虚拟数控机床及开放式数控系统的研究

Internal Combustion Engine &Parts0引言随着工业4.0数字化工厂以及自动化控制技术的飞速发展，所有企业秉承着时间就是金钱的真理，不断更新生产设备、数据管理系统、控制系统来提高整体的生产效率，降低成本，攻占市场。

以此为目的所开发出的仿真系统也是层出不穷，人们力求在动用最低成本的前提下对之后几个月甚至几年的结果进行预测把控，将生产开发过程中可能遇到的问题与漏洞趁早暴露出来，在设计阶段就将其修复，避免返工，最大限度的降低时间与金钱成本，更多盈利。

研究表明数控系统从生产到投入使用过程中，有70%的生产周期用于控制系统漏洞和错误的修正。

同时，研究表明随着数控系统的复杂程度提高，产品更新换代速度加快，数控系统概念设计阶段实际投入的费用只占产品开发总成本的5%，却决定了产品总成本的70%，其预生产制造，虚拟试运行（Virtual Commissioning ，VC ）成为缩短制造成本的关键。

1系统整体架构本文旨在开发出一套虚拟试运行仿真系统，在通信系统具有可靠信道的基础上，还能传输更真实的数据。

在其顶层，硬件控制代码简洁高效。

在其底层，能够兼容并集成更多硬件。

其基本架构如图1所示。

图1系统整体架构示意图以PC 为载体开发硬件控制系统，固高GT-400-SV-PCI 运动控制器为核心，其输出信号作为信号源。

在C#环境中引用OPC 服务器自定义接口，结合硬件驱动开发OPC 数据存取客户端，将数据源以特定格式传递给OPC服务器。

在MCD 平台中搭建数控系统机电一体化模型，定义其物理参数与数据接口，并由内部信号适配器将OPC 服务器数据适配给相应的运动控制参数，从而实现上位机对数字样机的控制。

值得一提的是，硬件驱动程序由厂家提供，OPC 客户端开发过程中只需调用封装好的驱动中的接口即可，这也是OPC 技术的特点之一，能够无差别适应不同的硬件。

系统设计完成后，只要保证传输通道的稳定与安全，MCD 的数据能够逆向的反馈回OPC 服务器与控制器，因此该系统还具有对硬件系统的监控与远程控制功能。

数控机床智能控制系统研究数控机床智能控制系统研究摘要：数控机床是现代制造业中的重要设备，其智能控制系统的研究对提高生产效率、产品质量和工作环境的改善具有重要意义。

本文首先介绍了数控机床智能控制系统的发展背景和研究意义，然后分析了目前数控机床智能控制系统面临的挑战，并提出了解决方案。

最后，通过实验验证了智能控制系统在数控机床上的应用效果，并对未来数控机床智能控制系统的发展趋势进行了展望。

关键词：数控机床，智能控制系统，挑战，解决方案，发展趋势第一节：引言数控机床是一种通过数字和逻辑控制系统来控制机械运动和加工过程的机床。

它的出现使得传统机床的生产效率大幅提高，同时还能够保证产品的质量。

然而，传统的数控机床控制系统有很多局限性，例如缺乏智能化、自主性和灵活性。

为了进一步提高数控机床的生产效率和自动化程度，研究智能控制系统变得尤为重要。

第二节：数控机床智能控制系统的发展背景和意义智能控制系统是指通过人工智能技术、感知技术和自学习技术等实现对数控机床进行智能化控制的系统。

与传统的数控机床相比，智能控制系统具有以下优势：1）提供更高的加工精度和更好的加工质量；2）减少人为因素的干扰，提高生产效率；3）降低劳动强度和提高工作环境的安全性。

因此，研究智能控制系统对推动数控机床的发展和进步意义重大。

第三节：数控机床智能控制系统面临的挑战然而，目前数控机床智能控制系统还面临一些挑战。

首先，智能控制系统需要具备高效的算法和强大的计算能力，以应对复杂的加工任务和实时的控制需求。

其次，智能控制系统需要与各种传感器和执行器进行良好的集成，以实时获取加工状态和调整控制参数。

再次，智能控制系统需要考虑人机交互的问题，使得操作员能够直观地监控和调整加工过程。

最后，智能控制系统需要考虑机床自身的自适应性和自学习能力，以适应不同加工工艺和产品变化。

第四节：数控机床智能控制系统的解决方案为了解决上述挑战，可以采取以下措施。

首先，引入先进的算法和计算技术，例如人工神经网络和模糊控制算法，以实现智能控制系统的高效运行。

《数控机床》课程教学与虚拟仿真技术对接策略研究《数控机床》是数控技术应用专业的一门专业课，通过介绍典型数控机床的结构和功能，全面介绍数控机床的选择、使用、安装、调试及保养和维修方面的常识，使学生熟悉数控机床的原理、结构，会数控机床的维护与保养。

一、《数控机床》课程中实施虚拟仿真教学的意义1.课程特点必须实施虚拟仿真《数控机床》课程涉及知识面较广，它的教学内容包含有识图能力、金属材料、力学、机械传动、公差、电气控制、液压控制、数控原理等专业知识，其专业性很强，离开了实践环境，课程的教学达不到教学目标和教学效果，更谈不上专业素养的培养。

本课程完全实施实践是不能满足教学内容系统化和基础理论够用的需求，根据本课程的特殊性，课程的教学应在虚拟仿真的环境中实施，完成数控结构、调试及保养等核心教学内容的学习。

2.实践需求必须实施虚拟仿真很多职业学校的数控机床课程教学缺少实习场所，目前添置的数控维修装置一般采用实验台，对本门课程的教学不能完全适用。

3.教学改革必须实施虚拟仿真很多学校的数控机床实验室建设跟不上数控机床市场发展的步伐，仿真系统要做到数控机床硬件为较前沿状态，能展现数控前沿技术。

二、《数控机床》课程与虚拟仿真的对接策略1.数控机床虚拟仿真的特点数控机床虚拟仿真的优势有投资小、直观、安全、耐用无损耗，学生可以自由地操作演练，实现反复训练及多种层次的实训教学。

直观的数控仿真运行过程，采用三维动画的方式能真实地反映数控机床各系统的工作原理，把抽象的、难以表达的原理内容变得生动、形象、逼真，教师可以控制原理的演示进程。

2.数控机床仿真制作的要求（1）数控机床仿真必须实现三维结构设计数控机床虚拟仿真软件及课件必须能提供数控机床中各个组成部分零部件的三维实体造型，虚拟仿真中实现零件的360度的回旋查看，实现移动及缩放，充分反映各个零部件的真实结构，通过零部件的透明、隐藏和剖面属性设置，使学生能深入清楚地观察数控机床的内部结构，最终实施交互式教学。

数控技术的发展趋势数控技术的发展趋势中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。

下面，店铺就为大家讲讲数控技术的发展趋势，一起来了解一下吧!数控技术的发展趋势数控技术不仅给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。

尽管十多年前就出现了高精度、高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断变化，正在向着精度和速度的极限发展。

从世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面：1.机床的高速化、精密化、智能化、微型化发展随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。

高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。

机床的高速化需要新的数控系统、高速电主轴和高速伺服进给驱动，以及机床结构的优化和轻量化。

高速加工不仅是设备本身，而且是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技术，以及人员素质的集成。

高速化的最终目的是高效化，机床仅是实现高效的关键之一，绝非全部，生产效率和效益在“刀尖”上。

2.五轴联动加工和复合加工机床快速发展采用五轴联动对三维曲面零件进行加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。

一般认为，1台五轴联动机床的效率可以等于2台三轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益。

但过去因五轴联动数控系统主机结构复杂等原因，其价格要比三轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了五轴联动机床的发展。

当前数控技术的发展，使得实现五轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。

[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。

DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.06.204数控车加工虚拟仿真实验教学研究①窦沙沙 夏建生 周海 陈青（盐城工学院机械优集学院 江苏盐城 224051）摘　要：采用“虚实结合”的方法，结合数控车加工的特点，开设了数控车编程和数控车虚拟机床仿真实验，掌握数控车编程方法及数控车操作，让学生在实际的虚拟仿真操作过程中，了解并掌握注塑模智能制造的关键环节，加强对所学知识的理解，提高课程教学效果。

关键词：数控车 虚拟仿真 实验教学中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)02(c)-0204-02数控车主要用于轴类、盘类等回转体零件的加工。

虚拟数控车床，是以沈阳机床、凯达机床等行业领先企业的机床为载体，嵌入了西门子和法兰克数控系统，能够模拟各种虚拟车削加工，如车削内外圆柱面、圆锥面及其它旋转面、端面及各种常用的螺纹还能进行拉削油槽、键槽等工作。

通过对虚拟数控车床的对刀、工件装夹、刀具设置、数控程序的编辑与检验，启动数控机床，模拟模具零件加工的整个过程。

模拟过程不仅能配置刀具和夹具，检查刀具和夹具与被加工零件的干涉，碰撞情况，还能对加工过程进行实时仿真，真实反映加工过程的实际情况。

按照“能实不虚，虚实结合”的理念，注重知识传授与技能训练相结合，设计实验教学内容，在实验之前，学生先学习掌握数控车床的基本结构、基本特点、数控车床的各种刀具选择、正确的操作方法和步骤，然后结合学习的知识点，通过虚拟数控车床的演示，进一步将所学的知识感性化，在此基础上，学生利用虚拟仿真设备，模拟注塑模零件加工过程，在模拟程序执行时，程序段、坐标值以及工件与刀具的相对移动的切削过程均模拟显示，学生可以即时发现操作加工过程存在的缺陷，并相应进行调整，从而不断提升自己的能力。

1 数控车编程仿真通过数控车编程仿真模块，模拟数控车削加工过程，掌握注塑模典型回转体零件的车削自动编程，包含粗加工、精加工、切槽、螺纹切削和中心线钻孔。

机床的数控化改造方法研究摘要本文将对机床的数控化改造进行科学分析并从数控系统和机械系统的改造等方面提供可行性方案和思路。

关键词普通机床；数控机床；系统改造中图分类号tg659 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）85-0058-020 引言随着制造业的不断发展，数控化机床率已经成为衡量一个国家制造业是否发达的主要标志。

20世纪90年代我国有150多万台机床，目前我国家拥有机床约300万台，其中数控机床仅仅8万台左右，数控机床数量远远低于那些制造业发达的国家。

我国普通机床设备陈旧老化、技术落后，严重影响生产力的发展。

对普通机床进行数控改造已经成为既适合我国国情又使其具备先进的数控机床特点的最好途径。

它将使企业走出困境，实现跨越式发展的必由之路。

1 机床数控化改造分析数控化改造是指对普通化机床的某些部位进行改装，再配上经济型的数控装置和标准型数控系统。

改造后的数控机床将在自动化程度上、专业性上、加工精度和生产率上大幅度提高。

首先，要进行性价比分析。

购置一架新机床大约需要340万元，从安装到调试要半年到一年的时间。

改造旧机床需要100万元左右，改造时间约为3个月左右。

其次，进行技术评估。

主要包括改造后机床的精确度和使用性能。

2 数控机床的改造方案一般情况下对数控机床的改造主要为两部分。

一部分是机械部分改造，第二部分是数控系统改造。

2.1 机械部分改造机械系统改造是数控系统改造的关键技术。

主要改造内容为提高过去零部件的灵活性，减小转动间隙和反向转动间隙。

要想达到技术指标，要对导轨、主轴变动机构等进行改造。

1）导轨改造。

大多数普通机床均采用普通铸铁。

数控机床要求采用淬硬的合金钢材料，例如用g cr 15 轴承钢淬硬到65～62h rc，可以提高硬度5倍～10倍。

另外，普通机床的滑动导轨需要换成滚动导轨和静压导轨，但是改造难度较大，主要是在导轨表面加装辅助软带；2）刀架改造。

数控机床安装的刀架为自动刀架，以便数控机床根据程序更换刀具。