国产数控系统的发展方向

国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用普及型中档数控系统是我国机床市场需求的主体，也是数控机床产业结构优化的基础。当前，国产数控系统产业面临着十分严峻的形势，国内80%以上中高档数控系统和数控机床依赖进口，数控系统产业发展的严重滞后，已经成为制约我国制造业发展的瓶颈。

由武汉华中数控股份、北京机电院高技术股份承担的科技部863课题《国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用》，通过对三轴及三轴以上加工中心关键技术的研究、中试和与国产中档加工中心的批量配套，使国产数控系统的功能、性能和可靠性达到了国际同类产品先进水平，为国产中档数控加工中心的规模化生产奠定了基础。

一、创新的技术路线与研究成果《国产数控系统的开发及其在中档加工中心上的应用》课题，瞄准国外数控系统和加工中心的先进水平，采用创新的技术路线：以软代硬、简化硬件，保障产品的品质；建立开放式平台、适应用户个性化要求；技术成套，降低成本，提高竞争力；第四，坚持将阶段研究成果迅速工程化，开发出适应于市场发展的数控系统新产品。在数控系统关键部件与加工中心主机一体化设计、开发和生产工艺体系方面，取得了六个方面的重大突破。

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中国机械工程实现了由软件芯片生成应用数控系统的配置、集成系统，可以支持用户利用库中的软件芯片或任何第三方提供的软件单元生成应用系统。它由软件芯片组合生成控制单元的单元功能配置工具、由控制单元组合生成CNC应用软件的应用框架配置工具、应用程序生成以及编译连接工具等组成，见图5。单元配置和框架配置工具根据用户的选择，分别生成单元配置文件和应用配置文件，由应用生成工具根据配置文件生成CNC软件代码。生成的代码对用户开放，用户可以根据情况对生成的代码进行修改。利用集成工具，可以灵活、高效地生成开放性控制系统。什么是开放式数控系统？数控技术正以前所未有的深度和广度深刻影响着广泛的制造业领域的发展方向，正在给制造业带来革命性的变化。而数控技术的核心是数控系统，数控系统的发展方向在很大程度上决定着数控技术的发展方向。随着数控技术的不断发展，传统数控系统由于其采用专用的、封闭式的体系结构，已不能适应当今制造业市场变化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需要。这就迫切需要开发具有开放性、性能稳定、价格低廉的新型数控系统。当今，随着计算机技术的高速发展，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的就是体系结构的开放化，设计生产开放式的数控系统。开放式数控系统的概念数控系统的开放性体系结构数控系统的开放性概念出现在80年代末90年代初，是欧美各国为了适应机床制造业在技术、市场和生产组织结构等多方面的新的变化而提出的，其目的是建立一种崭新的控制系统设计框架，使系统朝模块化、平台化、标准化和系列化方向发展，在联合的前提下提高产品的竞争能力。在关于开放式体系结构的定义，按IEEE定义，一个开放式控制系统应提供这样的能力:来自不同卖主的种种平台上运行的应用都能够在系统上完全实现，并能和其他系统应用互操作，且具有一致性的用户界面。开放式的数控系统是指PC-NC，是在加工机械专用的CNC中也将引入PC所具有的开放化。系统组成内部的开放化系统组成各部分之间的开放化关于以上开放性的概念可从两个方面进行理解:一是时间的开放性，二是空间的开放性。时间的开放性是针对软硬件平台及其规范而言的，以保证平台具有适应新技术的发展，并能够接受新的设备的能力。时间的开放性又有可扩展和可移植性两个方面。空间的开放性是针对系统接口及其规范化而言的，它又可分为互操作性和互换性。开放式数控系统的特征开放式数控系统的特点由上述定义可知，开放式数控系统是一个模块化的体系结构，由系统平台和面向应用的功能模块所构成，既有接口的开放性，又有自身功能的开放性，其具有以下基本特征[3]:可互操作性拥有标准化接口，通信和交互模型。通过提供标准化接口通讯和交互机制，使不同功能模块能以标准的应用程序接口运行于系统平台上，并获得平等的相互操作能力，协调工作;可移植性不同应用程序模块可运行于不同生产商提供的系统平台，同时系统软件也可运行于不同特性的硬件平台之上。不同的系统功能模块能运行在不同的系统平台之上，因此，系统的功能软件应与设备无关，即应用统一的数据格式、控制机制，并且通过一致的设备接口，使各功能模块能运行于不同的硬件平台上;可扩展性提供标准化环境的基础平台，允许不同功能的模块介入，CNC用户或二次开发者能有效地将自己的软件集成到NC系统中，形成自己的专用系统，其特征是通过特定功能模块的装载和卸载为用户系统增添和减少功能;可互换性不同性能、不同执行能力的功能模块互相代替。构成系统的各硬件、功能软件的选用不受单一供应商的控制，可根据功能、可靠性、性能要求相互替换，不影响系统整体的协调运行;可伸缩性CNC系统的功能、规模可以灵活设置，方便修改。控制系统的大小(硬件或元件模块)可根据具体应用增减。开放式数控系统的优势由此可以看出开放式数控系统构建于一个开放的平台上，具有模块化结构，允许用户根据需要进行选配与集成，迅速适应不同的应用需求，与传统的封闭式专用数控系统相比经，具有以下优点:具有强大的适应性和灵活配置能力，能适应多种设备，灵活配置与集成;控制软件具有及时扩展和联接功能，可顺应新技术的发展，加入各种新功能。可通过预留插入用户专用软件的接口的方式或提供用户API和编程规范，供用户编制自己的专用模块的方式，简便地实现系统的扩展;能适应计算机技术和信息技术的快速发展和更新换代，能有效保护用户原有投资;操作简单，维护方便。在PC机上经简单编程即可实现运动控制，而不需要专门的数控软件;遵循统一的标准体系结构规范，模块之间具有兼容性、互换性和互操作性;技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制，是传统数控装置的换代产品;结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用不同场合、不同功能需求的控制系统，可明显缩短新产品的研制开发周期，用户可以根据自己需要开发自己的功能模块;将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好。基于PC的开放式数控系统焰基于住PC右的开乌放式乏数控仪系统衡的类讲型举基于利PC大的开晒放式倒数控贿系统惑能充潮分地于利用拨计算爹机的散软硬培件资单源，厅可使女用通帝用的葵高级塔语言淋方便棒地编驰制程岸序，贵用户遮可将甩标准懒化的竿外设若、应纯用软搁件进匪行灵扇活地势组合极和使涨用。封使用望计算趁机同划时也论便于赵实现删网络到化。嘱基于侨PC葛的开筒放式蛋数控炊系统呼大致惩可分悦为以部下几饼种类搅型[誓1，挺2]构。肢PC淘嵌入雕型N沸C卵该类绣型系校统是则将P砍C装赤入到棉NC建内部锤，P晌C与陕NC肿之间识用专凝用的岛总线愿连接肠。系哗统数象据传冒输快断，响框应迅带速，先同时牌，原硬型N巷C系政统也幕可不俯加修乖改就珠得以耽利用望。缺帐点是徒不能蜂直接粉利用但通用穿PC村，开吐放性嫩受到肠限制筑，通栏用P际C强块大的尚功能忌和丰嘱富的祸软硬纸件资勇源不屿能得迷到有改效的面利用景。这斜种数颈控系也统尽素管具鲁有一睡定的歼开放疏性，眠但由红于它颂的N壳C部劳分仍丽然是长传统屯的数腥控系记统，寄其体倒系结透构还狠是不扶开放柳的。孤NC垫嵌入旱PC铸型孟该类构型系栋统是别将N立C卡跨(运便动控框制卡皂)插内入通勾用P元C的细扩展灭槽中筋组成经的。税它能象够充炎分地耀保证对系统懒性能钟，软缴件的姥通用蚕性强陷，并坟且编卖程处辛理灵哨活。跪这是粮目前恳采用裳较多怪的一病种结挎构形槽式，饿这种极结构乔形式之采用征“P瓜C+努运动灯控制沈器”减形式险建造盖数控犬系统拆的硬列件平昨台，妻其中寇以工甩业P萄C为六主控勉计算猪机，望组件床采用怜商用吓标准苦化模借块帜，总诱线采螺用P孩C总敢线形领式，百同时破以多其轴运来动控且制器呀作为俱系统羊从机蕉，进申而构结成主卫从分夫布式却的结没构体灶系。箱全软般件型覆NC距该类呼型系制统是婆指C码NC倚的全危部功除能均铸由P盼C实排现，恋并通层过装反在P奔C机罗上扩琴展槽脑的伺梨服接售口卡掀对伺绩服驱雹动等句进行贱控制臭。其互软件拢的通锦用性录好，渡编程劳处理倦灵活魂。这喝种C术NC俩装置昆的主黎体是霉PC蛙机，鲜充分径利用方PC凶机不顽断提闭高的氏计算或速度必、不患断扩寺大的许存储邮量和谢性能胞不断练优化榆的操汁作系阻统，捎实现薄机床哈控制灯中的叛运动够轨迹她控制哗和开乎关量授的逻尝辑控冒制。惯软件殿化数糊控系首统把邻运动迟控制靠器以配应用箩软件唤的形忧式实购现，钱除了呢支持嘱数控番上层茄软件新的用祸户定遵制外普，其铜更深幕入的趋开放柏性还烧体现具在支口持运伟动控议制策消略的胸用户哑定制抹。同哗时，岁软件世数控冰系统炊更加污向计焰算机腐技术也靠拢组，并盖力图察使数渴控技罪术成鹿为先畅进制唇造上液层应环用的撕标准辈的设李备驱户动代午理。眯这种屑结构钟形式紫的数闻控系凳统，中其主友要功努能部挠件均盯表现械为应交用软蜘件的资形式古，这摔是实倦现形趟式上蔑的一铸种技仰术变者革。遍NC跌嵌入继PC文型开据放式悦数控朝系统隆的体船系构谦成串PC饥-N爪C开秃放式渔数控姻系统躺的结妻构如语图1汇所示乔。得图1活P内C-部NC绍模式餐开放彩式数屋控系踩统的滔结构汪其构铺成如笛图2淹所示浓。业图2嫁P命C-都NC泥模式桌开放躺式数苍控系抄统的蚕构成灭其硬仅件系疲统主肌要由慎工业傅控制们计算遵机、牛运动校控制析卡、敢驱动靠及放古大部李件、讲交流味伺服控电机厉、位砌置检祥测部式件、即接口贫控制彩电路碰等组伙成。衰其中丙，工访业控鸡制计输算机紫为信哭息管盾理部麦分，榴运动福控制畜卡为醒运动悼驱动盼与算湾法控仍制部蜻分。赌软件揉系统袄可采违用在响Wi暂nd龟ow处s2山00众0操耻作系呜统下架，以北Vi诱su裂al富B挎as鄙ic脆或V体is结ua廊l透C+括+等陵为开曲发工蝶具采肌用面尝向对溉象的救编程昼方法赛，对喉开放学式数震控系畏统软狠件进正行开歉发，机实现些数控枪系统丝的基涛本功翅能。乌此模蚊式中早运动坑控制纳卡主浊要承烈担实槐时性圆任务宅，如促伺服掠控制蹲、路摊径规麦划、芹可编固程逻食辑控桶制;溜工业虫控制芝计算帆机主瘦要完双成系惭统管浅理、抖数控托编程向、数赚控仿召真、机图形课插补寸和人似机界净面处粪理、厕网络京功能茶等非叹实时鲜任务泰。工催业控津制计低算机尝的控伍制内呜核是亭整个佣数控材系统落的核每心，斗它通趋过调突用对凤应于浩运动箩控制父卡中蔬各种洋变量谋和功肢能的志应用秀程序抬接口图与运虹动控跳制卡提交换膊信息掩，并炊负责问整个歌系统胃的协召调工炒作。英数控希系统左开放辆性技继术关俗键虏在经锹历了英引进洒和消跪化吸晚收两奶个发拘展阶百段后拜，我加国在响数控凯技术浙领域读取得赔了突孤破性抵的进抢展，寨已经减实现厌了自妄行开胀发具层有自诞己软隆硬件堪版权吹的数刘控系垮统，烧同时医数控惕系统歇的开裳放性在研究辈工作喂也正用在进蛇行。宾数控策系统桃要实振现开折放性数结构睛，主合要解框决以挣下几狠个关肯键性模的问吹题:花制定强一个耐开放拥式数绣控系喂统的艇制造藏协议撑,在灭系统掉的应袭用软伯件、阀硬件渣和网肢络功鉴能方渡面形振成一搞整套壁标准固规范犬，规肆范系射统的册软硬结件界根面和豆通讯场协议饼，使英得控熔制器及制造郊商和谎机床疮生产容厂能座在制朗造协珠议的阅导航旬下进积行有肃序的寒开发警和生细产，谜并在傍此基捎础上太实现掉广泛搏的合低作。徐实现晃系统缴硬件藏的模青块化耍、标胀准化胳和系扛列化掘，并头提高恨其可告靠性题和实栗时性级。通挡过对想