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基于开放式数控系统的CK6013数控车床开发

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基于开放式数控系统的CK6013数控车床开发
杨海明　傅建中　任锟
浙江大学机械能源工程学院,浙江杭州　310027
摘要:介绍了将普通小型的车床改造成经济型的开环数控车床,用P C机通过PCl-839卡,驱动步进电机进行控制车床本体加工的整个过程,给出了改造的总体框架。

关键词:数控车床;PC机;改造
中图分类号:TG511:T P273　文献标识码:B　文章编号:1001-2265(2003)03-0059-02
1　前言
数控化加工是机械加工行业朝高质量、高精度、高成品率和
高效率发展的趋势。

结合我国实际国情,经济型数控车床是我
国从普通车床向数控车床发展的及其重要的台阶。

利用现有的
普通车床,对其进行数控化改造是一条低成本,高效益的途径。

2　加工原理及总体方案
2.1　加工原理
该小型经济型数控车床总体框架主要由两部分部分组成,
如图1。

一是基于P C机的控制系统,二是车床本体。

零件加工
的G代码可以由M asterCAM产生,也可以手工编写。

文件保存
成NC或T XT格式,由数控软件读入,经过运算,得到加工脉
冲,再由步进电机驱动器进行功率放大等处理后,通过步进电机
控制机床本体进行加工。

图1　数控系统的总体框架配置图2　数控车床系统软件界面
(下转第62页)
2.2　总体框架设计如图1所示。

总体框架说明:
(1)PC机可采用现在市面上的任何一种PC机,均可满足该控制系统的控制要求。

(2)运动控制卡。

我们采用了由A DVA NT ECH公司生产的PCL—839运动控制卡。

该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡,它有16位的数字输入、输出口,可实现三轴联动。

因此,它可以满足车床X,Z轴联动,实现直线,圆弧插补。

(3)光电耦合电路是自己设计的,它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击,提高系统的稳定性。

(4)机床本体是由C613改造而来,拆除原来的丝杆,溜板箱,变速箱等,保留原来的三爪卡盘等。

(5)步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。

驱动器的输入电压式45V,考虑步进电机的步距角和丝杆的螺距,本系统X轴的脉冲当量是0.00125,Z轴的脉冲当量是0.0025。

完全能够达到0.005mm的加工精度要求。

(6)各种限位开关,减速开关,回零开关均安装在机床本体上,限位开关是起这硬件硬限位的作用,当车床加工工件超出加工范围时,车床自动停止加工。

减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时,减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。

3　进给系统的设计
考虑到该数控系统是开环控制,没有位置反馈,故进给系统应尽可能减少中间传动环节。

车床的X,Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节,直接采用了步进电机+刚性联轴器+滚珠丝杆的传动方案。

拆除原来的丝杆,增加少量的机械附件,就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。

根据计算,要求步进电机的扭距是5Nm。

我们选用步进电机是南京四通公司的86BYG250C-SAF RBC-0302,步距角选用0.9/1.8,扭距是7.5Nm。

驱动器的型号是SH20806,输入电压是45V。

4　控制系统的软件部分
车床控制系统的软件部分采用V C++6.0编写,该软件的加工界面如图2所示。

其功能主要有读取零件的加工G代码,
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2003年第3期
行相应的分析。

5　尝试体验营销方式
由于ERP软件的复杂性,单单通过软件供应商业务员的介绍,难免走马观花,企业对软件的功能不能细致了解,也不排除有些业务员主观夸大销售的ERP软件的功能。

如何解决这一问题呢?
企业可以尝试体验营销的方式,要求软件商提供ERP软件的演示版本(要确认演示版本与正式版本是否完全一致),由自己企业的信息部门人员和管理人员共同体验一下软件的主要功能,确认主要流程确实能满足企业的需求。

在进行亲身体验之前,企业有关人员要准备好测试提纲,测试提纲要包括主要业务流程及企业的主要功能需求,带着问题来操作都能更好地了解软件的功能,了解软件是如何处理这些问题的,也能了解该软件是否易于操作。

最好的情形是,联系好软件供应商,用企业本身的经过简化处理的实际数据,借用软件供应商的硬件及正式软件等条件进行实际操练。

通过这种亲身体验来感受ERP系统的功能,能够更好地将企业的需求、企业自身的业务流程与ERP系统结合起来,找出各自的优点与不足,从而为最终定型及二次开发的确定提供强有力的支持。

这样双方在深入了解的基础上合作,也势必会降低企业投资选择的风险,也有利于ERP软件商了解客户的需求改进自身软件的功能。

总之,对于任何一个企业来讲,ERP系统的实施都是一项很大的管理工程项目,选择ERP软件时需要综合考虑的因素是很多的,不仅要看软件产品的适应性、扩展性、易用性,还要考虑软件的总体价格、生命周期、升级情况,也要考察软件供应商的经济实力、技术实力、服务水平,更为重要的是,作为一个制造业企业来讲,从企业“制造”这一本质出发,从企业的业务需求出发,选择最大程度上适合企业的软件产品,才能减小企业投资的风险,提高实施成功的可能性,为企业的信息化建设打下一个良好的基础。

参考文献
[1]陈启申.制造资源计划基础.
[2]API CS,A pplied M anufacturing Education series,F all Church,
VA.AP ICS Professio nal Boo kstore,1987
收稿日期:2003-01-21
作者简介:张彬彬(1972-),女,辽宁铁岭人,大连冷冻机股份有限公司工程师。

(编辑　何钢)
(上接第59页)编辑和编译G代码,仿真加工(包括加工前仿真和与加工同步仿真,回参考点,手工对刀,加工中断,超程软限位等功能。

它可处理进给速度,主轴速度及转速方向,刀具信息, M功能等多种加工信息。

该软件的操作平台只能是Win-do ws98,因为Pcl839卡的函数库是只能在Window s98下才能被调用,因此希望ADV EN T ECH公司能修改这个问题。

该软件的操作过程是首先读入＊.N C或＊.TX T的G代码文件;然后进行编译,编译器能给出不符合本软件的语法错误提示;有错误可也立即修改;然后按照毛胚的实际尺寸输入,软件进行加工前仿真。

在确认没有因G代码引起的加工错误的情况下,可以开始机床加工。

加工前得首先对刀,对刀的意义在于建立起工件坐标与车床坐标之间得关系。

加工过程中,软件界面的状态栏还显示出刀具当前的坐标,加工状态,加工时间等信息。

5　主轴系统改造
拆除了原来的主轴变速箱,采用变频器+皮带+主轴+编码器。

该系统的主轴速度也是有级调速,共7级,速度可以从40r/min 到1200r/min,不过每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。

利用变频器的五个端子,可以用数字量控制电机的正,反转,停止及各档速度。

本变频器是松下产品,其中七档频率在A20～A26中设置,端口应该由端口控制器(A1)控制。

本系统没有采用手工机械调速,所有的速度均由G代码中的S命令来控制。

软件可以读取G代码,自动控制主轴电机转速。

6　刀架结构
由于本车床刀架改装以后,只能安装两把刀具,一把用于车削普通柱,锥面及端面,一把用于加工螺纹,故没有采用旋转式刀架,刀具是被安装在刀架的前后两端,采用X轴前后走刀以实现自动换刀。

这样做的好处是换刀的定位精度高,不需要再采用第三个电机对刀架进行驱动。

缺点是可同时安装的刀具少,换刀时不能使用尾锥。

7　数控车床的加工参数
X轴脉冲当量:0.00125
Z轴脉冲当量:0.0025
X轴的定位精度:0.005mm
X轴的重复定位精度:0.01mm
Z轴的定位精度:0.01mm
Z轴的重复定位精度:0.02mm
主轴电机的功率数1kW
主轴调速级数:7级
主轴速度范围:40～1200
最大加工直径:130mm
最大加工长度:80mm
8　小结
基于PC机的开放式数控系统,能够方便地使系统升级,并且适应能力极强,能够最大限度地满足客户地各种特殊功能要求。

同时由于硬件相对较少,可维护性能因此大大提高。

本数控系统的圆弧,直线插补算法全部由软件实现,随着机床本体的机械性能提高,加工精度也可以进一步提高。

本系统开发的另一个优点是开发成本低,取得预想的经济效益。

[参考文献]
[1]李为.CK6130小型数控车床的研制.江西有色金属,2001,
15(4)
[2]廖效果等.数字控制机床.武汉:华中理工大学出版社,
1992
收稿日期:2002-09-24
作者简介:杨海明(1976-),男,浙江泰顺人,浙江大学机械能源工程学院硕士研究生。

(编辑　江复)
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组合机床与自动化加工技术。

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机床CK6163的数控化改造

机床CK6163的数控化改造

1 机床数控化设计概述本毕业设计是机床CK6163的数控化改造，要求是：1）进给两坐标联动，采用单片机的半闭环控制；2）脉冲当量：纵向（X）0.01mm/步，横向（Y）0.005mm/步；3）系统能实现直线插补，圆弧插补；4）电动刀架转位数为4；5）其它要求：要能实现螺纹加工。

1．1 伺服系统的选择对于机床的数控化改造，有开环、闭环和半闭环三种。

开环控制是没有输出反馈的一类控制系统，开环控制系统的优点是简单、经济、容易维修。

缺点是精度低、对环境变化和外界干扰十分敏感。

闭环系统是在工业与国防领域，应用十分广泛。

闭环系统较开环系统，具有一系列的优点，例如精度高、动态性能好、对环境变化灵敏度低，以及抗干扰能力强等。

缺点是结构比较复杂，价格比较昂贵，不容易维修。

而闭环系统虽然可以获得十分良好的控制精度。

但是，受机械传动件的非线性影响严重，只有在要求高精度的场合，才采用闭环控制。

因为各种部影响定位精度的因素都可以得到补偿。

一般的，经济、实用型的数控机床则采用半闭环控制。

显然，半闭环控制比全闭环控制容易实现，可节省投资。

因此，本课题改造采用半闭环控制。

对于本系统改造，闭环与半闭环的区别在于位置反馈传感器的安装位置。

如安装在滚珠丝杠上为间接测量；安装在工作台上为直接测量。

位置控制环内仅包含丝杠的扭转刚度及部分间隙，所以稳定性不是问题。

因此半闭环控制系统可避免传动机构非线形（如齿隙、齿轮摩擦、非刚性等）引起系统产生极限环和爬行震荡。

但丝杠与螺母之间的滞后得不到补偿，所以定位精度比闭环低。

如图1.1：图 1.1 半闭环控制系统1．2 运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。

如果要求工作台或刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，即连续控制系统应具备控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能。

具备这种控制能力的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件。

因此，本机床的数控化改造后具有在点位控制系统中不具有连续控制系统中才具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中却具有点位系统的功能。

基于开放式EtherCAT总线的固高数控系统 (1)

基于开放式EtherCAT总线的固高数控系统 (1)

机床数控系统作为数控机床的核心，其升级的速度和适应市场需求的能力，直接影响了数控机床的发展。

在科学技术高速发展的今天，机床数控系统已逐步趋向开放、智能、网络等发展方向。

作为国内自主研发数控系统领头企业的固高科技有限公司（以下简称“固高科技”），其开源数控系统与开放式EtherCAT总线控制的结合，直接引领了当今数控机床的发展。

机床数控系统的发展从1952年第一台试验性数控系统研制成功到现在，数控系统已经走过了66年。

在这六十多年的发展历程中，数控系统从集成电路式到微机式、从PLC到NC再到CNC，无论是在外形体积和集成度，还是在功能性和稳定性上，都取得了飞速的发展。

现代数控机床是集机械、液压、气动、电子、自动化、传感测量及计算机于一体的机电一体化产品，而机床数控系统作为其关键的基础单元，主要用于输入数字化的零件程序，并存储输入信息、变换数据、插补运算和实现各种控制，所以其功能的强弱和性能的好坏决定着整个产品的市场定位和使用体验。

在日益复杂的制造发展历程中，数控系统也在为适应发展而发生着根本性的变革。

数控系统的开放式体系结构具有更好的通用性、适用性和拓展性，作为当下数控系统发展的潮流，目前已被很多知名大企业所认可和应用。

随着数控系统开放性的发展，智能化、网络化也逐渐被开发及推广。

固高数控系统的介绍及特点固高科技成立于1999年，总部位于香港科技大学。

在运动控制、伺服驱动研究、机械优化设计等工业自动化技术的研究和应用方面，固高科技汇集了一批在运动控制及机电一体化领域卓有建树的科技精英。

固高科技的数控系统产品广泛应用于数控机床、机器人、激光加工设备、生产自动化等工业控制领域。

自主研发的计算机可编程运动控制器、基于PC的开放式运动控制器、网络式运动控制器、嵌入式运动控制器等产品和系统，综合性能已达到了国际一流水平，填补了国内同行的多项空白。

固高数控系统（图1）是基于CoDeSys平台开发的开放式数控系统。

基于STEP-NC的开放式CNC系统研究

基于STEP-NC的开放式CNC系统研究

基于STEP-NC的开放式CNC系统研究近年来，随着制造业的快速发展和智能制造的提升，对于数控机床系统的研究也逐渐受到了重视。

而基于STEP-NC（Standard for the Exchange of Product model data - Numerical control）的开放式CNC系统由于其可以对数控机床系统进行更加灵活、可扩展的控制，因此备受关注。

STEP-NC是由ISO（国际标准化组织）提出的一种新型数控机床控制协议，它通过在数控文件中嵌入数控信息，使得CAD、CAM和CNC系统之间的信息传递更加精确和完整。

与传统的G代码（G code）相比，STEP-NC具有更强大的功能和更高的灵活性。

STEP-NC可以将加工工艺的定义和控制嵌入到数控文件中，使得加工过程更加智能化和自动化。

研究者通过对STEP-NC协议的研究和理解，将其应用于数控机床系统中。

他们通过开发相应的软件模块和接口，实现STEP-NC与CAD、CAM和CNC系统之间的数据传输和交互。

这样一来，设计师可以直接在CAD软件中定义零件的加工工艺，而不需要手动编写G代码。

这大大减少了人为操作的错误和加工时间。

基于STEP-NC的开放式CNC系统研究还包括对数控机床控制系统的改进。

研究者通过对现有数控机床控制系统的分析和评估，提出了一种基于STEP-NC的控制系统架构和算法。

这种改进可以实现更加高效、精确和稳定的数控机床控制，提高加工质量和生产效率。

基于STEP-NC的开放式CNC系统研究还关注于数控机床系统的集成和自动化。

研究者通过与其他智能制造系统的集成，实现了数控机床系统与物料管理、生产调度、质量控制等系统的无缝衔接。

他们还研究了自动化生产线上的数控机床系统的控制和监控方法，实现了生产过程的自动化和智能化。

基于STEP-NC的开放式CNC系统研究

基于STEP-NC的开放式CNC系统研究

基于STEP-NC的开放式CNC系统研究STEP-NC是一种新型的数字化制造技术，它基于开放式CNC系统的研究进一步推动了制造业的数字化转型。

本文将探讨基于STEP-NC的开放式CNC系统研究的重要性和现状，并对其未来发展进行展望。

开放式CNC系统是指能够与其他设备、系统和软件进行数据交换和共享的CNC系统。

传统的CNC系统通常使用专有的数据格式和接口，限制了不同设备之间的连接和信息交流。

这使得制造过程的灵活性和响应能力有限。

而基于STEP-NC的开放式CNC系统可以提供更高效、更灵活、更智能化的制造环境。

STEP-NC采用统一的数据模型和语义描述，可以用于表示和交换制造过程中的所有信息。

它不仅可以描述零件的几何形状和加工特征，还可以包含加工策略、工艺参数、工序顺序等信息。

这些信息可以通过开放式CNC系统连接到其他系统，如CAD/CAM软件、ERP系统等。

通过统一的数据格式，不同的系统可以实现无缝的数据交换和共享，提高了制造过程的协同性和集成性。

目前，基于STEP-NC的开放式CNC系统的研究已经取得了一定的进展。

研究人员针对不同的制造环境和需求，提出了一些开放式CNC系统的设计和实现方法。

一些研究集中于开发通用的数据接口和标准，用于连接不同的设备和系统。

一些研究还关注于开发智能化的算法和方法，用于自动化工艺规划和路径生成。

基于STEP-NC的开放式CNC系统仍然面临一些挑战和问题。

数据接口标准化仍然是一个亟待解决的问题。

目前，不同的设备和系统存在着不同的数据格式和接口，限制了不同系统之间的连接和数据交换。

智能化的算法和方法还需要进一步研究和改进。

如何利用STEP-NC提供的丰富信息，实现更高效、更精确的加工过程，仍然是一个需要探索的问题。

展望未来，基于STEP-NC的开放式CNC系统有着广阔的应用前景。

随着制造业的数字化转型的推进，基于STEP-NC的开放式CNC系统将成为实现数字化制造的重要工具。