开放式数控系统

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。

开放式数控系统的现状与发展作者：王晓东刘宇来源：《城市建设理论研究》2013年第04期摘要：数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。

而数控系统是数控制造技术的核心是一种基于计算机控制的实时控制系统。

本文介绍了开放式数控系统的技术内容，分析了开放式数控技术发展现状，探讨了开放式数控系统的发展趋势。

关键词：开放式数控系统技术内容现状发展趋势中图分类号：S776.05 文献标识码：A 文章编号：随着现代制造业逐渐面向多品种、小批量生产方式的转变, 同时, 还有高精、高效、高速加工的需要以及企业为实现异地制造和远程诊断所需的联网功能及智能控制, 开放式数控系统已成为数控系统发展的重要方向.一、开放式数控概念的提出随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，机械产品的机构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，对数控机床柔性、通用性提出了更高的要求，以保证制造业向着高精度、高速度、高效率、快速的市场响应、易操作性等方向发展。

传统的数控系统在结构上提供给用户有限的选择，用户无法对现有数控设备的功能进行修改以满足自己特殊的需求。

传统的数控系统是一种专用封闭式系统，它越来越不能满足市场发展的需要。

传统的数控系统的缺点如下：（1）与通用计算机不兼容，不同厂家的数控系统不兼容，甚至同一个厂家的不同系列的数控系统也不兼容；（2）各种数控系统的内部结构复杂，一旦数控系统发生故障，往往需要找生产厂家来维修，很不方便，而且大大提高了维修费用；（3）难进行升级和进一步开发；（4）专用封闭式数控系统的发展一般滞后5年左右，在计算机技术迅猛发展的今天，这是一个相当长的时间。

传统数控系统的上述特点严重制约着数控技术的发展，不能满足市场对数控技术新的要求。

针对这种情况，人们80年代就提出了开放式控制系统的概念。

早在1987年，美国开始了名为“下一代控制系统”的NGC计划，并成立了“美国国家制造科学中心”，其主要目的是在拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析规范。

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。

基于开放式超精密数控系统的五轴rtcp算法及应用研究基于开放式超精密数控系统的五轴RTCP（实时坐标转换处理）算法是一种先进的数控技术，用于提高复杂曲面加工的精度和效率。

以下是关于该主题的研究内容概述：1. 研究背景：- 开放式数控系统具有灵活性和可扩展性，允许用户根据需要定制和优化控制策略。

- 五轴加工能够在多个方向上同时进行切削，提高了加工复杂形状的能力。

- RTCP算法是五轴加工中的关键技术，它能够实时计算刀具的位置和姿态，以适应工件的形状和切削条件。

2. 算法原理：- RTCP算法包括刀具中心点控制（TCPC）和刀具姿态控制（TPC），确保刀具沿预定路径精确移动。

- 算法需要考虑机床的运动学特性，如关节限制、奇异点避免等。

- 算法还需要处理非线性误差补偿、切削力变形补偿等问题，以提高加工精度。

3. 系统架构：- 开放式超精密数控系统通常采用模块化设计，包括硬件平台、操作系统、控制软件等。

- 系统应支持高速数据处理和通信，以满足实时计算的需求。

- 用户界面应便于操作者进行参数设置、程序编辑和状态监控。

4. 算法实现：- 利用高级编程语言（如C++）和数学库（如MATLAB）开发RTCP算法。

- 算法需要在实时操作系统（RTOS）环境下运行，以保证任务的实时性。

- 算法的性能需要通过仿真和实际加工测试进行验证。

5. 应用研究：- 研究不同材料和形状的工件对RTCP算法的影响，优化切削参数。

- 分析五轴加工中的误差来源，如机床热变形、刀具磨损等，并开发相应的补偿策略。

- 探索RTCP算法在微细加工、硬脆材料加工等领域的应用潜力。

6. 成果与展望：- 研究成果可以指导开放式超精密数控系统的设计和改进，提升五轴加工的性能。

- 未来工作可能包括算法的进一步优化、智能化控制策略的开发等。

基于开放式超精密数控系统的五轴RTCP算法及应用研究是一个跨学科的领域，涉及机械工程、计算机科学、控制理论等多个方面。

开放式数控系统的应用实例介绍我们对开放式数控系统有了一个全面的了解，下面将介绍一些开放式数控系统的应用实例。

1 PMAC为核心的开放式控制系统应用概述PMAC的开放性使其建立的系统具有高可靠性、灵活性、多功能和高性能价格比，重要的是你可以随心所欲地开发各种控制系统而不必依赖于封闭式体系结构的CNC控制器。

因此，PMAC在世界各个行业得到了应用。

在机床方面，已成功地应用于立式和卧式加工中心、铣床、车床、TURNING CENTERS、磨床、激光切割、电加工机床、冲床、水刀切割和木工机械等，如Viking CE无心外圆磨床、SZ-1000微孔钻床、CMT-830八工位车床、Eagle NC光学镜面加工磨床、机床改造等。

在机器人方面，已应用于自动擦窗机器人、AP机器人、HECTOSPEC光线定位机器人、遥控系统的仿形手臂和近海石油钻塔机器人等。

其它方面应用如电子束平板印刷、高速膜缠绕机、台式注塑机、孕检产品装配线、TITANIC号、注塑机、精密飞行运动仿真器和无纺纺织机等。

在中国，PMAC目前主要应用在机床、机器人、测量、印刷、半导体、食品及通用自动化等方面，如喷涂和弧焊机器人(机械部自动化研究所)、重载机器人6轴虚拟机床(沈阳自动化所)、激光成型/切割、水刀切割机、4/8轴管道焊接机、飞剪设备、等离子/火焰切割机、半导体加工设备等。

随着应用的深入，以PMAC为核心控制器的开放式数控系统将得到更加广泛的应用。

限于篇幅，本讲只介绍开放式数控系统在机床和机器人方面的应用。

2 Eagle NC光学镜面加工磨床Eagle是制造加工大工件的CNC移动式龙门加工中心的厂商。

他们的目标市场是石油化工行业。

为了充分发挥PMAC的功能，Eagle不断尝试新的应用并把它应用到自己的新产品中。

Eagle计划用PMAC开发一种带转动刀具的立式磨削中心，用于光学反射镜表面的硅基层的微米级的精密加工。

这些加工表面的亚微米级加工进给速度将达到12.7mm/h，有些加工面的公称直径是1524mm。

[浅析基于PC的开放式数控系统]PC数控系统浅析基于PC的开放式数控系统0前言目前，各种先进的制造技术得到了飞速的发展，它们中绝大多数都需要数控技术的支持。

同时，数控技术的应用也为制造业的发展带来了深刻的变革。

但是，随着计算机技术的迅猛发展，传统的CNC系统逐渐显示出弱点，即：专用性强、软件为系统的制造商所拥有，不便于功能扩展和各种应用软件的支撑和更新，软件的移植性差，组网通讯能力差。

而现代制造业的发展给CNC系统提出了更高的要求：从完成的功能上看，一方面CNC系统必须适应CIMS的发展，有一个可以集成不同开发商提供的软件并适应连网需要的平台；另一方面，随着中小批量生产的趋势日益增强和数控系统在更多的行业中的应用，用户对CNC系统的需求呈现多元化，这样，必须根据不同的用户需求，迅速、高效、低成本的构筑面向用户的控制系统，于是要求CNC系统具有模块化和可重新配置的特点从使用角度来看，CNC系统应能应用于各种计算机平台，并提供统一风格的用户交互环境，以便于用户操作、维护和更新升级、为了满足对数控系统更具柔性、灵活性和通用性的要求，出现了对开放式数控系统结构的研究。

开放式数控系统具有软件开放性和硬件开放性，它能使人们自由地选择CNC装置、伺服驱动器、传感元件和执行单元等部件。

一般地，开放式数控系统有以下特点：（1）各种构成要素逻辑上独立。

（2）提供一个标准和规范，确保不同生产厂商的符合规范的构成要素能构成一个完整的数控系统。

（3）数控系统的拓扑结构可动态改变。

（4）与其它系统或软件模块具有互操作性。

（5）提供良好一致的人机界面。

随着计算机技术的飞速发展以及其标准化和开放性，出现了基于PC 的开放式数控系统。

1基于PC的开放式数控系统基于PC的开放式数控系统能充分地利用计算机的软硬件资源，可使用通用的高级语言方便地编制程序，用户可将标准化的外设、应用软件进行灵活地组合和使用使用计算机同时也便于实现网络化。

基于固高GE300的开放式数控雕铣系统的研究与开发随着科技的不断进步，数控雕铣系统在雕刻行业中扮演着越来越重要的角色。

本文旨在介绍一种。

数控雕铣系统是一种利用计算机控制的机械设备，能够实现对各种材料进行高精度、高效率的雕刻和铣削。

传统的数控雕铣系统通常采用封闭式结构，即硬件和软件都由同一家公司提供，用户无法自由选择和修改系统配置。

而开放式数控雕铣系统则打破了这种约束，用户可以根据自己的需求自由选择硬件和软件组件，并进行自由配置和定制。

本研究选择了固高GE300作为开放式数控雕铣系统的核心控制器。

固高GE300是一种功能强大、稳定可靠的数控系统，具有丰富的硬件接口和强大的运动控制能力。

通过与固高GE300的配合，我们可以实现对数控雕铣系统的全面控制和管理。

在系统软件开发方面，本研究采用了开源的Linux操作系统作为基础平台，并使用C/C++语言进行程序设计。

通过编写驱动程序和相关应用程序，实现对硬件设备的控制和数据交互。

同时，我们还利用开源的数控软件库进行系统功能的扩展和定制。

在系统硬件设计方面，本研究选择了高性能的步进电机作为驱动器，并采用了高精度的传感器进行位置反馈。

通过与固高GE300的通讯接口，实现对电机驱动和位置控制的精确调节。

通过对开放式数控雕铣系统的研究与开发，我们取得了一系列的成果。

首先，我们实现了对不同材料的高精度雕刻和铣削，为用户提供了更多的创作空间。

其次，我们开发了一套简单易用的系统配置和操作界面，使用户能够快速上手和使用系统。

最后，我们还实现了系统的远程控制和监控功能，用户可以通过手机或电脑远程操作数控雕铣系统，提高工作效率。

综上所述，基于固高GE300的开放式数控雕铣系统的研究与开发具有重要的意义。

它不仅为雕刻行业带来了更多的选择和灵活性，还为相关领域的研究和应用提供了技术支持和创新平台。

相信在未来的发展中，开放式数控雕铣系统将会得到更广泛的应用和推广。

基于PC机的开放式多轴软数控系统关键技术研究与实现一、本文概述随着制造业的快速发展，数控机床作为其核心设备，其性能与精度直接影响到产品的质量和生产效率。

近年来，开放式数控系统因其灵活性和可扩展性，受到了广泛的关注。

本文旨在研究并实现一种基于PC机的开放式多轴软数控系统，重点探讨其关键技术，包括系统架构设计、实时性能优化、多轴联动控制等方面。

通过深入分析和实验验证，本文旨在为开发高性能、高可靠性的数控系统提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了开放式数控系统的背景和发展现状，分析了传统数控系统的不足以及开放式数控系统的优势。

随后，详细阐述了基于PC机的开放式多轴软数控系统的整体架构，包括硬件平台选择、操作系统支持、数控软件设计等。

在此基础上，重点研究了实时性能优化技术，包括任务调度算法、中断处理机制等，以提高系统的响应速度和稳定性。

本文还深入探讨了多轴联动控制的关键技术，包括运动学建模、插补算法优化、伺服驱动控制等。

通过理论分析和实验验证，本文提出了一种适用于多轴联动的高性能控制策略，实现了高精度、高效率的切削加工。

本文总结了研究成果，指出了研究中存在的问题和未来的研究方向。

本文的研究成果对于推动开放式数控系统的发展，提高数控机床的性能和精度，具有重要的理论意义和实践价值。

二、开放式多轴软数控系统概述随着制造业的快速发展，数控机床作为其核心设备，其性能和控制精度对产品的质量和生产效率有着决定性的影响。

传统的数控系统大多基于专用的硬件和固定的软件架构，这不仅限制了系统的灵活性，也增加了系统的维护和升级成本。

因此，研究和实现基于PC机的开放式多轴软数控系统，成为了当前数控技术领域的重要发展方向。

开放式多轴软数控系统，是指采用通用计算机硬件平台，通过软件编程实现多轴联动控制的一种数控系统。

它打破了传统数控系统的封闭性，允许用户根据实际需求定制和扩展系统功能，从而提高了系统的灵活性和可适应性。

同时，基于PC机的软数控系统还具有成本低、易于维护、升级方便等优势，为制造业的数字化转型提供了有力支持。

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。