數(shù)控技術(shù)對傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)的滲透產(chǎn)生了機(jī)電一體化產(chǎn)品：數(shù)控機(jī)床睬仿。本文介紹當(dāng)前國內(nèi)外NC技術(shù)的現(xiàn)狀负稚，包括開放體系結(jié)構(gòu)的采用、高精高速高效功能的提高络跷、軟件數(shù)字伺服技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展等绑僵。然后介紹NC技術(shù)在集成化、網(wǎng)絡(luò)化页本、智能化及數(shù)字化等的發(fā)展趨勢狼隶。為了把我國NC產(chǎn)業(yè)搞上去睬够，本文提出發(fā)展NC產(chǎn)業(yè)要注重系統(tǒng)配套壮才、可靠性、重視創(chuàng)新和加強(qiáng)服務(wù)的一些對策枯瞒。

　　數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品口箭；其技術(shù)范圍復(fù)蓋很多領(lǐng)域：(1)機(jī)械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工念秧、傳輸技術(shù)：(3)自動控制技術(shù)淤井；(4)伺服驅(qū)動技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)：(6)軟件技術(shù)等摊趾。計(jì)算機(jī)對傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透币狠，完全改變了制造業(yè)。制造業(yè)不但成為工業(yè)化的象征砾层，而且由于信息技術(shù)的滲透漩绵，使制造業(yè)猶如朝陽產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展天地。

　　一肛炮，數(shù)控技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀：

　　1 開放結(jié)構(gòu)的發(fā)展

　　數(shù)控技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在止吐，已有近50年的歷史。按照電子器件的發(fā)展可分為五個(gè)發(fā)展階段：電子管數(shù)控侨糟，晶體管數(shù)控碍扔，中小規(guī)模IC數(shù)控，小型計(jì)算機(jī)數(shù)控秕重，微處理器數(shù)控不同；從體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，可分為以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)脏貌、計(jì)算機(jī)硬件及軟件組成的CNC數(shù)控系統(tǒng)泡煌，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)和伺服電機(jī)驅(qū)動的閉環(huán)系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)裝備的機(jī)床大大提高了加工精度站绑、速度和效率焦莉。人類發(fā)明了機(jī)器，延長和擴(kuò)展人的手腳功能：當(dāng)出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)以后季佣，制造廠家逐漸希望數(shù)控系統(tǒng)能部分代替機(jī)床設(shè)計(jì)師和操作者的大腦份帮，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝溪茶、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能放進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)手财， 同時(shí)也希望系統(tǒng)具有圖形交互、診斷功能等徊极。首先就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和開發(fā)平臺徐扯，通過這個(gè)界面和平臺開放而自由地執(zhí)行和表達(dá)自己的思路。這就產(chǎn)生了開放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)狡秋。機(jī)床制造商可以在該開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件和軟件構(gòu)成自己的系統(tǒng)苫馏。目前，開放系統(tǒng)有兩種基本結(jié)構(gòu)：(1)CNC+PC主板：把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機(jī)器中胜嗓，PC板主要運(yùn)彳¨F實(shí)時(shí)控制高职，CNC主要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動為主的實(shí)時(shí)控制钩乍。(2)PC+運(yùn)動控制板：把運(yùn)動控制板插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制用，而PC機(jī)主要作非實(shí)時(shí)控制怔锌。開放結(jié)構(gòu)在90年代初形成寥粹；對于許多熟悉計(jì)算機(jī)應(yīng)用的系統(tǒng)廠家，往往采用第(2)方案埃元。但目前主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認(rèn)為數(shù)控系統(tǒng)最主要的性能是可靠性涝涤，象PC機(jī)存在的死機(jī)現(xiàn)象是不允許的。而系統(tǒng)功能首先追求的仍然是高精高速的加工岛杀。加上這些廠家長期已經(jīng)生產(chǎn)大量的數(shù)控系統(tǒng)：體系結(jié)構(gòu)的變化會對他們原系統(tǒng)的維修服務(wù)和可靠性產(chǎn)生不良的影響妄痪。因此不把開放結(jié)構(gòu)作為主要的產(chǎn)品，仍然大量生產(chǎn)原結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)楞件。為了增加開放性衫生，主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家往往采用(1)方案，即在不變化原系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一塊PC板土浸，提供鍵盤使用戶能把PC和CNC聯(lián)系在一起诵执，大大提高了人機(jī)界面的功能比較典型的如FANUC的150/160／180／210系統(tǒng)。有些廠家也把這種裝置稱為融合系統(tǒng)(fusion system)交豪。由于它工作可靠唾囚，界面開放，越來越受到機(jī)床制造商的歡迎善占。

　　2 軟件伺服驅(qū)動技術(shù)

　　伺服技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分君哮。廣義上說，采用計(jì)算機(jī)控制遮英，控制算法采用軟件的伺服裝置稱為“軟件伺服”焊槐。它有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)無溫漂，穩(wěn)定性好厅瘩。(2)基于數(shù)值計(jì)算斗液，精度高。(3)通過參數(shù)對設(shè)定紊尺，調(diào)整減少彰晌。(4)容易做成ASIC電路。70年代达吞，美國GATTYS公司發(fā)明了直流力矩伺服電機(jī)张弛，從此開始大量采用直流電機(jī)驅(qū)動。開環(huán)的系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)的系統(tǒng)取代酪劫。但直流電機(jī)存在以下缺點(diǎn)：(1)電動機(jī)容量吞鸭、最高轉(zhuǎn)速、環(huán)境條件受到限制契耿；(2)換向器瞒大、電刷維護(hù)不方便。交流異步電機(jī)雖然價(jià)格便宜搪桂、結(jié)構(gòu)簡單透敌，但早期由於控制性能差，所以很長時(shí)間沒有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應(yīng)用踢械。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展酗电，1971年，德國西門子的Blaschke發(fā)明了交流異步機(jī)的矢量控制法内列；1980年撵术，德國人Leonhard為首的研究小組在應(yīng)用微理器的矢量控制的研究中取得進(jìn)展，使矢量控制實(shí)用化话瞧。從70年代末邪盼，·數(shù)控機(jī)床逐漸采用異步電機(jī)為主軸的驅(qū)動電機(jī)。如果把直流電機(jī)進(jìn)行“里翻外”的處理鹅媒，即把電驅(qū)繞組裝在定子梗擅，轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置矛郁，這就構(gòu)成了永磁無刷電機(jī)意苞。這種電機(jī)具有良好的伺服性能。從80年代開始蒜座，逐漸應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給驅(qū)動裝置上美域。為了實(shí)現(xiàn)更高的加工精度和速度，90年代叽渡，許多公司又研制了直線電機(jī)茧纵。它由兩個(gè)非接觸元件組成，即磁板和線卷滑座：電磁力直接作用于移動的元件而無需機(jī)械連接酣殊，沒有機(jī)械滯后或螺距周期誤差鹉奸，精度完全依賴于直線反饋系統(tǒng)和分級的支承，由全數(shù)字伺服驅(qū)動钱雷，剛性高骂铁，頻響好，因而可獲得高速度罩抗。但由于它的推力還不夠大拉庵，發(fā)熱，漏磁及造價(jià)也影響了它的廣—泛應(yīng)用套蒂。對現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)钞支，伺服技術(shù)取得的最大突破可以歸結(jié)為：交流驅(qū)動取代直流驅(qū)動、數(shù)字控制取代模擬控制操刀、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制烁挟。這兩種突破的結(jié)果產(chǎn)生了交流數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)婴洼，應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝置。由于電力電子技術(shù)及控制理論撼嗓、微處理器等微電子技術(shù)的快速發(fā)展柬采，軟件運(yùn)算及處理能力的提高，特別是DSP的應(yīng)用且警，使系統(tǒng)的計(jì)算速度大大提高粉捻，采樣時(shí)間大大減少。這些技術(shù)的突破阿钞，使伺服系統(tǒng)性能改善杖荤、可靠性提高、調(diào)試方便篇张、柔性增強(qiáng)窥吮。大大推動了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。

　　3 CNC系統(tǒng)的連網(wǎng)

　　數(shù)控系統(tǒng)從控制單臺機(jī)床到控制多臺機(jī)床的分級式控制需要網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信胀蹭；網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是進(jìn)行通信扇收，共享信息。這種通信通常分三級：(1)工廠管理級超茎。一般由以太網(wǎng)組成役倾。(2)車間單元控制級。一般由DNC功能進(jìn)行控制标霎。通過DNC功能形成網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對零件程序的上傳或·F傳：讀刃撮、寫CNC的數(shù)據(jù)： PLC數(shù)據(jù)的傳送；存貯器操作控制铡说；系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等畸裳。更高檔次的DNC還可以對CAD／CAM/CAPP以及CNC的程序進(jìn)行傳送和分級管理。CNC與通信網(wǎng)絡(luò)連系在一起還可以傳遞維修數(shù)據(jù)淳地，使用戶與NC生產(chǎn)廠直接通信：進(jìn)而怖糊，把制造廠家連系一起，構(gòu)成虛擬制造網(wǎng)絡(luò)颇象。(3)現(xiàn)場設(shè)備級∥樯耍現(xiàn)場級與車間單元控制級及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設(shè)備單機(jī)及工／0控制、連線控制遣钳、通信連網(wǎng)扰魂、在線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集蕴茴、存儲劝评、統(tǒng)計(jì)等功能，保證現(xiàn)場設(shè)備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務(wù)，并將現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層蒋畜，向工廠級提供數(shù)據(jù)声畏。同時(shí)也可接受工廠管理層下達(dá)的生產(chǎn)管理及調(diào)度命令并執(zhí)行之。因此姻成，現(xiàn)場級與車間級是實(shí)現(xiàn)工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)淤点。傳統(tǒng)的現(xiàn)場級大多是基于PLC的分布式系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是現(xiàn)場層設(shè)備與控制器之間的連接是一對一惕仪，即一個(gè)I/0點(diǎn)對設(shè)備的一個(gè)測控點(diǎn)。所謂工／0接線方式為傳遞4—20ma(模擬量信息)或24VDC(開關(guān)量信息)洒已。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：信息集成能力不強(qiáng)界贮、系統(tǒng)不開放、可集成性差受贫、專業(yè)性不強(qiáng)驾萄、可靠性不易保證、可維護(hù)性不高≡〔酰現(xiàn)場總線是以單個(gè)分散的亥戒、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)冗腐，用總線相連接率偏，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)蚊患。因此浙于，現(xiàn)場總線是面向：f廠底層自動化及信息集成的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)的主要特點(diǎn)為：它是數(shù)控系統(tǒng)通信向現(xiàn)場級的延伸挟纱、數(shù)字化通信取代4—20ma模擬信號羞酗、應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，要求現(xiàn)場設(shè)備智能化(可編程或可參數(shù)化)：它集現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制紊服、參數(shù)化及故障診斷為一體：由于現(xiàn)場總線具有開放性檀轨、互操作性、互換性欺嗤、可集成性参萄，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)。它對提高生產(chǎn)效率煎饼、降低生產(chǎn)成本非常重要拧揽。目前在工業(yè)上采用的現(xiàn)場總線有Profibus-DP，SERCOS腺占，JPCN-1淤袜，Deviconet，CAN衰伯，hterbus—S蜻赃，Marco等椰严。有的公司還有自己的總線，比如FANUC的FSSB钥币，工／OLINK(相當(dāng)于JPCN—1)荡偶，YASKAW^的MOTIONLINK等。目前比較活躍的是Prof主bus-DP嘁老，為了允許更快的數(shù)據(jù)傳送速度烧乙，它由0S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控制的醉镇。

　　4 功能不斷發(fā)展和擴(kuò)大

　　NC技術(shù)經(jīng)過50年的發(fā)展辱窘，已經(jīng)成為制造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。這里以FANUC最先進(jìn)的CNC控制系統(tǒng)15i／150i為例說明系統(tǒng)功能的發(fā)展觉祸。這是一臺具有開放性膝班，4通道、最多控制軸數(shù)為24軸布虾、最多聯(lián)動軸數(shù)為24軸庇晤、最多可控制4個(gè)主軸的CNC系統(tǒng)。其快移速度與分辨率關(guān)系如下表屹蚊。
快速移動速度m／min 分辨率 L1m

　　240 1

　　100 0．1

　　10 0．01

　　l 0．001

　　它的技術(shù)特點(diǎn)反映了現(xiàn)代NC發(fā)展的特點(diǎn)：

　　1 開放性：

　　系統(tǒng)可通過光纖與PC機(jī)連接厕氨，采用Window兼容軟件和開發(fā)環(huán)境。功能以高速汹粤、超精為核心腐巢，并具有智能控制。特別適合於加工航空機(jī)械零件玄括，汽車及家電的高精零件冯丙，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)功能遭京；即使系統(tǒng)的沒定編程單位為1um胃惜，通過納米插補(bǔ)也可提供給數(shù)字伺服以lnm為單位的指令，平滑了機(jī)床的移動量哪雕，提高了加工表面光潔度船殉，大大減少加工工表面的誤差。當(dāng)分辨率為o．oolmm時(shí)斯嚎，快速可達(dá)240m/min速度利虫；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)處理返雷。(2)智能控制舔远，計(jì)及機(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)揮陌贾。以便降低加工時(shí)間转是，提高效率，同時(shí)提高加工精度矢盾。(3)系統(tǒng)可在分辨率為1nm時(shí)工作粤段，適用於控制超精機(jī)械。

　　2 高級復(fù)雜的功能：

　　15i／150i可進(jìn)行各種數(shù)學(xué)的插補(bǔ)姚藤，如直線幢剂、圓弧、螺旋線偷欲、漸開線凳赃、螺旋漸開線、樣條等插補(bǔ)缚庐。也可以進(jìn)行NURBS(Non uniform rat主ona!B spline)插補(bǔ)唁奢。采用NURBS插補(bǔ)可以人人減少NC程序的數(shù)據(jù)輸入量霎挟，減少加工時(shí)間窝剖，特別適用模具加工。NURBS插補(bǔ)不需任何硬件酥夭。

　　3 強(qiáng)力的聯(lián)網(wǎng)通信功能赐纱。適應(yīng)工廠自動化需要，支持標(biāo)準(zhǔn)FA網(wǎng)絡(luò)及DNC的連接熬北。

　　(1)工廠干線或控制層通信網(wǎng)絡(luò)：由PC機(jī)通過以太網(wǎng)控制多臺15i／150i組成的加工單元疙描，可以傳送數(shù)據(jù)、參數(shù)等讶隐∑鹨龋　　　　　　　　　   

　　(2)設(shè)備層通信網(wǎng)絡(luò)：15㈠150i采用I／0 LINK(與日本標(biāo)準(zhǔn)JPCN—1相對應(yīng)的一種現(xiàn)場總線。

　∥籽印（3）通過RS—485接口傳送工／0信號：或且也可采用Prellbus—DP(符合歐洲1標(biāo)準(zhǔn)EN50170)以12Mbps進(jìn)行高速通信效五。 

　　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處理器控制炉峰，這種結(jié)構(gòu)可進(jìn)行快速大規(guī)模順序控制畏妖。(2)基本PMC指令執(zhí)行時(shí)間為：0．085ps；最大步數(shù)：32宗揣，000步层掺。(3)可以用C語言編程；32位的C語言處理器可作為實(shí)時(shí)多任務(wù)運(yùn)行芍摩；它與梯形圖計(jì)算的PMC處理器并行工作渴门。(4)可在PC機(jī)上進(jìn)行程序開發(fā)。

　　5.先進(jìn)的操作：性和維修性。(1)具有觸摸面板涮凡，容易操作拓币。(2)可采用存儲卡改變輸入輸

　　二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　1肤侍、智能化

　　2琳宽、網(wǎng)絡(luò)化

　　3、集成化

　　4弄业、微機(jī)電控制系統(tǒng)

　　5泛邮、數(shù)字化

　　三、我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考

　　1辈净、注重系統(tǒng)配套

　　2盯质、注重產(chǎn)品的可靠性

　　3、提倡創(chuàng)新概而，加強(qiáng)服務(wù)

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