數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用與發(fā)展

1、 理工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文題 目：數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用與發(fā)展系 別： 機(jī)電工程系專 業(yè)： 機(jī)械制造與自動化學(xué) 制： 三 年姓 名： 健學(xué) 號： 0911050224指導(dǎo)教師： 俊 霞目錄摘要.3第一章、數(shù)控技術(shù)概述.41.1數(shù)控技術(shù).41.2數(shù)控技術(shù)特點.4第二章、數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用. .52.1數(shù)控技術(shù)在設(shè)備上的應(yīng)用.52.2數(shù)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用.523數(shù)控系統(tǒng)在汽車工業(yè)方面的應(yīng)用.524數(shù)控系統(tǒng)木材加工方面的應(yīng)用. .525數(shù)控系統(tǒng)在采煤機(jī)制造方面的應(yīng)用.6第三章、數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展.73.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向.73.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展條件.83.21 數(shù)控系統(tǒng)的硬件技術(shù)發(fā)展迅

2、速.83.22 體系結(jié)構(gòu)向開放式發(fā)展.83.23 實時操作系統(tǒng)進(jìn)入CNC.93.24 現(xiàn)場總線技術(shù)開始廣泛使用.93.25 PLC功能繼續(xù)增強(qiáng).103.26 CNC的通訊、網(wǎng)絡(luò)功能不斷擴(kuò)大.103.27 數(shù)字式交流伺服成為主流.113.28 數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境越來越友好.113.29 數(shù)控相關(guān)技術(shù)和社會服務(wù)體系正在逐步完善.12第四章、結(jié)論.13參考文獻(xiàn).14致.15摘要數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械制造中起著至關(guān)重要的作用，隨著計算機(jī)技術(shù)為主流的現(xiàn)代科技技術(shù)發(fā)展和市場產(chǎn)品競爭的加劇，傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)很難滿足現(xiàn)代產(chǎn)品多樣化的發(fā)展和日新月異的換代速度。面對多品種小批量生產(chǎn)比重的加大，產(chǎn)品交貨質(zhì)量和成本要求的

3、提高，要求現(xiàn)代的制造技術(shù)具有很高的柔性。如何能增強(qiáng)機(jī)械制造業(yè)對外界元素的適應(yīng)能力以與產(chǎn)品適應(yīng)市場的變化能力，就需要我們能利用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的靈活性，最大限度的應(yīng)用干機(jī)械制造行業(yè)。將機(jī)械設(shè)備的功能、效率、可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量提高到一個新的水平。從而滿足現(xiàn)代市場的競爭需求。關(guān)鍵詞：機(jī)械制造 數(shù)控技術(shù) 應(yīng)用發(fā)展第一章 數(shù)控技術(shù)概述1.1數(shù)控技術(shù)與其特點1.1.1數(shù)控技術(shù)所謂數(shù)控技術(shù)，即是運用計算機(jī)編寫程序?qū)C(jī)械加工制造進(jìn)行控制的技術(shù)。它是集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)，具有高精度，高效率、柔性自動化等特點。目前它是采用計算機(jī)控制，預(yù)先編程

4、然后利用控制程序?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備的控制功能。由于計算機(jī)軟件的輔助功能替代早期使用純硬件電路組成的數(shù)控裝置，使得輸入數(shù)據(jù)的存儲、處理、判斷、運算等功能均由現(xiàn)場可編輯的軟件來完成，這樣極大的增強(qiáng)了機(jī)械制造的靈活性，提高設(shè)備的工作效率。1.1.2 數(shù)控技術(shù)特點(1)能方便地改變加工工藝參數(shù)，因而利于換批加工和新產(chǎn)品的研制。(2)能高質(zhì)量的完成普通機(jī)床難以完成的復(fù)雜零件和零件曲面形狀的加工。(3)可實現(xiàn)一次裝夾工件完成多道工序的加工，從而能確保加工精度和減少輔助時間。 (4)采用模塊化的標(biāo)準(zhǔn)工具，既減少了換刀和安裝時間，又提高了工具標(biāo)準(zhǔn)化的程度和工具的管理水平。當(dāng)然，隨著微處理器的發(fā)展以與現(xiàn)代SOPC技術(shù)的

5、發(fā)展，無論從機(jī)械加工的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展還是從機(jī)械設(shè)備的維修檢測以與集成程度的層次上，都勢必有極大程度的提高。而我國現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展尚處于對國外產(chǎn)品的模仿階段，缺乏技術(shù)創(chuàng)新。這不僅是對引進(jìn)技術(shù)的消化不夠，更重要的在于我們?nèi)狈ν晟频募夹g(shù)創(chuàng)新環(huán)境和應(yīng)有的創(chuàng)新機(jī)制。另外我們產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性不高，網(wǎng)絡(luò)化程度也不夠，目前主要用于NC程序傳送，串口通訊技術(shù)，其集成化、遠(yuǎn)程故障排除、網(wǎng)絡(luò)化水平有限。所以，我們在數(shù)控技術(shù)的研究和應(yīng)用上還有很長一段路要走，我們翹首以待中國的DNC(數(shù)字制造)技術(shù)能早日到來。第二章 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用21數(shù)控技術(shù)在設(shè)備上的應(yīng)用機(jī)械設(shè)備是機(jī)械制造中的重中之重，面對現(xiàn)代機(jī)械制

6、造業(yè)的需求，擁有了控制能力的機(jī)床設(shè)備是現(xiàn)代機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要組成部分。計算機(jī)數(shù)控技術(shù)為機(jī)械制造業(yè)提供了良好的機(jī)床控制能力，即把計算機(jī)控制裝置運用到機(jī)床上，也就是用數(shù)控技術(shù)對機(jī)床的加工實施控制，這樣的機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床。它是以代碼實現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，主軸變速、刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作數(shù)字碼記錄在控制介質(zhì)上，從而發(fā)出控制指令來控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，以控制機(jī)床自動加工出我們所需零件。22數(shù)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人和傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)一樣是由控制單元、驅(qū)動單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的。豐要運用機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)線上，比如裝配、焊接，噴漆

7、等方面?；蛘哌\用于復(fù)雜惡劣的勞動環(huán)境下下，完成人類難以完成的工作，比如深水作業(yè)、太空作業(yè)等。它可以模擬人手或者腕等動作通過程序完成對構(gòu)件的搬運、抓取等動作。很大程度上改善了勞動條件，保證了生產(chǎn)質(zhì)量和人身安全。尤其在汽車批量裝配、噴漆或者大型集裝箱的安裝，搬運等方面起到了不可忽視的作用。在實際操作中，控制單元是由計算機(jī)系統(tǒng)組成，它好比人的中樞神經(jīng)，指揮機(jī)器人按照寫入核的程序向驅(qū)動單元發(fā)出指令，完成預(yù)想的操作，同時同步檢測執(zhí)行動作，一旦出現(xiàn)錯誤或發(fā)生故障，由傳感系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)反饋到控制單元，發(fā)出報警信號和相應(yīng)的保護(hù)動作。而執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由伺服系統(tǒng)和機(jī)械構(gòu)件組成。有動力部分向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動力，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)

8、在驅(qū)動元件的作用下完成規(guī)定操作。23數(shù)控系統(tǒng)在汽車工業(yè)方面的應(yīng)用近些年來，汽車工業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，在如此快速的發(fā)展過程中，汽車配件的加工技術(shù)業(yè)同步在飛速發(fā)展，而數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上更大的加快了汽車配件的生產(chǎn)制造。將加工中心和其他高速數(shù)控機(jī)床的高速柔性生產(chǎn)集“高柔性”與“高效率”于一體不僅滿足了產(chǎn)品更新?lián)Q代頻率越來越快的要求，做到一次投資。長期受益，又有不遜于組合機(jī)床剛性自動線的自造效率，從而打破了汽車生產(chǎn)中有關(guān)“經(jīng)濟(jì)規(guī)?！钡膫鹘y(tǒng)觀念，實現(xiàn)了多品種、中小批量的搞笑生產(chǎn)。其中復(fù)雜的零部件加工制造能夠運用現(xiàn)代化數(shù)控加工技術(shù)中的快速成形制造技術(shù)輕易實現(xiàn)，不但如此，還有一些其他方面的技術(shù)，如數(shù)控技

9、術(shù)中的虛擬制造技術(shù)、柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)等等，在汽車制造工業(yè)中都有了更加廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今世界的汽車加工制造業(yè)已經(jīng)和數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用無法分開了。24數(shù)控系統(tǒng)木材加工方面的應(yīng)用目前主要的CNC木材加上設(shè)備種類有：數(shù)控鏤銑機(jī)，基本功能是三軸連動，具有多個(16)高速主軸電機(jī)，每個主軸即可單獨工作，又可以任意組合或同時工作，可實現(xiàn)多個工件同時加工。具有效率高的特點，數(shù)控加工中心，根據(jù)功能可實現(xiàn)三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動或五軸聯(lián)動，具有2套能夠自動更換刀具的高速主軸電機(jī)和可裝有眾多刀具(含有加工單元)的刀庫，每個主軸即可單獨工作又可同時工作，可自動快速更換刀具，機(jī)械手控制的縮放雕刻機(jī)，一般具有2一l 6

10、個刀軸，能對平面或圓柱面進(jìn)行批量的比例縮放雕刻全自動操作的機(jī)器人雕刻機(jī)，能對固定不動的工件進(jìn)行表面雕刻·并聯(lián)式(桿件系統(tǒng))運動機(jī)構(gòu)的數(shù)控加工中心，是一種全新的機(jī)床，對板材加工沒有任何限制；數(shù)控帶鋸機(jī)，基本功能是-二軸聯(lián)動，是針對板材的曲線加工，提高了板材的利用率；數(shù)控多排鉆，實現(xiàn)加工數(shù)據(jù)輸入，鉆排的自動定位，以提供工件精度和工作效率；數(shù)控仿形磨機(jī)，能進(jìn)行刀具或圖紙的圖像采集，矢量化處理，數(shù)據(jù)標(biāo)定，Nc指另生成與刀具刃磨加工；數(shù)控板材下料鋸，具有壓梁、先導(dǎo)鋸和自動板材進(jìn)料裝置，所有的板材下料均通過按鍵存儲，在線數(shù)據(jù)輸入和板材下料最佳優(yōu)化編程令自動噴漆系統(tǒng)，能對固定或移動的工件進(jìn)行表面的

11、噴涂。25數(shù)控系統(tǒng)在采煤機(jī)制造方面的應(yīng)用現(xiàn)代采煤機(jī)開發(fā)速度快，品種多，都是小批量的生產(chǎn)，各種機(jī)殼的毛坯制造越來越多地采用焊件，傳統(tǒng)機(jī)械加工難以實現(xiàn)單件的下料問題，而使用數(shù)控氣割，代替了過去流行的仿型法，使用龍骨板程序?qū)Σ擅簷C(jī)葉片、滾筒等下料，從而優(yōu)化套料的選用方案。使其發(fā)揮了切割速度快、質(zhì)量可靠的優(yōu)勢，一些零件的焊接坡口可直接割出，這樣大大提高了生產(chǎn)效率。同時，數(shù)控氣割機(jī)裝有自動可調(diào)的切縫補(bǔ)償裝置。它允許對構(gòu)件的實際輪廓進(jìn)行程序控制，好比數(shù)控機(jī)床上對銑刀的半徑補(bǔ)償一樣。這樣可以通過調(diào)節(jié)切縫的補(bǔ)償值來精確的控制毛坯件的加工余量。例如在采煤機(jī)擺線齒形的銷軌輪，其切槽較深，加工余量大，普通銑床的加工

12、余量不均勻。而數(shù)控銑床可解決這一問題較精確的控制。氣割后在進(jìn)行安全退火，改善了構(gòu)件的組織和韌性。不但提高構(gòu)件質(zhì)量也降低了能源的無用浪費。在切削加工方面的應(yīng)用，可實現(xiàn)形狀復(fù)雜、精度要求高的零件加工。在采煤機(jī)浮動油封的結(jié)構(gòu)中，使用時要求環(huán)的凸曲面與外環(huán)的凹曲面的密封圈各處壓縮量相等。壓縮接觸面積均勻，才能滿足密封的功能，因此外環(huán)凸凹曲面的加工精度直接影響密封的可靠性。用數(shù)控機(jī)床編程加工，較容易的保證其曲面精度，滿足浮動油封的使用要求。此外，在采煤機(jī)減速機(jī)構(gòu)中，其行星架等分孔的等分精度幾每行孔的同軸精度都直接影響整機(jī)的傳動精度和使用壽命，在加工中心上加工行星架，不僅保證了圖樣的精度要求，同時加工效率

13、也很高，是用坐標(biāo)鏜床加工的58倍。在無鏈牽引的采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動輪和擺線銷軌輪，參數(shù)采用的都是大模數(shù)(大于等于25)少齒數(shù)(z小于l7)。在加工時，受齒輪加工機(jī)床和齒輪刀具所限，難以實現(xiàn)成加工或仿行加工，用數(shù)控鏜銑床編程加工比較容易實現(xiàn)，大大減少了生產(chǎn)投入和工藝準(zhǔn)備時間。目前，所有采煤機(jī)種大模數(shù)少齒數(shù)的齒輪一般都是用數(shù)控鏜銑床編程加工的，編出加工一個齒形的子程序，利用角度偏置或坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)編程功能，加工其余齒形。精度滿足使用要求，加工效率比較高。三大機(jī)殼的加工一直是采煤機(jī)制造業(yè)中的關(guān)鍵，加工效率與精度直接影響到采煤機(jī)的制造周期和使用壽命。現(xiàn)代采煤機(jī)結(jié)構(gòu)大都是多電機(jī)“分控橫擺”在每種機(jī)殼上都有電

14、機(jī)安裝孔，此類孔孔徑比較大。另外再加工牽引殼體端面的對接孔時，由于另一端是耳子與截割部搖臂相聯(lián)，只能臥式加工。在坐標(biāo)鏜床拉坐標(biāo)加工20多個孔，加工效率很低。用數(shù)控機(jī)床編程加工效率可提高47倍，而且用同一個加工程序，另用鏡像功能可以加工左、右牽引機(jī)殼與其與其聯(lián)接的中間箱體兩端面上的對接孔，逼近效率高，精度也很高。隨著采煤機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的種類增多。新的工裝胎具數(shù)量也相應(yīng)增多，生產(chǎn)投入增加，制造周期也長。利用數(shù)控機(jī)床編程加工可替代一些胎具工裝，如在機(jī)殼上使用數(shù)量較多的鉆磨胎具等。減少很多胎膜具的設(shè)計與制造。對數(shù)控機(jī)床加工替代不了必不可少的工裝，可用數(shù)控機(jī)床來加工此類工裝，縮短了工藝準(zhǔn)備時間。數(shù)控機(jī)床的充

15、分使用，大大的提高了加工質(zhì)量，減少了生產(chǎn)的投入，縮短了制造周期。數(shù)控機(jī)床具有高速切削加工的設(shè)備基礎(chǔ)，特別是在采煤機(jī)市場競爭日益激烈的情況下，如何提高制造質(zhì)量和加工效率，增強(qiáng)競爭力，更多的占有市場份額，應(yīng)用先進(jìn)的制造技術(shù)是立足之本。在壓力加工技術(shù)方面，在熱壓力加工圍。數(shù)控系統(tǒng)在熱態(tài)成型方面起著越來越大的作用。在液壓鍛造壓力機(jī)上裝上數(shù)控系統(tǒng)，能夠達(dá)到較高的工作速度，提高了生產(chǎn)率，縮短了每件加工時間，降低了能耗，鍛造精度高壓力機(jī)的經(jīng)濟(jì)性得到明顯提高。第三章 數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展3.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向機(jī)械設(shè)備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器接觸器控制仍然是我國機(jī)械設(shè)備最基本的電氣控制形式之一。到

16、了20世紀(jì)奶年代至50年代，出現(xiàn)了交磁放大機(jī)電動機(jī)控制，這是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制精度和快速性都有了提高。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了晶體管晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)運性能大為改善，而且減少了機(jī)械設(shè)備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機(jī)電動機(jī)控制系統(tǒng)。在20世紀(jì)的60年代出現(xiàn)丁一種能夠根據(jù)需要方便地改變控制程序，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的自動化裝置順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器可編程序控制器。這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，由于它具備了計算機(jī)控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方

17、面的優(yōu)點，故目前已作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普通應(yīng)用于工業(yè)控制。隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用日益廣泛，進(jìn)一步推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動編程系統(tǒng)、計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、計算機(jī)群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)與計算機(jī)輔助設(shè)計、制造一體化是機(jī)械制造一體化的高級階段，可實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計到制造的全部自動化。世界已經(jīng)步入了新的機(jī)電一體化時代，它是以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的時代，數(shù)控機(jī)床就是其中的代表。如今歐美日等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而我國還處于發(fā)展階段，還有很大的發(fā)展空間。數(shù)控機(jī)床是機(jī)床業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢，它將朝著以下五個方向發(fā)展：第一、復(fù)合化。隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展

18、，機(jī)床復(fù)合技術(shù)和復(fù)合加工技術(shù)逐漸成熟，在一臺機(jī)床上可以實現(xiàn)車、銑、鉆、攻絲、絞孔、擴(kuò)孔等多種操作工序和實現(xiàn)工序間的復(fù)合加工，大大提高了機(jī)床效率。如今復(fù)合加工機(jī)床正朝著多樣化的態(tài)勢發(fā)展。第二、智能化。數(shù)控機(jī)床的智能化體現(xiàn)在系統(tǒng)的各個方面，如提高加工效率和加工質(zhì)量的智能化，提高驅(qū)動性能和方便使用連接的智能化，追求簡化編程與操作的智能化，為方便系統(tǒng)診斷與維修的智能診斷、智能監(jiān)控等。目前數(shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)已經(jīng)在數(shù)控系統(tǒng)中得到了較多體現(xiàn)。第三、高精度化。精密加工技術(shù)的發(fā)展使數(shù)控機(jī)床加工精度由原來的絲級提升至目前的微米級和亞微米級，一些特種加工精度甚至可達(dá)納米級。第四、柔性化。機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合可

19、以提高效率，得到了廣泛應(yīng)用。柔性自動化技術(shù)是制造行業(yè)滿足市場需求和實現(xiàn)產(chǎn)品更新的主要手段。作為先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，它已經(jīng)成為各國制造行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。第五、綠色化。低碳節(jié)能是各行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，數(shù)控機(jī)床業(yè)也必然朝綠色化方向發(fā)展。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。我國在從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的過程中，大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)具有重要意義。近幾年來，在引進(jìn)消化國外數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國已生產(chǎn)出自主的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床，但是中、高檔以上的數(shù)控系統(tǒng)仍然是以進(jìn)口產(chǎn)品為主，研究目前數(shù)控機(jī)床與技術(shù)的現(xiàn)狀與未來的發(fā)展方向，將對開發(fā)出中、高檔的數(shù)控產(chǎn)品，進(jìn)一步擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床市

20、場份額起到重要作用。3.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展條件3.21 數(shù)控系統(tǒng)的硬件技術(shù)發(fā)展迅速隨著集成電路與計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給數(shù)控硬件技術(shù)的更新?lián)Q代注入新的活力，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采用超大規(guī)模集成電路(VLSI)、專用芯片(ASIC)與數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)。在電氣裝聯(lián)上廣泛采用表面安裝(SMT)、三維高密度(three dimensional high density)技術(shù)，極提高系統(tǒng)的可靠性。高速高性能存儲技術(shù)，比如閃爍存儲(flash memory)，移動存儲(PCMCIA card)等極方便用戶。薄膜晶體管液晶顯示器(TFTLCD)技術(shù)使得顯示裝置趨于平板化，更便于機(jī)電一體化安裝并改善人機(jī)界

21、面。作為數(shù)控系統(tǒng)核心的處理器廣泛采用“位以上的高速RISC CPU，保證高速、高精度的數(shù)控加工。以日本FANUC 16i/18i和160i/180i為例，已形成超小、超薄型控制器，主控板僅為名片一樣大小，主處理器采用Pentium芯片。CNC和伺服采用50M/S的高速串行總線。用光纜連結(jié)I/O模塊，采用分散配置，便于機(jī)電一體化。在通訊方面采用PCMCIA存儲卡和外部計算機(jī)通訊，或采用調(diào)制解調(diào)器，用和人機(jī)通訊。嵌入式硬件的使用有望使得數(shù)控系統(tǒng)硬件更趨標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成本也會隨著降低。3.22 體系結(jié)構(gòu)向開放式發(fā)展開放式數(shù)控的討論已有好些年了，但是應(yīng)該看到，對于開放式結(jié)構(gòu)至今沒有一致

22、性的定義。某些用戶認(rèn)為開放式表示能夠接受當(dāng)?shù)厥褂玫耐ㄐ艆f(xié)議;而另一些用戶認(rèn)為開放式意味著所有控制器操作界面完全一致;對機(jī)床應(yīng)用工程師而言，開放式意味著對刀架移動、傳感器和邏輯控制有標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口;對大公司和大學(xué)的研究工程師來說，開放式意味著以上這些均來自隨即拿來就用的積木塊。由于來自最終用戶和集成商(機(jī)床廠)的壓力，開放式結(jié)構(gòu)的開發(fā)工作正在向前發(fā)展并將持續(xù)下去。目前的一個積極成果即是基于PC的CNC，即PC-based。世界上一些著名的數(shù)控制造商紛紛推出PC-based CNC系統(tǒng)，例如FANUC公司的FANUC 160/180，西門子公司的siemens 840Di，F(xiàn)AGOR公司的F

23、AGOR 8070。由于采用了工業(yè)級PC機(jī)與桌面操作系統(tǒng)Windows，DOS等，其豐富的軟、硬件資源給用戶帶來諸多的方便。應(yīng)該看到，在數(shù)控加工這種強(qiáng)實時環(huán)境中，使用商用操作系統(tǒng)Win，DOS等，還尚未得到業(yè)界的完全認(rèn)可。在理論上沒有證明比現(xiàn)有傳統(tǒng)的CNC更加優(yōu)越。為應(yīng)對開放式數(shù)控未來的發(fā)展，我國從2003年開始實施開放式數(shù)控國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18759.1。開放式數(shù)控(ONC)就其開放程度可分為三個層次。第一層次是具有可配置功能，開放的人機(jī)界面的通信接口與協(xié)議。第二層次為控制裝置在明確固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之下允許替換，增加NC核心中的特定模塊以滿足客戶的特殊要求。第三層次為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的完全可變的全開放

24、的控制裝置。這三個層次中第一層次目前基本達(dá)到。未來的發(fā)展主要圍繞第二個層次目標(biāo)展開。3.23 實時操作系統(tǒng)進(jìn)入CNC嚴(yán)格意義上說，數(shù)控控制軟件中包含著實時操作系統(tǒng)的思想，例如任務(wù)調(diào)度、存儲器管理、中斷處理等，但這種技術(shù)是隱含的，是和數(shù)控應(yīng)用程序比如插補(bǔ)，伺服、譯碼等混合的。每一個數(shù)控系統(tǒng)都是獨特的，不透明的。這種情況對于最終用戶和系統(tǒng)集成商而言帶來諸多不便。在開放式數(shù)控呼聲日益高漲的今天，研究實時操作系統(tǒng)在CNC軟件中的應(yīng)用是順理成章的事。特別是最近嵌入式實時操作系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展迅猛，這對于數(shù)控控制軟件的開發(fā)將產(chǎn)生革命性的影響。選擇一個合適的商用嵌入式實時操作系統(tǒng)，將插補(bǔ)、伺服、譯碼、數(shù)據(jù)處理等

25、數(shù)控應(yīng)用軟件往上“掛”，最終移植到一個硬件環(huán)境中去，形成最終使用戶滿意的數(shù)控系統(tǒng)，也就是個性化的CNC系統(tǒng)，這將是開放式數(shù)控的主要方向。未來實時Linux(RT Linux)有望成為CNC實時操作系統(tǒng)的主流?！癓inux除了具有功能強(qiáng)大、高性能、穩(wěn)定性好以與原代碼開放等優(yōu)勢以外，其最大的特點是Linux核具有非常良好的結(jié)構(gòu)，即可由用戶根據(jù)特殊的系統(tǒng)需求，對核進(jìn)行配置或裁剪，而這一特點恰恰滿足了可開放式數(shù)控應(yīng)用的差異性需求。3.24 現(xiàn)場總線技術(shù)開始廣泛使用現(xiàn)場總線(field bus)實質(zhì)上是工控網(wǎng)絡(luò)中的低檔產(chǎn)品。因為底層設(shè)備通信有以下特點：1)通信環(huán)境惡劣，可能受到溫度、濕度變化、塵埃、電壓

26、波動、機(jī)械振動和電磁場干擾等因素影響。2)信息傳遞主要是設(shè)備與設(shè)備之間，故對通信可靠性要求高。3)通信容和時間一般可以預(yù)先設(shè)定，隨機(jī)、自發(fā)產(chǎn)生的信息相對較少，這可使通信協(xié)議大大簡化。4)由于有較多的監(jiān)控信息，實時性要求高。 5)要求有一定的故障診斷和容錯能力，以防止不必要的系統(tǒng)故障。6)距離短，頻度高?；谏鲜鎏攸c，底層設(shè)備互連網(wǎng)絡(luò)通常采用協(xié)議簡單、響應(yīng)迅速、可靠性高的主.從通信方式，使用工控網(wǎng)絡(luò)中的低檔產(chǎn)品，如現(xiàn)場總線。西門子公司的profibus首先應(yīng)用在802D中、低擋數(shù)控系統(tǒng)中。對802D而言，24V電源為“心臟”，PCU模塊為“大腦”，profibus為“神經(jīng)”。因為PCU和I/O以

27、與伺服系統(tǒng)的連結(jié)均依靠p礎(chǔ)bus。PCU為主站，PP1、PP2、611U為從站，并均有節(jié)點地址。FAGOR公司的SERCOS主要用于CNC和伺服系統(tǒng)的通訊且采用光纜。最高傳輸速率為4M baud。SERCOS將CNC(8055，8070)和主軸、坐標(biāo)軸驅(qū)動連結(jié)起來，每個節(jié)點亦有相應(yīng)地址。從FAGOR 8070開始，CNC和I/O的連結(jié)采用CAN總線。FANUC I/O Link是CNC連結(jié)擴(kuò)展I/O的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的總線，而FFSB則是連接CNC和伺服系統(tǒng)的總線。3.25 PLC功能繼續(xù)增強(qiáng)可編程控制器(PLC)在數(shù)控機(jī)床上主要完成MST功能(輔助功能)，即除了主運動以外的輔助功能，但目前PLC

28、在數(shù)控機(jī)床上的功能正在逐漸擴(kuò)大，例如：1)可通過報警文本編輯產(chǎn)生個性化的診斷頁面。2)PLC直接控制坐標(biāo)軸。3)在系統(tǒng)配置和初始化時發(fā)揮作用，這個作用對西門子系統(tǒng)的PLC最為明顯。PLC的基本程序(非用戶梯形圖)在機(jī)床調(diào)整時，激活機(jī)床操作面板MCP并設(shè)置通道和主軸、坐標(biāo)軸。通道相當(dāng)FANUC中的Head。4)通過PLC提供的參數(shù)和CNC系統(tǒng)參數(shù)可以在PLC和零件加工程序之間傳遞信息，以完成某些特定功能。即PLC已經(jīng)滲透到零件加工程序的編制中。單獨的PLC可以完成全部的CNc功能，這已經(jīng)成為現(xiàn)實。但就目前而言，PLC主要還是在數(shù)控系統(tǒng)配置到機(jī)床上時起一個“接口”作用，包括MST功能，診斷功能等，

29、這種功能正在不斷擴(kuò)大。3.26 CNC的通訊、網(wǎng)絡(luò)功能不斷擴(kuò)大從早期的DNC，RS232、422和485一直到目前的MAP，EtIlemet等，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)通訊功能在不斷增強(qiáng)。為解決大容量零件加工程序的傳遞和存儲，一是可采用DNC中的前端機(jī)進(jìn)行分配和傳輸，即形成DNC主機(jī)一前端機(jī).CNC的三層模式。而一臺前端機(jī)可控制多臺CNC。另外一種，對于帶PCMC認(rèn)卡的CNC系統(tǒng)，可利用該存儲卡傳遞加工程序(一卡為58M)。第二種最簡單的方法可利用CNC和后臺編輯功能，在切削時同時傳遞零件加工程序。CNC的通訊功能還有一個目的是上傳數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)與故障信息，以便上位機(jī)監(jiān)控并進(jìn)行故障診斷。西門子840D/

30、810D可以通過線、ISDN、Internet、GSM或LAN、WAN、Intranet和上位機(jī)通訊，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，但需安裝遠(yuǎn)程診斷軟件、調(diào)制解調(diào)器，并有線或通過網(wǎng)卡進(jìn)行。MAZAK公司的MAZATROL 640等亦具有這種功能。3.27 數(shù)字式交流伺服成為主流數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)體積小，性能好，調(diào)試方便，克服了過去模擬伺服系統(tǒng)用電位器調(diào)節(jié)的不便。通過數(shù)字設(shè)定可優(yōu)化速度、電流環(huán)，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩限制，進(jìn)行加減速控制，另外可以和外部計算機(jī)通訊，備份伺服參數(shù)，并在上位機(jī)顯示電流、扭矩波形，便于觀察。CNC和數(shù)字式伺服的連接方法有以下幾種：1）備有現(xiàn)場總線的系統(tǒng)。例如西門子802D，F(xiàn)AGOR 8055、8

31、070等，采用如圖1所示的連接。對FAGOR 8055，8070而言，現(xiàn)場總線SERCOS連接CNC和主軸、伺服驅(qū)動與圖1連接一樣。2）FANUC數(shù)字伺服連接。伺服電動機(jī)上的編碼器將信號直接反饋給CNC系統(tǒng)，既作為位置反饋(半閉環(huán))，又作為速度反饋。CNC發(fā)出的速度指令送入驅(qū)動單元的JV1B和JV2B。OiC系統(tǒng)則采用FSSB光纖進(jìn)行CNC和伺服通信，這和三菱伺服的連結(jié)類似。3）三菱公司數(shù)字伺服的連接。與上述FANUC系統(tǒng)有所不同是CNC僅向伺服驅(qū)動提供位置命令，位置環(huán)和速度環(huán)均在數(shù)字伺服MDS-SVJ2之中完成，并且驅(qū)動單元之間亦為串行聯(lián)結(jié)，即所謂“位置環(huán)下移”現(xiàn)象。伺服系統(tǒng)具有原數(shù)控的部分

32、功能，有利于簡化數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高數(shù)控系統(tǒng)運行的可靠性。3.28 數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境越來越友好數(shù)控系統(tǒng)如何安裝在一臺機(jī)床上，這就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。除了硬件聯(lián)結(jié)之外主要有兩個方面的問題，一個是PLC梯形圖的編寫。另一個是機(jī)床參數(shù)的確定。前者主要解決輔助功能的匹配，比如機(jī)床冷卻、潤滑、主軸正、反轉(zhuǎn)以與機(jī)床操作面板的適配。而后者主要匹配機(jī)床的主運動，例如進(jìn)給速度，加減速，行程限制等。這里主要介紹PLC梯形圖的開發(fā)問題。早期的數(shù)控機(jī)床的梯形圖是由CNC工程師根據(jù)機(jī)床的功能編寫的。編譯完以后再插入到數(shù)控軟件中去，隨著數(shù)控技術(shù)的普與，原先由數(shù)控系統(tǒng)制造商壟斷的接口軟件開發(fā)已轉(zhuǎn)移到機(jī)床廠或數(shù)控集成商。用

33、戶可根據(jù)CNC制造商提供的集成方法和文件自行開發(fā)，大大促進(jìn)了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普與?，F(xiàn)在為了減輕機(jī)床廠和系統(tǒng)集成商編寫梯形圖的負(fù)擔(dān)，西門子公司在802D系統(tǒng)中提供了PLC應(yīng)用程序?qū)嵗妥映绦驇煺f明，最終用戶在編寫梯形圖時，只要利用參數(shù)調(diào)用就可以完成梯形圖的編寫，大大方便了用戶并節(jié)約了時間。CAPP(計算機(jī)輔助工藝設(shè)計)容滲入到CNC亦是目前的一個發(fā)展方向，這樣有助于加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。PC-based CNC的出現(xiàn)為CAPP容的滲透創(chuàng)造了有利條件。由于數(shù)控控制軟件目前沒有公開，因此最終用戶在進(jìn)行二次開發(fā)時始終處于一種被動狀態(tài)，可以設(shè)想一下，未來的數(shù)控控制軟件是機(jī)床廠或系統(tǒng)集成商可以自由裝配

34、的，就象目前的PLC梯形圖開發(fā)一樣隨意。真正的個性化的數(shù)控機(jī)床將會被每個高水平的集成商或最終用戶開發(fā)出來。這樣的數(shù)控集成環(huán)境才是最美好的。嵌入式實時操作系統(tǒng)特別是源碼公開的Linux嵌入式實時核的出現(xiàn)為這種前景提供了可能。3.29 數(shù)控相關(guān)技術(shù)和社會服務(wù)體系正在逐步完善數(shù)控相關(guān)技術(shù)，首推CAD/CAM，目前商用的CAD/CAM軟件十分豐富，UG-II，Pro/E，Solidworks，Mastercam等已十分普遍。并將工藝設(shè)計(CAPP)容融合進(jìn)去，給用戶提供典型工藝方案以供選擇。所生成的數(shù)控零件加工程序更符合實際需要。目前存在的普遍問題是CAD/CAM軟件產(chǎn)生的二進(jìn)制文件(刀位文件)均要經(jīng)過后置處理轉(zhuǎn)化為字符串文件，供給數(shù)控機(jī)床使用。而這些零件加工程序一進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)后又還原二進(jìn)制文件以供插補(bǔ)等運算。這種信息傳遞的過程很難做到高效、優(yōu)質(zhì)、快捷。人們期待著一種CAD/CAM/CNC的高效信息傳遞方式。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展離不開整個社會服務(wù)體系的完善，包括人材培訓(xùn)，維修服務(wù)等方面的配合。2002年10月國家勞動和社會保障部啟動機(jī)電類高層次技能型人材培訓(xùn)工程，包括