数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 的平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁功能模块，形成系列化， 并将用户的特殊运用集成到控制系续中，实：现不同品种、不同档次的开放式数控系统 开放式粉柠系统且有开放性、快化可移植性、可即可可石换性 、可伸缩性、互操 作性等 系列特点 与传统封闭式数控系统相比有 下优点 (1)面向未来开放 由于软硬件接口遵循公认标准，扩展或升级的软硬件资源很容 易被现有系统所采纳、吸收和兼容。这意味着系统地开发费用将大大降低，系统性能可 以持续改善，可靠性可不断提高，产品生命周期将大大延长。 (2)应用软件移植性好开式控系统的应用软件与底层软硬件的支橙无关，便干 多方位软件设计人员针对相同被控对 在不同的运行环境下并行开 放应用软件， 用软 实现软件的模块化和复用，从而有效地解决数控系统应用软件的产业 化，以加快应用软件的开发。 (3)网络集成便精 开放式数控系统采用标准总线和通信网络协议，可接入计算机 网络，作为网络加工中的加工设名和诵信站点，便干制浩网络集成 4)人 一机界面友好”开放式数控系统采用通用型人一机界面，符合人机工程学的要 求 操作方便 观察 交互性 (5)编程语言标准化 开放式数控系统采用统一性、标准化数控加工编程语言，可 以根本上解决封闭式数控系统编程指令不统一的问题，可大大减少编程劳动。 (6)体活件强 开放式数控系统允许用户根据实际需要扩展或裁减系统，用户 可以从低级控制器开始，逐步扩充系统的功能，提高系统的性能。用户也可在系统中融 入自己的技术诀窍 创造出具有自己特色的产品 可减少产品的品种 开放式数控系统通用性强，便于批量生产，可有效的保证 系统的可靠性，并降低制造成本，增强市场竞争力。 (一)、基于PC的开放式数控系统 1、基于PC的开发式数控系统产生的背景 数控系统的设计可采用全新设计与扩展设计两种途径。全新设计指从系统体系结构 设计着手 独立 出系统设计的技术规范 并依据独 立技术规范，进行硬件系统和软 系统的设计。美国的NGC计划、OMAC计划及欧共体的OSACA计划，都采用了全新 设计的方案。全新设计的技术难度大，必须有大量的研发资金的支持，开发时间较长。 NGC计划试图对工业应用提供功能和服务性的定义，最终以开发体系结构标准规范和： “设计人员指南”一起，提供开发符合NGC规范产品所需要的信息，并引发出NGC的 标准化成果。 但NGC 计划过于庞大，实用化产品开发并不快： OSACA 计划建立 OSACA规范 并将此标准作为系统平台开发标准，建立了通用软件模块和通用OSACA 系统平台，并建立了五轴制造系统环境，用以调试、验证和扩展。OSACA计划试图将 OSACA规范作为自动化领域的通用国际标准，其研究范围涵盖了整个自动化领域，包 容性大，适应性强，但研究开发工作量非常大，目前还处于整体构思、分布实施阶段， 短期内很难实现对大部分操作平台的支持。总之，开放式数控系统是对封闭式数控系统 的巨大挑战，但从它提出后 年里 虽然西方各工业发达国家投入 了大量的人力和物力 但由于研究计划庞大、所涉及的关系复杂、技术难度大等原因，至今仍没有在市场上占 据重要的份额 在全新设计开放式数控系统进展缓慢时，通用PC的技术性能则迅速提升，应软件资 源日益丰富，工业PC的可靠性也在不断增强，而价格在持续下降。PC体系结构已成为 事实上的微型计算机标 应用面越来越 由D ·插卡式结物 ,为构造开放式体系 结构数控系统 塔 了理想的平台，因此 人们很快将目光转向PC扩展设计 万面， 即以 工业P℃硬件体系结构和实时操作系统为基础，扩展相应的板卡和数控应用软件，构成 基于PC的开放式数控系统。20世纪90年代，Ampro Computer公司策略发展部行政副 总裁Pick Lehrbaum首先提出“利用PC体系结构，涉及新一代嵌入式开放式数控系统”。 兰州交通大学机申丁程学院 数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 11 的平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁功能模块，形成系列化， 并将用户的特殊运用集成到控制系统中，实现不同品种、不同档次的开放式数控系统。 开放式数控系统具有开放性、模块化、可移植性、可控制即可互换性、可伸缩性、互操 作性等一系列特点，与传统封闭式数控系统相比有如下优点。 （1）面向未来开放 由于软硬件接口遵循公认标准，扩展或升级的软硬件资源很容 易被现有系统所采纳、吸收和兼容。这意味着系统地开发费用将大大降低，系统性能可 以持续改善，可靠性可不断提高，产品生命周期将大大延长。 （2）应用软件移植性好 开放式数控系统的应用软件与底层软硬件的支撑无关，便于 多方位软件设计人员针对相同被控对象，在不同的运行环境下并行开放应用软件，可采 用软件工程方法，实现软件的模块化和复用，从而有效地解决数控系统应用软件的产业 化，以加快应用软件的开发。 （3）网络集成便捷 开放式数控系统采用标准总线和通信网络协议，可接入计算机 网络，作为网络加工中的加工设备和通信站点，便于制造网络集成。 （4）人—机界面友好 开放式数控系统采用通用型人—机界面，符合人机工程学的要 求，操作方便、易于观察、交互性好。 （5）编程语言标准化 开放式数控系统采用统一性、标准化数控加工编程语言，可 以根本上解决封闭式数控系统编程指令不统一的问题，可大大减少编程劳动。 （6）系统灵活性强 开放式数控系统允许用户根据实际需要扩展或裁减系统，用户 可以从低级控制器开始，逐步扩充系统的功能，提高系统的性能。用户也可在系统中融 入自己的技术诀窍，创造出具有自己特色的产品。 （7）可减少产品的品种 开放式数控系统通用性强，便于批量生产，可有效的保证 系统的可靠性，并降低制造成本，增强市场竞争力。 （二）、基于 PC 的开放式数控系统 1、基于 PC 的开发式数控系统产生的背景 数控系统的设计可采用全新设计与扩展设计两种途径。全新设计指从系统体系结构 设计着手，独立提出系统设计的技术规范，并依据独立技术规范，进行硬件系统和软件 系统的设计。美国的 NGC 计划、OMAC 计划及欧共体的 OSACA 计划，都采用了全新 设计的方案。全新设计的技术难度大，必须有大量的研发资金的支持，开发时间较长。 NGC 计划试图对工业应用提供功能和服务性的定义，最终以开发体系结构标准规范和： “设计人员指南”一起，提供开发符合 NGC 规范产品所需要的信息，并引发出 NGC 的 标准化成果。但 NGC 计划过于庞大，实用化产品开发并不快；OSACA 计划建立了 OSACA 规范，并将此标准作为系统平台开发标准，建立了通用软件模块和通用 OSACA 系统平台，并建立了五轴制造系统环境，用以调试、验证和扩展。OSACA 计划试图将 OSACA 规范作为自动化领域的通用国际标准，其研究范围涵盖了整个自动化领域，包 容性大，适应性强，但研究开发工作量非常大，目前还处于整体构思、分布实施阶段， 短期内很难实现对大部分操作平台的支持。总之，开放式数控系统是对封闭式数控系统 的巨大挑战，但从它提出后十年里，虽然西方各工业发达国家投入了大量的人力和物力， 但由于研究计划庞大、所涉及的关系复杂、技术难度大等原因，至今仍没有在市场上占 据重要的份额。 在全新设计开放式数控系统进展缓慢时，通用 PC 的技术性能则迅速提升，应软件资 源日益丰富，工业 PC 的可靠性也在不断增强，而价格在持续下降。PC 体系结构已成为 事实上的微型计算机标准，应用面越来越广。由于 PC 插卡式结构，为构造开放式体系 结构数控系统搭建了理想的平台，因此，人们很快将目光转向 PC 扩展设计方面，即以 工业 PC 硬件体系结构和实时操作系统为基础，扩展相应的板卡和数控应用软件，构成 基于 PC 的开放式数控系统。20 世纪 90 年代，Ampro Computer 公司策略发展部行政副 总裁 Pick Lehrbaum 首先提出“利用 PC 体系结构，涉及新一代嵌入式开放式数控系统