數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與趨勢論文

1、數(shù)控機(jī)床集計算機(jī)技術(shù)，電子技術(shù)，自動控制技術(shù)，傳感測量，機(jī)械制造，是典型的機(jī)電一體 化產(chǎn)品。它的發(fā)展和應(yīng)用開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，管理方 式，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。本文主要講述了數(shù)控機(jī)床國內(nèi)外的發(fā)展概況，現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。介紹了數(shù)控機(jī)床的特點，組成與分類，并介紹了可編程控制器(PLC)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用。重點介紹了磨床的概況，以及現(xiàn)代數(shù)控磨床的特點，并用PLC進(jìn)行了對自動磨床電氣系統(tǒng)的改造。本文在編寫過程中，參閱了同行的教材，資料和文獻(xiàn)，得到了許多幫助，在此謹(jǐn)致謝意。關(guān)鍵詞：發(fā)展趨勢組成分類概述結(jié)構(gòu)功能PLC改造AbstractThe_ nu

2、merical, control. .engine .bed .collection _ computer .technology, the . electronic .technology, . .the automatic control. technology, .the sensing survey, the.machin.e. manufacture, js the. typical. integration of.machinery . prod.uct. Jt_ :s . deyelopment. and. . the_appJjcatiQn .founded. the. man

3、ufacturLng_industry_ new times,changed.the.manufacturing. -industry. production一method, .the industrial .structure, manages.the .way, caused, the .world,manufacturing.industry. the .pattern. to. have, changed.This .article - mainly - narrated, .the . numerical . control. . engine . bed .domestic . a

4、nd一foreign .development survey,. the. , modern-numerical-.control.-technoLogy.trend_ofdevelopment.一Introduced.the.numericalcQntroJ.engjnfi.bedLcharacte.ri.stic+pQ.SitiQn.and.the.classification,.and.Introduced,.programmable.controller. .(PLC). in .the. . numerical。兩皿上回血.Jbed_appJi.catiQnJ. . .Introdu

5、ced. .with emphasis. the . grinder_survey,. as well . as the. modern numerical .control. grinder characteristic,一.and has carried .on. with. PLC. to. _一the. automaticgrinder electrical . system transformation.This article. in .the compilation process, .has .referred. colleagues, teaching material, .

6、the material .and. the.一lite.rature,.Q.btained.manyhelpiespectfully. .offers. th.anks.in.this._.Key. _ word： _ -Trend - of devel_opment._ _TexturaL _ Classification . .Outline . .Structure. . Function . .PLCTransformation.1 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 1.1 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與國際先進(jìn)水平差距逐漸縮小數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了30年跌宕起伏，已經(jīng)由

7、成長期進(jìn)入了成熟期，可提供市場1,500種數(shù)控機(jī)床，覆蓋超重型機(jī)床、 高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，產(chǎn)品種類可與日、 德、意、美等國并駕齊驅(qū)。特別是在五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床、數(shù)控超重型機(jī)床、立式臥 式加工中心、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床領(lǐng)域部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。其中，五軸（坐標(biāo)）聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是數(shù)控機(jī)床技術(shù)的制高點標(biāo)志之一。 它集計算機(jī)控制、 高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動化加 工，是發(fā)電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門迫切需要 的關(guān)鍵加工設(shè)備。五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，其加工效率相當(dāng)于2臺三軸機(jī)床，其至可以

8、完全省去某些大型自動化生產(chǎn)線的投資，大大節(jié)約了占地空間和工作在不同 制造單元之間的周轉(zhuǎn)運輸時間及費用。國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床品種日趨增多，國際 強(qiáng)手對中國限制的五軸聯(lián)動加工中心、五軸數(shù)控鐵床、五軸龍門鐵床、五軸落地鐵 鯉床等均在國內(nèi)研制成功，改變了國際強(qiáng)手對數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的壟斷局面。1.21.2 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床存在的問題由于中國技術(shù)水平和工業(yè)基礎(chǔ)還比較落后， 數(shù)控機(jī)床的性能、 水平和可靠性與 工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，差距還是很大，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的控制可靠性還較差，數(shù)控產(chǎn) 業(yè)尚未真正形成。因此加速進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的工程化、商品化攻關(guān)，盡快建成與完善 數(shù)控機(jī)床和數(shù)控產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)前的主要任務(wù)。目前主要問題有：1.31

9、.3 核心技術(shù)嚴(yán)重缺乏統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)一數(shù)控系統(tǒng)，由顯示器、控制器伺服、伺 服電機(jī)和各種開關(guān)、傳感器構(gòu)成，中國90%需要國外進(jìn)口。如在上海設(shè)廠的德國吉 特邁集團(tuán)和意大利利雅路機(jī)床集團(tuán)，在煙臺建廠的韓國大宇綜合機(jī)械株式會社，所 有的核心技術(shù)都被外方掌握。國內(nèi)能做的中、高端數(shù)控機(jī)床，更多處于組裝和制造 環(huán)節(jié)，普遍未掌握核心技術(shù)。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件和關(guān)鍵技術(shù)主要依賴進(jìn)口， 國內(nèi)真正大而強(qiáng)的企業(yè)并不多。目前世界最大的3家廠商是：日本發(fā)那客、德國西 門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西班牙凡高等。國內(nèi)有華中數(shù)控、航天數(shù)控 等。國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)剛剛開始產(chǎn)業(yè)化、水平質(zhì)量一般。高檔次的系統(tǒng)

10、全都是進(jìn)口。 華中數(shù)控近幾年發(fā)展迅速，軟件水平相當(dāng)不錯，但在電器硬件方面還需進(jìn)一步提高。 目前國內(nèi)一些大廠還沒有采用華中數(shù)控的。數(shù)控功能部件是另外一個薄弱環(huán)節(jié)。某種意義上說，功能部件將構(gòu)筑21世紀(jì)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床。功能部件的性能和價格決定了數(shù)控機(jī)床的性能和價格。功能部件不是 機(jī)床附件，它是數(shù)控機(jī)床的核心代表。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的主要故障大多出在功能部件 上，它是影響國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床使用的主要根源。從國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的開發(fā)和使用來看， 功能部件急需技術(shù)攻關(guān)。特別在數(shù)控刀具滯后現(xiàn)象反映相當(dāng)強(qiáng)烈。國產(chǎn)數(shù)控刀具在 壽命、可靠性等方面差距明顯，無論在品種、性能和質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶要 求。由于國產(chǎn)刀具品種少、壽命低，

11、嚴(yán)重影響數(shù)控機(jī)床效率的發(fā)揮。調(diào)研企業(yè)進(jìn)口 的數(shù)控機(jī)床，配用大量進(jìn)口數(shù)控刀具，由于價格昂貴，用戶不堪負(fù)擔(dān)。數(shù)控立、臥 回轉(zhuǎn)工作臺，數(shù)控分度盤和數(shù)控電動刀架等數(shù)控功能部件市場中海外商家也稍勝一 籌。1.41.4 民族品牌與國際品牌差距明顯2004年6月一份廣東機(jī)床用戶的抽查情況透露，在數(shù)控機(jī)床的各個品牌之中， 用戶對歐洲、日本、美國、韓國和中國臺灣等數(shù)控機(jī)床品牌的關(guān)注度已占全部市場 的60%以上。品牌知名度上的差距，導(dǎo)致用戶在選擇加工設(shè)備時把更多的機(jī)會給了 海外數(shù)控機(jī)床行業(yè)的一些“實力派”。如哈爾濱某發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限公司的缸體生產(chǎn) 線是一條全自動加工線，其粗加工選用韓國大宇重工的專機(jī)自動線，精加

12、工則選用 了英國CROSS HULLE公司的專機(jī)自動線，缸蓋加工線是由德國Cross. Huller公司 制造的高速加工中心和專機(jī)自動線、德國產(chǎn)的全自動在線測量機(jī)、日本產(chǎn)的全自動 密封檢測機(jī)和活洗機(jī)組成的。曲軸生產(chǎn)線為全自動柔性流水生產(chǎn)線，精加工線由日 本的數(shù)控高速CBN磨床、動平衡機(jī)、拋光機(jī)等組成。1.51.5 技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化與市場脫節(jié)適銷對路的產(chǎn)品是企業(yè)在市場競爭中取勝的根本。技術(shù)創(chuàng)新是產(chǎn)品滿足市場需 要的關(guān)鍵。多數(shù)企業(yè)在確定數(shù)控技術(shù)創(chuàng)新項目上沒有突出重點，市場定位不明確，不能集中力量，突破重點，帶動整體，項目安排帶有盲目性。首先，盲目跟隨國際 技術(shù)潮流增加生產(chǎn)能力。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)本身的

13、水平關(guān)鍵要看創(chuàng)新能力、人員素質(zhì)和 企業(yè)素質(zhì)的提高。近年來的改制、改組已有一些初步成效，來之不易。在面對市場 需求增加的同時，還是要活醒看市場，穩(wěn)妥求發(fā)展，還是要抓前、抓后 （即抓開發(fā)、抓銷售、抓質(zhì)量、抓服務(wù)），慎重抓能力。中國要成為制造市場，而不是加工市場， 機(jī)床行業(yè)也應(yīng)正確看待這個問題。否則就造成科技攻關(guān)的新產(chǎn)品差距仍然很大，浪 費了有限的人力物力；其次技術(shù)創(chuàng)新取得成果后，缺乏市場化的全面安排，質(zhì)量保 證體系的不健全，尚未制定相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，制造工藝研究嚴(yán)重滯后。造成數(shù)控 機(jī)床市場占有率逐年下降；再次，不重視質(zhì)量和服務(wù)。機(jī)床行業(yè)是第1個提出質(zhì)量承諾聲明的行業(yè)，在市場好轉(zhuǎn)的時候，企業(yè)對質(zhì)量和

14、服務(wù)更要重視，對用戶更加周 到和熱情，一個企業(yè)的品牌往往是在市場好的時候樹立的，也往往是在市場好的時 期丟掉的。1.61.6 缺乏先進(jìn)的管理機(jī)制多數(shù)企業(yè)都受到生產(chǎn)經(jīng)營缺乏動力、自我約束機(jī)制不健全、勞動生產(chǎn)率低下等 問題的嚴(yán)重困擾。適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)需求的以企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體 系尚未形成，缺乏吸引高層次、高素質(zhì)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的環(huán)境，無法有效整合相關(guān)技 術(shù)、產(chǎn)業(yè)和資源優(yōu)勢，形成合力開展聯(lián)合攻關(guān)，共同打造技術(shù)創(chuàng)新平臺。所以必須 按照經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求，建立以公司法人為主要內(nèi)容的現(xiàn)代企業(yè)制度。真正確立 以用戶為中心的市場經(jīng)濟(jì)觀念，認(rèn)真調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)。真正讓市場在資源 配谿中起基礎(chǔ)作用

15、。2 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢根據(jù)2004年10月，完成的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床大致 發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾方面：2.12.1 智能、高速、高精度化新一代數(shù)控機(jī)床為提高生產(chǎn)效率，向超高速方向發(fā)展，采用新型功能部件（如電主軸、直線電機(jī)、LM直線滾動系統(tǒng)等）主軸轉(zhuǎn)速達(dá)15,000r/min以上。計算機(jī)技術(shù)及 其軟件控制技術(shù)在機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)中占的比重越來越大，計算機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用軟件的 復(fù)雜化，帶來了機(jī)床系統(tǒng)及其硬件結(jié)構(gòu)的簡化，數(shù)控機(jī)床的智能化程度日趨提高。一臺機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005 mm （ISO標(biāo)準(zhǔn)、 統(tǒng)計法） ， 就是一臺高精 度機(jī)床， 在0.005mm（ISO標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)

16、計法）以下，就是超高精度機(jī)床。高精度的機(jī)床， 要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造（CAM）系統(tǒng)的發(fā)展，精密度已達(dá)到微米 級。2.22.2 設(shè)計、制造綠色化綠色設(shè)計是一種綜合考慮了產(chǎn)品設(shè)計、制造、使用和回收等整個生命周期的環(huán) 境特性和資源效率的先進(jìn)設(shè)計理論和方法。它在不犧牲產(chǎn)品功能、質(zhì)量和成本的前 提下，系統(tǒng)考慮產(chǎn)品開發(fā)、制造及其活動對環(huán)境的影響，從而使得產(chǎn)品在整個生命 周期中對環(huán)境的負(fù)面影響最小，資源利用率最高。數(shù)控機(jī)床在設(shè)計時要考慮：綠色 材料設(shè)計；可拆卸性設(shè)計；節(jié)能性設(shè)計；可回收性設(shè)計；模塊化設(shè)計；綠色包裝設(shè) 計等。綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造模式，通過綠色生 產(chǎn)

17、過程生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床在制造時要考慮：節(jié)約資源的工藝設(shè)計；節(jié)約能 源的工藝設(shè)計；環(huán)保型工藝設(shè)計等。隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，尤其是國內(nèi)改革開 放以來工業(yè)化程度的加快，所帶來的環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，環(huán)境保護(hù)的呼聲越 來越高，環(huán)保問題已經(jīng)成為各國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素之一。數(shù)控機(jī)床作為裝 備制造業(yè)的核心，能否順應(yīng)環(huán)保趨勢，加大綠色設(shè)計與制造的研制，將是影響經(jīng)濟(jì) 發(fā)展的重要要素之一。2.32.3 復(fù)合化與系統(tǒng)化工件一次裝夾，能進(jìn)行多種工序復(fù)合加工，可大大地提高生產(chǎn)效率和加工精度，是機(jī)床一貫追求的。由于產(chǎn)品開發(fā)周期愈來愈短，對制造速度的要求也相應(yīng)提高， 機(jī)床也朝高效能發(fā)展。機(jī)床已逐漸發(fā)展成為系

18、統(tǒng)化產(chǎn)品，用一臺電腦控制一條生產(chǎn) 線的作業(yè)。產(chǎn)品對外觀曲線要求的提高，機(jī)床五軸加工、六軸加工已日益普及，機(jī) 床加工的復(fù)合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。2.42.4 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢24.124.1 數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術(shù)更快地更新?lián)Q代。許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠 家利用Pc機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系 結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、可擴(kuò)展性，并可以較容易地實現(xiàn) 智能化、網(wǎng)絡(luò)化。，開放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)技術(shù)，使編程、操作以及 技術(shù)升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、 軟件和總

19、線規(guī)范都是對外開放的.數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源 進(jìn)行系統(tǒng)集成，同時它也為用戶根據(jù)實際需要靈活配谿數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促 進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時， 這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，而結(jié)構(gòu)可以保持不變。.2 數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展1傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUCO系統(tǒng)、MITSTJBISHI M50系統(tǒng)、SIN.MER1K810M,7/c系統(tǒng)等，是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場。但由于開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。2“Pc嵌人

20、NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUCO和16l、SINUMERZ840D、Nutr-1060、AB 9/: 360等，是數(shù)控軟件技術(shù)和當(dāng)今計算機(jī)豐富的軟件資源相結(jié)合 開發(fā)的產(chǎn)品.具有一定的開放性。但它的Nc部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法 介人數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，價格昂貴。“NC嵌人PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。它由開放式體系結(jié)構(gòu)運動控制卡和Pc機(jī)共同構(gòu)成。這種運動控制卡通常選用高速DSF作為CPU,具有很強(qiáng)的運動控 制和PLC控制能力。它本身就是一個數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨使用。它開放的函數(shù)庫供 用戶在Windows臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)，因而，這種開放式體系結(jié)

21、構(gòu)運 動控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化控制的各個領(lǐng)域。SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)。這是一種最新開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它提供 給用戶最大的選擇和靈活性，它的cNc軟件全部裝在計算機(jī)中，而硬件部分僅是計 算機(jī)與伺服驅(qū)動和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。就像計算機(jī)中可以安裝各種品 牌的聲卡和相應(yīng)的驅(qū)動程序一樣。 用戶可以在Windows NT平臺上，利用開放的cNc內(nèi)核開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相 比，SO訂型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，因而最有生命力。通過軟件智 能替代復(fù)雜的硬件，正在成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的O

22、penCNG德國P0werAutomatlon公司的P.8000 NT等。.3 數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊 系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、 自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ?，而?人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。 為日本Mazak公司最新推出的E zizith型臥式加工中心，將信息技術(shù)與制造技術(shù)融 為一體。在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng) 的有效途徑，已形

23、成將測量（Mnt）、建模（Modelling）、加_I=（M岫u%otIldng）、機(jī) 器操作（M刪pulator）四者（即4M）融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享.促進(jìn)測量、建 模、加工、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。.4 數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化， 主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其他控制系統(tǒng)或上位計算機(jī)進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后 再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部.這就是所謂的Iierl / Intranet技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的 成熟和發(fā)展，最近業(yè)界乂提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，乂稱“e一制造”，是機(jī)械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，

24、也是國際先進(jìn)機(jī)床制造商當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)配谿的供貨方 式。隨著信息化技術(shù)的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進(jìn)口數(shù)控機(jī)床時要求具有 遠(yuǎn)程通訊服務(wù)等功能。為模具車間利用Inkmet技術(shù)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)化控制數(shù)控加工.數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)一步促進(jìn)了柔性自動化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點 （數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床）、線（FMCC、FMS、rrL、FML）向面（工段 車間獨立制造島、FA）、體（cMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展。柔性自動 化技術(shù)以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，同時注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善，能方便地 與cAD、CAM、cAPF。、MiX3聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集

25、成 和智能化方向發(fā)展。.5 數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展隨著數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng) 制造商追求的目標(biāo)。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16h內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在99%以上，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運行時間(MTBF)就必須大 于3000h。如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個數(shù)量級),數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333 3h,而其中的數(shù)控裝谿、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于105h。對整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。.6 數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展在零件加工過程中，有大量的無用

26、時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升速、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加 工功能整合在同一臺機(jī)床上，因此，具有復(fù)合功能的機(jī)床成為近年來發(fā)展很快的機(jī) 種。柔性制造范疇的機(jī)床復(fù)合加工概念是指將工件一次裝夾后，機(jī)床便能按照數(shù)控 加工程序自動進(jìn)行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復(fù) 雜形狀零件的主要乃至全部加工工序。.7 數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)展在加工自由曲面時，三軸聯(lián)動控制的機(jī)床無法避免切速接近于零的球頭鐵刀端 部參予切削，進(jìn)而對工件的加工質(zhì)量造成破壞性影響，而五軸聯(lián)動控制對球頭鐵刀 的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭鐵刀在

27、鐵削三維曲面的過程中始終保持合理的 切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度，大幅度提高加工效率.因此.多軸聯(lián)動控 制的加工中心和數(shù)控鐵床已經(jīng)成為當(dāng)前的一個開發(fā)熱點。3 CNC 裝谿的工作原理CNC裝谿在其硬件環(huán)境支持下，按照系統(tǒng)監(jiān)控軟件的控制邏輯.對輸人、譯碼、 刀具補償、速度規(guī)劃、插補運算、位谿控制、L/。接口處理、顯示和診斷等方面進(jìn)行控制。cNc裝谿的主要工作包括以下內(nèi)容。3.13.1 輸入輸人cNc裝谿的有零件程序、控制參數(shù)和補償量等數(shù)據(jù)。輸人的形式有光電閱 讀機(jī)輸人、鍵盤輸入、磁盤輸入、連接上級計算機(jī)的DNC接口輸人、網(wǎng)絡(luò)輸人。從CNC裝谿的工作方式看，有存儲器輸人工作方式和MDI(M也u

28、d DirectInput,手工 直接輸人）工作方式。cNc裝谿在輸入過程中通常還要完成無效碼刪除、代碼校驗和 代碼轉(zhuǎn)換等工作。3.23.2 譯碼不論系統(tǒng)工作在MDI方式還是存儲器輸入方式下，都是將零件程序以一個程序 段為單位進(jìn)行處理的，把其中的各種零件輪廓信息 （如起點、終點、直線或圓弧等）、 加工速度信息（F代碼）和其他輔助信息（M、S、T代碼等）按照一定的語法規(guī)則解釋成 計算機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用單元。在 譯碼的過程中.還完成對程序段的語法檢查，發(fā)現(xiàn)語法錯誤便立即報警。3.33.3 插補插補的任務(wù)是在一條給定起點和終點的曲線上進(jìn)行“數(shù)據(jù)點的密化”（擬

29、合）。插補程序在每個插補周期運行一次，在每個插補周期內(nèi)，根據(jù)指令進(jìn)給速度計算出一 個微小的直線數(shù)據(jù)段。通常，經(jīng)過若十次插補周期后，插補加工完一個程序段軌跡， 即完成從程序段起點到終點的“數(shù)據(jù)點密化”工作。3.43.4 進(jìn)給速度處理編程所給的刀具移動速度，是在各坐標(biāo)的合成方向上的速度。速度處理首先要 做的工作是根據(jù)合成速度來計算各運動坐標(biāo)的分速度。在有些CNC裝谿中，對于機(jī)床允許的最低速度和最高速度的限制、軟件的自動加減速等也在這里處理。3535 刀具補償?shù)毒哐a償包括刀具長度補償和刀具半徑補償。通常，CNC裝谿的零件程序以零件輪廓軌跡編程，刀具補償作用是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。目前，在

30、 比較好的CNC裝谿中，刀具補償還包括程序段之間的自動轉(zhuǎn)接和過切削判別，就是 所謂的c刀具補償。3.63.6 位谿控制位谿控制處在伺服回路的位谿環(huán)上，這部分工作可以由軟件實現(xiàn)，也可以由硬 件完成。它的主要任務(wù)是在每個采樣周期內(nèi)，將理論位谿與實際反饋位谿相比較， 用其差值去控制伺服電機(jī)。在位谿控制中，通常還要完成位谿回路的增益調(diào)整、各 坐標(biāo)方向的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機(jī)床的定位精度。3.73.7 顯示CNC裝谿的顯示主要是為操作者提供方便，通常用于零件程序的顯示、參數(shù)顯 示、刀具位谿顯示、機(jī)床狀態(tài)顯示、報警顯示等。有些CNC裝谿中還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動態(tài)圖形顯示。3.83.8 I

31、OIO 處理主要處理CNC裝谿面板開關(guān)信號、機(jī)床電氣信號的輸入、輸出和控制 （如換刀、 換擋、冷卻等）。3.93.9 診斷現(xiàn)代CNC裝谿都具有聯(lián)機(jī)和脫機(jī)診斷的能力。聯(lián)機(jī)診斷是指CNC裝谿中的自診斷程序，隨時檢查不正確的事件。脫機(jī)診斷是指系統(tǒng)運轉(zhuǎn)條件下的診斷，CNC裝谿配備有各種脫機(jī)診斷程序，以檢查存儲器、外圍設(shè)備（CRT、閱讀機(jī)、穿孔機(jī)）、L, O接口等。脫機(jī)診斷指采用遠(yuǎn)程通信方式，即所謂的遠(yuǎn)程診斷，把用戶的CNC通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程通信診斷中心的計算機(jī)相連，對CNC裝谿進(jìn)行診斷、故障定位和修復(fù)。4CNC 裝谿的硬件結(jié)構(gòu)CNC裝谿是在硬件支持下，通過系統(tǒng)軟件控制進(jìn)行工作的，其控制功能在相當(dāng) 程度上取

32、決于硬件結(jié)構(gòu)。硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制功能的復(fù)雜程度，可分別采用單處理器 結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，按CNC裝谿中各電路板的插接方式，可分為大板式結(jié)構(gòu) 和功能模塊式結(jié)構(gòu)；按微處理器的個數(shù)，可分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)； 按硬件的制造方式.可分為專用型結(jié)構(gòu)和個人計算機(jī)式結(jié)構(gòu)；按CNC裝谿的開放程度，可分為封閉式結(jié)構(gòu)、Pc嵌入NC式結(jié)構(gòu)、NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開放式結(jié) 構(gòu)。4.14.1 單微處理器結(jié)構(gòu)的 CNCCNC 系統(tǒng)所謂單微處理器結(jié)構(gòu)，是指在cNc裝谿中只有一只微處理器（CPU）,工作方式是 集 中控制，分時處理數(shù)控系統(tǒng)的各項任務(wù)，如存儲、插補運算、輸人/輸出控制、CRT顯

33、示等。某些CNC :裝谿中雖然用了兩個以上的CPU.但能夠控制系統(tǒng)總線的 只是其中的一個CPI_F,它獨占總線資源，通過總線與存儲器、輸入輸出控制等各種 接口相連。其他的CPU則作為專用的智能部件，不能控制總線，也不能訪問存儲器。 這是一種主從結(jié)構(gòu)，故被歸納于單微處理器結(jié)構(gòu)中。單微處理器結(jié)構(gòu)簡單，容易實 現(xiàn)。單微處理器結(jié)構(gòu)的cNc裝谿可劃分為計算機(jī)部分、位谿控制部分、數(shù)據(jù)輸入 /輸出接口及外圍設(shè)備。微處理器CPU是CNC裝谿的核心，CPU執(zhí)行系統(tǒng)程序， 首先讀取工件加工程序，對加工程序段進(jìn)行譯碼和數(shù)據(jù)處理，然后根據(jù)處理后得到 的指令，進(jìn)行對該加工程序段的實時插補和機(jī)床位谿伺服控制；它還將輔助動

34、作指 令通過可編程控制器(PLC)送到機(jī)床，同時接收由PLC返回的機(jī)床各部分信息并予以 處理，以決定下一步的操作。4.24.2 位谿控制部分包括位谿控制單元和速度控制單元位谿控制單元接收經(jīng)插補運算得到的每一個坐標(biāo)軸在單位時間間隔內(nèi)的位移 量， 控制伺服電機(jī)工作，并根據(jù)接收到的實際位谿反饋信號。修正位谿指令.實現(xiàn) 機(jī)床運動的準(zhǔn)確控制。同時產(chǎn)生速度指令送往速度控制單元，速度控制單元將速度 指令與速度反饋信號相比較，修正速度指令，用其差值去控秘伺服電機(jī)，使其以恒 定速度運轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)輸入/輸出接口與外圍設(shè)備是CNC裝谿與操作者之間交換信息的橋梁。 例如，通過MDI方式或申行通信，可將工件加工程序送人CN

35、C裝谿；通過CRT顯 示器，可以顯示工件的加工程序和其他信息。在單微處理器結(jié)構(gòu)中，由于僅由一個 微處理器進(jìn)行集中控制，故其功能將受CPU字長、數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)、尋址能力和運算速 度等因素的限制。如果插補等功能由軟件來實現(xiàn)，則數(shù)控功能的實現(xiàn)與處理速度就 成為突出的矛盾。解決矛盾的措施可以有：增加浮點協(xié)處理器、采用帶有CPU的PL和CRT等智能部件。5 新型功能部件為了提高數(shù)控機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng) 用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：a.高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn) 速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點，在各種新型數(shù)控機(jī)床中已經(jīng)獲得

36、廣泛的應(yīng)用；b.直線電動機(jī)：近年來，直線電動機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價格高于傳統(tǒng)的 伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動、熱變形補償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)得到簡化，機(jī)床的動態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的1FN1系列 三相交流永磁式同步直線電動機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速鐵床、加工中心、磨床、并 聯(lián)機(jī)床以及動態(tài)性能和運動精度要求高的機(jī)床等；德國EX-CELL-O公司的XHC臥式加工中心三向驅(qū)動均采用兩個直線電動機(jī)；c.電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化數(shù) 控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點。6 結(jié)束語通過本文的論述可見，目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，數(shù)控系統(tǒng)開 放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以 在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象