纯软件开放式数控系统的研究及其在加工中心上的应用

摘要

随着数控技术的不断发展，传统数控系统已不能适应当今制造业市场的变化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化、敏捷模式发展的需要。因此，随着PC技术的快速发展和广泛普及，开放式数控系统技术开始发展。开放式数控系统不依赖特定的硬件平台和操作系统平台，采用模块化和标准化的结构体系，允许用户进行二次开发。 开放式数控系统有三种实现方式：PC嵌入NC型、NC嵌入PC型和纯软件式。其中，纯软件开放式数控系统充分利用PC微机丰富的硬件资源，系统的全部核心功能一包括插补运算、加减速运算、PLC等实时任务，均由运行在PC硬件平台上的软件实现，是开放程度最高的一种实现方式。 ServoWorks是基于PC-based解决方案的软件CNC技术，它对硬件体现了很高的兼容性，可以运行在目前通用的PC微机操作系统平台之上，通过RTX软件扩展了Windows系统的实时性，使之符合数控系统的实时性要求。 本论文基于纯软件式ServoWorks CNC技术的全面理论研究，在三轴立式加工中心上实现了开放式数控系统S100M和配套的整机PLC程序。随后，介绍了工程规范的制定以及电气、基本参数和伺服调试的过程。 本课题接下来的工作围绕五轴联动机床和人机界面及功能扩展两方面展开，此外，智能化、网络化也将是未来的发展方向。

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声明

第一章绪论

1.1数控系统及数控机床的发展

1.1.1数控系统和数控机床的概念

1.1.2数控系统的发展历程

1.1.3数控机床的发展趋势

1.2开放式数控系统技术

1.2.1开放式数控系统概念

1.2.2开放式数控系统起源与研究目的

1.2.3开放式数控系统的特点及与传统数控系统的比较

1.2.4国内外开放式系统的发展研究动态

1.2.5开放式数控系统架构

1.2.6开放式数控系统的问题

1.3课题概论

1.3.1选题背景

1.3.2课题的工作进程

1.3.3论文的全文组织

第二章纯软件开放式ServoWorks CNC技术的研究

2.1概述

2.2 ServoWorks技术的硬件和操作系统平台

2.2.1 ServoWorks技术的硬件平台

2.2.2 ServoWorks技术的操作系统平台

2.2.3 Ardence RTX实时扩展子系统

2.3 ServoWorks CNC软件架构

2.3.1 ServoWorks CNC软件架构概述

2.3.2 ServoWorks引擎内核

2.3.3 ServoWorks实时DLL

2.3.4 ServoWorks Develop Kit二次开发包

2.4 ServoWorks CNC通讯硬件平台

2.4.1 ServoWorks CNC硬件技术概述

2.4.2 VersioBus光纤数字网络

2.4.3 EtherCAT通讯平台

2.4.4专用通讯平台

2.5本章小结

第三章基于ServoWorks CNC技术的立式加工中心数控系统开发

3.1立式加工中心机床概述

3.1.1加工中心

3.1.2加工中心功能特点

3.1.3三轴立式加工中心硬件构成

3.2基于ServoWorks CNC技术的数控系统S100M

3.2.1系统激活授权确认

3.2.2 ServoWorks引擎内核的初始化

3.2.3系统主界面

3.2.4系统模式的切换

3.2.5实时状态信息显示

3.2.6系统参数读取和设置

3.3数控系统硬件与加工中心电气连接

3.3.1系统与伺服连接

3.3.2系统与IO连接

3.4 LadderWorks PLC

3.4.1机床PLC概述

3.4.2 LadderWorks PLC概述

3.4.3机床PLC的组成

3.5本章小结

第四章基于SerVOWorks CNC技术的立式加工中心整机调试

4.1整机调试概述

4.2电气调试

4.3基本参数设定

4.4伺服控制调整

4.4.1伺服控制概论

4.4.2伺服参数调整

4.4.3高速高精调整

4.5本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

附录 刀库换刀PLC程序清单