CAD/CAM/CNC三位一体合成系统的研究（一）

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　　本文论述了在计算机及其串行通信速度获得突破性发展后，基于我国现行国民经济基础和环境，自主创新地开发集设计、辅助制造、实时控制三位一体，即CAD/CAM/CNC合成系统的可行性、可能性和必要性，并初步提出了设计思想及一些有关概念。

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　　1引言

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　　高档数控机床历来作为重要战略物资，被西方国家禁运，影响着我国经济的持续高效发展。如何解困?十一五期间，国家提出开发有自主知识产权的高档数控机床。然而，软件系统是数控机床的核心，目前市场上的数控机床均是嵌入式系统，嵌入式系统的特点:优点是针对性强、实时性强，主要是基于以往通用计算与外部信息交换速度慢，实时性较差的情况下，另辟蹊径而产生的;其最大缺点是，系统升级相对较困难，用户的升级往往就是整机的更新换代，重新投入大量资金，这对我国薄落的经济基础是个巨大的负担。因此，不宜走国外的老路，应开创有自已特色的开发之路。随着通用计算机处理器运行速度快速发展，90年末本世纪初，数控机床的开发出现了另一路径，即所谓的第六代开放式数控系统，这是一种基于PC的数控系统，并符合我国国情。在此提出以USB为通信接口，并从软件和有关应用的角度，论述以通用计算机为控制核心的CAD/CAM/CNC三位一体合成系统。满足以通用计算机为实时控制核心的实时信息交换的串行通信速度条件已具备，以及以通用计算机为实时控制核心的优势很明显。

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　　2新系统的优势

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　　(1)计算机与外部设备信息交换速度，是是否能实时有效完成实时控制的关键，也是以往通用计算机一直无法直接完成高速实时控制的唯一限制，尽管它有着无与论比的CPU运行速度，和不断下降的价格，但还无法直接运行在CNC状态。传统的RS232串行通信速度一般为9600bit/s，根本无法与机床直接联接进行实时加工控制，仅仅做一些文本传输，数控机床也就到DNC加工模式而已。近年来，USB2.0,IEEE1394新型串行通信接口技术的出现，使得通用计算机的串行通信速度获得了突破性发展，通信速度一下子提高了RS232的几万倍一几十万倍，USB2.0可达480Mbit/s,IEEE1394可达2Gbit/s，通信速度可想而知，不仅能满足而且超过了高速实时控制的要求。以USB2.0为例，4轴联动，则每轴通信速度为120Mbit/s，若加工进给速度为40mm/s，系统尺寸字长为5字节(尺寸格式为FFFF.FFFF)，即40bit，则双向通信时间为6.6x10-7s，由于计算机处理和串行通信是同步的，因此造成的理论误差可近似为40x6.6x10-7=0.0264μm,要比实际允许的误差小得多，完全符合实时控制要求。如允许误差为0.2μm，则理论上可达20-40轴联动。即IEEE1394是USB2.0的4倍以上。哪为什么选用串行通信呢?因为计算机的其它通信接口资源非常少，而USB则可以同时接外设可达成127个，这就是根本原因。因此计算机直接运行在CNC状态所要求的通信速度已具备。

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　　(2)在通用计算机领域，有大量的软件工程师和技术人员，比较嵌人式系统领域有强大的技术优势，能为我们开发合成系统的开发提供有力的技术支持。同时，CAD/CAM技术发展至今已相当成熟，拥有众多的开发人员和广大的用户，因此，将CAD/CAM与CNC合成一体，即CAD/CAM/CNC三位一体，在技术层面上已不再是问题。

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　　(3)产品的升级、维修、换代是用户购买时最先想到的问题。大家知道，办公用的电脑和手提电脑上的软件，升级那是多么的方便!CAD/CAM/CNC既作为一个系统，也是一个软件，具有常用软件的所有特点。同时，如果把机床上的每一个部件，看作计算机的一个独立外设来设计、管理并文档化(尤如打印机、摄像头)，用户就可以根据需要升级所需升级的部件，而无需考虑其它的部件了，这将会给用户带来很大的方便和经济利益。

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