摘要
随着数控加工技术的发展和复杂曲面零件的广泛应用，数控系统被广泛应用于机械、电子、计算机、自动控制、检测等各个领域，开放式数控系统的研究目的是要建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的控制系统机构，以增强数控系统的功能柔性，能够快速而经济地响应新的加工需求。
本文围绕着开放式CNC （Computer Numerical Control）系统设计中的若干关键技术，从体系结构分析、系统硬件结构地开放化设计等方面进行了研究。全文主要研究工作如下：
系统研究了基于PC的开放式CNC系统的关键性基础问题:CNC体系结构的概念及其对系统性能和发展的重要性，现有CNC系统体系结构的特点和缺陷，CNC系统体系结构开放的必要性、开放的理念和目标以及实现开发的途径。在需求分析的基础上，谈论了开放式CNC体系结构的设计原则和概念模型。
对开放体系结构CNC系统的开放特性需求，研究讨论了基于CAN 总线的模块化体系结构以及各功能模块。
关键词: 数控系统开放体系结构CAN总线PCI总线
Abstract
With the development and broad used of CNC technology and complex curves, openCNC system base on PC has been used in machine, electron, computer, autocontrol, inspectevice etc. The research purpose of open CNC system is to build a modular, reconfigurableand expandable architecture of CNC systems to improve the system's flexibility, and enablethe systems to be re-developed. As a result, CNC systems can be responsive to the marketquickly and economically.
In this thesis, some key aspects and technology on the design of openarchitecture CNC systems are researched, including system architecture analysis. openhardware structure design, driver developing, curve interpolation technology in motioncontrol, etc. Following are the main works and results:
thefeatures and drawbacks of current architecture, and why and how for CNC systems to be open.Some principles and a concept model for open architecture systems are proposed which canbe used as the guidance of detailed design of the software and hardware.
Design methods of the modular system and its function modules base on CAN-busand PCI-bus are presented in details.
Keyword: CNC Open-architecture CAN-bus PCI-bus
目录
前言 (6)
1.数控技术产生的背景 (6)
2.开放式数控系统结构的产生背景 (6)
3.本课题的来源和研究意义 (7)
1.数控系统的发展 (8)
1.1 数控系统的发展历史 (9)
1.2 开放式数控系统的研究 (9)
1.2.1开放式数控系统的研究发展 (9)
1.2.2国产数控系统技术的发展 (12)
2.开放式数控系统的理论研究 (12)
2.1开放式数控系统体系结构 (12)
2.1.1开放体系结构的概念 (12)
2.1.2 开放式数控系统体系结构的开放途径 (13)
2.1.3 基于PC的开放式体系结构 (14)
2.2 运动控制器原理 (15)
2.3 开放式CNC系统的概要设计 (17)
2.3.1开放式CNC系统的需求分析 (17)
2.3.2开放体系结构CNC系统的设计原则 (18)
2.3.3基于PC的开放式数控系统的体系结构 (19)
2.3.4运动控制卡的硬件结构设计 (20)
2.3.5软件整体规划 (21)
本章小结 (22)
3.常见的开放式数控系统的体系结构及特征 (23)
3.1数控系统硬件开放的要求与实现技术 (23)
3.1.1标准化总线技术 (23)
3.1.2 CAN总线原理与特点 (26)
3.1.3 DSP芯片原理 (29)
3.1.4接口的模块化设计 (31)
3.1.5基于PC的开放式设计 (31)
3.2基于PC的开放式CNC系统运动控制卡的硬件设计 (32)
3.2.1运动控制卡微处理器的选择 (32)
3.2.2运动控制卡和上位机通讯设计 (32)
3.2.3 DSP和计算机通讯设计 (34)
3.2.4 DSP和CAN总线的通讯设计 (34)
3.3数控系统其他硬件模块设计 (35)
3.3.1伺服接口模块设计 (35)
3.3.2 PMC模块设计 (35)
3.3.3操作面板I/O模块设计 (36)
本章小结 (36)
4.结论和展望 (37)
4.1结论 (37)
4.2展望 (38)
参考文献 (38)
致谢 (39)
基于PC的数控系统设计
前言
1.数控技术产生的背景
科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。许多生产企业(例如汽车、拖拉机、家用电器等制造厂)已经采用了自动机床、组合机床和专用自动生产线。采用这种高度自动化和高效率的设备，尽管需要很大的初始投资以及较长的生产准备时间，但在大批大量的生产条件下，由于分摊在每一个工件上的费用很少，经济效益仍然是非常显著的。但是，在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批生产的零件(批量在10一100件)约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重机械以及国防部门，其生产特点是加工批量小，改型频繁，零件的形状复杂而且精度要求高，采用专用化程度很高的自动化机床加工这类零件就显得很不合理，因为生产过程中需要经常改装与调整设备，对于专用生产线来说，这种改装与调核甚至是不可能实现的。近年来，由于市场竞争日趋激烈，为在竞争中求得生存与发展，各生产企业如要提供高质量的产品，就必须频繁地改型，并缩短生产周期，满足市场上不断变化的需要。因此，即使是大批量生产，也改变了产品长期一成不变的做法。频繁地开发新产品，使“刚性”的自动化设备在大批生产中也日益暴露其缺点。己经使用的各类仿形加工机床部分地解决了小批量、复杂零件的加工。但在更换零件时，必须制造靠模和调整机床，不但要耗费大t的手工劳动，延长了生产准备周期，而且由于靠模误差的影响，加工零件的精度很难达到较高的要求。
为了解决上述这些问题，来满足多品种、小批量的自动化生产。迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数字控制(NUMERICALCONTROL,简称NC或数控)机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。数控机床就是将加工过程所偏的各种操作(如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等)和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移t都用数字化的代码来表示，通过控制介质(如穿孔纸带或磁带)将数字信息送人专用的或通用计算机计算机对输人的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。
2.开放式数控系统结构的产生背景
数控技术的问世解决了传统方式难以解决的负载零件的制造问题。准确、高
效的自动化手段，改变了以往机械工业中周期长、效率低的局面;柔性的工作方式，能充分适应多品种、小批盆的现代生产方式，从而大大提高了对现代化工业生产需求的适应能力。利用数控技术可以大幅度缩短产品的制造周期，提离产品的加工质盘，加速产品的更新换代，提高产品的竞争力，因而具有显著的经济效益及广阔的发展前景，业已成为一个国家机械制造业水平的重要标志之一。
然而，现今生产中使用的绝大多数CNC系统中(以FAI；UC；S IMENS等为代表)，所采用的是一种专用的封闭式体系结构，即组成系统的硬件模块和软件结构由各数控系统厂家行设计，是专用的，互不兼容的，系统各模块之间的交互方式、通讯及结构也互不相同。这专用的封闭式结构的数控系统，虽然结构简单、技术成熟，产品批盘大、生产成本低，但是随着技术的进步，市场竞争的加剧，越来越暴露出其固有的缺陷，集中表现如下:
1)各控制系统间互联能力差，影响了系统的相互集成:风格不同的操作方式，使用户培训费用增加;专用件的大量使用，给数控设备的使用与维护带来了很多不便;
2)系统的封闭性使得对其扩充和修复极为有限，造成数控设备制造商对系统供应商的依赖，难以将自己的专门技术、工艺经验集成与控制系统结合形成自己的产品特点，不利于提高主机产品的竞争力;
3)专用的硬件，软件结构也限制了系统本身的持续发展，使系统的开发投资大、周期长、风险高、更新换代慢，不利于数控产品的技术进步。总之，数控系统的这一现状已难以适应当今制造业的市场的变化与竞争，也不能满足现代化制造业向信息化、敏捷制造模式发展的要求。
为了节约封闭式体系结构数控存在的问题，近年来，西方各工业发达国家相继提出了向模块化、标准化的方向发展，设计开放式体系结构数控系统的问题，如美国的NGC计划，日本和欧洲提出的OSEC及OSACA计划等。
开放式数控系统的主要研究目的是，解决变化频繁的需求与封闭的控制系统结构之间的矛盾，建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的控制系统结构，以增强数控系统的功能柔性，能够快速而有效地响应新的加工需求。
3.本课题的来源及意义
基于PC的开放式数控系统是对传统封闭式数控结构的根本突破，是当今数控技术的发展主流和研究热点，是新一代数控系统的关键技术。
采用基于PC的开放式数控系统，无论对控制系统开发商、机床厂还是最终用户均有益处。对控制系统开发商，可在共同的标准平台上建立广泛的合作，实现厂家的协作式开发，这将大大缩短系统的开发周期，减少投资，增强产品竞争力。
我国是一个机床生产和应用的大国;但数控技术的应用水平还很不高，严重制约着我国制造业水平的提高。国际上的相关开放计划对我国的数控技术的发展提出了严峻的挑战，同时也带来了机遇。因为开放计划的实施，把世界上所有的数控系统的开发商推到了同一起跑线上。我们应充分把握数控产品技术转型的历史机遇，扬长避短，迎头赶上，充分吸收当今计算机发展的最新成果，高起点制定出切实可行、适合我国国情的数控系统开放化的技术路线。
1.数控系统的发展
1.1数控技术的发展历史
数控技术是现代制造技术的基础，它综合了计算机、自动控制、电气传动、测量技术、机械制造等多项技术，成为二十世纪以来逐步发展起来的机床控制的新技术，是一门交叉学科。
数控技术的广泛使用，给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化。数控技术是国防现代化的重要部分，是国际技术和商业贸易的重要构成。因此，数控技术是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产业。
数字控制(Numerical Control)是相对于模拟控制而言的。数字控制系统中的信息量是数字量，而模拟控制系统中的信息量是模拟量。最初的数字控制系统是由数字逻辑电路构成的，因而称之为硬件数控系统。随着计算机技术的发展，硬件数控系统被逐渐淘汰，取而代之的是计算机数控系统(CNC-Computer Numerical Control)。数控技术在制造业、特别是航空航天工业中得到了广泛的应用，无论在硬件方面还是在软件方面，发展都很快。
自从1952年麻省理工学院研制出世界上第一台三座标铣床以来，随着计算机技术，特别是微电子技术的发展，数控技术无论在硬件或者软件方面发展都很快，数控系统已经经历了八代，可以分为以下四个发展阶段[1]
1.硬件数控阶段(1952一1970)
早期计算机的运算速度低，远不能适应机床实时控制的要求.人们不得不采用数字逻辑电路搭建一台专用计算机作为数控装置，被称为硬件连接数控，简称数控(NC).世界上第一台数控铣床的数控装置是采用电子管、继电器和模拟电路构成的试验样机，通称为第一代数控。1959年，晶体管取代了笨重的电子管。缩小了体积，使得工业应用成为了可能，诞生了第二代数控系统。1965年出现了小规模集成电路构成的NC，体积更小，功率更低，提高了可靠性，NC发展到第三代。
这一阶段的数控系统，各种控制功能均由硬件逻辑完成，称为“硬件”控制，其功能简单，灵活性差，设计周期长，系统可靠性低，因而限制了其进一步的发展和应用。
2.计算机数控系统的发展和完善阶段(1970一1986)
70年代初，大规模集成电路、半导体存储器，微处理器的问世，通用小型计算机出现并逐渐普及，给数控技术带来了突破性的发展。1970年在美国芝加哥数控博览会上，首次展出了以小型计算机为核心的计算机数控系统(CNC)，标志着数控系统进入了计算机为主体的第四代。至此，原来由硬件实现的功能逐步改为由软件完成。从此系统进入了“软连接”数控时代。
1974年，首次出现了采用微处理器芯片的软连接CNC系统，象征着数控系统进入了以微机为背景的时代。这一发展真正实现了机电一体化，进一步缩小了体积，降低了成本，简化了编程和操作，使数控系统达到了普及的程度。
70年代末，80年代初，随着大规模集成电路、大容量存储器、CRT的普及应用，CNC系统进入了第六代。它虽然仍以微处理器为基础，但控制功能更为完善，具备了多功能的技术特征，尤其在软件技术方面发展更快，具有了交互式对话编程，三维图形显示和校验，实时软件精度补偿等功能。在系统体系结构上，开始出现了柔性化，模块化的多处理器结构。数控系统产品也逐渐实现了标准化，系列化。
3.高速精度CNC的开发与应用阶段(1986一今)
为了实现高速、高精度轮廓的精加工，必须提高微轮廓的解释处理能力和伺
服驱动能力。为保证零件程序的传送、插补、加工线速度控制等连续处理，CNC
系统应具有足够高的数据处理速度和能力.32位CPU 以其很强的数据处理能力在
CNC 中得到了应用。使CNC 系统进入了面向高速、高精度的第七代。1986年，三
菱电机公司率先推出了以CPU 为68020的32位，掀起了32位CNC 的热潮，并逐
渐成为当今数控系统的主流。
4.基于PC 的开放式CNC 的开放与应用(1994一今)
进入90年代，PC 机(个人计算机)的性能提高很快，从8位、16位发展到
32位，可以满足作为数控系统核心部件的要求，而且PC 机生产批量很大，价格
便宜，可靠性高.数控系统从此进入了第八代基于PC 的CNC 系统阶段.1994年，
这种基于PC 的CNC 控制器在美国首先亮相市场，并在此后得到了高速发展。PC
的引入，不仅为CNC 提供十分坚实的硬件资源和及其丰富的软件资源，更为CNC
的开放化提供了基础。
1.2 开放式数控系统结构的研究
1.2.1开放式数控系统的研究发展
控制系统采用开放式体系结构将导致新一代控制器的产生，并成为制造业的
一大支柱。因此，欧美及日本等发达国家都相继进行了大量的投入和研究，其中
最具有代表性和影响力的研究有以下几个【2】
1.美国的NGC 和OMAC 计划
早在1987年，里根政府为振兴美国的机械制造业，推动工业形成一个广泛
的合作关系，以增强对外竞争力，推出} NGC (The Next Generation
Work-station/MachineController)研究计划。该项目由美国国家制造科学中心
(NCMS)与空军共同领导，于1989年开始实施。
NGC 计划目标是:基于开放式体系结构的下一代机械制造控制器提供一个标
准，在这一标准的支持下，不同的设计人员可以开发出具有互换性和互操作性的
控制部件。基于这一标准的控制器具有体系结构开放、适用范围广、能适应技术
发展的特点。图1-1为NGC 的体系结构。
图1-1 NCC 体系结构
NGC 的一个重要的成果是开发并最终形成了“开放式系统体系结构标准规
范（SOSAS,Specification for an Open System Architecture Standard ）"，
用于指导工作站和机床控制器的设计和结构组织。SOSAS 定义了NGC 系统、子系
统和模块的功能以及相互间的关系。
NGC 计划已于1994年完成了原型研究，并已转入工业开发应用。例如美国
计算机平台 虚拟机械 工作站管理
工作站 作业执行 控制 传感器 入机接口 子系统 支持工具
Ford, GM 和Chrysler 等公司在NGC 计划的指导下，联合提出OMAC(Open Modular
ArchitectureController)开发计划，定义了系统基础框架、信息库管理、任务
管理、人机接口运动控制、传感器接口等标准OMAC API ，构造了完整的体系结
构。该计划的实现将使系统制造厂、机床厂和最终用户本身从缩短开发周期、降
低开发费用、便于系统集成和二次开发、简化系统的使用和维护等方面受益.例
如DELTA TAU 公司利用NGC 和OMAC 等协议，成功的开发了具有良好开放特性的
多轴运动控制卡，该卡提供了丰富的接口函数，可以方便的应用于PCo PMAC 卡
与PC 之间具有双口RAM 、并行总线、串口等多种信息交换接口，它还提供了丰
富的I/0接口、电机控制接口，能与交流直流等多种电机连接实现运动控制。采
用PC 和PMAC 形成PMAC 开放式CNC 系统，获得良好的效果。
2.欧盟的OSACA 计划
OSACA(Open System Architecture for Control within Automation System)
计划是欧盟为了增强其机床和控制制造商在世界市场中的竞争力而制定的研究
项目.该项目由德国斯图加特大学的制造控制技术研究所(ISW)支持，参加单位来
欧盟国家的11家主要机床制造厂、控制器生产厂和高校。该计划分为三个阶段，
其中第一阶段和第二阶段均已经实现，主要完成了OSA.CA 规范、应用指南，并
依照OSACA 规范并开发了标准的通用系统平台和软件模块。第三阶段的计划正在
实现过程中，其主要目标是推广OSACA 思想以及前期工作的技术成果，同时与日，
美的相关企业机构进行接触，以期建立一个国际性的控制器标准。
OSACA 的目标是为数控等自动化设备定义了一个独立于硬件平台、与制造商
无关的开放式控制系统参考结构，这些自动化设备不仅包括机床数控，机器人控
制，还包括可编程控制器和单元控制器。遵循OSACA 规范的控制器产品将提供更
强的客户定制功能，缩短新产品开发的周期，降低产品的开发、维护、培训和文
档建立的费用。
OSACA 控制系统的体系结构如图1-2所示，包括两个部分:系统平台和结构化
的功能模块。OSACA 系统平台包括操作系统、通讯系统、系统配置、图形服务器
和数据库系统等系统平台通过API 与具体功能模块AO 发生关系。AO 按其控制功
能分为:人机控制，运动控制，逻辑控制，轴控制，过程控制等。OSACA 的软件
结构中有三个主要组成部分:通讯系统、参考体系结构模型和配置系统，它们建
立在统一的信息通讯平台基础上。
图1-2 OSACA 系统结构
3.日本的OSEC 计划
OSEC(Open System Environment for Con 七roller)计划是在日本国家数据库 数据 通讯 操作系统 硬件组件 应用程序接口 A01 A02 A03 A0N
机器人和工厂自动化研究中心(工ROFA )建立的开放式数控委员会的倡导下，于
1995年由东芝机器公司、丰田机器厂和Mazak 公司三家机床制造商和日本工BM 、
三菱电子及SML 信息系统公司共同组建的。其目的是建立一个国家性的工厂自动
化控制设备标准，并开发新一代基于PC 平台、性能价格比高的开放体系结构数
控系统。
OSEC 提出的开放式数控系统参考模型如图1-3所示。这一结构包括了零件
造型、工艺规划、机床控制处理(程序解释、操作模块控制、智能处理)、刀具轨
迹控制、顺序控制、轴控制等功能，并对各层之间的接口制定了协议。这些协议
从CAD 和生产管理开始，分为CAM 和生产监控，综合成为任务调度，然后利用各
种库进行解释，形成轴控制及PLC 所需要的信息和数据，对机床的伺服和执行机
构进行控制。OSEC 还定义了一种工厂自动化设备描述语言(FADL)a FADL 可以在
新的水平上实现CAD/CAM 与控制系统之间的集成，具有对硬件的抽象化、对传统
数控语言EIA 代码(G ，S ，T)和道具数据的兼容性、能够适应控制的实时解释等
特性。这个体系结构独立于平台，如微处理器、系统单元、操作系统和网络协议，
给每个模块的应用提供了相当的自由。因此用户、控制系统生产商和机床厂制造
商都可以很方便地为自己的模块设置或者增加新的功能和特性。如今，OSEC 己
发展到由18家公司和一个团体参与的具有较大影响力的组织。
图1-3 OSEC 参考模型
1.2.2国产数控系统技术的发展
我国的数控技术已经有四十多年的发展历史，期间经历了起步，停滞，引进，
消化开发和创新等几个阶段[2]。 计算机辅助设计 加工过程、程序编译、执行模式控制、智能加工 操作规划层加工顺序规划、刀库、夹具、加工条件
刀具运动 轨迹控制 执行部件 离散控制
设备控制 执行部件
机器层、机器人、机床等
从1958年起，一些科学院所、高等学校和少数机床厂开始进行数控系统的研究和开发。由于受到当时国产电子元器件、加工工艺技术落后、部门经济等因素的制约，未能取得较大的发展，科研和生产基本处于停滞状态。
1980年开始，我国先后从日本和德国引进数控制造技术，合作生产数控机床，打破了国产数控技术徘徊不前的局面。此后经过“六五”的技术引进、散件组装，“七五”期间的消化吸收，“八五”国家组织的科技攻关和“九五”国家组织的产业攻关，使我国的数控系统技术获得了质的飞跃，开发出一批具有自主版权的中高档数控系统.中国珠峰数控公司的中华1型是用工业PC机作为主控制板，CPU为32位486微处理器，实现了多功能控制系统。北京航天数控集团自行开发的航天1型采用与通用PC机体系结构兼容的总线，模块化、开放型嵌入式结构，构成了典型的前后机构数控系统，较好的解决了实时多过程控制。华中理工大学开发的华中1型是以32位工控机为硬件主体，配置了具有曲面构造与自动编程的CAD功能软件，能进行复杂曲面的构造、数控加工规划、NC程序生成、干涉检验和加工仿真，并实现了曲面和直线的插补功能.此外，中科院沈阳计算所研制的蓝天1型、北京航空航天大学的CH2010也都是基于PC平台的数控系统，各具特色。这些拥有自主版权的高档数控系统的开发成功，表明我国已经具备开发、生产中、高档数控系统的能力，为我国高档数控机床的发展提供了技术支持，在技术上和战略上都具有重要意义。
2.开放式数控系统的理论研究
2. 1开放式数控系统体系结构
采用专用计算机组成的数控系统，在选用高性能的微处理器构成分布式处理结构时，可以获得很高的性能，如多轴联动高速、高精度控制，很强的补偿功能、图形功能、故障论断功能以及通信功能。但是由于大批量生产和保密的需要，不同的数控系统生产厂家自行设计其硬件和软件，这样设计出来的封闭式专用系统具有不同的软硬件模块、不同的编程语言、五花八门的人机界面、多种实时操作系统、非标准化接口等缺陷。从而导致，一方面，各控制系统之间互联能力差，影响了系统的相互集成;风格不一的操作方式以及专用件的大量使用，给用户的使用与维护带了很多不便;另一方面，系统的封闭性阻碍了计算机技术的及时应用，不利于数控产品技术的进步。显然，数控系统的这一现状已不能适应当今制造业市场的变化和竞争，也不能满足现代化制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需求。
2.1.1开放体系结构的概念
关于开放式体系结构的定义，目前尚有较大争议，根据IEEE关于开放式系统的定义:一个开放式的系统应能够在多种平台上运行，能够与其它系统进行操作，并能给用户提供一致的交互界面。
对于一个开放式数控系统来说，也应遵循这些基本要求。一个开放的控制系统应具有完全模块化的结构，模块之间具有互换性、可扩展性和可移植性，这是一个开放系统的基本特征。
开放的概念可以从两个方面进行理解:一是时间的开放，二是空间的开放。
时间的开放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、容纳新设备的能力。时间的开放性又有可扩展性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而言的，它又可以分为互操作性和互换性。（1）可扩展性
可扩展性包括规模可扩展性和换代可扩展性。规模可扩展性是指一个开放式的数控系统可以通过增减部件改变系统的功能或性能;换代可扩展性，是指随着时间和技术的迁移，组成数控系统的硬件和软件具有可升级性。
（2）可移植性
可移植性要求数控系统能够在多个厂商提供的平台上运行。因此，系统的功能软件应用与设备无关，即应用统一的数据格式、交互模型、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供应商提供的硬件平台上。（3）互换性
互换性要求构成数控系统的部件在功能，性能或可靠性等要求不同时，能够用另一种部件进行替换。互换性使得一个数控系统不再是专有的，它可以有来自不同厂家的不同部件所构成。这对提高数控系统的性能价格比具有重要的意义。（4）互操作性
互操作性表征了构成系统内部的各个部件在一起协调工作的能力。开放式数控系统的互操作性通过一个统一的、标准的通讯系统来实现，这个通讯系统不仅允许数据的交换并且定义了交换的协议。
开放式数控系统的目的就是使CNC控制器与当今的PC机类似，系统构筑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和集成，更改或扩展系统的功能，迅速适应不同的应用需求，而且，组成系统的各功能模块可以来源于不同的部件供应商，并且相互兼容。
与传统的封闭式专用数控系统相比，开放式数控系统的主要优势在于:建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的控制系统的结构，以增强数控系统的功能和性能柔性，在体系结构上给用户留有进行二次开发更多的余地，能够快速而有效的响应新的加工需求。
2.1.2开放式数控系统体系结构的开放途径
目前，大量的供应商提供了各种各样的加工及控制系统的解决方案，这些方案构成了解决所有自动化系统形形色色的途径。然而，要想附加集成一些由不同卖方提供的功能时，却有相当的难度，这些困难主要集中在不同供应商提供的系统之间没有公共的接口，需要很高的扩展、扩充及集成费用，没有风格一致的操作系统的界面以及需要分别针对不同的系统来培训人员等使维护费用急剧增加。为解决系统开放集成上的难题，我们可以采用三种开放途径，它们的开放层次不同，实现的难度不等，获得开放效果也相差很大，如图2-1所示。图中，虚线将控制系统划分为人机控制层和控制内核层两个层，其中控制内核是CNC系统完成实时加工过程调度和控制的核心部分，一般和系统实时性相联系。三种方式就是基于对这种两个层面开放的不同处理来区分的[3]。
开放人机控制接口开放系统核心接口开放体系结构
人机
控制层
控制
内核层
图2-1 控制系统的开放途径
1.开放人机控制接口
这种方式允许开发商或者用户构造或者集成自己的模块[4]。到人机控制接口中。这一方面是为用户提供了灵活制定特殊要求操作界面和操作步骤的途径，一般用在PC机作为图形化人机控制界面的系统中。
2.开放系统核心接口
此方式除了提供上述第一种方式的开放性能外，还允许用户添加自己特色的模块到控制内核模块中。通过开放系统的核心接口，用户可按照一定的规范将自己特有的控制软件模块加到系统预先留出的内核接口上。
3.开放体系结构
开放体系结构的解决方案是一种更彻底的开放方案。它试图提供从软件到硬件，从人机操作界面到底层控制内核的全方位开放。人们可以在开放体系结构的标准及一系列规范的指导下，按需配置获得功能可强弱、性能可高可低、价格可控制、不依赖于单一卖方的系统。
2.1.3基于PC的开放式体系结构
从实现方法上，PC-NC是目前实现CNC开放化比较现实的途径。PC从产生到现在，其计算能力和可靠性飞速提高，硬件已完全实现标准化，这些使得它越来越适合于工业环境下使用。PC具有丰富的支持软件来改善CNC系统的用户界面、图形界面、动态仿真、数控编程、故障论断、网络通讯等功能。利用PC上功能强大的开发工具，机床制造商和用户可以采用通用的编程语言来编制软件模块化替代系统原有的模块，便于机床厂和用户添加具有自己独特技术的模块。
所谓PC-NC.即在PC机硬件平台和操作系统的基础上，使用市场上销售或者自行研制开发的应用软件和硬件插卡，构造出数控系统功能。但是现在的PC 的操作系统缺乏实时性。目前，PC-NC的构造方式主要有三种:NC板卡插入到PC机的扩展槽中，PC板卡插到NC装置中。
1. NC板迁入PC机
这种形式就是将运动控制板或整个CNC单元插入到个人计算机的扩展槽中。PC机作为非实时处理，实时控制由CNC单元或者运动控制板来承担。这种方法能够方便的实现人机界面的开放化和个性化，即上述第一层的的开放。在此基础上，借助于所插入NC板的可编程能力，能部分实现系统核心结构的开放，
即上述第二层的开放，如基于PMAC 运动控制卡构成的CNC 系统即属于此类。
2. PC 板迁入NC
这一形式主要为了一些大的CNC 控制器制造商所采用。其原因有两个方面:
一是许多用户对它们的产品很熟悉，也习惯使用:二是这些大控制器制造商不可
能也不愿意在短时间内放弃他们传统的专用CNC 技术。因此，才提出了这种折
衷方案。其做法就是在传统的CNC 中提供PC 前端接口，使其具有PC 化的人机
界面，能够集成应用程序、网络接口等。显然，这种系统的NC 内核保持了原有
的封闭性。故只能实现第一层次的开放。
3.软件NC
软件NC 指CNC 系统的各项功能，如编译、编译、插补和PLC 等，均由软
件模块来实现。这类系统借助现有的操作系统平台，在应用软件的支持下，通过
对CNC 软件的适当组织、划分、规范定义和开发，可望实现上述各个层次的开
放。这种控制模式的硬件成本是最经济的。但软件开发是最复杂的，开发的重点
是系统软件和设备驱动程序。这种方式能够迅速吸收计算机技术的最新成果，具
有良好的灵活性和可扩展性，可方便的采用新的控制算法，也易于实现物理设备
和操作系统的更新换代。
本文作者采用的是第一种方式，即NC 板迁入PC 机的方式，系统采用的运
动控制卡是由作者自行研制开发的，长期以来高性能的多轴运动控制卡技术一直
被国外垄断，产品价格昂贵，因此，研究开发高性能的多轴运动控制卡对我国科
技水乎的提高有重要的意义。
2.2运动控制器原理
运动控制(Motion Control)是由电力拖动发展而来的，电力拖动或电气传动是
对以电动机为对象的控制系统的通称。随着电力电子技术、微电子技术的迅猛发
展，原有的电气传动控制的概念己经不能充分的概括现代自动化系统中承担第一
线任务的全部控制设备。因此，二十世纪八十年代后期，国际上开始出现运动控
制系统(Motion ControlSystem)这一术语。
图2-2 现代运动控制技术的结构体系
运动控制通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期
望的机械运动。按照使用的动力源的不同，运动控制主要可分为以电机作为动力
源的电气运动控制、以气体和流体作为动力源的气液控制和以燃料(煤、油等)作微型计算机 模拟数字电子技术
传感器和变换器
经典现代控制理论
计算机仿真和辅助设计 电力电子器件
电机技术
大规模集成电路 运动控制系统
为动力源的热机运动控制等。随着微电子技术和电力电子技术以及微计算机控制技术的发展，在这几种运动控制中，电气运动控制因其具有易实现与计算机接口等明显优点而成为运动控制的主流，大多数中小功率的运动控制系统都是采用电气控制。电气运动控制就是以电机作为动力源，’通过对电动机的控制来对执行机构运动的位置、速度、加速度实现精确控制。
从电力拖动开始，经历四十几年的发展过程，运动控制己成长为一个以自动控制理论和现代控制理论为基础，包括许多不同学科的技术领域。例如电机技术、电力电子技术(电力电子器件、电力电子线路)、微电子技术、传感器技术、控制理论和微计算机技术等等，如图2.2所示，运动控制技术是这些周边技术的有机结合体。随着功能齐全的微计算机、超大规模集成电路(VLSI )，功率集成电路(PIC )，以及先进的计算机辅助制造(CAM)等技术的出现和发展，运动控制技术的面貌为之一新，其前沿不断扩大。运动控制作为一门多学科交叉的技术，每种技术所出现的进展都使它向前再迈进一步，其技术的进步是日新月异的.
运动控制作为自动控制的一个重要分支，在军事国防、工业生产、消费生活等众多领域有着极其广泛的应用.如军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航:工业方面的各种加工中心、专用加工装备、数控机床、工业机器人、以及工厂自动化(FA )中的各种其他控制设备:计算机外围设备和办公室自动化(OA)中的各种磁带机、软盘驱动器、硬盘驱动器、数控绘图机、传真机、打印机、复印机的控制等;家用电器中的空调机、洗衣机、CD机等的控制.总之，只要存在对运动机构进行精确控制的任务，就离不开运动控制系统，运动控制技术得到了各个国家的重视，已经成为一个专门的技末领域。
控制系统PLC 运动控制器拖动装置电动机
反馈装置
执行机构
图2-3 典型运动控制系统的构成
应用在各个领域的典型运动控制系统主要由控制系统(或PLC)、运动控制器、拖动装置(即驱动装置)、电动机、执行机构和反馈装置构成，如图2. 3所示。其中反馈装置将运动设备的位置信息提供给运动控制器，运动控制器响应闭环信号和接受控制系统(或PLC)的定位请求信号并将其转换为命令信号提供给拖动装置，由拖动装置将命令信号转换成电流以驱动电动机。可见运动控制器是运动控制指令的直接发出者，在运动控制系统中处于核心的地位。
对子数控机床来说，运动控制系统就像是它的中枢神经系统，指挥着它的每个动作。对应的控制系统就是数控装置，按照加工要求发出相应指令，运动控制器接收指令，并根据指令像主轴电机和设备进给电机发出控制信号，设备电机的驱动器则将控制信号转变成直接驱动电机的电信号。正如前文所述，开放式运动控制已成为运动控制的发展方向，数控系统也逐步走向开放化，因此对运动控制器也有更高的要求，比如从硬件上要能实现多个坐标轴的位置、速度伺服控制，从软件上配有功能完备的伺服控制软件，具有完善的运动轨迹和插补功能及软件伺服控制功能且能方便地与机床、机器人等设备联接，能迅速地建立高层应用程
序与机床或机器人等设备之间的控制以及测试数据交换等等。这种开放式的运动控制器是未来数控系统的核心部件。
目前在应用中的运动控制器按不同的方法有不同的分类。
根据运动控制器的系统结构来分，主要可以分为基于总线的运动控制器和独立应用的运动控制器及混合型运动控制器。基于总线的控制运动控制器是利用现有的硬件和操作系统、并结合用户开发的运动控制应用程序来实现的。它具有高速的数据处理能力，如NC板插入PC机形式的PC-NC结构中的步进或伺服电机运动控制卡就是一个典型例子，它一般采用PC机的插卡结构，分为单轴和多轴以及各种专用功能插卡;独立应用的运动控制器，它将控制器、I/O,操作界面和通信接口装入一个机壳内，伺服环更新、I/O和操作界面由内部适当的软件来完成。这种控制器无法提供基于总线的控制器那样灵活的通信和操作界面，而且集成到大型系统比较困难。但从应用需求来看，这两种类型的运动控制器都有各自的优点。
基于总线结构型的运动控制器易于系统集成，具有根好的网络功能和开放性:独立型运动控制器则应用灵活机动、系统升级优化比较容易.目前还出现了混合型的运动控制器，它由一个运动控制器和一个伺服驱动控制器构成并组装成一体.既具有独立运动控制器的优点，同时可以通过很多方法和协议将多个伺服驱动控制器连接在一起，并行协调控制.其中SERCOS C Serial Real fillle COImnunitalon Speffiedon)协议(1995年成为IEC 1491国际标准)是目前最适应子同步和协调控制的串行实时沤信协议，该协议为CNC系统与数字伺服系统之间提供了统一的数据交换接口，并使产品具有可互换性。
根据运动控制器的核心技术方案来分，主要可分为基于大规模集成电路型、基于微处理器型、基于专用集成电路(ASIC )型和基于数字信号器(DSP)型的运动控制器。前文己经论及，这里不再赘述。
根据被控制的对象来分，又可以分为步进电机运动控制器和伺服电机运动控制器。过去，总认为伺服控制系统和步进控制系统是两种完全不同的技术，而现在它们的差别已开始缩小。由于控制技术的发展，这两种系统互相模仿，而有逐渐归一的趋势。现代电子技术的发展使得将模拟信号转换成数字信号变得很方便且廉价。过去以模拟控制为主的伺服系统已转向数字化，采用微机控制。可以看成是伺服电机的步进化。同样，现代的步进电机控制，特别是采用闭环控制后，同样可实现快速精确的位置控制，其控制结构在许多方面与交流伺服电机控制是相通的。在国外，己经出现这样的运动控制器，它既可以对步进电机并行开环或者闭环控制，也可以用来控制直流或交流伺服电机，实现闭环伺服控制。
2.3开放式CNC系统的概要设计
概念设计是在系统正式开发前对开放目标的清晰明确，对系统体系结构的总体把握。因此，开放式体系结构CNC系统的概念设计着重要解决的问题是开放什么以及如何开放。它来源于对系统的全面需求分析，依据开放式体系结构基于规范要求进行体系结构的构造。概念设计的结构形成可供系统开发借鉴的参考模型。
2.3.1开放式CNC系统的需求分析
从应用的角度，开放式体系结构CNC系统的设计目标是使系统能够最大限度的提供CNC系统生产厂、机床设备生产厂和最终用户快递而有创造性的解决
当今制造环境中的数控加工和系统集成，不仅能够为设备自由地选择、更新或重构CNC系统，配备合适的伺服执行部件、传感器、PMC等外设，而且系统与外设之间应具有强大的信息通讯能力，使之能灵活运用于综合化的制造系统环境之中。
表现在功能上，一个开放式的CNC系统应能够做到:
1.用户界面的开放
能够提供一个统一风格的操作界面，实现操作的简洁性;同时，用户可根据需求定制界面，例如可以改变仿真形式、增加显示内容、扩展远程监视等功能。
2.功能模块的开放
用户或者开发商可按需选择合适的功能模块，或开发新的模块。例如，系统集成商可更换或自行开发插补模块、翻译模块或扩展高级曲线曲面插补功能，以适应新的加工需求。
3.控制功能的开放
系统的控制对象可以使任何厂家生产的机床，不限制机床的加工类型，可以为车、铣、刨床等通用机床配套，也可以通过加入或者开发新的功能模块为特征加工、齿轮加工等专用机床配套。
4.网络模块的开放
数控系统对另一个并联系统或高层系统是开放的，它们之间可以通过网络相互操作。例如，可由一台主控制机来控制整个网络，控制其它CNC系统的起停、监视其工作状态。
5.硬件平台无关性和可移植性
系统应该可以安装在大多数类型的计算机硬件平台上，以利于应用推广和降低成本，并且移植方便。
2.3.2开放体系结构CNC系统的设计原则
为了全面支持上述关于开放式数控系统的开放概念、应用特性和功能，本文提供了如下的开放式数控系统体系结构设计原则:
1)尽最大可能的利用PC机的软硬件技术:个人计算机具有高可靠性和计算能力，硬件己经实现了标准化。PC上运行的软件具有诸多功能，如友好的界面、图形显示、动态仿真、数控编程、故障诊断、网络通讯等。采用程序开发工具，用通用编程语言编制软件模块代替原有模块，便于生产商和用户添加具有自己独特技术诀窍的功能模块。
2)模块化:数控系统的模块化建立在各功能要素的逻辑分析基础之上，实现了模块之间的标准连接，以及即插即用。模块化的构成要素能够满足用户和厂商的多样化和多层次的要求。
3)动态配置系统:为了实现更灵活的配置和更有好的操作，本系统能够在系统启动、运行状态下，完成系统的动态配置;其实现是基于系统拓扑结构的动态生成，包括构成要素、参数化构成要素的功能、构成要素之间的信息流的组织等几个步骤。
4)可移植性:系统的模块化保证了在同一软硬件平台上，具有相同功能构成要素的可移植性。但是由于软硬件平台的多样性，需要实现在多种软硬件平台上的可移植性。这就要求本系统的规范不依赖于特定的软硬件平台.本系统要求所定义的数据结构、命名习惯、用户接口外观等有利于不同系统平台的实现。就软件讲，采用分层设计或者客户/服务器设计应用程序，将软、硬件有关的部分置于
底层，便于替换，实现移植。
5)可扩展性:本系统可以使用户或者二次开发者安全、有效的将自己的软件集成到个人计算机系统中，形成自己的专用系统。其方法有两种:首先是固定模块内部结构，预留插入用户专用软件接口:其次是提供用户API函数和编程规范，供用户创建专用模块。
上述开放式体系结构的设计原则，可以用于指导开放式数控系统的具体结构构造与开发。
2.3.3基于PC的开放式数控系统的体系结构
结合当前计算机技术的发展和控制系统的开放性趋势，大家普遍提出的开放式数控系统的参考模型如图2-4从图中可以看出，开放式体系结构数控系统的参考模型是一个分层结构，同时也是模块化的，每一层都是一个模块。最低层的是数控机床系统的硬件平台，它包括机床本身，X, Y, Z, C轴驱动器、各种继电器、伺服电机等。再上一层是控制器硬件平台，它是一个计算机系统，一般采用通用的PC机硬件结构，还应提供与机床底层的接口，如数字I/O、可编程控制器(PLC)、运动控制卡等。这两层是硬件层。
软件的最低层是操作系统，采用Windows98, 2000。这些操作系统提供良好的图形用户接口(GUI)、应用程序接口(API )库、多任务机制。再上一层是CNC 应用软件，CNC软件的内部结构也是模块化的。它的核心是模块化，由它来负责整个系统的谐调、高效运作。方便的用户人机界面，代码处理模块对NC程序进行解释和预处理，产生相应的数据结构交给插补运算模块或过程、逻辑控制模块执行，结果通过设备驱动程序(WDM)操作相应的硬件。过程逻辑控制主要处理过程控制、各种开关量、机床状态等。设备管理等进行检测、监控。外部接口模块提供CAD/CAM接口、MIS系统接口、专家系统接口、数据库系统接口等。它应提供两种形式的连接:一是网络，通过客户机/服务器(ClS)的形式与远程的CADICAM系统、MIS系统等交换数据;二是和本地机上的其他应用程序间交换数据。接口功能将有利于CNC系统和其它系统的连接和集成。
这个参考模型充分体现了开放性原则，由于分层次、模块化的结构，各个层次间采用标准接口，从而使每一模块都能实现互换，可以由不同的厂商来生产，组合起来就是一个高性
能性价比的系统。由于PC机的开放性，使控制器硬件和操作系统达到最大限度的互换。而且，CNC系统提供的各种接口允许外部程序获得其所有内部信息。外部程序也运行于Windows操作系统之上，可以利用CNC系统提供的库函数开发相关应用，并集成到一起[5]。
PC机的低价格保证了控制器的低价格，而Windows上的各种开发工具VC 等又使CNC系统的开发难度大大降低，开发费用大幅下降。Windows操作系统对网络的支持是很完善的.因而更利于集成各种网络应用，同样，它也提供了许多高性能的网络程序开发工具。
CAD/CAM系统MIS系统专家系统
图2-4 开放式数控系统的体系结构
2.3.4运动控制卡的硬件结构设计
1.运动控制卡的结构确定思想
1986年以来，世界工业界一直致力于在制造业中推广开放，积木式的结构控制技术。10年来，这一技术己在计算机工业中取得巨大成功。在开放式结构控制技术的指导下，计算机控制系统完成了从造价昂贵的专业大型机到开放式，积木式通用个人计算机的改良。计算机技术的飞速发展为开放式结构的运动控制卡积累了丰富的经验，创造了良好的条件。
从90年代开始，DSP技术和FPGA芯片技术在美国得到高速发展，出现了一批高性能低成本的DSP。这些DSP的主要特性是它们兼容性好，浮点运算速度快。采用DSP技术使得2-32轴的运动控制系统能够浓缩到一块PC的PCI控制卡上。而且每个伺服轴的更新速率可达几十MHz，而且FPGA技术使得通过软件来更新硬件成为了可能。这使得以单片机为基础的运动控制系统发生了重大变化，利用现有的操作系统和资源，可以进一步降低系统的成本，并增加系统的通用性。
现代通讯和网络控制技术日新月异，并在人们的生活中占据越来越重要的位置。如基于网络技术果能把通讯和网络控制技术与DSP有机的结合在一起，可开发出一种全新的基于网络技术的开放式机构的DSP智能运动控制系统，这是当今世界运动控制系统的发展主流。
数控机床进给系统设计
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反
馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。
x-y数控工作台机械系统设计 1.传动方案的拟定 方案一：联轴器联接传动 优点：传动转矩较大，装拆方便，尺寸小，质量轻，维护方便 缺点：对同轴度要求较高，载荷和转速不宜变化太大。 方案二：齿轮传动 优点：工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；传动效率高；结构紧凑；功率和速度适用范围广等。 缺点：制造成本高；精度低时，振动和噪声较大；不宜适用轴间距离较大的传动。 方案三：同步带传动
优点：传动比恒定；质量轻，速度较高；传动效率高；冲击小，噪声小；速度比大，载荷范围大。 缺点：制造安装精度较高，中心距要求比较严格。 由于设计要求及经济性方面考虑，选用方案三即同步带传动。
计算项目计算内容计算结果 % 滚珠丝杠副的选择计算 2.滚珠丝杠副的选择计算 1.机床的工作条件与设计要求 要求工作台最高速度能达到12m/min; 要求工作台的行程为500mm; 要求最大工作负载为500N； 要求工作台从静止加速到最高速的时间为1.0s 滚珠丝杠采用双推－双推的两端支撑方式，运行平稳丝 杠工作环境温度不超过100O C,温度变化范围为±2 O C, 丝杠的温变通过调节预紧螺母来补偿，要求丝杠在可靠性 为90%的条件下能工作15000h. 滚珠丝杠副采用滚珠轴承钢制造，热处理后硬度应达 HRC58-60. 机床有30时间处于空载运行状态（假定）。 2.滚珠丝杠副导程的确定 根据给定的丝杠公称直径的大小，查取书上的标准选定 丝杠的导程为8mm。 Vmax=12m/min Lx=500mm FL=500N tst=1s Δt=±2oC T h=15000h N=1000r/min P h=8mm N m=600r/min F m=1823N f w= 1.2 f t=0.99 f a=1.0 f h=1.0 f k=1.0 C ae =535510N
word格式文档 在线学习系统 体系结构设计报告 重庆工程学院 Chongqing Institute of Engineering
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目录 0. 文档介绍 (4) 0.1 文档目的 (4) 0.2 文档范围 (4) 0.3 读者对象 (4) 0.4 参考文档 (4) 0.5 术语与缩写解释 (4) 1. 系统概述 (4) 2. 设计约束 (5) 3. 设计策略 (5) 4. 系统总体结构 (5) 5. 系统架构设计 (6) 6. 子系统结构与功能 (7) 6.1注册用户管理 (7) 6.2学习批次管理 ................................................ 错误！未定义书签。 6.3课件管理 .................................................... 错误！未定义书签。 6.4学生学习情况管理 ............................................ 错误！未定义书签。 6.5统计查询 .................................................... 错误！未定义书签。 6.6成绩管理模块 ................................................ 错误！未定义书签。 6.7用户管理 .................................................... 错误！未定义书签。 6.8 角色管理.................................................... 错误！未定义书签。 6.9 课程管理.................................................... 错误！未定义书签。 6.10 我的培训................................................... 错误！未定义书签。 7. 开发环境的配置 (15) 8. 测试环境的配置 (16) 9. 运行环境的配置 (16) 10. 其它 (16)
新疆工程学院机械工程系毕业设计（论文）任务书 学生姓名专业班级机电一体化09-11（1）班设计(论文)题目数控机床主传动系统及主轴设计 接受任务日期2012年2月29日完成任务日期2012年4月9日指导教师指导教师单位机械工程系 设 计(论文)内容目标 培养学生综合应用所学的基本理论，基础知识和基本技能进行科学研究能力的初步训练；培养和提高学生分析问题，解决问题能力。通过毕业设计，使学生对学过的基础理论和专业知识进行一次全面地系统地回顾和总结。通过对具体题目的分析和设计，使理论与实践结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能。 设计(论文)要求 1．论文格式要正确。 2．题目要求：设计题目尽可能选择与生产、实验室建设等任务相结合的实际题目，完成一个真实的小型课题或大课题中的一个完整的部分。 3．设计要求学生整个课题由学生独立完成。 4．学生在写论文期间至少要和指导老师见面5次以上并且和指导教师随时联系，以便掌握最新论文的书写情况。 论文指导记录 2012年3月1号早上9：30-12：00在教室和XX老师确定题目。2012年3月6日早上10：00-12:00在教室确定论文大纲与大纲审核。2012年3月13日早上10:00-12：00在教室确定论文格式。 2012年3月20日早上9：30-12:00在教室对论文一次修改。 2012年3月27日早上9：30-12:00在教室对论文二次修改。 2012年4月6日早上9：30-12：30在教室对论文三次修改。 2012年4月9日早上9:30-12：00在教室老师对论文进行总评。 参考资料[1]成大先.机械设计手册-轴承[M].化学工业出版社 2004.1 [2]濮良贵纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社 2006.5 [3]李晓沛张琳娜赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M].上海科学技术出版社 2005.5 [4]文怀兴夏田.数控机床设计实践指南[M].化学工业出版社 2008.1 [5][日]刚野修一(著). 杨晓辉白彦华(译) .机械公式应用手册[M].科学出版社 2004
数控机床课程设计指南（doc 9页）
数控机床课程设计指导书应用专业：机械设计制造及其自动化 班级 学号 姓名
1.设计任务 本次课程设计是通过分析零件图，合理选择零件的数控加工工艺过程，对零件进行数控加工工艺路线进行设计，从而完成零件的数控加工程序的编写。使零件能在数控机床上顺利加工，并且符合零件的设计要求。 2.设计要求 1 绘制二维、三维零件图各一张； 2 数控加工工序卡一份； 3 走刀路线图一份； 4 数控加工程序清单一份（含注释）； 5 设计说明书一份。（分析零件结构；选择机床设备、刀具；编 写数控加工工艺；写出数值计算过程） 3.零件图的分析 在数控车床上加工如图所示的带螺纹的轴类零件，该零件由外圆柱面，槽和螺纹所构成，零件的最大外径为Φ56，加工粗糙度要求较高，并且需要加工M30×1.5的螺纹，其材料为45﹟，分析其形状为不规范的阶梯轴类零件，可以采用端面粗车循环加工指令，选择毛坯尺寸为Φ60mm×150mm的棒料。
4.机床设备的选择 根据该零件图所示为轴类零件，需要的加工的为外轮廓和螺纹，以及毛坯的尺寸大小，查机械设计手册选择FANUC系统的CK7815型数控车床来加工此零件。 5.确定工件的装夹方式 由于这个工件时一个实心轴类零件，并且轴的长度不是很长，所以采用工件的左端面和Φ60的外圆为定位基准。使用普通三爪卡盘加紧工件，取工件的右端面中心为工件的坐标系的原点。 6.确定数控加工刀具及加工工序卡片 根据零件的加工要求，T01号刀为450硬质合金机夹粗切外圆偏刀；T02号刀为900硬质合金机夹粗切外圆偏刀；T03号刀为900硬质合金机夹精切外圆偏刀；T04号刀为硬质合金机夹切槽刀，刀片宽度为5mm，用于切槽、切断车削加工；选择5号刀为硬质合金机夹螺纹刀，用于螺纹车削加工。该零件的数控加工工艺卡片如表1-1所示。 加工流程：加工右端面→粗车外轮廓→精车外轮廓→切螺纹退刀槽→车螺纹→切断 表1-1数控加工工序卡片
体系结构设计整理 一、名词解释 1、软件体系结构概念（3点） 高层结构培训让我们一生都不能错过的东西 1、 组成部分：部件（Component）、连接件（Connector）、配置（Configuration） 部件聚集了软件运算与状态，连接件聚集了部件之间的关系 部件：在软件的体系架构中封装了数据及其处理操作的元素，提供具体应用服务，定义如下： 部件是具有如下特征的架构实体： 1）封装了系统中的功能和/或数据的一个子集 2）通过清晰定义的接口来限制外界对所封装的子集的访问 3）对于被要求执行的上下文有定义明确的依赖关系 部件要素：Name、Property、Port Ch3 PPT P17 连接件：在复杂系统中，交互会比部件范围内的功能实现更重要且更具挑战性，提供独立交互的方法，连接件定义如下： 1）连接件是负责引起和约束部件之间交互的构件 2）它们起到连接作用，但却不是被连接的对象，只是提供连接的规则 Ch3 PPT P24 配置：在系统架构中，部件与连接件之间的一个特殊联系的集合，部件与连接件在此特定的组合方式下相互协作完成特定的目标 2、关注点 软件体系结构对这些关注点进行权衡的过程起到了交流媒介的作用 系统质量属性：可靠性、可修改性、性能、安全性、可测试性、可用性 项目环境： 1）开发：人员技术水平、成本、上市时间、资源 2）业务：收益、系统生命周期、市场定位、首次发布日程 3）技术：开发平台、硬件设备、开发工具、模型和标准 业务目标 3、设计决策 一个系统的体系架构是有关系统的一系列重要设计决策的集合,体系结构也是一系列对系统设计所做的设计决策，包含了重要的“设计决策”，它们说明了软件体系结构得以形成的“理由”，会指导详细设计、实现等后续软件开发工作 设计决策的过程：问题->候选设计->理由->解决方案 设计决策的重要性：
红字的意思是没找到答案，蓝字的意思是不确定；有错别字不负责啊。。。学渣整理，此资料仅供参考╮(╯▽╰)╭ 一 ⒈数控机床通常由哪几部分组成？各部分的作用和特点是什么？ 控制介质 作用：在数控机床加工时，携带和传输所需的各种控制信息。 特点：是存储数控加工所要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序。 数控装置 作用：是数控机床的核心，它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、 运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。 特点：可分为普通数控系统NC 和计算机数控系统CNC 两类。 伺服机构 作用：根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。 特点：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，与机床上的执行部件和机械部件组成数控机床的进给系统。 机械部件 作用：包含有主运动部件、进给运动执行部件、拖板和传动部件等。 特点：传动结构要求更为简单，精度、刚度、抗震性等方面要求更高，且其传动和变速系统要便于实现 自动化控制。 ⒉简述数控机床的分类 按运动方式分 点位控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，移动过程不需要切削； 点位直线控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，且运动轨迹为直线，移动部件在移动过程中 进行切削； 轮廓控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，并能控制将零件加工成一定的轮廓形状。 按控制方式分 开环控制系统：不具有反馈装置，系统精度较低； 半闭环控制系统：具有角位移检测装置，定位精度较高，调试方便，稳定性好； 闭环控制系统：具有直线位置检测装置，具有检测、比较和反馈装置，定位精度高，但结构复杂。 按数控系统的功能水平分：低、中、高档次 ⒊什么是开环、半闭环和闭环控制系统？其特点是什么？适用于什么场合？ ①开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统；特点是不能进行误差校正，因此系统精度较低；适用于低精度要求 的数控机床。 ②半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置的控制系统；特点是调试方便，稳定性好精 度较高；目前应用较为广泛。 ③闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置的控制系统；特点是定位精度高，调试维修较 为困难；适用于精度要求高的数控机床。 ⒋脉冲当量、定位精度和重复定位精度的含义是什么？ 脉冲当量：数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床位移部件上的移动量。 定位精度：数控机床工作台等移动部件在确定的终点所到达的实际位置的精度。 重复定位精度：在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。⒌数控轴数与联动轴数的区别。 控制轴即机床数控装置能够控制轴的数目，而联动轴即同时控制多个轴的运动。数控轴数越多，功能就越强，机床 的复杂程度和技术含量也越高；联动轴数越多，机床控制和编程难度越大。 ⒎数控车床床身和导轨有几种布局形式？每种布局形式的特点是什么？ 有四种布局形式 ①平床身：工艺性好，便于导轨面的加工； ②斜床身：排屑方便，便于安装自动排屑器，操作方便，易于实现单机自动化和封闭式防护； ③平床身斜滑板：工艺性好，排屑方便； ④立床身：排屑最为方便。二⒈数控机床设计方案的特点是什么？ 设计手段计算机化；设计方法综合化；设计对象系统化；设计问题模型化；设计过程程式化与并行化。 、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
X-Y 数控工作台课程设计 一、总体方案设计 1.1 设计任务 题目：X —Y 数控工作台的机电系统设计 任务：设计一种供立式数控铣床使用的X —Y 数控工作台，主要参数如下： （1）工作台面尺寸C ×B ×H ＝185mm ×195mm ×27mm ； （2）底座外形尺寸C1×B1×H1＝385mm ×385mm ×235mm ； （3）工作台加工范围X=115mm Y=115mm ； （4） X 、Y 方向的脉冲当量均为0.005mm 、脉冲；X 、Y 方向的定位精度均为±0.01mm ； （5）负载重量G=235N ； （6）工作台空载最快移动速度为3m/min ； 工作台进给最快移动速度为1m/min 。 （7）立铣刀的最大直径d=20mm ； （8）立铣刀齿数Z=3； （9）最大铣削宽度20e a mm ；
（10）最大被吃刀量10p a mm 。 1．2总体方案的确定 图1-1 系统总体框图 （1）机械传动部件的选择 ① 导轨副的选择 要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承载的载荷不大，但脉冲当量小，定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 ② 丝杠螺母副的选择 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm 的脉冲当量和±0.01mm 的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可消除反向间隙，而且滚珠丝杠已经系列化，选用非常方便，有利于提高开发效率。 ③ 减速装置的选择 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输
1面向对象编程中是如何体现封装性的？ 封装是把过程和数据包围起来，对数据的访问只能通过已定义的界面。 2重载和重写的含义 重载是发生在一个类中，方法名相同，参数不同 重写（覆盖）是子类继承父类，子类可以通过重写的方法隐藏继承的方法 3 什么是接口回调，过程细节是什么？ 概念：把可以实现某一接口的类创建的对象的引用赋给该接口声明接口变量，那么该接口变量可以调用被类实现（重写）的接口方法。 4试举例说明什么是组合关系和依赖关系 组合（关联）关系：A类中成员变量是用B类声明的对象。公司--职员 依赖关系：A类中某个方法的参数是用B类声明的对象，或某个方法返回的数据类型是B类的对象 5抽象类和接口，区别是什么？如何应用 抽象类：抽象类中有抽象方法；抽象类中不能用new运算符创建对象；抽象类的对象做商转型对象 接口：（1）接口中只可以有public权限的抽象方法，不能有非抽象方法； （2）接口由类去实现，即一个类如果实现一个接口，那么他必须重写接口中的抽象方法 （3）接口回调 区别：接口中只有常量，不能有变量；抽象类中既可以有常量也可以有变量； 抽象类中也可以有非抽象方法，接口不可以。 应用：定义抽象方法：public abstract void 方法名(); 在子类实现抽象方法：public void 方法名(){} 接口：public interface 接口名{}接口只负责定义规则，不负责任何实现；实现交给实现接口的类 (6)面向对象的六条基本原则包括： 开闭原则，里式代换原则，单一职责，依赖倒转、迪米特法则（接口隔离）。 (7)什么是设计模式？ 设计模式是从许多优秀的软件系统中总结出的成功的可复用的设计方案。是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性 (8)什么是框架？框架与模式的区别有哪些？ 框架是针对某个领域，提供用于开发应用系统的类的集合。 区别：层次不同、范围不同、相互关系
软件体系结构设计说明书 1.文档简介 [本节主要是描述软件体系结构设计说明书的目的、范围、相关术语、参考资料和本文档的摘要性介绍。软件体系结构设计属于高层设计文档，是符合现代软件工程要求的概要设计。] 1.1 目的 [软件体系结构设计说明书，将从设计的角度对系统进行综合的描述，使用不同的视图来描述其不同方面。在本小节中，将对该文档的结构进行简要的说明，明确该文档针对的读者群，指导他们正确的地使用该文档。] 1.2 范围 [说明该文档所涉及的内容范围，以及将影响的内容。] 1.3 定义、首字母缩写词和缩略语 [与其它文档一样，该文档也需要将本文档中所涉及的所有术语、缩略语进行详细的定义。还有一种可简明的做法，就是维护在一个项目词汇表中，这样就可以避免在每个文档中都重复很多内容。] 1.4参考资料 [在这一小节中，应完整地列出该文档引用的所有文档。对于每个引用的文档都应该给出标题、标识号、日期以及来源，为阅读者查找这些文档提供足够详细的信息。] 1.5 概述 [在本小节中，主要是说明软件体系结构设计说明书各个部分所包含的主要内容，就像一个文章摘要一样。同时也应该对文档的组织方式进行解释。]
2. 体系结构表示方式 [本节说明软件体系结构在当前系统中的作用及其表示方式。它将列举其所必需的用例视图、逻辑视图、进程视图、部署视图或实施视图，并分别说明这些视图包含哪些类型的模型元素。] 3. 软件体系结构的目标和约束 [本节说明对软件体系结构具有某种重要影响的软件需求和用户目标，例如，系统安全性、保密性、第三方组件的使用、可移植性、发布和重新使用。它还要记录可能适用的特殊约束：设计与实施策略、开发工具、团队结构、时间表、遗留系统等。] 4.用例视图 [本节使用用例分析技术所生成的系统用例模型，描述其中的一些用例或场景。在该模型中纳入用例或场景，应该是系统中最重要、最核心的功能部分。] [另外，在本节中还应该选择一个主要的用例，对其进行描述与解释，以帮助读者了解软件的实际工作方式，解释不同的设计模型元素如何帮助系统实现。] 5. 逻辑视图 [逻辑视图主要是反映系统本质的问题领域类模型，在逻辑视图中将列出组成系统的子系统、包。而对每个子系统、包分解成为一个个类，并说明这些关键的实体类的职责、关系、操作、属性。这也是OO思想的体现，以类、类与类之间的协作、包、包与包之间的协作模型来表达系统的逻辑组织结构。]
摘要 随着计算机控制技术的发展，充分利用PC的软、硬件资源，已经成为各国数控设备生产厂发展数控系统十分重要的一种方法。本次设计利用了计算机的PS/2键盘接口，为数控系统设计了一种专用键盘。 本设计考虑到系统设计成本，使用灵活性等因素，硬件部分采用AVR单片机Mega48模拟PS/2双向同步串行协议，与计算机通讯。为了使用方便，键盘采用4X4矩阵结构，通过排线与单片机连接。同时本设计采1602液晶屏显示接收到的主机命令以便调试。 键盘程序设计部分，本设计主要介绍了PC键盘和键盘接口的PS/2通信协议和如何用Mega48来模拟PS/2的这种双向串行协议，给出了软件设计流程图及部分源程序。该专用键盘成功实现了与计算机的双向通信，并且可以通过专门的数字控制软件来控制数控系统的运转。 关键词：数控，专用键盘，协议，接口
湖南工业大学本科生毕业设计 ABSTRACT With the development of computer control technology, and in order to make full use of PC software and hardware resources, NC has become equipment manufacturers CNC system development as a very important way. The design of the computer use of PS / 2 keyboard interface, NC system for the design of a special keyboard. The design of the system design costs, the use of factors such as flexibility, hardware used A VR Mega48 simulation PS / 2 two-way synchronous serial agreements with computer communications. To use, the keyboard using four X4 matrix structure, through arrangements with the line connecting SCM. In addition, the 1602 was designed with LCD screen show host received an order to debug. Keyboard Design, The main design on the PC keyboard and the keyboard interface of the PS / 2 communication protocol and how to simulate PS/2 of this two-way serial protocol, gives the flowchart design software and some source. The special keyboard with the successful realization of the two-way computer communications, and through special digital control software to control the operation of the CNC system. Keywords: Numeric control, Special keyboard, Protocol, Interface
目录 1、前言 (2) 2、控制系统硬件的基本组成 (2) 2.1系统扩展 (2) 2.1.1 8031芯片引脚 (3) 2.1.2 数据存储器的扩展 (6) 2.1.3 数据存储器的扩展 (7) 3、控制系统软件的组成及结构 (9) 3.1 监控程序 (10) 3.1.1 系统初始化 (10) 3.1.2 命令处理循环 (10) 3.1.3 零件加工程序（或作业程序）的输入和编辑 (10) 3.1.4 指令分析执行 (10) 3.1.5 系统自检 (11) 3.2 数控机床控制系统软件的结构 (11) 3.2.1 子程序结构 (12) 3.2.2 主程序加中断程序结构 (12) 3.2.3 中断程序结构 (12) 4 、心会得体 (13) 5 、参考文献 (14)
1 、前言 数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。数控机床控制系统的作用是使数控机床机械系统在程序的控制下自动完成预定的工作，是数控机床的主要组成部分。 2、控制系统硬件的基本组成 数控机床控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。控制系统在使用中的控制对象各不相同，但其硬件的基本组成是一致的。控制系统的硬件基本组成框图如图1所示。 图1 控制系统硬件基本组成框图 在图1中，如果控制系统是开环控制系统，则没有反馈回路，不带检测装置。 以单片机为核心的控制系统大多采用MCS-51系列单片机中的8031芯片单片机，经过扩展存储器、接口和面板操作开关等，组成功能较完善、抗干扰性能较强的控制系统。 2.1系统扩展 以8031单片机为核心的控制系统必须扩展程序存储器，用以存放程序。同时，单片机内部的数据存储器容量较小，不能满足实际需要，还要扩展数据存储
数控122 太劣阿昕哥 四、程序设计 Public X0 As Double, Y0 As Double, X1 As Double, Y1 As Double, X2 As Double, Y2 As Double, R As Double Public Xs1 As Double, Ys1 As Double, Xs2 As Double, Ys2 As Double Public Ori As Integer Public Xl1 As Double, Yl1 As Double, Xl2 As Double, Yl2 As Double, dX1 As Double, dY1 As Double, dX2 As Double, dY2 As Double, d1 As Double, d2 As Double Private Sub Command1_Click() Dim X1_FWD As Integer, Y1_FWD As Integer, X2_FWD As Integer, Y2_FWD As Integer Dim alfa As Double, beta As Double Call PaintAxis '绘制补偿前图像 Picture1.ForeColor = vbBlue Picture1.DrawWidth = 1 Picture1.Line (X0, Y0)-(X1, Y1) Picture1.Line (X1, Y1)-(X2, Y2) '算法设计 '计算坐标增量 dX1 = X1 - X0 dY1 = Y1 - Y0 dX2 = X2 - X1 dY2 = Y2 - Y1 alfa = Atn(dY1 / dX1) beta = Atn(dY2 / dX2) If dX1 >= 0 Then X1_FWD = 1 Else X1_FWD = -1 End If If dX2 >= 0 Then X2_FWD = 1
福建农林大学计算机与信息学院 实验报告 课程名称：软件设计与体系结构 姓名：陈宇翔 系：软件工程系 专业：软件工程 年级：2007 学号：070481024 指导教师：王李进 职称：讲师 2009年12月16日
实验项目列表
福建农林大学计算机与信息学院实验报告 学院：计算机与信息学院专业：软件工程系年级：2007 姓名：陈宇翔 学号：070481024 课程名称：软件设计与体系结构实验时间：2009-10-28 实验室田实验室312、313计算机号024 指导教师签字：成绩： 实验1：ACME软件体系结构描述语言应用 一、实验目的 1）掌握软件体系结构描述的概念 2）掌握应用ACMESTUDIO工具描述软件体系结构的基本操作 二、实验学时 2学时。 三、实验方法 由老师提供软件体系结构图形样板供学生参考，学生在样板的指导下修改图形，在老师的指导下进行软件体系结构描述。 四、实验环境 计算机及ACMESTUDIO。 五、实验内容 利用ACME语言定义软件体系结构风格，修改ACME代码，并进行风格测试。 六、实验操作步骤 一、导入Zip文档 建立的一个Acme Project，并且命名为AcmeLab2。如下图：
接着导入ZIP文档，导入完ZIP文档后显示的如下图： 二、修改风格 在AcmeLab2项目中,打开families下的TieredFam.acme.如下图： 修改组件外观 1. 在组件类型中，双击DataNodeT; 在其右边的编辑器中，将产生预览；选择Modify 按钮，将打开外观编辑器对话框。 2. 首先改变图形：找到Basic shape section，在Stock image dropdown menu中选 择Repository类型. 3. 在Color/Line Properties section修改填充颜色为深蓝色。 4. 在颜色对话框中选择深蓝色，并单击 [OK]. 5. 修改图形的边框颜色为绿色 7. 单击Label tab，在Font Settings section, 设置字体颜色为白色,单击[OK] 产生的图形如下图：
一次 就项目管理方面而言，软件重用项目与非重用项目有哪些不同之处。 答：使用软件重用技术可减少重复工作,提高软件生产率, 缩短开发周期。同时，由于软构建大多经过严格的质量认证，因此有助于改善软件质量，大量使用构建，软件的灵活性和标准化程度可得到提高。 2、实际参与/组织一个软件重用项目的开发，然后总结你是如何组织该项目的开发的 答：参加了一个网页管理系统的开发，该项目重复使用已有的软件产品用于开发新的软件系统，以达到提高软件系统的开发质量与效率，降低开发成本的目的。在过程中使用了代码的复用、设计结果的复用、分析结果的复用、测试信息的复用等。 3、为什么要研究软件体系结构？ 答：1.软件体系结构是系统开发中不同参与者进行交流和信息传播的媒介。 2．软件体系结构代表了早期的设计决策成果。 3．软件体系结构可以作为一种可变换的模型。 4、根据软件体系结构的定义，你认为软件体系结构的模型应该由哪些部分组成？ 答：构件()可以是一组代码，如程序的模块;也可以是一个独
立的程序(如数据库的服务器)； 连接件()是关系的抽象，用以表示构件之间的相互作用。如过程调用、管道、远程过程调用等； 限制()：用于对构件和连接件的语义说明。 5、在软件体系结构的研究和应用中，你认为还有哪些不足之处？ 答：（1）缺乏同意的软件体系结构的概念，导致体系结构的研究范畴模糊。 （2）繁多，缺乏同意的的支持。 （3）软件体系结构研究缺乏统一的理论模型支持。 （4）在体系结构描述方便，尽管出现了多种标准规范或建议标准，但仍很难操作。 （5）有关软件体系结构性质的研究尚不充分，不能明确给出一个良体系结构的属性或判定标准，没有给出良体系结构的设计指导原则，因而对于软件开发实践缺乏有力的促进作用。（6）缺乏有效的支持环境软件体系结构理论研究与环境支持不同步，缺乏有效的体系结构分析、设计、方针和验证工具支持，导致体系结构应用上的困难。 （7）缺乏有效的体系结构复用方案。 （8）体系结构发现方法研究相对欠缺。 二次
很详细的系统架构图 专业推荐 2013.11.7
1.1.共享平台逻辑架构设计 如上图所示为本次共享资源平台逻辑架构图，上图整体展现说明包括以下几个方面： 1 应用系统建设 本次项目的一项重点就是实现原有应用系统的全面升级以及新的应用系统的开发，从而建立行业的全面的应用系统架构群。整体应用系统通过SOA面向服务管理架构模式实现应用组件的有效整合，完成应用系统的统一化管理与维护。 2 应用资源采集 整体应用系统资源统一分为两类，具体包括结构化资源和非机构化资源。本次项目就要实现对这两类资源的有效采集和管理。对于非结构化资源，我们将通过相应的资源采集工具完成数据的统一管理与维护。对于结构化资源，我们将通过全面的接口管理体系进行相应资源采集模板的搭建，采集后的数据经过有效的资源审核和分析处理后进入到数据交换平台进行有效管理。 3 数据分析与展现 采集完成的数据将通过有效的资源分析管理机制实现资源的有效管理与展现，具体包括了对资源的查询、分析、统计、汇总、报表、预测、决策等功能模块的搭建。 4 数据的应用 最终数据将通过内外网门户对外进行发布，相关人员包括局内各个部门人员、区各委办局、用人单位以及广大公众将可以通过不同的权限登录不同门户进行相关资源的查询，从而有效提升了我局整体应用服务质量。
综上，我们对本次项目整体逻辑架构进行了有效的构建，下面我们将从技术角度对相关架构进行描述。 1.2.技术架构设计 如上图对本次项目整体技术架构进行了设计，从上图我们可以看出，本次项目整体建设内容应当包含了相关体系架构的搭建、应用功能完善可开发、应用资源全面共享与管理。下面我们将分别进行说明。 1.3.整体架构设计 上述两节，我们对共享平台整体逻辑架构以及项目搭建整体技术架构进行了分别的设计说明，通过上述设计，我们对整体项目的架构图进行了归纳如下：
数控系统设计复习题 何伟 一、选择题 1.将数控系统分为开环和闭环数控系统是按照下面哪种方法进行分类的（C ） A．工艺用途B．工艺路线 C．有无检测装置D．是否计算机控制 2.用逐点比较法插补直线OA，其起点坐标为O（0，0），终点坐标A（5，8），若采用插 补的总步数作为终点减法计数器JE的初始值，则JE＝（ C ） A．5 B．8 C．13 D．以上都不对 3.通过键盘或者纸带输入零件加工程序时，系统要不断的对零件加工程序进行格式检查， 如果发现格式不符合编程要求，将发出报警信号或提示用户进行修改。这种诊断方式属于（A ） A．运行中诊断B．停机诊断C．通信诊断D．以上都不对4.单微处理机CNC装置中，微处理机通过（B ）与存储器、输入输出控制等各种接口 相连。 A．主板B．总线C．输入/输出接口电路D．专用逻辑电路5.下面哪种设备不是CNC系统的输出设备（A ） A．MDI键盘B．行式打印机C．CRT显示器D．电传打字机6.PWM-M系统是指（C ） A．直流发电机—电动机组B．可控硅直流调压电源加直流电动机组C．脉冲宽度调制器—直流电动机调速系统D．感应电动机变频调速系统 7.如果直线式感应同步器的定尺绕组的节距为4mm，那么滑尺绕组的节距应该为多少才 能保证检测精度？（A ） A．4mm B．2mm C．6mm D．8mm 8.三相步进电机的转子齿数为40，则单三拍通电方式运行时的步距角为（B ） A．1.5°B．3°C．9°D．4.5° 9.下列关于G54与G92指令说法中不正确的是（D ） A．G54与G92都是用于设定工作加工坐标系的 B．G92是通过程序来设定加工坐标系的，G54是通过CRT/MDI在设置参数方式下定
太原科技大学数控技术课程设计 学院：机械工程学院 专业：机械电子工程 班级：机电091201班 姓名：崔世君 学号：200912010103 指导教师：贾育秦 时间：2013年1月15号
数控技术课程设计任务书 一、课程设计题目： 设计轴类零件数控加工工艺规程及数控技术仿真 二、课程设计目的： 通过数控加工工艺课程设计，掌握零件的数控加工工艺的编制及加工方法。 三、课程设计内容： 1.毛坯图一张 2.零件图一张 3.机械加工工艺过程卡一张 4.机械加工工序卡四张 5.仿真结果图一张 6.设计说明书一份 班级：机电091201 学生：崔世君 学号：200912010103 指导教师：贾育秦宋建军 教研室主任：贾育秦
目录 一、前言第3页 二、零件图的工艺分析第3页 1.加工内容第4页 2.毛坯的选择第4页 3.定位基准的确定第4页 4.加工顺序的确定第4页 5.加工工序、工步的确定第5页 三、机床的选择第6页 四、刀具的选择第6页 五、夹具的选择第7页 六、量具的选择第7页 七、切削用量的确定第7页 八、机械加工时间的计算第8页 九、编写数控部分程序第9页 十、数控仿真及其结果第10页十一、总结第13页十二、参考文献第14页
一、前言 制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是制造业实现自动化、集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。数控技术的广泛应用给传统制造业的生产方式、产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械、机电专业的人才带来新的机遇和挑战。 随着我国综合国力的进一步加强。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心。现如今，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。这就体现了学好数控技术的重要性。 这次课程设计让我们更好的熟悉数控车床、确定加工工艺、学会分析零件、学会简单的程序编程以及数控仿真，为走上工作岗位打下坚实的基础。 二、零件图的工艺分析