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微处理器助推CNC性能提升

作者:C.G. Masi2009.06.29阅读 11121

  计算机数控技术紧跟大众市场的计算机趋势,采用通用计算引擎CONTROL ENGINEERING China版权所有,使数控系统得以使用具有更优性能的控制器。  

  事实上,正是对通用处理能力的需求导致了微处理器的普及。单纯半导体结构的经济性使大众市场产品的设计成本低廉,同时也得以更细化划分的市场,像数控产品这种为目标设计的成本却异常昂贵。
  Orchid 技术工程咨询公司的总裁兼首席技术官(CTO) Paul Nickelsberg说道:“一种技术的发展,会刺激其他技术共同进步。”
  作为任何数控机床的核心,“大铁块”已经持续发展了几百甚至上千年。在技术革新的初期,基本的车床、磨床、钻床等都是以手工方式设计的。
  CNC技术始于20世纪中叶,并很快进入发展的高峰期。它用伺服电机取代了齿轮轴驱动(数值控制——NC),计算机通过内嵌节点来计算伺服电机运动路径的中间数据点控制工程网版权所有,从而形成了计算机化的数值控制(CNC)。计算机技术从真空管发展到电子管,再到集成电路,最后到微处理器www.cechina.cn,这些新发展迅速在数控机床领域中找到了用武之地。
  Siemens 能源与自动化公司的实时软件研发经理Roger Hart说道:“微处理器技术的发展,允许CNC系统添加更

多的功能CONTROL ENGINEERING China版权所有,也使系统的性能获得了提升。”
  Bosch Rexroth公司的自动化和机床分部经理Karl Rapp说道:“这些广泛使用的芯片和微处理器提供了可升级的平台,并在任何层面都能提供足够的性能。由于软件和固件都是专门针对这个平台开发的,因此,对数控设备的OEM厂商来说,为设备HMI的处理器提供合适的控制方案,就方便得多了。”

  坏消息
  坏消息是有时CNC机床技术所需要的和通用处理器技术所能提供的存在一些分歧。Hart说,例如控制工程网版权所有,CNC机床对于非易失性大容量存储设备有大量需求,“然而我没有看到CNC工业对此需求加以重视,而是紧跟现下的技术潮流,采用了PC工业力推的低成本解决方案。”
  他补充道:“由于这些设备的抖动和机械共振,大容量存储器一直无法广泛使用。”
  从CNC技术的观点来看,最有效率的大容量存储器解决方案是固态硬盘(SSD),固态硬盘对于撞击、震动、温度极限和其他工业环境中的严酷条件具有很好的抵抗力。它必须是非易失性的,可以维持电流状态信息,以便在过程中断的时候也不会重新设置。它必须能够承受由于同一原因导致的多次读/写循环。
  大众市场将闪存作为非易失性可重写存储装置。这为CNC系统带来了一个问题,因为闪存晶片的重写次数有一定限制。因此,被迫采用闪存的OEM厂商不得不使用一些变通方法来延长存储器的寿命。

  并行处理

CNC

  多核处理器促进了并行处理结构,这允许多个程序可以并行运行,而不会产生冲突。

  CNC的发展趋势
  从控制角度来看,CNC是运动控制的子类。与其他运动控制类型一样,扭矩、速度、精度和其他参数都取决于具体应用需要。CNC系统的可控范围包括,高扭矩,中等到极慢的运动速度(旋转速度除外,它可以很高),以及从很高到极高的精度要求。
  Hart说:“通常CNC控制器和传统运动控制器之间最显著的差别在于多轴同步插补以及机床运动机构之间和运动机构与实际CNC编程路径之间的转换。这些特性是标准运动控制器所无法到达的,也是CNC运动控制器所独有的。”
  通常,编程人员为计算机(现在称为“CNC控制器”)提供足够的信息,用以编制物料加工轨迹。然后CNC控制器采用几何学插补算法,立即计算出伺服控制命令,完成切割任务,并保证精度。
  不得不提的是,在计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助加工(CAE)数据文件的帮助下,编程人员正在被自动CAD和CAE取代,而手工操作正是整个流程中最枯燥和易错的一环。然而,所有CNC系统,仍将保留手工控制模式,便于在安装、维修和维护时进行查错和测试。
  另外一种趋势是需要在加工过程中收集数据。过去,在加工过程中机师们使用零件图纸和量规作为参考。最好的机师可以通过读图然后用量规来改进运行控制。将加工运作的实际进程与它的预期轨迹进行一下比较,就可以知道这台CNC加工设备到底是一个笨拙的机师,还是一个加工专家。当然,我们都希望CNC能表现得像一个专家!
  要实现这种专门的技术,就要求计算机能够实时完成所需计算。Hart说:“我们越来越觉得,CNC系统需要进行实时监控和诊断,进行过程仿真并将仿真结果与实际结果实时对比。如果结果不一致,那么就肯定发生问题了!”
  “这对于工厂,好处颇多,例如冲突检测和工具划伤。” 他补充道,“根据定义,适应性控制必须是实时的,因此你不应该像使用离线计算机系统时那样,借助有限元模型和高阶仿真来考虑问题。”
  “随着多核处理器、高性能CNC处理器的出现,CNC系统对实际工作过程的实时建模能力以及动态控制的能力越来越强。” Hart总结道。
  最后,同样重要的是,CNC系统就像所

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