多功能嵌入式柔性數(shù)控車(chē)床研制總結(jié)報(bào)告
1 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)背景
    數(shù)控機(jī)床具有高精度、高速度、高柔性、高效率的突出優(yōu)點(diǎn),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中,具有很重要的作用。該項(xiàng)目從我國(guó)國(guó)情出發(fā),研制低成本,強(qiáng)適應(yīng)性,又具有較高性能指標(biāo)的多功能嵌入式柔性數(shù)控機(jī)床。 
    我國(guó)正處在從制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變過(guò)程中,在這個(gè)轉(zhuǎn)型過(guò)程中,數(shù)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(zhuān)用的數(shù)控系統(tǒng)不能很好的發(fā)揮出數(shù)控化的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)目前專(zhuān)用的數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)也被德國(guó)和日本所壟斷,企業(yè)的數(shù)控化改造成本過(guò)高。由于基于PC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有很好的可擴(kuò)充性和定制的靈活性也在很多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,但是基于PC的構(gòu)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(duì)可靠性要求苛刻的場(chǎng)合。該項(xiàng)目所提出的嵌入式柔性化數(shù)控系統(tǒng)將兼具專(zhuān)用數(shù)控系統(tǒng)和基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),是基于嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的新一代數(shù)控機(jī)床。
2 項(xiàng)目實(shí)施分析 
    杭州浙大辰光科技有限公司是一家集數(shù)字控制技術(shù)、嵌入式軟件與產(chǎn)品的科研開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)為一體的省級(jí)高科技企業(yè)及軟件企業(yè)。依托浙江大學(xué)現(xiàn)代制造工程研究所和先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙大辰光充分發(fā)揮浙江大學(xué)多學(xué)科的綜合優(yōu)勢(shì),致力于工業(yè)數(shù)控系統(tǒng)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),力求為用戶提供從數(shù)控加工到機(jī)械裝備自動(dòng)化的整體解決方案。公司主導(dǎo)產(chǎn)品“嵌入式柔性數(shù)控系統(tǒng)”已批量用于模具加工機(jī)床、玻璃加工中心和自動(dòng)化針織橫機(jī)產(chǎn)品,"數(shù)控工業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)"已被全國(guó)各地?cái)?shù)百家職業(yè)院校采用,深受用戶的好評(píng)。 
    公司在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,于2005年6月開(kāi)始與浙江大學(xué)現(xiàn)代制造工程研究所,通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作努力推進(jìn)高技術(shù)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。合作雙方迅速抽調(diào)精干開(kāi)發(fā)人員組成了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)組,浙江大學(xué)機(jī)械工程系傅建中教授任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,原計(jì)劃于2006年6月份完成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)工作。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)組于2005年10月份完成了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),項(xiàng)目開(kāi)發(fā)組于2005年11月份完成了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和制造,于2005年12月份完成了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和模塊調(diào)試,期間杭州浙大辰光科技有限公司順利通過(guò)ISO9001:2000質(zhì)量體系認(rèn)證。 
    項(xiàng)目開(kāi)發(fā)組于2006年1月份完成了系統(tǒng)集成和總體調(diào)試,并開(kāi)始系統(tǒng)內(nèi)部測(cè)試,期間有用戶開(kāi)始試用。2006年2月項(xiàng)目開(kāi)發(fā)組通過(guò)用戶反饋的意見(jiàn),對(duì)多功能嵌入式柔性數(shù)控車(chē)床作了局部修改和優(yōu)化,進(jìn)一步完善了網(wǎng)絡(luò)化軟件功能,期間制定了多功能嵌入式柔性數(shù)控車(chē)床企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2006年3月多功能嵌入式柔性數(shù)控車(chē)床通過(guò)了浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)研究院的檢測(cè),所檢指標(biāo)全部符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)組認(rèn)為多功能嵌入式柔性數(shù)控車(chē)床開(kāi)發(fā)已基本成功,提請(qǐng)公司提前進(jìn)入鑒定程序。
3 總體完成情況分析
3.1研制成功嵌入式數(shù)控系統(tǒng) 
    采用PC104嵌入式總線和高性能DSP為運(yùn)動(dòng)控制主處理器,具備大容量存儲(chǔ),256M內(nèi)存；USB和以太網(wǎng)通訊接口。完整的高性能數(shù)控伺服功能,具有點(diǎn)位,直線,圓弧,樣條和PVT插補(bǔ)功能,絲杠的間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償功能,空間幾何誤差補(bǔ)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(shù)字交流伺服系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)。利用PMAC 的多軸運(yùn)動(dòng)控制功能,將交流伺服系統(tǒng)與DMC的脈沖輸出通道相連,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)的輸出。同時(shí)也可接受光電編碼器的反饋信號(hào)的采樣,以達(dá)到實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。另外通過(guò)擴(kuò)展的IO口,可以接收機(jī)床上一些與運(yùn)動(dòng)控制有關(guān)的IO量的輸入。如檢測(cè)機(jī)床原點(diǎn)、限位等開(kāi)關(guān)的信號(hào)。通過(guò)PC機(jī)的外設(shè)可實(shí)現(xiàn)加工程序的輸入、編輯、參數(shù)的設(shè)置、機(jī)床運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)等等。另外借助PC的圖形數(shù)據(jù)處理的強(qiáng)大功能,可以很容易的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的DNC功能。本控制系統(tǒng)最大控制軸數(shù)四軸,最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)4軸。
1、CNC功能 
    采用高性能DSP為運(yùn)動(dòng)控制主處理器,PC104嵌入式總線進(jìn)行通訊 
    控制車(chē)床、銑床 
    可控制4個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)數(shù)字或模擬主軸 
    最大四軸聯(lián)動(dòng),具有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)等控制方式 
    螺紋加工、變距螺紋加工 
    旋轉(zhuǎn)軸控制 
    Lookahead 前瞻控制、加速度突變限制 
    主軸準(zhǔn)停,剛性攻絲、恒線速切削 
    FRAME功能(坐標(biāo)的平移、旋轉(zhuǎn)、鏡象、縮放) 
    絲杠的間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償功能,空間幾何誤差補(bǔ)償功能 
    直線/S曲線加減速 
    RS232/422串口,USB或網(wǎng)口通訊 
    系統(tǒng)分辨率1μm,采樣周期0.1ms 
    絲杠的間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償功能,空間幾何誤差補(bǔ)償功能；
2、操作單元 
    使用工業(yè)用計(jì)算機(jī)作為上位機(jī) 
    人機(jī)界面基于Windows操作系統(tǒng),簡(jiǎn)單易學(xué)； 
    大容量存儲(chǔ),配有20G以上硬盤(pán),256M內(nèi)存； 
    MDA方式端面加工 
    程序段搜索運(yùn)行 
    坐標(biāo)軸鎖定、快速空運(yùn)行 
    后臺(tái)編程 
    機(jī)床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系、和相對(duì)坐標(biāo)系顯示 
    加工軌跡實(shí)時(shí)顯示 
    坐標(biāo)位置、余程以及各軸速度顯示
3.2研制成功自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的柔性化數(shù)控車(chē)床軟件 
    數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)操作界面柔性化,可根據(jù)用戶的喜好風(fēng)格定制人機(jī)操作界面,數(shù)控軟件具有虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)。
3.3研制成功數(shù)控工業(yè)培訓(xùn)軟件 
    數(shù)控工業(yè)培訓(xùn)軟件為了突出教育培訓(xùn)功能,可兼容目前幾大主流的數(shù)控系統(tǒng)操作及代碼格式,通過(guò)數(shù)控工業(yè)培訓(xùn)系統(tǒng)引導(dǎo)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(shù)控系統(tǒng)的操作全兼容。能夠通過(guò)更改軟件仿真實(shí)現(xiàn)德國(guó)西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)、日本發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)、日本三菱數(shù)控系統(tǒng)的真實(shí)金屬切削加工,達(dá)到一臺(tái)設(shè)備起到多臺(tái)設(shè)備的實(shí)訓(xùn)效果。
4 多功能嵌入柔性數(shù)控車(chē)床的特點(diǎn)
1. 采用PC104嵌入式總線和高性能DSP為運(yùn)動(dòng)控制主處理器,具備完整的高性能數(shù)控伺服功能及大容量存儲(chǔ)、USB和以太網(wǎng)口通訊接口。
2. 數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)操作界面柔性化,可根據(jù)用戶的喜好風(fēng)格定制人機(jī)操作界面,數(shù)控軟件具有虛擬儀器體系結(jié)構(gòu),可與主流的德國(guó)西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)、日本發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)、日本三菱數(shù)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(qiáng)的靈活性。
3. 具有多功能的特點(diǎn),不僅可廣泛用于生產(chǎn),而且由于其操作界面柔性,特別適合于數(shù)控工業(yè)培訓(xùn)。