（机械制造及其自动化专业论文）开放式网络化齿轮加工数控系统研究.pdf

中文摘要 摘要 齿轮是机械行业量大面广的基础件，对其加工精度、效率和柔性提出了越来越高的要求。 开发齿轮数控机床是当今齿轮机床的发展方向，而数控系统是其核心。数控系统正朝着开放 式、网络化、智能化和柔性化的方向发展，并满足对高速度和高精度数控加工的要求。论文 结合滚齿机数控系统的研制开发，重点开展了开放式网络化齿轮加工数控系统的研究与应用。 论文在分析滚齿机运动原理的基础上，研究了非全功能数控滚齿机和全功能数控滚齿机 数控系统体系结构。针对全功能数控滚齿机展成分度链和差动链的数控处理方法不同，分析 了基于软件插补和基于硬件控制两种特点，指出齿轮数控机床的展成、差动链控制的发展方 向是软硬件结合，这样既易于加工各种非圆齿轮和修形齿轮，又易于实现高速响应和高精度 控制。 论文全面系统地设计研究了六轴全功能数控滚齿机s t a r 数控系统的硬件和软件。重点介 绍了面向对象的参数化特征自动编程模块。详细研究了基于刀具主轴基准信号的滚齿加工跟 随插补算法，并推导了其计算公式。介绍了自行研制开芨的全功能数控滚齿机s t a r 数控系统 的应用实例。 论文指出必须将数控系统的软件与底层的硬件、操作系统分离开来，才能实现真正意义 上的跨平台开放性。基于上述分析研究，提出了基于量子框架的开放数控系统软件体系结构 和采用量子编程的软件编程模式。在此基础上，设计研究了基于量子框架的开放式齿轮数控 系统，并定义了主要软件功能活动对象的状态图，给出了部分程序。 论文分析了网络数控系统的功能和特点，给出了网络数控系统结构模型。引入s e r c o s 总 线和现场总线技术，提出了一种基于w i n d o w s 和r t x 实时操作系统的纯软件的开放式网络数 控系统及其三层体系结构：1 ) 采用工业以太网的系统数据网，实现和c a d c a m 等系统的集成； 2 ) 采用现场总线控制网作为系统设备层的实时通信总线，实现实时性数据的有效迅速的传输： 3 ) 选择运动控制总线一- s e r c o s 总线作为系统强实时性信息的传输网络，完成多轴伺服运动控 制。开展了网络数控系统任务调度和网络通信的设计研究。 论文结合国家重点科技攻关项目，设计了齿轮准柔性自动生产线的总体方案及构成和主 要功能。提出了设备代理的概念，解决了实现异构系统的互操作问题，并对其实现进行了深 入研究。开发出基于设备代理的生产线网络监控服务系统，应用在自行研制的圆柱齿轮( 轴) 准柔性自动生产线中，效果良好。 论文推导了非圆齿轮的设计公式。讨论了数控插齿机和数控滚齿机加工非圆齿轮原理。 详细介绍了滚齿机加工非圆斜齿轮的方法，推导了滚齿加工非圆斜齿轮的四轴联动控制模型： 讨论了传统的等弧长直线拟合非圆齿轮节曲线插补原理以及存在的弊端，在此基础上，提出 了采用三次样条分段连续拟合非圆齿轮节曲线的插补方法，研究了其拟合插补原理、预处理 i i 合肥工业大学博士学位论文 过程以及实时插补算法。并且进行了实证研究和仿真，指出该方法能更好的保证非圆齿轮的 数控加工质量、效率和加工过程的稳定性。简要分析了非圆齿轮数控加工精度误差项目及误 差来源，提出了提高齿轮数控加工精度的三种方法。 论文提出了一种改进的径向布齿非圆齿轮设计方法，分析了其与传统法向布齿非圆齿轮 的区别、关系和应用特点，采用当量齿形和逐齿变位思想和方法，设计推导了径向非圆齿轮 的数学模型，开展了三维实体设计，提出了粉末注射成型的加工方法。 最后，论文分析了双螺旋转子啮合原理，建立了螺旋转子轮廓曲线的数学模型。提出采 用普通球形铣刀来加工螺旋转子的新方法，实现了螺旋转子的c a d c a m 集成，成功地加工了 多种型号的螺旋转子，取得了很好的应用效果。 关键词：齿轮开放式网络化数控系统数控滚齿机量子框架非圆齿轮网络监控服务系统 a b s t r a c t a b s t r a c t g e a r ss e r v ea st h ef u n d a m e n t a lp a r t s ，w h i c ha r ew i d e l ye m p l o y e di nm e c h a n i c a li n d u s t r y a sar e s u l t ， t l e l i g hd e m a n df o ra c c u r a c y e f f i c i e n c ya n df l e x i b i l i t yi np r o c e s s i n gi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r e u r g e n t t h ed e v e l o p m e n to f g e a rc n cm a c h i n et o o l sh a sb e e nt h eo r i e n t a t i o no f g e a rm a c h i n et o o l s r e c e n t l y a st h ec o r e ，c n cs y s t e mi ss u r et oh a v et h ec h a r a c t e r i s t i c so fo p e na r c h i t e c t u r e ，n e t w o r k , i n t e l l i g e n c ea n df l e x i b i l i t y ，a n dh a st om e a tt h ed e m a n do fh i g hs p e e da n dh i g ba c c u r a c y i n c o m b i n a t i o nw i t ht h ed e v e l o p m e n to f c n cs y s t e mf o rh o b b i n gm a c h i n et o o l s ，t h eo p e na r c h i t e c t u r e g e a rm a c h i n i n gc n cs y s t e mb a s e do nn e t w o r ki ss t u d i e da n da p p l i e di nt h i sp a p e r b a s e do nt h ea n a l y s i so fm o t i o np r i n c i p l eo fb o b b i n gm a c h i n e ，t h ea r c h i t e c t u r eo fc n ch o b b i n g m a c h i n ew i t hn o n - g i o b a lf u n c t i o na n dg l o b a lf u n c t i o ni ss t u d i e d i nl i g h to ft h ed i f f e r e n tc n c p r o c e s s i n gm e t h o d so f t h eg e n e r a t e dc h a i na n dd i f f e r e n t i a lc h a i no f g l o b a i - f u n c t i o nb o b b i n gm a c h i n e ， t h ec h a r a c t e r i s t i c so fs o f t w a r e i n t e r p o l a t e da n dh a r d w a r ec o n t r o la r ea n a l y z e d f u r t h e r m o r e ，i ti s p o i n t e dt h a tt h ec o m b i n a t i o no fs o f t w a r ea n dh a r d w a r ei st h eo r i e n t a t i o no fg e n e r a t e dc h a i nc o n t r o l a n dd i f f e r e n t i a lc h a i nc o n t r o lo fg e a rc n cm a c h i n et o o l s t h e r e f o r ei ti sc o n v e n i e n tt op r o c e s s v a r i o u sn o n c i r c u l a rg e a r sa n ds h a p e - r e p a i r e dg e a r s ，a n da l s ot oi m p l e m e n th i g hr e s p o n s ea n d h i g h - a c c u r a c yc o n t r o l ， t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fs t a rc n cs y s t e mf o rt h es i x - a x n 西o b a l f u n c t i o nc n ch o b b i n g m a c h i n et o o l sa r ed e s i g n e ds y s t e m a t i c a l l ya n dc o m p r e h e n s i v e l yi nt h i sp a p e r t b eo b j e c t - o r i e n t e d p a r a m e t e r i z e da u t o m a t i cp r o g r a m m i n gm o d u l eo fs t a rc n cs y s t e mi sd e v e l o p e d n l ec h a s i n g i n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mo fh o b b i n gm a c h i n i n gb a s e do nt h e r e f e r e n c es i g n a l so ft o o ls p i n d l ei s s t u d i e di nd e t a i la n di t sc a l c u l a t i o nf o r m u l a sa l eg i v e n m e a n w h i l e ，t h ea p p l i c a t i o ne x a m p l e so f s t a rc n cs y s t e ma r ei n t r o d u c e d t h i sp a p e ra l s oi n d i c a t e st h a to n l yb ys e p a r a t i n gt h ec n cs y s t e ms o f t w a r ef r o mh a r d w a r ea n d o p e r a t i o ns y s t e mc a l lw ec a r r yo u tt h ep r a c t i c a lo p e ns y s t e mw i t hr e g a r d l e s so ft h ep l a t f o r m s t h e a r c h i t e c t u r eo fo p e nc n cs y s t e ms o f t w a r eb a s e do nq u a n t u mf r a m e w o r ka n dt h ep a t t e r no f q u a n t u m p r o g r a m m i n ga r ep u tf o r w a r di nt h i sp a p e r i nv i e wo ft h i s ，t h eo p e ng e a rc n cs y s t e mb a s e do n q u a n t u mf r a m e w o r ki sr e s e a r c h e da n dd e s i g n e d ，b e s i d e s ，t h es t a t ec h a r t so f a c t i v eo b j e c t so fm a i n s o f t w a r e f u n c t i o na r ed e f i n e da n dp a r t so f t h ep r o g r a m sa r eg i v e ni nt h i sp a p e r i v 合肥工业大学博士学位论文 t h ef u n c t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fn e t w o r kn cs y s t e ma r ea l s oa n a l y z e di nt h i s p a p e r , a n d s y s t e m a t i ca n ds t r u c t u r a lm o d e lo ft h en e t w o r kc n cs y s t e mi sg i v e n t h et e c h n i q u e so fs e r c o s b u sa n df i e l db u sa r ei n t r o d u c e d ；t h eo p e na n dn e t w o r kn cs o f t w a r es y s t e mb a s e do nw i n d o w sa n d r t xi sp u tf o r w a r d b e s i d e s t h r e e - l e v e ls t r u c k r eo f t h en e t w o r kc n c s y s t e mi s f o l l o w s f i r s t l y , s y s t e m i cd a t an e to fi n d u s t r i a le t h e r n e ti sa d o p t e dt or e a l i z et h ei n t e g r a t i o nw i t ho t h e rs y s t e m s ，s u c h a sc a da n dc a m s e c o n d l y , f i e l db u sc o n t r o ln e t w o r ki st a k e na sr e a l - t i m ec o m m u n i c a t i o nb u so f s y s t e m e q u i p m e n tl e v e lt oc a r r yo u tt h ee f f e c t i v ea n dq u i c kt r a n s m i s s i o no fr e a l t i m ed a t a t h i r d l y , s e r c o sb u s ，t h em o t i o nc e n t r e lb u s ，i ss e l e c t e da st h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kw h i c hc a ns t r e n g t h e n t h es y s t e m sr e a l - t i m ef u n c t i o na n da c c o m p l i s hm u l t i a x i ss e r v ec o n t r 0 1 s c h e d u l i n ga n dn e t c o ma r e a l s or e s e a r c h e da n dd e s i g n e di nt h i sp a p e r t h ep a p e ri sd e p e n d a n to nt h en a t i o n a lk e ys c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lp r o j e c t , a n dt h eo v e r a l l s c h e m e ，c o n s t i t u t i o na n dm a i nf u n c t i o n so fg e a rq u a s i f l e x i b l ea u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n ea l e d e s i g n e d t h ec o n c e p to f e q u i p m e n t a g e n t ”i s p r o p o s e d ，t h e m u t u a l o p e r a t i o n p r o b l e m s o f i s o m e t r i c s y s t e m sa r es o l v e da n di t si m p l e m e n t a t i o nm e t h o di s s t u d i e dd e e p l y a l s o ，t h ep r o d u c t i o n - l i n e w e b - m o n i s e r v i c es y s t e mb a s e do n e q u i p m e n ta g e n t ”i sd e v e l o p e d ，a n di ti s e m p l o y e di nt h e c i r c u l a r - g e a r s ( g e a rs h a f t s ) q u a s i f l e x i b l ea u t o m a t i cp r o d u c t i o nl i n e s ，w h i c hw a sd e v e l o p e db yc i m s i n s t i t u t ei t s e l f i nt h i sp a p e r , t h ed e s i g nf o r m u l a so fn o n c i r c u l a rg e a r sa r ed e d u c e d t h ep r i n c i p l eo fp r o c e s s i n g 1 2 0 1 1 - c i r c u l a rg e a r sb yc n cg e a rs h a p i n gm a c h i n e sa n dh o b b i n gm a c h i n et o o l sa r ed i s c u s s e d t h e m e t h o do fm a c h i n i n gu o n c i r c u l a rs k e wg e a r sb yt h eh e b b i n gm a c h i n et o o l si si n t r o d u c e di nd e t a i l ， a n dt h em o d e lo fi t sf o u r - a x i sg a n gc o n t r o li sd e r i v e d i nt h i sp a p e r , t h ep r i n c i p l em a dd i s a d v a n t a g e s o f t h et r a d i t i o n a li n t e r p o l a t i o nm e t h o dt h a tt h ep i t c hc u r v eo f n o n - c i r c u l a rg e a r si sf i t t e db yt h el i n e s w i t he q u i v a l e n ta r cl e n g t hi sd i s c u s s e d b a s e do i lt h e s e ，t h en e wi n t e r p o l a t i o nm e t h o dt h a tt h ep i t c h c n r v ei sf i t t e db yc u b i cs p l i n e si sp r o p o s e da n di t si n t e r p o l a t i o np r i n c i p l e ，t h ep r o - p r o c e s s i n ga n dt h e a l g o r i t h mo fr e a l t i m ei n t e r p o l a t i o na r ea n a l y z e d b e s i d e s ，t h ee m p i r i c a ls t u d ya n ds t i m u l a t i o na r e i m p l e m e n t e dw i t ht h ec o n c l u s i o nt h a tt h i sm e t h o dc o u l db e t t e rg u a r a n t e et h em a c h i n i n gq u a l i t y , e f f i c i e n c ya n dt h ep r o c e s s i n gs t a b i l i t y m e a n w h i l e ，t h em a c h i n i n ge r r o r sa n dt h e i ro r i g i n sa r e a n a l y z e ds i m p l ya n dt h r e ew a y so f i m p r o v i n gt h ec n cm a c h i n i n ga c c u r a c ya r ep u tf o r w a r d a n dt h ed e s i g nm e t h o do fan e wt y p eo fr a d i a ln o n c i r c u l a rg e a r si sp r o p o s e d , t h ed i f f e r e n c e sa n d r e l a t i o n sb e t w e e nt h er a d i a lg e a r sa n dt r a d i t i o n a ln o r m a lo n e s ，a n dt h e i ra p p l i c a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s a r ea n a l y z e d ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fr a d i a ln o n - c i r c u l a rg e a r si sd e r i v e db yt h em e t h o d so f e q u i v a l e n tp i t c hr a d i u sa n dt o o t h - b y - t o o t hm o d i f i c a t i o n b e s i d e s ，t h et h r e e - d i m e n s i o n a ls o l i dm o d e l 竺! 坐! ! ! i se s t a b l i s h e da n dt h em a c h i n i n gm e t h o do f m e t a li n j e c t i o nm o l d i n gi sp r o p o s e d f i n a l i y , t h em e s h i n gt h e o r yo f d o u b l e - h e l i xr o t o r si sa n a l y z e d ，t h ef o r m a t i o no f i sd i s c u s s e d ，a n dt h e m a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h er o t o rc o n t o u r sc u r v ei se s t a b l i s h e d t h ef l e wm e t h o do fp r o c e s s i n g h e l i c a lr o t o r sb ys t a n d a r db a l lc u b e r si sp r e s e n t e d m e a n w h i l e ，t h ec a d c a mi n t e g r a t i o nf o rt h e r o t o r si sr e a l i z e d w i t ht h em e t h o d sa b o v e ，av a r i e t yo fh e l i c a lr o t o r sa r ep r o d u c e d a n dt h e e f f e e t i v e n e s si ss a t i s f a c t o r yg r e a t l y k e yw o r d s ：g e a r ：b a s e do n n e t w o r ko p e na r c h i t e c t u r ec n cs y s t e m ；q u a n t u mf r a m e w o r k ； n o n - c i r c u l a rg e a r ；w e b - m o n i s e r v i c es y s t e m 插图清单 图2 - 1 图2 2 图2 - 3 图2 4 图2 5 图2 - 6 图2 7 图2 8 图2 - 9 图2 1 0 图2 1 1 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图2 1 5 图2 - 1 6 图2 1 7 图2 1 8 图2 1 9 图2 - 2 0 图2 2 l 图3 。1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 i 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 一1 5 图3 1 6 图4 1 插图清单 传统的齿轮加工机床传动链示意图传统的齿轮加工机床1 4 非全功能数控滚齿机系统结构1 5 基于软件插补的全功能数控滚齿机系统结构1 6 基于硬件控制的数控滚齿机系统结构1 7 锁相环原理框图1 8 锁掘伺服原理示意图1 9 锁相伺服系统1 9 锁相伺服系统2 0 s t a r 滚齿机数控系统的硬件结构2 3 s t a r 滚齿机数控系统硬件2 4 s t a r 数控系统的软件结构2 7 s t a r 数控系统软件模块化结构图2 7 齿轮加工循环参数设置2 8 滚齿机数控系统参数化自动编程3 0 六轴数控滚齿机的工作轴系3 1 滚刀主鞍基准信号采样示意雷3 2 加工斜齿轮z 轴差动运动。3 3 工件的附加转动一3 3 五轴联动中各轴插补运算关系图3 7 y k 3 2 2 5 g 六轴数控滚齿机3 8 y k 8 3 2 0 全功能数控滚齿机3 9 状态机4 5 u m l 状态机图4 5 量子框架的组织结构一4 7 传统开发模式图4 8 基于量子框架的开发模式一4 8 基于量子框架开放式实时系统体系结构图一一5 1 q f 如何实现上下层之间的连接5 2 “g u i 显示”状态图一5 4 齿轮数控系统体系结构图5 5 齿轮数控系统中活动对象与量子框架的通讯5 6 齿轮数控系统加工模块划分后的部分活动对象5 7 主程序流程图5 8 编译预处理状态图一5 9 p l c 控制状态图5 9 插补状态图6 1 位置控制状态图6 1 网络数控系统结构模型一6 5 台肥工业大学博士学位论文 图4 2 图4 3 图4 4 图4 - 5 图4 6 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图6 1 图6 - 2 图6 3 图6 4 图6 5 图6 - 6 图6 7 图6 ，8 图6 - 9 图6 1 0 图6 1 1 图6 1 2 图6 1 3 图6 1 4 图6 1 5 图6 1 6 图6 1 7 图6 1 8 图6 1 9 图6 2 0 图6 2 l 图6 2 2 图6 - 2 3 图6 2 4 图6 2 5 图6 2 6 图6 2 7 图6 2 8 开放式网络数控系统的硬件结构6 9 c n c 与s o f t s e r c a n s 的周期性数据访问7 1 s e r c o s 总线的拓扑结构7 4 开放式网络数控系统的软件拓扑结构7 5 开放式网络数控系统的软件层次结构7 6 圆柱齿轮( 轴) 准柔性自动生产线8 2 监控服务系统规划8 3 设各代理原理示意图( d c o m ) 8 4 数控系统端的任务显示界面8 7 设备代理的流程图9 0 响应零件结束加工消息的流程图9 2 基于w i n 3 2 的监控服务显示界面9 3 监控服务系统各模块之间的关系9 3 圆柱齿轮( 轴) 准柔性自动生产线9 4 变传动比的平面啮合原理。9 6 齿轮传动及其节曲线9 7 齿顶圆和齿根圆一9 8 齿廓形成原理9 8 沿中心连线的退刀1 0 1 沿节曲线方向退刀1 0 2 非圆斜齿轮滚切加工一1 0 3 插齿刀加工非圆齿轮的啮合关系一1 0 7 滚刀加工非圆齿轮的啮合关系一1 0 8 拟合误差比较1 0 9 误差万近似算法1 0 9 x 与s 的关系1 1 0 滚齿加工非圜齿轮1 11 等弧长直线插补加工方法1 1 3 进给速度的阶越变化一1 1 3 采用三次样条拟合节曲线l1 4 数控滚齿机、数控插齿机及加工现场1 1 6 加工的非圆齿轮1 1 6 不同非圆齿轮的比较1 2 2 不同非圆齿轮轮齿的受力图。1 2 2 当量齿形法1 2 3 逐齿变位1 2 4 径向非圆齿轮一1 2 4 动态仿真及干涉检验1 2 5 螺旋转子流量计1 2 7 对螺旋转子啮合示意图1 2 7 双转子端面曲线图形示意图图1 2 8 双转子端面曲线摆线形成示意图1 2 8 插图清单 图6 - 2 9 图6 3 0 图6 3 1 图6 3 2 图6 3 3 图6 - 3 4 图6 3 5 图6 3 6 图6 3 7 图6 3 8 图6 3 9 图6 4 0 圆柱螺旋面 螺旋转子三维模型。 步距s a 和表面粗糙度m a x 的关系 螺旋转子端面曲率半径 空间环形走刀和平行走刀 刀具中心的计算图 螺旋转子建模过程。 加工仿真一 螺旋转子数控加工代码 r f m v 8 0 立式加工中心加工现场 螺旋转子加工过程 一对螺旋转子的啮合 1 2 9 ，1 2 9 1 31 1 3 2 1 3 2 i i ? i i 。i ? i i ，i i ，i i ，i i ，i i i ? ，i i ，。，? ? 7 7 ? ? ，。j ，。，。1 3 3 1 3 4 1 3 4 1 3 5 ，1 3 5 1 3 6 1 3 6 合肥工业大学博士学位论文 表格清单 表3 - 1 量子框架和量子框架在国外的发展状况 表6 - 1 求解节点的方程 表6 - 2 求解分段三次样条公式， 表6 - 3 求取插值点的程序 表6 _ 4 非圆齿轮的误差项目 4 4 1 1 3 1 1 4 1 1 5 1 1 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 盒胆王些盘堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名 鼢沁 签字日期：2 ，椰降i l 目，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥罂圣些盔堂有关保窘、使兵i 学位论文的规定，：每权保留若 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒胆 正些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密斤适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：形年 磅扣 - 月i f e l 学位论文作者毕业去向： 工作姚乡肛 群 通讯地址： 导师签名 犹易 签字日期：加年f 硝，日 电话；p 岁箩f 一习矿乙；76 自b 编：j 哆p 口护 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究的背景和意义 2 0 世纪末期，以电子技术、信息技术、网络技术、自动化技术、新材料技术为核心的新 一代技术的迅速发展及其在制造领域的广泛渗透和应用，使锚4 造业发生了天翻地覆的变化。 面对全球技术、经济，市场变革的挑战和机遇，世界各个经济强国都投入了巨大的财力、人 力和物力，进行先进制造技术的研究，计算机数控技术( c n c ) 、柔性制造系统( f m s ) 等先进制 造技术的应用不仅使企业的国际竞争力得到巩固和加强，而且也促使世界先进制造业迅猛地 向前发展1 1 - 2 。 作为现代先进制造系统中不可缺少的基础技术一数控技术，正向开放式体系结构发展1 3 f 。 c n c 技术的应用代表着一个国家制造技术和自动化技术的研究和应用水平，数控机床在整个现 代制造系统中处于基础的、核心地位。随着计算机技术的迅猛发展，传统的c n c 系统己逐渐显 示出许多的弱点，即：专用性强、通用性差，软件为系统皋q 造商所有，不便于功能扩展和更新， 软件移植性差，组网通讯能力差，对机床制造商和用户的水平要求较高等。同时现代制造业 的发展，对e n c 系统又提出了更高的要求，一方面c n c 系统必须适应d n c 、c a d c a m 及网络制造 的发展；另一方面，随着中、小批量生产的趋势臼益增强，以及数控系统应用领域的不断扩 展，必须根据不同的用户需求，迅速、高效、低成本地构筑面向用户的控制系统，这就要求 c n c 系统具有模块化、开放性和可配置的特点，新一代开放式数控系统体系结构正是在这种情 况下提出的。如今p c 机运算速度、可靠性大幅度提高，价格却大幅度降低，尤其是各种嵌入 式系统、p r o f i b u s 等新型实时性工业总线和d s p ( 数字信号处理器) 的出现，为基于p c 的开放式 数控提供了实时性、可靠性和实用性的保证，也为开放式数控的发展奠定了基础。我国在传 统计算机数控方面的研究、开发和制造水平，远远地落后于德国、日本、美国等世界科技强 国，而开放式数控体系的出现，有望打破欧洲、日本、美国等国瓜分世界数控市场的格局， 为我国缩短和世界经济强国的差距提供了前所未有的机遇。 2 l 世纪，数控系统发展的主要趋势将是智能化、开放式、网络化。 智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：如加工过程的自适应控制，工艺参数自动 生成；前馈控制、非线性控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自 整定等；智能化的自动编程、智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。扶上世纪8 0 年 代以来，许多国家对开放式数控系统进行了大力研究【3 “，如美国的n g c ( t h en e x tg e n e r a t i o n w o r k - s t a t i o n m a c h i n ec o n t r 0 1 ) 计划、欧共体的o s a c a ( o p e ns y s t e ma r e h i t e c t u r e f o r 2 合肥工业大学博士学位论文 c o n t r o w i t h i na u t o m a t i o ns y s t e m s ) 计划、日本的0 s e c ( o p e ns y s t e me n v i r o n m e n tf o r c o n t r o l l e r ) 计划，中国的o n c ( o p e nn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m ) 计划等。数控系统的开放 化已经成为共识，开放式数控系统也已成为当前的发展趋势。 所谓开放式数控系统 4 1 就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和 展终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象( 数控功能) ，形成系列化，并可方便地将用户 的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统， 形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系