隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展镇饺，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革肪瘤，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資邢入，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，提出了全新的制造模式讼载。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中轿秧，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子咨堤、計(jì)算機(jī)菇篡、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)吱型、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體逸贾，具有高精度、高效率津滞、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化灼伤、集成化触徐、智能化起著舉足輕重的作用。目前狐赡，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革撞鹉，由專用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上颖侄，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型藻礁、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上重柄，綜合了計(jì)算機(jī)庆率、多媒體、模糊控制汤史、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)软殿，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精巴锄、高效控制骨惫，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)惕拍，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理蜀勃；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體狼棠，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)驼鳞，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

長(zhǎng)期以來(lái)丙者，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)复斥，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器营密。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò)CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制目锭。CAD/CAM和CNC之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié)评汰，整個(gè)制造過(guò)程中CNC只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下痢虹，加工過(guò)程中的刀具組合被去、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速奖唯、進(jìn)給速率惨缆、刀具軌跡、切削深度丰捷、步長(zhǎng)坯墨、加工余量等加工參數(shù)，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整病往，更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM中的設(shè)定量捣染，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見(jiàn)饭糊，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)豌泊，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過(guò)程稳虱，因此怔于，對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行。

數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 性能發(fā)展方向

(1) 高速高精高效化

速度畅刑、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)姚详。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片补蠢、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)伦颊，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施姜架，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高青弃。

(2) 柔性化

包含兩方面：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)隙譬，功能覆蓋面大卖氨，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求负懦；群控系統(tǒng)的柔性筒捺，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)的效能系吭。

(3) 工藝復(fù)合性和多軸化

以減少工序五嫂、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸肯尺、多系列控制功能方向發(fā)展沃缘。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)換刀则吟、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施槐臀，完成多工序、多表面的復(fù)合加工氓仲。數(shù)控技術(shù)軸水慨，西門子880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)境敬扛，其作用是如何調(diào)度任務(wù)现熔，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滤躺∥鞔纾科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合缕粗，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)展沈席，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的侧蜗、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)域谭迄。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域杉朝，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、模糊控制怔樊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制羹圣、專家控制、學(xué)習(xí)控制贫宫、前饋控制等拼岳。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)况芒、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)惜纸，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)前饋功能绝骚，在壓力耐版、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制粪牲，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高古瓤，從而達(dá)到最佳控制的目的。

2.2 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)話接口腺阳。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同落君，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舌狗。當(dāng)前INTERNET叽奥、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痛侍。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用塘袍，人們可以通過(guò)窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程葱山、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示绑接、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真近陈、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)柑汇。

(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)紊埂，而可以直接使用圖形豫狸、圖像、動(dòng)畫等可視信息庶消÷覆茫可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域媚哪，如無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)烛许、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期耙厚、提高產(chǎn)品質(zhì)量强挫、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域薛躬，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM俯渤，如自動(dòng)編程設(shè)計(jì)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定泛豪、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理和顯示以及加工過(guò)程的可視化仿真演示等稠诲。

(3) 插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化

多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)诡曙、圓柱插補(bǔ)臀叙、空間橢圓曲面插補(bǔ)略水、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)劝萤、2D+2螺旋插補(bǔ)渊涝、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))床嫌、樣條插補(bǔ)(A跨释、B、C樣條)风加、多項(xiàng)式插補(bǔ)等蝎疹。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償宠佩、象限誤差補(bǔ)償边饿、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償蚀抄、溫度補(bǔ)償值舀、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?/p>

(4) 內(nèi)裝高性能PLC

數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程牌盖，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能裙澎。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗脩艨稍跇?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改吧郑，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序艘彭。

(5) 多媒體技術(shù)應(yīng)用

多媒體技術(shù)集計(jì)算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體颗蝶，使計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音乘碑、文字、圖像和視頻信息的能力金拒。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化套腹、智能化绪抛，在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面有著重大的應(yīng)用價(jià)值电禀。

2.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

(1) 集成化

采用高度集成化CPU幢码、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路FPGA尖飞、EPLD症副、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度政基。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)贞铣，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕辕坝、體積小窍奋、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)酷卖，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示执峰，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流喊宿。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)饭磕，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過(guò)提高集成電路密度荞宰、減少互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)降低產(chǎn)品價(jià)格现伺，改進(jìn)性能，減小組件尺寸簿混，提高系統(tǒng)的可靠性僚料。

(2) 模塊化

硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求烁枣，將基本模塊毡飒，如CPU、存儲(chǔ)器隶鹰、位置伺服痪寻、PLC、輸入輸出接口虽惭、通訊等模塊橡类，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減芽唇，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)顾画。

(3) 網(wǎng)絡(luò)化

機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無(wú)人化操作。通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)匆笤，可在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程研侣、設(shè)定、操作炮捧、運(yùn)行庶诡，不同機(jī)床的畫面可同時(shí)顯示在每一臺(tái)機(jī)床的屏幕上。

(4) 通用型開(kāi)放式閉環(huán)控制模式

采用通用計(jì)算機(jī)組成總線式咆课、模塊化末誓、開(kāi)放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)书蚪，便于裁剪酝凄、擴(kuò)展和升級(jí)食迈，可組成不同檔次、不同類型囊砰、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)重我。閉環(huán)控制模式是針對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開(kāi)環(huán)控制模式提出的。由于制造過(guò)程是一個(gè)具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過(guò)程为惧，包含諸如加工尺寸狼谋、形狀、振動(dòng)搬即、噪聲坑搀、溫度和熱變形等各種變化因素，因此贿桃，要實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的多目標(biāo)優(yōu)化溜封，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量裹视。加工過(guò)程中采用開(kāi)放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式踢寂，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)缠黍、多媒體技術(shù)弄兜、CAD/CAM、伺服控制瓷式、自適應(yīng)控制替饿、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體贸典，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系视卢，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化廊驼、網(wǎng)絡(luò)化据过。

智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)

當(dāng)前開(kāi)發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過(guò)程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的妒挎、智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)已成為可能蝶俱。

智能化新一代PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)饥漫、CAD/CAM、伺服控制罗标、自適應(yīng)控制拍斜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體过拿，形成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系惹炕。

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