新数控系统包括PC型和嵌入式两种结构形式，其中PC型数控系统以PC＋运动控制卡为硬件平台，嵌入式数控系统以ARM9＋DSP＋FPGA为硬件平台，软件平台均采用实时操作系统。系统具有先进的多轴联动插补、高速前瞻平稳速度规划和高精度伺服控制等核心控制算法，性能先进、性价比高、通用性好。技术特点：    控制轴数： 4轴，步进电机或伺服电机；    控制信号： 脉冲（开环位置模式）；模

基于国家数控重大专项项目“可重构智能数控系统与装备技术”，提出了数控流水线技术的开放式可重构数控系统技术。该技术实现了智能数控系统流水线的可重构。并广泛应用于数控一代及产业结构升级优化、全闭环高精度数字化制造、3D打印、智能机器人控制及工业生产自动化控制等各类工业环境。已支撑和创建“天大精益”、“泰森数控”自主产业化品牌，其产品在五轴联动木雕数控加工设备、六轴联动全闭环高精度螺旋锥齿轮加工装备、钎具T型螺杆高效数控设备、轴承套类双通道自动化加工设备及五轴电池焊接自动化设备等工业产品中取得了技术突破及

"华中8型高档数控系统是华中数控研发的新一代全数字总线式高档数控系统，突破了一批关键核心技术，如：NCUC高速现场总线，多通道、多轴联动控制技术，纳米插补技术,前瞻预读功能，小线段高速平滑，双轴同步控制，刀具空间长度补偿（RTCP），复合加工，误差补偿，对话式式编程等。2016年4月10日，华中8型通过中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定，鉴定委员会专家一致认为“该系统各项功能、性能、可靠性达到国外同类系统水平，可替代进口”。2018年，华中8型高档数控系统荣获国家科技进步二等奖。 目前，华中8型数控系统已实现数万台销售。其中，既包括量大面广的数控车床、车削中心、数控铣床、立式加工中心、卧式加工中心、钻攻中心等中、高档数控机床，还包括与重大专项配套的近千台高档数控机床，产品覆盖十余类规格的机型，领域涉及航空航天、军工、能源装备、汽车制造、3C加工等，是配套最多的国产高档数控系统。"

JNC 数控系统是基于 PC 的数控系统，开放式体式结构，内置进口嵌入式工业微机，可 靠性高 64 位处理器，256 内存， 8.4＇真彩液晶显示，全中文界面。国际 ISO 标准代码编 程，仿 FANUC 编程海量存储(标配 256M 存储盘)，与流行的 CAD/CAM 软件兼容，更适合复杂 模具零件的 CAD/CAM 加工。具有图形模拟、自动加工、MDI、JOG、手轮、I/O 诊断及 I/O 自 定义（24 组）、断电保存、比例缩放、坐标系旋转、镜象功能等功能。系统多 CPU 同时工作， 多组坐标系设定，多组自定义开关量控制. 公英制螺纹切削，位置/计时/计件显示. 直线、 圆弧插补；单段与连续任意切换. 加工过程子程序调用、固定循环、参数编程；刀具长度、 半径补偿、间隙补偿等. 加工过程错误提示;系统故障诊断与报警功能. U 盘接口、RS23242 通讯接口。

五轴和五轴以上联动数控机床是高效率高精度加工空间曲面类零件，如各类模具、水轮机和汽轮机叶片、三元流离心压气机、船用螺旋浆和推进器及螺旋锥齿轮的关键设备，目前我国不能自行生产，几乎全部依赖进口，每年达上百台之多。中型五轴联动数控机床的价格为每台60-80万美元，大型的约200-600万美元，还要附带许多条件，如不准加工军品，每年要检查生产记录等。 

本项目的目标是开发新一代全数字化高档数控系统（五轴），研究相关软硬件核心技术，提升南通市及我国高档数控系统的自主技术创新和产业化能力，在高速立、卧式加工中心，精密立、卧式加工中心，五轴联动加工中心，高速数控车床及车削中心，卧式车铣复合加工中心等高档数控机床上配套应用，形成批量生产能力。可达技术指标序号名称规格1插补周期1ms2最小分辨率脉冲模式，1um；总线模式，0.1um3前瞻段数10004联动轴数五轴，三个直线轴、两个旋转轴5伺服驱动接口脉冲、SERCOS III、Mechatrolink II6曲线插补Nurbs曲线插补7RTCP刀具中心点控制8空间刀具补偿多种空间刀具补偿模式，补偿建立、取消9平面C型刀具补偿256组10螺距误差补偿单向、双向螺距误差补偿11反向间隙补偿多种条件补偿模式12加减速功能直线型和S型13G代码标准兼容Fanuc标准14宏程序功能Fanuc A类宏程序15PLC功能兼容Fanuc标准，最大支持1024输入/1024输出点，128个定时器，128个计数器16现场总线接口CAN、RS485   一、系统关键技术 高速高精多轴运动控制算法研究： (1) 基于前瞻功能的连续微小线段轨迹运动控制算法 基于超声波加工运动特性及动力学特性分析，提出“速度规划单元”和“速度等级”概念。实现了具有前瞻功能的连续微小线段轨迹速度规划算法。该算法根据读入轨迹段的几何特性及动力学特性自适应实现超声波加工轨迹插补中的速度控制，在保证轨迹精度的前提下，尽可能地提高超声波加工速度；根据微段速度规划策略，实现了针对连续微小线段轨迹的插补算法。插补算法可正确确定微段插补过程中每一步的轨迹坐标，并解决插补过程中的终点判断问题。 (2) 柔性加减速控制算法 实现了对插补轨迹进行精确控制以及对加速度和加加速进行控制。优异的加减速控制算法可以避免超声波加工中心的冲击、振动，并在不增加系统运算量的情况下使得整个插补过程能够平滑快速执行。本部分工作实现了直线型加减速、S型加减速。此外由于轨迹插补和速度规划的离散性，重点实现了轨迹末端的速度平滑处理，即“尾巴处理”，使整个插补过程平滑进行。 (3) NURBS曲线插补及速度平滑控制 实现了具有轨迹预读功能的NURBS曲线运动规划算法。针对NURBS曲线的轨迹几何特征，实现了基于“规划单元”的速度规划和参数插补算法。给出NURBS预读策略和速度规划算法，通过规划单元的预读、规划单元间转接速度的调整和规划结果的及时输出保证了插补的实时性；实现了NURBS曲线规划单元的参数插补方法。为了适应采用的轨迹预读算法，提出“重叠拼接法，实现了相邻两个NURBS曲线的光滑转接。 机床精度补偿技术研究： (1) RTCP技术 实现了旋转刀具中心点编程RTCP(Rotation Tool Centre Point)。RTCP功能采用将以往在CAM中的由机床配置引起坐标变换移植到CNC控制器中在坐标插补之后进行的策略,即采用先插补后转换的机制来彻底消除坐标旋转而引起的非线性误差，提高加工精度。 (2)空间刀具补偿技术 实现了空间刀具补偿。测量超声波工具直径与伸出长度，并确定最佳工作间隙，以及在此工艺条件下去除的材料厚度，将三者之和作为“工具补偿参数”通过分析超声波头与零件之间关系，开发适应不同情况的刀具补偿矢量计算方法。根据补偿指令方法的使用方式，实现了工具补偿的建立与取消方法。实现了补偿过程中由于补偿平面的改变而引起的工具干涉情况。 (3)误差补偿技术 除了RTCP和空间刀补外，实现了反向间隙补偿、螺距误差补偿。控制系统体系结构研究： (1) 运动控制总线 实现了与伺服驱动器的通信。运动控制总线的国际标准较多，在不开发伺服驱动器的条件下，只能采用某一国际标准。本系统实现了两个标准：(1)基于以太网物理层的SERCOS III标准，该标准是欧系数控系统的主力标准，有大量的高性能伺服驱动器可供选择；(2)基于RS485物理层的Mechatrolink II标准，该标准由安川开发，伺服驱动器价格相对低，具有成本优势。 (2) 位置控制算法 实现了对电机的位置控制。本系统采用目前成熟稳定的带有前馈的PID控制实现位置环，闭环周期100ms。传统的PID是典型的反馈控制，虽然具有稳定的优点，但是需要误差已经产生后才能改变输出，进而实现对目标值的跟踪，因此从根本上是无法避免跟踪误差的。而前馈控制可以将目标值处理后直接向前传递，达到系统快速响应和跟踪的目的，理论上可以实现对目标值的零误差跟踪。 (3) PLC相关技术 实现了梯形图的编辑、编译、运行、调试功能。同时提供PC Windowns环境下的梯形图编辑、编译环境。 二、对国家产业结构影响 通过本项目的实施，将极大促进我国自主高档数控机床产业的整体进步，形成打破国外技术垄断和产品封锁的知识产权利器，使国产高档数控机床及高档数控系统在国内外市场上具有核心竞争力和自主权。     应用范围：   本项目的目标是开发新一代全数字化高档数控系统，研究相关软硬件核心技术，提升我国高档数控系统的自主技术创新和产业化能力，在高速立、卧式加工中心，精密立、卧式加工中心，五轴联动加工中心，高速数控车床及车削中心，卧式铣车（车铣）复合加工中心等高档数控机床上配套应用，形成批量生产能力。

当前高速数控装备的进给速度已达到40m/min以上、主轴速度达几万转，同时我国的航天航空、车辆与船舶、新能源等行业对复杂型面的高速高精度数控加工提出了迫切的需求。近年来，国内在数控系统开发方面取得了很大的进步，但在复杂轨迹高速加工的控制技术方面与国外相比还有很大的距离。为满足国内厂家对高端数控装备的实际需求，西安交通大学开发出了系列的多轴联动高性能数控系统 在高速高加速度下，插补周期从几个毫秒逐渐缩短至零点几个毫秒，速度预处理至少应达到每秒上千段，传统基于PC的数控系统很难满足高速、大批量数据计算的需求。本项目采用了嵌入式软硬件平台创新技术路线，开发出的嵌入式数控系统可实现8轴控制5联动，在性能价格比方面达到国际同类产品水平的中档数控系统系列产品，在国内处于领先水平。

项目概况 根据社会应用的主流数控系统，成功研制了适合学生学习和培训的系列化的数控系统 综合实验装置，系列化数控系统综合实验装置中使用的典型数控系统日本 FANUC 数控系统， 德国西门子数控系统，日本三菱数控系统和国内典型的数控系统，利用该系列数控系统综合 实验装置，可以进行数控系统从应用入门到数控系统操作编程，故障诊断与维护，数控系统 中 PLC（PMC）应用开发，参数调试以及综合应用等教学和培训。 主要特点 1、数控系统选型典型。从国内广泛应用的国产数控系统到世界著名的日本 FANUC、日 本三菱、德国西门子等数控系统，具有很好的代表性。 2、结构简明，多样化。根据教学和培训需求，综合实验装置设计结构简明，对数控系 统电气组成一目了然，既有一体化的结构，也有模块化结构。也可以根据用户需求定制实验 装置风格。 3、产品设计功能多，开放性好。根据数控系统丰富的功能，尽可能多的把数控系统功 能展示和应用，综合实验装置应用功能是开放的。 4、部件配置完整。系列化的综合实验装置上都配备了与数控机床一样的完整的电气部 件。 5、技术资料丰富。作为教学实验装置，装置上主要部件都提供详细的技术资料，便于 教学和培训学习。 开设的实验项目 a) 数控系统编程操作实验 b) 数控系统硬件连接组成实验 c) 数控系统功能参数设置方法实验 d) 数控系统输入输出接口实验 e) 数控系统 PMC 编程实验（选做） f) 数控系统控制伺服电机实验 g) 数控系统控制主轴电机实验 h) 数控系统（车）控制螺纹加工实验 i) 数控系统控制刀架电机实验 j) 数控系统电气调试实验 k) 数控系统典型故障分析与维修实验 l) 数控机床电气设计与调试实验 市场前景 该系列产品不仅在本校使用，近年来还在多次政府采购和院校采购活动中连续中标， 具有良好的市场占有率，赢得了众多客户的信任和支持，目前已为国内几十多所大专院校所 采用， 

项目研究的背景及用途:随着钢管架结构的普及，存在着大量的管端相 贯线需要加工。管——管相交，管——板相交，管—管—板相交对管端相贯线焊 接破口提出了很高的要求。目前对这种相贯线焊接坡口均采用人工放样、制样板、 划线、手工切割，最后经人工打磨的工艺方法来进行加工。为了改变这种加工质 量差、效率低的状况，研究管端焊接坡口数控切割具有重要的理论意义和实际应 用价值，火焰自动切管机数控系统开发应运而生。 该火焰自动切管机可加工各种形式的管端相贯焊接破口。 技术原理及流程:该项研究与开发是在建立相贯线数学模型(管—管相贯、 管—板相贯、构成 Miter 接头的相贯线，多管、板相贯等)的基础上，建立了两面 角、破口角数学模型，并设计了相应的计算机程序，能够自动计算出数控切割所 需的各项参数。构建了开放式、模块化的数控系统硬件平台，实现三轴联动自动 切割。 成果水平及主要技术指标:该研究达到并部分超过国际先进水平，获天 津市科技进步三等奖。 市场分析及效益预测:该项研究可应用于各种管端相贯焊接破口的数控 自动加工，如海洋石油平台、大型钢结构桁架等，其加工质量好，效率高。该设 备平均每年完成 3600 吨管材加工，按 0.416 万元/吨计算产值，约为 1500 万元/ 年，按特种加工利润率 13.4%计算，其年利润约为 201 万元。