多功能嵌入式柔性數控車床研制總結報告
1 項目開發(fā)背景
    數控機床具有高精度、高速度、高柔性、高效率的突出優(yōu)點,在國民經濟建設中,具有很重要的作用。該項目從我國國情出發(fā),研制低成本,強適應性,又具有較高性能指標的多功能嵌入式柔性數控機床。 
    我國正處在從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國轉變過程中,在這個轉型過程中,數控化將取代原有的手工操作。而各行各業(yè)又具有很多本行業(yè)的特殊要求,使得專用的數控系統(tǒng)不能很好的發(fā)揮出數控化的優(yōu)點,同時目前專用的數控系統(tǒng)市場也被德國和日本所壟斷,企業(yè)的數控化改造成本過高。由于基于PC的開放式數控系統(tǒng)有很好的可擴充性和定制的靈活性也在很多行業(yè)得到了廣泛的應用,但是基于PC的構架決定了其穩(wěn)定性比較弱,很難用于惡劣的工作環(huán)境和對可靠性要求苛刻的場合。該項目所提出的嵌入式柔性化數控系統(tǒng)將兼具專用數控系統(tǒng)和基于PC的數控系統(tǒng)的優(yōu)點,是基于嵌入式計算機控制系統(tǒng)的新一代數控機床。
2 項目實施分析 
    杭州浙大辰光科技有限公司是一家集數字控制技術、嵌入式軟件與產品的科研開發(fā)、生產制造、市場營銷為一體的省級高科技企業(yè)及軟件企業(yè)。依托浙江大學現代制造工程研究所和先進制造技術重點實驗室,浙大辰光充分發(fā)揮浙江大學多學科的綜合優(yōu)勢,致力于工業(yè)數控系統(tǒng)和產品的開發(fā),力求為用戶提供從數控加工到機械裝備自動化的整體解決方案。公司主導產品“嵌入式柔性數控系統(tǒng)”已批量用于模具加工機床、玻璃加工中心和自動化針織橫機產品,"數控工業(yè)培訓系統(tǒng)"已被全國各地數百家職業(yè)院校采用,深受用戶的好評。 
    公司在充分調研國內外同類產品的基礎上,于2005年6月開始與浙江大學現代制造工程研究所,通過產學研合作努力推進高技術數控機床設備的產業(yè)化進程。合作雙方迅速抽調精干開發(fā)人員組成了項目開發(fā)組,浙江大學機械工程系傅建中教授任項目負責人,原計劃于2006年6月份完成項目開發(fā)工作。項目開發(fā)組于2005年10月份完成了系統(tǒng)方案設計,項目開發(fā)組于2005年11月份完成了系統(tǒng)硬件設計和制造,于2005年12月份完成了系統(tǒng)軟件設計和模塊調試,期間杭州浙大辰光科技有限公司順利通過ISO9001:2000質量體系認證。 
    項目開發(fā)組于2006年1月份完成了系統(tǒng)集成和總體調試,并開始系統(tǒng)內部測試,期間有用戶開始試用。2006年2月項目開發(fā)組通過用戶反饋的意見,對多功能嵌入式柔性數控車床作了局部修改和優(yōu)化,進一步完善了網絡化軟件功能,期間制定了多功能嵌入式柔性數控車床企業(yè)標準。2006年3月多功能嵌入式柔性數控車床通過了浙江省質量技術監(jiān)督檢測研究院的檢測,所檢指標全部符合企業(yè)標準。項目開發(fā)組認為多功能嵌入式柔性數控車床開發(fā)已基本成功,提請公司提前進入鑒定程序。
3 總體完成情況分析
3.1研制成功嵌入式數控系統(tǒng) 
    采用PC104嵌入式總線和高性能DSP為運動控制主處理器,具備大容量存儲,256M內存；USB和以太網通訊接口。完整的高性能數控伺服功能,具有點位,直線,圓弧,樣條和PVT插補功能,絲杠的間隙補償、螺距補償功能,空間幾何誤差補償功能,直線/S曲線加減速,Lookahead前瞻控制功能。控制系統(tǒng)以采用三菱的數字交流伺服系統(tǒng)構成一個開放式的數控系統(tǒng)。利用PMAC 的多軸運動控制功能,將交流伺服系統(tǒng)與DMC的脈沖輸出通道相連,實現電機的轉速信號的輸出。同時也可接受光電編碼器的反饋信號的采樣,以達到實現全閉環(huán)控制。另外通過擴展的IO口,可以接收機床上一些與運動控制有關的IO量的輸入。如檢測機床原點、限位等開關的信號。通過PC機的外設可實現加工程序的輸入、編輯、參數的設置、機床運行的實時狀態(tài)等等。另外借助PC的圖形數據處理的強大功能,可以很容易的實現系統(tǒng)的DNC功能。本控制系統(tǒng)最大控制軸數四軸,最大聯動軸數4軸。
1、CNC功能 
    采用高性能DSP為運動控制主處理器,PC104嵌入式總線進行通訊 
    控制車床、銑床 
    可控制4個進給軸和一個數字或模擬主軸 
    最大四軸聯動,具有直線插補、圓弧插補、螺旋線插補、樣條插補等控制方式 
    螺紋加工、變距螺紋加工 
    旋轉軸控制 
    Lookahead 前瞻控制、加速度突變限制 
    主軸準停,剛性攻絲、恒線速切削 
    FRAME功能(坐標的平移、旋轉、鏡象、縮放) 
    絲杠的間隙補償、螺距補償功能,空間幾何誤差補償功能 
    直線/S曲線加減速 
    RS232/422串口,USB或網口通訊 
    系統(tǒng)分辨率1μm,采樣周期0.1ms 
    絲杠的間隙補償、螺距補償功能,空間幾何誤差補償功能；
2、操作單元 
    使用工業(yè)用計算機作為上位機 
    人機界面基于Windows操作系統(tǒng),簡單易學； 
    大容量存儲,配有20G以上硬盤,256M內存； 
    MDA方式端面加工 
    程序段搜索運行 
    坐標軸鎖定、快速空運行 
    后臺編程 
    機床坐標系、工件坐標系、和相對坐標系顯示 
    加工軌跡實時顯示 
    坐標位置、余程以及各軸速度顯示
3.2研制成功自主知識產權的柔性化數控車床軟件 
    數控系統(tǒng)人機操作界面柔性化,可根據用戶的喜好風格定制人機操作界面,數控軟件具有虛擬儀器體系結構。
3.3研制成功數控工業(yè)培訓軟件 
    數控工業(yè)培訓軟件為了突出教育培訓功能,可兼容目前幾大主流的數控系統(tǒng)操作及代碼格式,通過數控工業(yè)培訓系統(tǒng)引導程序,用戶可以選擇想要使用的兼容控制界面。所有的控制界面的操作和工業(yè)用數控系統(tǒng)的操作全兼容。能夠通過更改軟件仿真實現德國西門子數控系統(tǒng)、日本發(fā)那科數控系統(tǒng)、日本三菱數控系統(tǒng)的真實金屬切削加工,達到一臺設備起到多臺設備的實訓效果。
4 多功能嵌入柔性數控車床的特點
1. 采用PC104嵌入式總線和高性能DSP為運動控制主處理器,具備完整的高性能數控伺服功能及大容量存儲、USB和以太網口通訊接口。
2. 數控系統(tǒng)人機操作界面柔性化,可根據用戶的喜好風格定制人機操作界面,數控軟件具有虛擬儀器體系結構,可與主流的德國西門子數控系統(tǒng)、日本發(fā)那科數控系統(tǒng)、日本三菱數控系統(tǒng)的界面相媲美。還可以為特定的行業(yè)用戶定制界面,具有很強的靈活性。
3. 具有多功能的特點,不僅可廣泛用于生產,而且由于其操作界面柔性,特別適合于數控工業(yè)培訓。