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基于开放式软数控系统的实验平台开发韩德东（哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001）引言随着制造业的不断发展，数控系统与CAD、CAM系统的数据交互更加频繁，对数控系统的功能提出了更高的需求，传统的数控技术存在的问题日益凸显，已经不能满足现代制造业和产品生产的需求[1，2]。
在目前的数控技术实践教学中，学生通过实际操作完成手动控制、编写G代码和自动运行等实验内容，了解和掌握数控机床的基本操作方法。
开放式软数控系统具有可互换、可移植、互操作和可扩展等特性，其核心功能全部由软件实现，学生可以通过编写源代码和程序调试等实验内容，了解数控系统底层的工作原理，例如G 代码解释、插补计算和总线通信等[3，4]。
本文将以开放式软数控系统为基础，建立一个用于数控技术实践教学的实验平台，为描述新型数控系统的开发过程与运行原理提供软硬件支持。
1开放式数控系统实验台设计1.1硬件平台设计本文以开放式数控系统架构为基础，采用模块化体系为结构，建立了开放式数控系统架构，并对各个模块间的交互与协同工作机制进行了研究。
实验平台的设计包括硬件平台与软件平台，实验平台的硬件主要包括3个部分：（1）数控系统。
数控系统为开放式软数控系统，可以在通用计算机、工作站和工控机上运行。
目前所采用的硬件平台为艾讯（AX-IOMTEK）工业PC机。
（2）伺服驱动系统。
伺服系统的主要组成部分是通讯卡、驱动器、IO模块和电机。
系统所采用的运动控制总线为SERCOS总线。
系统采用的SERCOS接口卡为Bosch Rexroth公司生产的被动式SERCOS主站卡，型号为PCM-S11.2，主控芯片为SERCON816。
（3）加工设备。
加工设备主要包括机床本体、夹具和刀具等。
机床本体采用齐齐哈尔第二机床厂生产的XKV715型3轴立式铣床，改造为双回转工作台式5轴数控铣床。
夹具和刀具会根据后续研究与实验需要进行选择。
1.2软件平台设计控制系统开发的软件平台包括系统软件和应用软件，其中最重要的部分是系统软件。
开放式数控系统实验指导书一、实验目的1．通过本系统使学生了解开放式软数控系统的软硬件构成、特点及软数控功能模块的划分。
2．通过编制数控加工程序，对数控加工过程进行仿真，加深对数控系统基本原理的理解，了解并体会数控装置内部信息流的处理过程。
二、实验内容1.语法检查和译码功能演示。
2.刀具补偿功能演示。
3.加减速处理功能演示。
三、实验设备开放式软数控系统。
四实验原理------开放式软数控系统介绍1．开放始数控系统的特征：国际电气和电子工程师协会IEEE对开放式系统的定义为：An open system provides capabilities that enable properly implemented applications to run on a variety of platforms from multiple vendors,interoperate with other system applications and present a consistent style of interaction with the user.（具有下列特性的系统可称为开放系统：符合系统规范的应用可运行在多个销售商的不同平台上，可与其它系统的应用互操作，并且具有风格统一的用户交互界面。
）什么是开放式数控系统？目前尚未形成统一的定义，但一般认为开放式数控系统应该具有下列特征：（1）可互换性（interchangeability）:系统高度模块化，并且这些功能模块具有完全开放的标准接口。
不同厂商的功能模块可相互替代，具有互换性。
（2）可移植性（portability）:这是指系统的计算平台无关性，源代码要最大限度地兼容多种计算平台。
（3）可伸缩性（scalability）:包括两重的含义：一方面是指一种系统可以运行在不同规模的计算平台上，另一方面是指其规模完全是可定制的，集成商可以根据控制对象（机床）的特性、加工条件或用户的要求，增减系统的功能模块或调节系统参数，实现控制目标。
开放式数控系统
1）开放的含义
开放式数控系统是一种模块化的、可重构的、可扩充的通用数控系统，它以工业PC 机作为CNC 装置的支撑平台，再由各专业数控厂商依据需要装入自己的掌握卡和数控软件构成相应的CNC 装置。
2）开放的特征
（1）可移植性：系统的应用模块无需经过任何转变就可以用于另一平台，仍旧保持原有特性。
（2）可扩展性：不同应用模块可在同一平台上运行。
（3）可协同性：不同应用模块能够协同工作，并以确定方式交换数据。
（4）规模可变：应用模块的功能和性能以及硬件的规模可根据需要调整。
3）系统结构
（1）CNC+PC主板：把一块PC主板插入传统的CNC机器中，PC 主板主要运行非实时掌握，CNC主要运行以坐标轴运动为主的实时掌握。
（2）PC+专业运动掌握卡：把运动掌握卡插入计算机标准插槽中作实时掌握用，PC机主要用作处理非实时掌握。
4）开放层次
（1）系统层CNC系统的开放（系统层）
CNC系统可以直接运行各种应用软件，大大改善CNC的图形显示、动态仿真、编程和诊断功能。
（2）用户操作界面的开放（界面层）
用户操作界面的开放使CNC系统具有更加友好的用户接口，有的甚至还具备远程诊断的功能。
（3）CNC内核的深层次开放（内核层）
通过编译循环，用户可以把自己用C或C++语言开发的应用软件加到标准CNC的内核中。
形成独具特色的共性化数控机床。
开放式数控系统概述开放式数控系统概述数控技术是现代制造业中的一项重要技术，它在机床控制、自动化生产以及信息技术中都有着广泛的应用。
随着科技的进步和需求的不断发展，数控技术也在不断地向着开放性、智能化、网络化的方向快速发展。
开放式数控系统作为数控技术的一种最新发展，对于现代制造业的转型升级具有重要的意义。
本文将从开放式数控系统的定义、特点、组成结构、应用以及未来发展等方面进行全面的介绍。
一、开放式数控系统的定义开放式数控系统，也称为开放控制系统，是指可以支持多种硬件与软件组合、接口协议标准化、模块化设计的数控控制系统。
它打破了传统闭式数控系统的局限性，实现了不同品牌、不同类型的设备共用同一控制器。
同时，开放式数控系统还可以方便地进行软件的升级与升级、加入不同的应用模块、进行企业内部和外部数据交互等多种功能。
二、开放式数控系统的特点1. 组件化设计。
开放式数控系统采用组件化的设计理念，将硬件和软件之间的耦合度降到最低，从而实现了优化的功能扩展和维护。
2. 标准化接口协议。
开放式数控系统广泛采用各种国际标准接口协议，实现了不同品牌和不同类型的设备间的互操作性。
3. 多平台支持。
开放式数控系统可以在不同操作系统上运行，如Windows、Linux、Unix等。
4. 灵活、易扩展。
开放式数控系统具有灵活性和易扩展性，可以动态添加、删除和替换控制器的子模块。
5. 通信与数据共享。
开放式数控系统具有良好的网络通信和数据共享能力，可以实现企业内部和外部的数据交互。
三、开放式数控系统的组成结构1. 控制器。
控制器是开放式数控系统的核心部分，它包括计算机、数控软件、运动控制卡、数据采集卡等。
控制器主要负责运动控制、操作系统的管理和调度、与外设的交互等。
2. 人机界面。
人机界面包括显示屏、键盘、鼠标等输入设备，它向用户提供图形化的操作界面和可视化的信息展示。
3. 动力系统。
动力系统主要包括伺服电机、伺服控制器、驱动器及相关传动机构，它可以确保机床的高精度运动控制。
开放式数控系统概述开放式数控系统是一种灵活、可扩展和可定制的数控系统，它允许用户自由地访问和修改系统的硬件和软件资源。
与传统的封闭式数控系统相比，开放式数控系统具有更高的自由度和可定制性，可以满足不同用户的特定需求。
特点硬件开放性开放式数控系统的硬件是开放的，用户可以自由选择和配置硬件设备，不受束缚于特定的硬件厂商。
这意味着用户可以根据自己的需要和预算，选择性价比更高的硬件设备，并根据实际情况进行升级和扩展。
软件开放性开放式数控系统的软件是开放的，用户可以自由地访问、修改和定制软件。
这样一来，用户可以根据自己的需求和工艺要求，进行深度定制，实现更高的精度、更快的速度和更复杂的功能。
易于集成由于开放式数控系统的开放性，它非常容易与其他系统进行集成。
用户可以通过各种接口和协议，将数控系统与其他设备和软件进行连接，实现信息的共享和交互，提高生产效率和自动化水平。
易于维护和升级开放式数控系统的维护和升级非常简单。
由于用户可以自由访问和修改系统的软硬件资源，当系统出现故障或需要升级时，用户可以直接进行修复或升级，而不需要依赖专业技术人员。
应用场景制造业在制造业中，开放式数控系统的应用非常广泛。
用户可以根据自己的产品需求和生产工艺，选择和定制数控系统，以实现高精度、高效率和高稳定性的加工。
创客和个人工作室对于创客和个人工作室来说，开放式数控系统是一种非常理想的选择。
其开放性和可定制性，能够满足创客们不同的需求和创意，帮助他们实现各种创新和创意。
教育和培训开放式数控系统也在教育和培训领域得到了广泛应用。
学生和培训人员可以通过学习和使用开放式数控系统，了解数控技术的原理和应用，提高他们的技术水平和创新能力。
开放式数控系统的发展趋势开放式数控系统在未来有很大的发展潜力和广阔的市场前景。
随着制造业的发展和技术的进步，对数控系统的需求也越来越高。
开放式数控系统能够满足不同用户的需求和工艺要求，具有更好的灵活性和可扩展性。
试论开放式数控系统实验教学平台引言改革开放以来，我国制造业已经取得了显著的成就，但是仍然处于工业现代化的进程中，与发达国家相比还有相当大差距[1]。
数控技术是现代制造业的核心技术，是机械制造自动化的重要基础技术，数控机床的品种、水平和生产制造能力，直接反映一个国家工业的综合实力。
现阶段我国国产数控机床基本以低档经济型和中档普及型数控机床为主，高档数控机床市场份额的70%～80%、数控系统（普及型、高级型）的90%都被发达国家占领[2]。
我国数控技术专业人才的缺乏是导致该现状的主要原因之一，最新调查显示，我国数控工程技术人才严重不足，尤其是专业知识层次较高并且具备一定动手能力的高级工程技术人才更显紧缺[3]。
数控技术课程是本科教学中机械类专业必不可少的重要课程，是一门多学科交叉，涉及机械设计、机械制造、电工电子学、计算机程序设计、自动控制原理、力学等多门学科知识，是一门理论性和实践性要求都很高的课程。
其中数控技术实践课对实现课程教学目标起着重要的作用，是学生掌握数控机床基本操作技能，了解数控机床的基本机构原理，熟悉现代CAD/CAM自动加工技术的应用方法和基本流程的有效途径。
是培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，以及启迪学生的创新思维、发掘其创新潜力的重要手段[3]。
由于数控技术课程的特殊性，目前本科学校对数控技术专业人才的培养，普遍缺乏一个系统的、全面的培养方案，虽然很多高校对数控技术课程教学模式进行了一系列改革和创新[4-7]，但是仅仅停留在教学模式或授课方式的调整创新层面，对于具体的课程内容规划以及重要专业知识点如何在教学中体现，相关的研究则非常少。
本文针对数控技术课程中数控机床本体结构原理、电气系统原理、控制系统原理、G代码译码、插补原理、运动控制、人机界面等重点知识点的讲授问题，设计搭建了基于运动控制卡的开放式数控系统实验平台，编写了相应的教学用数控软件系统，并应用在数控实践课程教学中。
