數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展途徑的探討

1、1 / 27第一章數(shù)控技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀它是數(shù)控系統(tǒng)通信向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的延伸、數(shù)字化通信取代420ma模擬信號(hào)、應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化（可編程或可參 數(shù)化）：它既實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、參數(shù)化及故障診斷為一體：由于現(xiàn)場(chǎng)總線具有開(kāi)放性、互操作性、互換性、可集成性，因此 是實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備層信息集成的關(guān)鍵技術(shù)。它對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本非常重要。目前在工業(yè)上采用的現(xiàn)場(chǎng)總線有Profibus-DP，SERCQSJPCN-1, Deviconet，CAN hterbusS,Marco等。有的公司還有自己的總線，比如FANUC勺FSSB工/OLINK（相當(dāng)于JPCN-1），YASKAW的MOTI

2、ONLIN等。目前比較活 躍的是Prof主bus-DP，為了允許更快的數(shù)據(jù)傳送速度，它由OS工的七層結(jié)構(gòu)省去3-7層構(gòu)成。西門子最新推出802D的伺服控制 就是由Profibus-DP控制的。1.4功能不斷發(fā)展和擴(kuò)大NC技術(shù)經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展， 已經(jīng)成為制造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。 這 里以FANU（最先進(jìn)的CNC控制系統(tǒng)15i/150i為例說(shuō)明系統(tǒng)功能 的發(fā)展。這是一臺(tái)具有開(kāi)放性，4通道、最多控制軸數(shù)為24軸、 最多聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為24軸、最多可控制4個(gè)主軸的CN係統(tǒng)。其快速 移動(dòng)速度與分辨率關(guān)系如下表?？焖僖苿?dòng)速度m/min快速移動(dòng)速度m/min24011000.1100.012 / 27l0.001它的

3、技術(shù)特點(diǎn)反映了現(xiàn)代NC發(fā)展的特點(diǎn)：1開(kāi)放性：系統(tǒng)可通過(guò)光纖與PC機(jī)連接，采用Window兼容軟件和開(kāi)發(fā) 環(huán)境。功能以高速、 超精為核心， 并具有智能控制。 特別適合於 加工航空機(jī)械零件，汽車及家電的高精零件，各種模具和復(fù)雜的 需5軸加工的零件。15i/150主具有高精納米插補(bǔ)功能；即使系 統(tǒng)的沒(méi)定編程單位為1um通過(guò)納米插補(bǔ)也可提供給數(shù)字伺服以Inm為單位的指令，平滑了機(jī)床的移動(dòng)量，提高了加工表面光潔度， 大大減少加工工表面的誤差。當(dāng)分辨率為0.001mm時(shí)，快速可達(dá)240m/min速度；系統(tǒng)還具有高速高精加工的智能控制功能：(1)預(yù)計(jì)算出多程序段刀具軌跡，并進(jìn)行預(yù)處理。(2)智能控制，計(jì)及

4、機(jī)床的機(jī)械性能，可按最佳的允許進(jìn)給率和最人的允許加速度J:作，使機(jī)床的功能得到最大的發(fā)揮。以便降低加工時(shí)間，提高效 率，同時(shí)提高加工精度。(3)系統(tǒng)可在分辨率為1nm時(shí)工作，適用 於控制超精機(jī)械。2高級(jí)復(fù)雜的功能：15i/150i可進(jìn)行各種數(shù)學(xué)的插補(bǔ)，如直線、圓弧、螺旋線、漸開(kāi)線、螺旋漸開(kāi)線、樣條等插補(bǔ)。也可以進(jìn)行NURBS(Nouniform rat主ona!B spline)插補(bǔ)。采用NURBS!補(bǔ)可以人人減少NC程 序的數(shù)據(jù)輸入量，減少加工時(shí)間，特別適用模具加工。NURBS!補(bǔ)不需任何硬件。3強(qiáng)力的聯(lián)網(wǎng)通信功能。適應(yīng)工廠自動(dòng)化需要，支持標(biāo)準(zhǔn)FA網(wǎng)絡(luò)3 / 27及DNC勺連接(1)工廠干線

5、或控制層通信網(wǎng)絡(luò)：由PC機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)控制多臺(tái)15i150i組成勺加工單元，可以傳送數(shù)據(jù)、參數(shù)等。(2)設(shè)備層 通信網(wǎng)絡(luò)：15150i采用I/0 LINK(與日本標(biāo)準(zhǔn)JPC1相對(duì)應(yīng) 的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。(3)通過(guò)RS-485接口傳送工/0信號(hào)：或且也 可采用PrellbusDP(符合歐洲1標(biāo)準(zhǔn)EN50170)以12Mbps進(jìn)行高 速通信。4 .具有高速內(nèi)裝的PMC有的廠商稱為PLC),以減少加工的循環(huán) 的時(shí)間：(1)梯形圖和順序程序由專用的PMC處理器控制，這種結(jié)構(gòu)可 進(jìn)行快速大規(guī)模順序控制。(2)基本PMC旨令執(zhí)行時(shí)間為：0.085ps；最大步數(shù)：32,000步。(3)可以用C語(yǔ)言編程；32位的C

6、語(yǔ)言處 理器可作為實(shí)時(shí)多任務(wù)運(yùn)行；它與梯形圖計(jì)算的PMC處理器并行工作。(4)可在PC機(jī)上進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。5.先進(jìn)的操作：性和維修性(1)具有觸摸面板,容易操作。(2)可采用存儲(chǔ)卡改變輸入輸 出。第二章 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.1性能發(fā)展方向1、高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能旨標(biāo)。由于采 用了高速CPUS片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率 絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng),同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、4 / 27靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。2、柔性化它包含兩方面：a.數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊 化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，

7、便于滿足不同用戶的需求；b.群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控 系統(tǒng)的效能。3、工藝復(fù)合性和多軸化以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一 臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種 措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子 系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。4、實(shí)時(shí)智能化早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如 何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖 用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今

8、天，實(shí) 時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、 更加復(fù) 雜的應(yīng)用發(fā)展， 由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控 技術(shù)領(lǐng)域， 實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、 前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專 家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和8805 / 27刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài) 前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的

9、目的。1.2功能發(fā)展方向1、用戶界面圖形化 用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口。由于不同用 戶對(duì)界面的要求不同， 因而開(kāi)發(fā)用戶界面的工作量極大， 用戶界 面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNE、T虛 擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更 高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可 以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩 色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方 向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。2、科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交 流不再局限于用文字和語(yǔ)言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息。