开放式数控系统及其应用

    数控系统作为数控机床的核心装备，对国民经济的一些重要行业（如国防军工、航天航空、it行业、汽车、轻工、冶金、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。开放式、智能化、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势。
　　上海开通数控有限公司是国内最早从事数控系统和交流伺服驱动系统研究开发、生产的单位之一。是上海电气集团股份有限公司中央研究院数控产业化基地，公司十余年来，致力于数控技术和交流伺服驱动技术的研发，并和国外进行技术合作，取得了丰硕的成功。目前，数控系统产品主要分普及型全功能闭环数控系统、嵌入式中档数控系统和基于光纤伺服总线开放式数控系统三大系列。产品规格有车、铣、磨、滚齿、切割、弯板、冲压、绕簧，并已广泛应用于生产。数字化交流伺服驱动系统的规格从0.4kw～22kw，形成系列化，进行了规模化生产。产品除了与数控机床配套外，还广泛应用在纺织、印染、印刷、包装、玻璃、饲料、微电子等机械上。部分数控和伺服驱动产品已出口日本和美国。

kt600开放式数控系统

　　该产品是和美国softservo公司合作，在基于光纤伺服总线的数控系统平台上开发的。系统特点如下：
　　·开放的体系结构，全软件控制系统；
　　·基于linux + rt-linux和windows2000/xp双操作系统平台，友好的图形人机界面；
　　·用二根光纤实现计算机与通用伺服接口模块，i/o模块通讯，连接简单方便，可靠性高，最多可控制16根轴；
　　·嵌入式pc架构，12.1英寸彩色液晶显示，usb接口和网络接口；
　　·动态前看轮廓控制，小线段高速、高精度加工；
　　·实时的软件plc模块，拥有416个光隔离输入输出点；
　　·swsdk开发包，具有对所有实时进程和资源的访问能力，包括设备管理、参数的设置、nc系统控制命令、plc命令、nc和伺服状态的检测等。用户可以用来开发自己的应用软件；
　　应用领域：数控机床、机器人、印刷包装机械、纺织机械、轻工机械、电子产品加工设备、自动生产线等自动化装备。
　　kt600数控系统通过光纤伺服总线与dc150伺服接口模块、im300 i/o接口模块进行通讯和控制，系统的硬件配置如图1所示。

图1 系统的硬件配置图

　　kt600数控系统的软件servoworks可以分为两个层次，一层是满足不同工业应用需求的应用软件，它运行在通用操作系统windows或者linux的用户空间中；一层是实现实时运动控制（包括解释器、插补、位置控制）和plc的实时控制软件，它运行在操作系统的实时扩展空间rtx或者rt linux中。应用软件和实时控制软件通过servoworks api进行通信。总体软件结构如图2所示。

图2 总体软件结构

　　servoworks提供丰富的用户开发工具—servoworks sdk，其核心部分是swapi。它提供设计数控系统所需要的各种函数，如系统初始化、速度和位置控制、系统和伺服控制参数设置、手动和自动加工方式操作、数据和状态的采集、系统自诊断、轴同步控制、plc命令等。这些api提供对所有实时进程和资源的完全访问能力，用户可以使用它来开发自己的应用软件。
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kt270/ kt290全数字交流伺服驱动系统

　　该产品具有以下特点：
　　·宽速比、恒转矩：调速比为1：5000；
　　·高速度、高精度：最高转速可达3000r/min；
　　·回转定位精度1／10000r；
　　·操作简便，监视功能齐全；
　　·具有脉冲位置及模拟速度二种输入控制方式；
　　·电子齿轮功能；
　　功率范围：
　　·kt270系列：0.4kw～5.4kw
　　·kt290系列：5.4kw～22kw 三相380v直接输入
　　该产品的外形图如图3所示。

图3 kt270/ kt290全数字交流伺服驱动系统的外形图

应用实例－机械电子伺服数控折弯机

　　上海冲剪机床厂开发的国内第一台me50/2550机械电子伺服数控折弯机（见图4），采用了开通数控有限公司的kt600-b折弯机数控系统和kt270/kt290全数字交流伺服驱动系统，替代了原进口数控系统和液压伺服。

图4　机械电子伺服数控折弯机结构原理

　　该机床通过装在两侧的光栅尺的位置反馈，由kt600-b数控系统对滑块的运动进行全闭环同步控制。其后档料采用kt270驱动1kw的伺服电机。滑块由2个kt290驱动11kw的大功率伺服电机，通过强力柔性传动带同步驱动，使滑块运行平衡快速。由于采用滑轮组传动结构，使压力均匀分布在整个滑块上，有效地解决了液压传动折弯机无法克服的滑块挠度变形的难题，确保了折弯角度的一致性，因此，这种类型的数控折弯机不但具有很高的重复定位精度，而且更适合长工件的加工作业。
　　根据机械电子伺服数控折弯机的控制需求和kt600开放式数控系统所提供的软硬件平台，在linux操作系统下，建立了折弯角度计算和修正模型、抗干涉优化算法模型和折弯压力计算模型，根据折弯机加工工艺和操作的特点，设计友好的图形人机界面应用软件。并在servoworks sdk平台上开发了数控折弯机的实时控制软件，实现了对滑块的同步控制和折弯加工所需的各种功能，其性能和功能达到了国外同类产品的先进水平。由于采用伺服电机替代了液压伺服控制，me50/2550机械电子伺服数控折弯机的加工精度高于常规的数控折弯机，且具有噪声低、无漏油等特点，是一种绿色环保的新产品。kt600-b的典型人机界面图如图5、图6所示。

图5 加工过程图形显示界面

图6 上模编辑界面