开放式数控系统主轴控制设计论文-毕设论文.doc

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1、济南大学毕业设计1前言1.1设计的目的和意义数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比,是衡量一个国家工业制造整体水平的重要标志之一[1]。本设计以数控立铣床为例，数控铣床是数控机床的主要品种之一,在各种数控机床中占有非常重要的位置,数十年来一直受到世界各国的重视,并得到了迅速的发展和广泛的应用。其中主轴运动是数控铣床的一个重要内容，研究主轴控制对于提高机床的加工效率,扩大加工材料的范围,和提升加工质量都有着很重要的作用和意义。对于开放式数控系统主轴控制设计的研究，可以大大简化主轴传动的机械结构，可以方便地对主轴进行正反转控制，实现在一

2、个很宽的速度范围内进行无极调速，它用工业控制计算机（IPC）机作为软件平台，可以充分利用已经发展成熟的计算机丰富的软件和硬件资以及最前沿的科技发展成果，因此本设计研究的课题具有非常广泛的应用前景。1.2国内外研究现状开放式数控系统是发达国家在20世纪90年代开始竞相发展的新型的控制器。1987年，美国空军在政府资助下首先开展了NGC新一代控制器项目的研究，获得了成功，建立了开放式系统体系结构标准规范。1994年，美国克莱勒斯、福特、通用三大汽车公司也联合研究了“开放式、模块化体系结构控制器（OMAC）”项目，目标是降低控制系统的投资成本和维护费用，缩短产品开发

3、周期，提高机床利用率，提供软硬件的“即插即用”和高效的控制器重构机制，简化新技术到原有系统的集成，从而使系统易于更新换代，尽快跟上新技术的发展，并适应需求的变化。1990年由欧盟国家的22家控制器机床生产商、机床开发商、控制系统集成商和科研机构联合，开展了OSACA（OpenSystemArchitectureforControlswithinAutomationSystem）计划的研制，建立了“分层的系统平台+结构化的功能单元”的体系结构和基于信息通信平台的软件结构。日本由丰田机器厂、东芝机器公司和MAZAK公司三家机床制造商和其他公司共同组建了OSEC计划

4、，目的是建立一个国际性的工厂自动化控制设备标准，提出了一个开发系统结构[2]。我国在90年代中期已开始了具有自主知识产权和一定开放特性的数控系统的研究，代表产品有华中I型、中华I型、航天I型、蓝天I型[3]。国内的开放控制系统各有优点，且经过近几年的攻关，有了较大的提高。但从数控系统的发展趋势看，它们与国外的相比仍有一定的差距，仍有许多需要完善之处[4]。它们都是利用“IPC-20-济南大学毕业设计机+数控卡”构成的硬件平台，是我国具有自主版权的开放式数控系统，具有非常重要的意义。1.3设计的内容本毕业设计是设计开发一种基于开放式数控系统的数控机床主轴控制。它

5、采用NC嵌入PC型开放式数控系统，利用可编程控制器PLC和变频器来实现主轴的正反转，和无级调速。以IPC机作为系统平台,能够充分利用计算机的软、硬件资源和最新发展成果,具有开放式、模块化、可嵌入、可扩展的特点,是开放式数控系统应用前景最为广泛的一种发展方向。-20-济南大学毕业设计2总体设计方案设计2.1基于IPC的开放式数控系统开放式数控系统是目前在数控机床上应用的比较多的数控系统，是当今数控系统发展的主流方向。开放式数控系统是上世纪90年代发展至今的第六代数控系统。它采用工业控制计算机IPC作为系统平台，IPC丰富的软件资源和开发工具为数控软件的开发提供了

6、方便，缩短了研制周期，降低了开发成本，具有开放式、可扩展、小型化、模块化、可嵌入、智能化的特点,是开放式数控系统应用前景最为广泛的一种发展方向。按照IEEE对于开放式数控系统的定义，开放式数控系统应具有这样的能力：经过恰当实现的应用程序能够在不同厂商的多个平台上运行，能够与其它系统的应用程序互操作，并且能够提供一致性的人机交互界面[5]。基于PC的开放式数控系统大致可分为三类：PC嵌入型CNC，NC嵌入PC型和全软件型NC。（1）PC嵌入型CNC型该系统将PC嵌入到CNC内，PC和CNC通过专用总线连接，系统数据的传输速度快，响应迅速。同时，原来的NC系统可以

7、直接利用。缺点是无法直接利用PC机强大的功能和众多的软硬件资源，尽管它们也有一定的开放性，但由于主体部分仍然是传统的数控系统，因此用户无法介入数控系统的核心，这类系统结构复杂、功能一般，价格比较昂贵。（2）NC嵌入PC型该类型系统是在通用PC的扩展槽中插入专用的CNC卡组成的。它能够充分地保证系统性能,软件的通用性强,并且编程处理灵活,但是,原型CNC资源很难得到利用[6]。它可以使用户介入数控系统核心，能够使用PC丰富的软件资源，可以充分地保证系统性能。是当前主流的开放式数控系统。目前国际上对于这种体系结构的研究最具有代表性的组织是OSE(opensyste

8、mEnvironment)[7]。（3