多功能嵌入式柔性數控車床研制總結報告
1 項目開發背景
    數控機床具有高精度、高速度、高柔性、高效率的突出優點,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,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大國向制造業強國轉變過程中,在這個轉型過程中,數控化將取代原有的手工操作。而各行各業又具有很多本行業的特殊要求,使得專用的數控系統不能很好的發揮出數控化的優點,同時目前專用的數控系統市場也被德國和日本所壟斷,企業的數控化改造成本過高。由于基于PC的開放式數控系統有很好的可擴充性和定制的靈活性也在很多行業得到了廣泛的應用,但是基于PC的構架決定了其穩定性比較弱,很難用于惡劣的工作環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將兼具專用數控系統和基于PC的數控系統的優點,是基于嵌入式計算機控制系統的新一代數控機床。
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、生產制造、市場營銷為一體的省級高科技企業及軟件企業。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,浙大辰光充分發揮浙江大學多學科的綜合優勢,致力于工業數控系統和產品的開發,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”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,"數控工業培訓系統"已被全國各地數百家職業院校采用,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化進程。合作雙方迅速抽調精干開發人員組成了項目開發組,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月份完成項目開發工作。項目開發組于2005年10月份完成了系統方案設計,項目開發組于2005年11月份完成了系統硬件設計和制造,于2005年12月份完成了系統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。 
    項目開發組于2006年1月份完成了系統集成和總體調試,并開始系統內部測試,期間有用戶開始試用。2006年2月項目開發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督檢測研究院的檢測,所檢指標全部符合企業標準。項目開發組認為多功能嵌入式柔性數控車床開發已基本成功,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 
    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。控制系統以采用三菱的數字交流伺服系統構成一個開放式的數控系統。利用PMAC 的多軸運動控制功能,將交流伺服系統與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的DNC功能。本控制系統最大控制軸數四軸,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 
    使用工業用計算機作為上位機 
    人機界面基于Windows操作系統,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研制成功數控工業培訓軟件 
    數控工業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操作及代碼格式,通過數控工業培訓系統引導程序,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用數控系統的操作全兼容。能夠通過更改軟件仿真實現德國西門子數控系統、日本發那科數控系統、日本三菱數控系統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、日本發那科數控系統、日本三菱數控系統的界面相媲美。還可以為特定的行業用戶定制界面,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培訓。