開(kāi)放式數控系統及其應用

數控系統作為數控機床的核心裝備，對國民經(jīng)濟的一些重要行業(yè)(如國防軍工、航天航空、it行業(yè)、汽車(chē)、輕工、冶金、醫療等)的發(fā)展起著(zhù)越來(lái)越重要的作用。開(kāi)放式、智能化、網(wǎng)絡(luò )化成為當代數控系統發(fā)展的主要趨勢。

上海開(kāi)通數控有限公司是國內最早從事數控系統和交流伺服驅動(dòng)系統研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的單位之一。是上海電氣集團股份有限公司中央研究院數控產(chǎn)業(yè)化基地，公司十余年來(lái)，致力于數控技術(shù)和交流伺服驅動(dòng)技術(shù)的研發(fā)，并和國外進(jìn)行技術(shù)合作，取得了豐碩的成功。目前，數控系統產(chǎn)品主要分普及型全功能閉環(huán)數控系統、嵌入式中檔數控系統和基于光纖伺服總線(xiàn)開(kāi)放式數控系統三大系列。產(chǎn)品規格有車(chē)、銑、磨、滾齒、切割、彎板、沖壓、繞簧，并已廣泛應用于生產(chǎn)。數字化交流伺服驅動(dòng)系統的規格從0.4kw～22kw，形成系列化，進(jìn)行了規?；a(chǎn)。產(chǎn)品除了與數控機床配套外，還廣泛應用在紡織、印染、印刷、包裝、玻璃、飼料、微電子等機械上。部分數控和伺服驅動(dòng)產(chǎn)品已出口日本和美國。

kt600開(kāi)放式數控系統

該產(chǎn)品是和美國softservo公司合作，在基于光纖伺服總線(xiàn)的數控系統平臺上開(kāi)發(fā)的。系統特點(diǎn)如下：

開(kāi)放的體系結構， 全軟件控制系統;

基于linux + rt-linux和windows2000/xp雙操作系統平臺，友好的圖形人機界面;

用二根光纖實(shí)現計算機與通用伺服接口模塊，i/o模塊通訊，連接簡(jiǎn)單方便，可靠性高，最多可控制16根軸;

嵌入式pc架構，12.1英寸彩色液晶顯示，usb接口和網(wǎng)絡(luò )接口;

動(dòng)態(tài)前看輪廓控制，小線(xiàn)段高速、高精度加工;

實(shí)時(shí)的軟件plc模塊，擁有416個(gè)光隔離輸入輸出點(diǎn);

swsdk開(kāi)發(fā)包，具有對所有實(shí)時(shí)進(jìn)程和資源的訪(fǎng)問(wèn)能力，包括設備管理、參數的設置、nc系統控制命令、plc命令、nc和伺服狀態(tài)的檢測等。用戶(hù)可以用來(lái)開(kāi)發(fā)自己的應用軟件;

應用領(lǐng)域：數控機床、機器人、印刷包裝機械、紡織機械、輕工機械、電子產(chǎn)品加工設備、自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)等自動(dòng)化裝備。

kt600數控系統通過(guò)光纖伺服總線(xiàn)與dc150伺服接口模塊、im300 i/o接口模塊進(jìn)行通訊和控制，系統的硬件配置如圖1所示。

kt600數控系統的軟件servoworks可以分為兩個(gè)層次，一層是滿(mǎn)足不同工業(yè)應用需求的應用軟件，它運行在通用操作系統windows或者linux的用戶(hù)空間中;一層是實(shí)現實(shí)時(shí)運動(dòng)控制(包括解釋器、插補、位置控制)和plc的實(shí)時(shí)控制軟件，它運行在操作系統的實(shí)時(shí)擴展空間rtx或者rtlinux中。應用軟件和實(shí)時(shí)控制軟件通過(guò)servoworks api進(jìn)行通信?？傮w軟件結構如圖2所示。

servoworks提供豐富的用戶(hù)開(kāi)發(fā)工具—servoworks sdk，其核心部分是swapi。它提供設計數控系統所需要的各種函數，如系統初始化、速度和位置控制、系統和伺服控制參數設置、手動(dòng)和自動(dòng)加工方式操作、數據和狀態(tài)的采集、系統自診斷、軸同步控制、plc命令等。這些api提供對所有實(shí)時(shí)進(jìn)程和資源的完全訪(fǎng)問(wèn)能力，用戶(hù)可以使用它來(lái)開(kāi)發(fā)自己的應用軟件。

kt270/ kt290全數字交流伺服驅動(dòng)系統

該產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：

寬速比、恒轉矩：調速比為1:5000;

高速度、高精度：最高轉速可達3000r/min;

回轉定位精度1/10000r;

操作簡(jiǎn)便，監視功能齊全;

具有脈沖位置及模擬速度二種輸入控制方式;

電子齒輪功能;

功率范圍：

kt270系列：0.4kw～5.4kw

kt290系列：5.4kw～22kw 三相380v直接輸入

該產(chǎn)品的外形圖如圖3所示。

應用實(shí)例-機械電子伺服數控折彎機

上海沖剪機床廠(chǎng)開(kāi)發(fā)的國內第一臺me50/2550機械電子伺服數控折彎機(見(jiàn)圖4)，采用了開(kāi)通數控有限公司的kt600-b折彎機數控系統和kt270/kt290全數字交流伺服驅動(dòng)系統，替代了原進(jìn)口數控系統和液壓伺服。

該機床通過(guò)裝在兩側的光柵尺的位置反饋，由kt600-b數控系統對滑塊的運動(dòng)進(jìn)行全閉環(huán)同步控制。其后檔料采用kt270驅動(dòng)1kw的伺服電機?；瑝K由2個(gè)kt290驅動(dòng)11kw的大功率伺服電機，通過(guò)強力柔性傳動(dòng)帶同步驅動(dòng)，使滑塊運行平衡快速。由于采用滑輪組傳動(dòng)結構，使壓力均勻分布在整個(gè)滑塊上，有效地解決了液壓傳動(dòng)折彎機無(wú)法克服的滑塊撓度變形的難題，確保了折彎角度的一致性，因此，這種類(lèi)型的數控折彎機不但具有很高的重復定位精度，而且更適合長(cháng)工件的加工作業(yè)。

根據機械電子伺服數控折彎機的控制需求和kt600開(kāi)放式數控系統所提供的軟硬件平臺，在linux操作系統下，建立了折彎角度計算和修正模型、抗干涉優(yōu)化算法模型和折彎壓力計算模型，根據折彎機加工工藝和操作的特點(diǎn)，設計友好的圖形人機界面應用軟件。并在servoworks sdk平臺上開(kāi)發(fā)了數控折彎機的實(shí)時(shí)控制軟件，實(shí)現了對滑塊的同步控制和折彎加工所需的各種功能，其性能和功能達到了國外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。由于采用伺服電機替代了液壓伺服控制，me50/2550機械電子伺服數控折彎機的加工精度高于常規的數控折彎機，且具有噪聲低、無(wú)漏油等特點(diǎn)，是一種綠色環(huán)保的新產(chǎn)品。kt600-b的典型人機界面圖如圖5、圖6所示。