu)控制器具有集成來(lái)自幾個(gè)不同制造商的多個(gè)設(shè)備的能力，并且具有多個(gè)可編程應(yīng)用接口的控制解決方案，以更低的成本保持相同的性能。 開(kāi)放架構(gòu)控制器的第一個(gè)起點(diǎn)開(kāi)始于NIST（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所）提出使用RCS（實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)），這是15年前的架構(gòu)模型（Proctor和Albus，1997）。 RCS模型是由NCMS（國(guó)家制造科學(xué)中心）和美國(guó)空軍共同主辦的NGC（下一代控制器）計(jì)劃的基礎(chǔ)，驗(yàn)證了下一代控制器的工業(yè)需求。研究開(kāi)始于標(biāo)準(zhǔn)SOSAS（開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范）的開(kāi)發(fā)（Yamazaki，1996）。 盡管經(jīng)過(guò)這樣的努力，CNC開(kāi)放式架構(gòu)仍然沒(méi)有定義通用模式。然而，研究中心中的架構(gòu)的若干發(fā)展允許改變軟件和硬件，這樣能夠提供大量可能的設(shè)計(jì)配置。 開(kāi)放式架構(gòu)系統(tǒng)的規(guī)范 開(kāi)放架構(gòu)控制器在硬件上應(yīng)該是靈活的，因?yàn)樗怯糜谒锌刂萍?jí)別的軟件（Wright等人，1996）。開(kāi)放架構(gòu)控制器必須是標(biāo)準(zhǔn)的，允許任何工程師或技術(shù)人員進(jìn)行硬件和軟件開(kāi)發(fā)，以及與其他控制器，單元控制系統(tǒng)和高級(jí)計(jì)劃系統(tǒng)的集成（Schofield，1996）。 機(jī)床開(kāi)放控制器應(yīng)允許集成由不同制造商開(kāi)發(fā)的獨(dú)立應(yīng)用程序模塊，控制算法，傳感器和計(jì)算機(jī)硬件（Pritschow等，1993）。 開(kāi)放系統(tǒng)允許在與其他應(yīng)用系統(tǒng)交互的多個(gè)平臺(tái)中編程。 開(kāi)放式架構(gòu)系統(tǒng)的一些規(guī)范是（Miles，1998）（Oshiro，1998）： ?交互：由于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)語(yǔ)義的交流; ?互操作性：不同制造商具有相同的組件功能; ?可移植性：易于使用的應(yīng)用軟件可以從一個(gè)環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)環(huán)境。 ?可擴(kuò)展性：系統(tǒng)根據(jù)需求增加或減少的能力。 架構(gòu)類(lèi)型 下面將闡述開(kāi)放式架構(gòu)系統(tǒng)的一些發(fā)展過(guò)程： OSACA架構(gòu)（用于自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)控制的開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)） OSACA（1998）架構(gòu)是用于自動(dòng)系統(tǒng)的控制開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)。它出現(xiàn)在歐洲的6379計(jì)劃中的ESPRIT III項(xiàng)目，是涉及OAC（開(kāi)放式架構(gòu)控制）的最大的項(xiàng)目之一，包括網(wǎng)絡(luò)連接和應(yīng)用程序（Koren等人，1996a）。 OSACA項(xiàng)目始于1992年，由法國(guó)，德國(guó)，意大利，西班牙和瑞士的研究機(jī)構(gòu)共同執(zhí)行。 OSACA項(xiàng)目的主要目標(biāo)是定義獨(dú)立的硬件和模塊化，即在模塊中工作中，允許添加或刪除數(shù)字控制，機(jī)器人控制，可編程邏輯控制器（PLC），單元控制等。這些模塊也創(chuàng)建了OSACA第二階段項(xiàng)目9115，以建立軟件模塊化系統(tǒng)、通信接口、操作和開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的新功能和用于新的數(shù)字設(shè)備（Pritschow等，1993）。 遵循同樣的研究路線，它在德國(guó)創(chuàng)建HüMNOS（面向?qū)ο蟮拈_(kāi)放架構(gòu)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用的調(diào)制開(kāi)發(fā)）項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)是基于OSACA的結(jié)果。隨著這個(gè)項(xiàng)目的幾個(gè)研究，使它擁有終極用戶（寶馬，梅賽德斯奔馳），機(jī)床制造商（Alfing，F(xiàn)ritz Wener，Grunewald，Heller，Homag，HüllerHille，Index，Mikromat，Pfauter，Trumpf和Unipo）和控制器制造商（Bosch，DASA ，Grundig電子，ISG，SIEMENS）。 這樣做的目的是在用戶和制造商之間交換信息，為兩者帶來(lái)好處。 OSACA架構(gòu)允許使用用戶界面組裝機(jī)床控制，而不需要檢查整個(gè)軟件（Altintas，et al。，1996）。而為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，我們有必要先了解平臺(tái)的概念。 平臺(tái)由為功能單元（FU）控制提供統(tǒng)一服務(wù)的硬件和程序組（操作系統(tǒng)，通信系統(tǒng)）組成。與FU的應(yīng)用程序編程接口（API）基于明確定義的任務(wù)。 三個(gè)主要平臺(tái)領(lǐng)域是： ?通信系統(tǒng)：硬件和軟件獨(dú)立于控制器應(yīng)用程序的不同模塊之間的信息交換接口進(jìn)行定義。 OSACA通信系統(tǒng)允許在客戶端和服務(wù)器應(yīng)用之間以透明的方式交換信息。 ?參考架構(gòu)：確定控制FU并指定外部接口。這樣做是為了通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)以良好定義的方式使用和集成外部單元。 FU示例包含人機(jī)界面，聯(lián)鎖邏輯控制和軸運(yùn)動(dòng)控制。對(duì)于每個(gè)識(shí)別的FU，用于定義使用面向?qū)ο蟮耐ㄐ排c應(yīng)用模塊接口的數(shù)據(jù)的外部模塊。寫(xiě)入和讀取數(shù)據(jù)訪問(wèn)的接口位于面向架構(gòu)的對(duì)象中，并且這種訪問(wèn)可以面向通信的對(duì)象進(jìn)行使用。 ?系統(tǒng)配置：允許通過(guò)組合不同的應(yīng)用程序模塊進(jìn)行控制器動(dòng)態(tài)配置。這不僅允許確定給定功能的特定拓?fù)?，而且允許確定分布式進(jìn)程之間的同步。 圖1描述了OSACA系統(tǒng)的平臺(tái)，其中由微計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的配置請(qǐng)求被發(fā)送到系統(tǒng)。重新配置使用FU（功能集成），它基于面向?qū)ο蟮某绦?，?lèi)庫(kù)，變量和內(nèi)部數(shù)據(jù)工作。 OSACA應(yīng)用協(xié)議使用基于面向?qū)ο笤淼目蛻舳?服務(wù)器基礎(chǔ)。所有FU功能都將具有外部訪問(wèn)，并且它可以由通信平臺(tái)進(jìn)行配置。從客戶的角度來(lái)看，可以通過(guò)系統(tǒng)通信消息的發(fā)送和接收來(lái)訪問(wèn)服務(wù)器。 OMAC架構(gòu)（開(kāi)放調(diào)制架構(gòu)控制器） OMAC架構(gòu)于1994年12月開(kāi)始，出版了克萊斯勒，福特和通用汽車(chē)公司的“開(kāi)放，調(diào)制架構(gòu)控制器應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的要求”。本文檔作為北美汽車(chē)行業(yè)控制器API的指南。 OMAC組由開(kāi)放架構(gòu)系統(tǒng)用戶組成，其目標(biāo)是能夠一起工作，帶來(lái)幾個(gè)好處（Yen，1998），例如： ?根據(jù)軟件用戶和機(jī)器制造商的經(jīng)驗(yàn)確定開(kāi)放式架構(gòu)控制器的位置; ?通過(guò)使用API??加速行業(yè)內(nèi)的開(kāi)放控制使用; ?促進(jìn)控制器制造商之間的開(kāi)放控制的發(fā)展; ?為開(kāi)發(fā)架構(gòu)控制器技術(shù)的開(kāi)發(fā)，商業(yè)化和使用開(kāi)發(fā)集體解決方案。 HOAM-CNC架構(gòu)（分層開(kāi)放式架構(gòu)多處理器 - 數(shù)控） HOAM-CNC架構(gòu) - 用于CNC機(jī)床的開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)分層多處理器 - 主要用于機(jī)床硬件，具有兩條總線，一條CNC控制總線和另一條總線，優(yōu)點(diǎn)是允許引入新的組件。參與這一研究項(xiàng)目的一些研究中心是： ?密歇根大學(xué)/美國(guó)安娜堡 - 對(duì)開(kāi)放式架構(gòu)控制器實(shí)時(shí)研究高性能機(jī)床。他們執(zhí)行幾種不同類(lèi)型的硬件控制與網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)施，研究機(jī)器性能的差異取決于采用的架構(gòu)（Koren等人，1996a;（Koren等人，1996年b）。 ?不列顛哥倫比亞大學(xué)/加拿大溫哥華 - 他們使用這種架構(gòu)尋求調(diào)節(jié)自適應(yīng)控制。使用聲學(xué)傳感器插入檢測(cè)刀具損壞和振動(dòng)的模塊，用于控制執(zhí)行。主總線用于執(zhí)行機(jī)器控制過(guò)程和監(jiān)視任務(wù)，并且具有更高性能的次級(jí)總線用于與CNC通信（Altintas等人，1996）（Yamazaki，1996）。 圖3示出了使用微型計(jì)算機(jī)的HOAM-CNC結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)主總線ISA處理監(jiān)視器活動(dòng)、數(shù)據(jù)處理、自適應(yīng)控制和人機(jī)接口（MMI）。 CNC總線處理每個(gè)軸的位置和速度控制（Altintas等人，1996），用專(zhuān)用處理器實(shí)時(shí)地操作控制。 該系統(tǒng)允許在主總線中添加幾個(gè)處理模塊并且在次總線中控制軸的交互。 OSEC體系結(jié)構(gòu)（控制器的開(kāi)放系統(tǒng)環(huán)境） 六家日本公司，東芝機(jī)械公司，豐田機(jī)床有限公司，山崎馬扎克公司，IBM日本有限公司，三菱電機(jī)公司SML公司組成了OSEC（控制器開(kāi)放系統(tǒng)環(huán)境）組，其目的是開(kāi)發(fā)數(shù)字控制設(shè)備的開(kāi)放式架構(gòu)平臺(tái)。 該小組的目的是創(chuàng)建一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)個(gè)人微機(jī)IBM-PC的開(kāi)放式架構(gòu)，以控制制造設(shè)備，提高其性能并便于其維護(hù)。除了控制設(shè)備之外，個(gè)人微計(jì)算機(jī)還可以作為工廠操作的信息庫(kù)系統(tǒng)。換句話說(shuō)，基于這種架構(gòu)的設(shè)備可以是基于計(jì)算機(jī)CALS（計(jì)算機(jī)輔助采集和后勤支持）（Yamazaki，1996）的采集和后勤支持系統(tǒng)的要素。 有許多研究中心致力于這種開(kāi)放式架構(gòu)概念，例如美國(guó)海軍與增強(qiáng)型機(jī)器控制器項(xiàng)目 - EMC（增強(qiáng)型機(jī)器控制器），貿(mào)易部支持提出了五級(jí)架構(gòu)： 1 - 工作站規(guī)劃; 2 - 工作站管理; 3 - 計(jì)劃解釋; 4 - 軌跡生成/離散輸入和輸出（I / O）; 5 - 伺服控制。 該項(xiàng)目包括熱變形誤差補(bǔ)償和NURBS（非均勻有理B樣條）插值法（Yamazaki，1996）。 美國(guó)能源部與TEAM-ICLP（技術(shù)啟用敏捷制造 - 智能閉環(huán)處理）項(xiàng)目集中研究開(kāi)發(fā)面向開(kāi)放式架構(gòu)的API。 啟動(dòng)NGIS（下一代檢測(cè)系統(tǒng)II）項(xiàng)目的國(guó)家制造科學(xué)中心（NCMS）正在尋求開(kāi)發(fā)傳感器過(guò)程檢查界面。 趨勢(shì) 公司和研究中心提出的幾個(gè)項(xiàng)目尋求開(kāi)發(fā)控制器，為機(jī)器提供增加的新技術(shù)。主要是通過(guò)建立世界硬件和軟件模式，使制造商和客戶之間的技術(shù)依賴(lài)。 由于CNC的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的編程和配置靈活性的增加，產(chǎn)生了面向?qū)ο蟮能浖陀梢粋€(gè)或多個(gè)控制處理器控制的電氣 - 機(jī)械系統(tǒng)組成的模塊化服務(wù)。 未來(lái)的趨勢(shì)是使用自主CNC，管理和處理所有內(nèi)部（機(jī)器固有）和外部（與生產(chǎn)計(jì)劃相關(guān)）元素。為此，有必要開(kāi)發(fā)幾個(gè)部分： 計(jì)劃科：收到產(chǎn)品項(xiàng)目（CAD - 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型）和原材料。規(guī)劃使用可用資源執(zhí)行; 內(nèi)部分析部門(mén)：驗(yàn)證零件加工，存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)中獲得的最佳結(jié)果。此后，執(zhí)行分析以操作順序，工具的使用以及控制部分需要的切割條件為根據(jù)，對(duì)加工部件進(jìn)行分類(lèi); 控制部分：使用補(bǔ)償和模擬預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)執(zhí)行真實(shí)的CNC控制; 質(zhì)量的診斷和控制部分：從分析部分，最終部分被驗(yàn)證，并且自主測(cè)量過(guò)程生成整個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。質(zhì)量控制驗(yàn)證過(guò)程行為統(tǒng)計(jì)以診斷失敗的原因。 上面提到的部分必須： ?使用知識(shí)庫(kù)以自動(dòng)方式維持機(jī)器操作的活動(dòng); ?使用數(shù)據(jù)庫(kù)的信息來(lái)驗(yàn)證和改進(jìn)資源（新技術(shù)），以提高運(yùn)營(yíng)績(jī)效; ?使用診斷和質(zhì)量控制自動(dòng)檢查完成部件，無(wú)需人工干預(yù); ?操作完成后，自動(dòng)分析操作性能。 ?基于模擬實(shí)時(shí)分析控制模型，并在維持機(jī)床精度和安全性的控制中進(jìn)行校正。 開(kāi)放式架構(gòu)CNC將具有以下特征（Yamazaki，1996）： 透明：系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)完全了解機(jī)床制造商以及最終用戶; 可移動(dòng)：控制軟件的任何部分可以傳輸?shù)饺魏芜h(yuǎn)程部分或個(gè)人微型計(jì)算機(jī); 可移植：控制軟件可以實(shí)施或現(xiàn)代化; 活力：當(dāng)更換新的系統(tǒng)組件時(shí)，軟件和硬件都應(yīng)允許機(jī)器立即運(yùn)行，無(wú)需額外成本; 可重新配置：控制器功能應(yīng)可由用戶配置; 進(jìn)化：必須開(kāi)發(fā)完整的系統(tǒng)（這意味著智能功能sho 總結(jié) 使用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)CNC被認(rèn)為是非常重要的，因?yàn)樗且环N有前景的技術(shù)，其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中起著重要的作用，允許設(shè)備的集成，更友好的配置界面，機(jī)床通訊和現(xiàn)代化。 電子元件的低成本激勵(lì)了新控制器的發(fā)展。 在美國(guó)，歐洲和亞洲開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式架構(gòu)有幾種類(lèi)型，它們使用標(biāo)準(zhǔn)的IBM-PC計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 OSACA架構(gòu)在軟件領(lǐng)域最為廣泛，OMAC架構(gòu)主要在工業(yè)應(yīng)用中運(yùn)行，OSEC架構(gòu)在每個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化，物流和支持中都起作用。 HOAM-CNC架構(gòu)在新的傳感器和特殊模塊實(shí)現(xiàn)方面在硬件領(lǐng)域起作用。 所有這些架構(gòu)都集成了幾個(gè)不同制造商的設(shè)備，并以更低的成本獲得控制解決方案，保持相同的性能。 開(kāi)放式架構(gòu)控制器的一些好處是： ?在控制軟件的設(shè)計(jì)中使用C ++編程。 軟件程序可以配置和實(shí)現(xiàn)新功能，增加機(jī)床性能。 ?采用力傳感器，振動(dòng)傳感器，聲傳感器等新應(yīng)用的適應(yīng)性控制算法開(kāi)發(fā)的應(yīng)用可能性 ?特殊伺服控制算法執(zhí)行，提高機(jī)床精度。 ?為不同機(jī)器使用相同的操作界面，簡(jiǎn)化用戶培訓(xùn)并降低成本。 致謝 作者要感謝巴西的FAPESP - 圣保羅州研究基金會(huì)安帕羅 ，部分資助了這項(xiàng)工作的開(kāi)發(fā)。 參考文獻(xiàn) Altintas，Y，Newell，N和Ito，M. 1996?！澳K化CNC設(shè)計(jì)用于智能加工，第1部分：設(shè)計(jì)用于數(shù)控機(jī)床的分層運(yùn)動(dòng)控制模塊”，ASME的交易 - 制造科學(xué)與工程，V.118，十一月，第508-521頁(yè)。 Koren，Y.，Pasek，Z.J.，Ulsoy，A.G。和Benchetrit，U.，1996a，“實(shí)時(shí)開(kāi)放控制架構(gòu)和系統(tǒng)性能”，;國(guó)際生產(chǎn)工程研究學(xué)會(huì)，一月，V.45。 Koren，Y.，Pasek，Z.J.，Ulsoy A.G.和Wright，P.K.，1996b。“開(kāi)放式架構(gòu)控制器的時(shí)序和性能”，ASME動(dòng)力系統(tǒng)與控制ASME論文集。DSC-58卷。 Miles，P.，1998，“開(kāi)放架構(gòu)：預(yù)測(cè)采納波”，機(jī)器人世界，第23-29頁(yè) OSACA，1998?！白詣?dòng)化系統(tǒng)中的控件的開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)果活動(dòng)者”，瑞士，集 Oshiro,O.T.，1998?！俺軝C(jī)床的并聯(lián)控制結(jié)構(gòu)”（葡萄牙），博士論文工程學(xué)院deS?oCarlos，圣保羅大學(xué)，SP。巴西。 Pritschow，G.，Daniel，CH，Junchans，G。和Sperling，W.，1993?！伴_(kāi)放系統(tǒng)控制器 - 機(jī)床行業(yè)未來(lái)的挑戰(zhàn)”同Altintas，Y.，and Munasinghe ，WK，1994?！皺C(jī)床分層開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)”，國(guó)際生產(chǎn)工程科學(xué)院，一月，43卷。 Proctor，M.F.和Albus J.S.，1997?！伴_(kāi)放式架構(gòu)控制器”，電器和電子工程師學(xué)會(huì)系列，V.34，六月，第60-64頁(yè)。 Schofield，S.，1996，“用于高級(jí)機(jī)床的開(kāi)放式架構(gòu)控制器”，博士論文，加州大學(xué)伯克利分校 同Apud Wright P. 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數(shù)控車(chē)床代表著機(jī)械制造行業(yè)現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平。而目前我國(guó)的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)研制出很多項(xiàng)目，如CNC系統(tǒng)，數(shù)控銑床加工中心和自動(dòng)編程系統(tǒng)等等，但我國(guó)的數(shù)控機(jī)床無(wú)論是開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)，還是擁有量上與一些先進(jìn)國(guó)家都有較大的差距，這也促使我國(guó)必須加快數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。 綜上所述，本次我的課題是十分具有現(xiàn)實(shí)意義的，使普通機(jī)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)也是提高生產(chǎn)水平，更新工藝的重要途徑。 ·課題的目的及意義 每一個(gè)設(shè)計(jì)都有其設(shè)計(jì)的目的和意義?？梢哉f(shuō)，數(shù)控機(jī)床正被越來(lái)越多的制造企業(yè)所使用生產(chǎn)，也是現(xiàn)代制造工業(yè)化的重中之重。在數(shù)控技術(shù)中，對(duì)其的電氣控制系統(tǒng)的研究就顯得尤為重要。隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，而臥本次的課題就是利用單片機(jī)對(duì)數(shù)控車(chē)床進(jìn)行控制。而對(duì)數(shù)控車(chē)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅能在數(shù)控機(jī)床故障診斷和維修上帶來(lái)方便，還能保證零件加工的準(zhǔn)確度，減少一些不必要的認(rèn)為誤差。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義 ·數(shù)控機(jī)床的工作原理 數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中，是將加工過(guò)程中所需要的必要的操作和步驟以及加工零件的形狀尺寸用數(shù)字化的代碼來(lái)進(jìn)行表示，在通過(guò)控制介質(zhì)將這些數(shù)字信號(hào)送入到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對(duì)這些輸入信息進(jìn)行處理和運(yùn)算，發(fā)出各種控制信號(hào)，從而控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或者其他的驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出我們所需要加工的產(chǎn)品。 文獻(xiàn)綜述 1. 數(shù)控加工 1.1數(shù)控加工的概念及其發(fā)展 數(shù)控加工時(shí)指在機(jī)床上利用數(shù)控技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行加工的一個(gè)過(guò)程。數(shù)控加工和非數(shù)控加工的流程從整體上來(lái)說(shuō)是大致相同的。但在技術(shù)上卻大相徑庭。采用數(shù)字信息控制加工零件的數(shù)控加工方法是針對(duì)零件種類(lèi)多樣、相同型號(hào)產(chǎn)量少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高等現(xiàn)實(shí)狀況達(dá)到高效化和自動(dòng)化加工的有效方法。數(shù)控加工的發(fā)展方向是高速和高精度。20世紀(jì)50年代，MIT設(shè)計(jì)了APT，APT具有程序簡(jiǎn)潔，方法靈活等優(yōu)勢(shì)，單頁(yè)有很多不足之處如對(duì)于復(fù)雜的幾何形狀，無(wú)法表達(dá)集合既視感。為修正APT的不足，1978年，法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司開(kāi)發(fā)了CATIA。這個(gè)系統(tǒng)有效的解決了集合形狀復(fù)雜、難以表達(dá)既視感的缺陷。目前，數(shù)控編程系統(tǒng)正向高智能化方向發(fā)展。 1.2數(shù)控加工的內(nèi)容 數(shù)控加工的內(nèi)容有挑選適宜在數(shù)控機(jī)床上加工的零件，對(duì)數(shù)控加工方案進(jìn)行確定；詳細(xì)繪制所加工零件的圖紙，對(duì)圖紙進(jìn)行分析，確定需要數(shù)控加工的部分，如具體工作的分工、工作的前后順序、加工器具的選擇和位置確定、與其他加工工作的銜接等；利用圖形軟件對(duì)需要加工的部件進(jìn)行造型；根據(jù)加工條件，選擇合適的加工參數(shù)，生成加工軌跡；確定數(shù)控加工中的允許誤差；軌跡的仿真檢驗(yàn)，生成G代碼，傳給機(jī)床加工等。 2. 數(shù)控加工的特點(diǎn) 1)具有高度柔性 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，主要取決的地方加工程序，因此使得它與普通機(jī)床有很大的不同，如不需要制造、更換工具、夾具的時(shí)候也不需要經(jīng)常調(diào)整機(jī)床。因此數(shù)控機(jī)床經(jīng)常適用在不需要經(jīng)常更換零件的場(chǎng)合，換句話說(shuō)也就是適合單件、小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，縮短了生產(chǎn)所要的周期，也就節(jié)省了許多工藝設(shè)備的費(fèi)用。 2）加工精度高 8 文獻(xiàn)綜述 數(shù)控機(jī)床的加工精度，嚴(yán)格意義上說(shuō)能夠達(dá)到0.005-0.1mm。數(shù)控機(jī)床是按照數(shù)字信號(hào)形式控制的，數(shù)控裝置沒(méi)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，則機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm），而且別一方面，機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償。因此，數(shù)控機(jī)床的定位精度一般都很高。 3）加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠 加工同一批零件時(shí)，可以在同一機(jī)床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。 4）生產(chǎn)率高 數(shù)控機(jī)床因其高效的加工效率，可以有效的減少零件的加工時(shí)間和輔助時(shí)間，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍大，允許機(jī)床進(jìn)行大切削量的強(qiáng)力切削。數(shù)控機(jī)床目前正進(jìn)入高速加工時(shí)代，數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位及高速切削加工，減少了半成品的工序間的周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。 5）利用生產(chǎn)管理現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床的加工，可預(yù)先精確估計(jì)加工時(shí)間所使用的刀具、夾具可進(jìn)行規(guī)范化、現(xiàn)代化管理。數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)代碼為控制信息，易于實(shí)現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化。目前已與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，是現(xiàn)代集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。 3.單片機(jī) 以上是對(duì)數(shù)控加工和數(shù)控機(jī)床的一些簡(jiǎn)單的介紹，而數(shù)控機(jī)床中數(shù)控的控制系統(tǒng)作為它的核心之一，我也在此有必要對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行一些研究和分析。而臥的課題是基于單片機(jī)的CK6163數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以我對(duì)單片機(jī)作一些簡(jiǎn)單的分析和介紹。 （1）.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì),包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇,以及工藝參數(shù)的測(cè)量范圍等;選擇各參數(shù)檢測(cè)元件及變送器;建立數(shù)學(xué)模型及確定控制算法;選擇單片機(jī),并決定是自行設(shè)計(jì)還是購(gòu)買(mǎi)成套設(shè)備;系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),包括接口電路,邏輯電路及操作面板;系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),包括管理、監(jiān)控程序以及應(yīng)用程序 文獻(xiàn)綜述 的設(shè)計(jì),應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含有硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分;系統(tǒng)的調(diào)試與試驗(yàn)。 (2）.單片機(jī)是一種廣泛的常用控制系統(tǒng)，因其具有以下的幾種特點(diǎn) 1）.高集成度、體積小、高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，使得其集成度很高，相應(yīng)的體積也很小。而芯片本身是按照工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常熟及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。 2） .控制功能強(qiáng) 為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件：分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專(zhuān)門(mén)的控制功能。 3） 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1．8V~3．6V,而工作電流僅為數(shù)百微安。 4） 易擴(kuò)展 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 5） 優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)己開(kāi)始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也己突破64KB的限制，有的己可達(dá)到IMB和16MB,片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷(xiāo)量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。 4.基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) 單片機(jī)在現(xiàn)代的社會(huì)生產(chǎn)和生活中正扮演著越來(lái)越重要的角色。單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)各種工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)和智能儀器儀表的重要手段。在數(shù)控系統(tǒng)中，插補(bǔ)起著非常重要的作用。插補(bǔ)，就是根據(jù)給定的進(jìn)給 速度和給定輪廓線形的要求，在運(yùn)行軌跡的起始點(diǎn)坐標(biāo)和輪廓軌跡之間，由數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算出各個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)，“插入”、“補(bǔ)上”運(yùn)動(dòng)軌跡中間點(diǎn)的坐標(biāo)軸。由于原理和計(jì)算方法的不同，插補(bǔ)可以分為許多不同類(lèi)型，主要分為兩種：逐點(diǎn)插補(bǔ)法和數(shù)字插補(bǔ)法。逐點(diǎn)插補(bǔ)法以折線來(lái)逼近直線或者圓弧曲線，它既可以作直線插補(bǔ)，也可以作圓弧插補(bǔ)，且運(yùn)算直觀。對(duì)于單片機(jī)程序的編制，我們可以使用逐點(diǎn)插補(bǔ)法，因其相對(duì)于數(shù)字插補(bǔ)法來(lái)說(shuō)，更加適合于單片機(jī)這個(gè)相對(duì)出于中低端的CPU芯片。 參考文獻(xiàn) [1].王永章等.數(shù)控技術(shù).高等教育出版社，2003 [2].李郝林.機(jī)床數(shù)控技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社出版，2002 [3].中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)行業(yè)發(fā)展部.CIMT2001巡禮【J】.世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2001,12930：18-20 [4].粱訓(xùn)，王宣，周延佑.機(jī)床技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向【J】.世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng)，2011,11:21-28 [5].陳粵初.單片及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐.北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 1992 [6].何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 1998 [7].葉華喬.一種基于單片機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)：微計(jì)算信息 [8].張佳珍.單片機(jī)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)：佳木斯大學(xué) 黑龍江佳木斯154007 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根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品周期減短，效益提高。 2. 用插補(bǔ)運(yùn)算的方法設(shè)計(jì)程序 3. 編寫(xiě)必要的程序流程圖 4. 掌握單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 5. 能積極有效的采用一些較為完善的抗干擾措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 指導(dǎo)教師 意見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽名： 年月日 教研室意見(jiàn) 院系意見(jiàn) 主任簽名： 年 月 日 教學(xué)主任簽名： 年 月 日 #include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define com8255 XBYTE[0x007f]//8255端口地址 #define PA8255 XBYTE[0x007c] #define PB8255 XBYTE[0x007d] #define PC8255 XBYTE[0x007e] uchar code F_rotation1[]={0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0xa0};//步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制狀態(tài)表 uchar code B_rotation1[]={0xa0,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80}; uchar code F_rotation2[]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x0a}; uchar code B_rotation2[]={0x0a,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08}; uchar code F_rotation3[]={0x88,0xcc,0x44,0x66,0x22,0xaa}; uchar code B_rotation3[]={0xaa,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88}; uchar code F_rotation4[]={0x8a,0xc2,0x46,0x64,0x2c,0xa8}; uchar code B_rotation4[]={0xa8,0x2c,0x64,0x46,0xc2,0xa8}; uchar code table[16] = 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