数控编程技术发展趋势

数控技术的发展趋势智能数控系统数控技术的发展趋势智能数控系统国内外数控系统的发展随着计算机技术的飞速发展，传统制造业已经开始发生根本性的变化。发达工业国家对现代制造技术的研发投入巨大，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术。它集成了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高科技技术。它具有精度高、效率高、自动化灵活等特点。它对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着决定性的作用。目前，数控技术正在发生根本性的变化，从一种特殊的闭环控制模式转变为一种通用的开放式实时动态全闭环控制模式。在集成的基础上，数控系统实现了超薄和超小型化。它以智能为基础，集成了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术。该数控系统实现了高速、高精度、高效率的控制，并能在加工过程中自动校正、调整和补偿各种参数，从而实现在线诊断和智能故障处理。在网络化的基础上，将计算机辅助设计/计算机辅助制造与数控系统集成为一体，实现机床网络化，实现集中控制下的群控加工。长期以来，我国的数控系统是传统的封闭体系结构，数控系统只能作为非智能机床的运动控制器使用。加工过程变量根据经验以固定参数的形式预先设定，加工程序在实际加工前由人工编制或通过计算机辅助设计/计算机辅助制造和自动编程系统编制。计算机辅助设计/计算机辅助制造与数控系统之间没有反馈控制环节。在整个制造过程中，数控系统只是一个闭环的开环执行器。在复杂的环境和多变的条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速度、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数无法根据现场环境中的外部干扰和随机因素进行实时动态调整，也无法通过反馈控制环节对计算机辅助设计/计算机辅助制造中的设定值进行随机修正，从而影响数控工作效率和产品加工质量。由此可见，传统数控系统的固定程序控制模式和封闭体系结构限制了数控向多变量智能控制的发展，不再适合日益复杂的制造过程。因此，数控技术的改革势在必行。数控技术的发展趋势性能发展方向：(1)高速、高精度和高效率速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速中央处理器芯片、RISC芯片、多中央处理器控制系统和具有高分辨率绝对检测元件的交流数字伺服系统，以及改善机床动静态特性的有效措施，机床的高速、高精度和高效率得到了极大的提高。(2)柔性包括两个方面：数控系统本身的柔性；数控系统的模块化设计，功能覆盖面大，裁剪性强，方便满足不同用户的需求；群控系统的灵活性，同一个群控系统可以根据不同生产过程的要求自动、动态地调整物流和信息流，从而最大限度地提高群控系统的效率。(3)以减少工序和辅助时间为主要目的的工序复合和多轴复合加工正向多轴、多系列控制功能发展。数控机床的工艺复合是指工件第一次夹紧在机床上后，通过自动换刀、旋转主轴头或转盘等多种措施，完成多工序、多表面的复合加工。西门子880系统的控制轴数量可达24个。(4)实时智能早期实时系统通常针对一个相对简单的理想环境，其功能是如何调度任务以保证任务在规定的时限内完成。然而，人工智能试图通过使用计算模型来实现人类的各种智能行为。随着科学技术的发展，实时系统和人工智能相互结合。人工智能正朝着具有实时响应的更现实的领域发展，而实时系统也正朝着具有智能行为的更复杂的应用发展，从而开创了实时智能控制的新领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如，数控系统配备有自适应调节系统，如编程专家系统、故障诊断专家系统、自动参数设置、自动刀具管理和补偿等。在高速加工集成运动控制中，引入了提前预测、预算和动态前馈功能，在压力、温度、位置和速度控制等方面采用模糊控制。使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最优控制的目的。功能发展方向(1)用户界面图形用户界面是数控系统和用户之间的对话界面。因为不同的用户对界面有不同的要求，所以开发用户界面需要大量的工作。用户界面已经成为计算机软件开发中最困难的部分之一。目前，互联网、虚拟现实、科学计算可视化和多媒体技术也对用户界面提出了更高的要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于实现蓝图编程和快速编程、三维彩色三维动态图形显示和模拟、不同方向的视图和局部显示缩放功能。(2)科学计算可视化科学计算可视化可用于有效地处理数据和解释数据，因此信息交换不再局限于文字和语言，而是可以直接使用图形、图像、动画等视觉信息。可视化技术和虚拟环境技术的结合进一步拓宽了非绘图设计和虚拟样机技术等应用领域，对缩短产品设计周期、提高产品质量和降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可以应用于计算机辅助设计/计算机辅助制造，如自动编程设计、自动参数设置、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示、加工过程的可视化仿真演示等。(3)插补和补偿方法多样，包括线性插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D 2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能，如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、俯仰和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、平滑进刀和退刀的刀具半径补偿以及对点计算等。(4)内置高性能可编程控制器数控系统内置高性能可编程控制器控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具包括车床铣床的标准可编程逻辑控制器用户程序示例。用户可以编辑和修改标准的PLC用户程序，从而方便地建立自己的应用程序。(5)多媒体技术多媒体技术的应用集成了计算机、视听和通信技术，使计算机能够全面处理音频、文本、图像和视频信息。在数控技术领域，多媒体技术的应用可以使信息处理更加便捷:(1)集成架构的开发采用高度集成的中央处理器、RISC芯片、大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD和专用集成电路ASIC芯片，可以提高数控系统的集成水平和软硬件运行速度。应用平板显示技术可以提高显示性能。平板显示器具有技术含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。它们可以实现超大尺寸显示，成为与阴极射线管竞争的新显示技术，成为21世纪显示技术的主流。先进的封装和互连技术被用于集成半导体和表面贴装技术。通过增加集成电路的密度并减少互连的长度和数量，可以降低产品的价格，提高性能，减小元件尺寸，并提高系统的可靠性。(2)模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块如中央处理器、存储器、位置伺服、可编程控制器、输入/输出接口、通信等模块制成标准系列产品，通过积木块进行功能切割和模块数量增减，形成不同等级的数控系统。(3)网络化机床可以实现远程控制和无人操作的网络化。通过机床联网，其他机床可以在任何机床上编程、设置、操作和操作，不同机床的图片可以同时显示在每个机床的屏幕上。(4)通用开环闭环控制模式采用通用计算机形成总线式、模块化、开放式和嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可以形成不同等级、类型和集成度的数控系统。闭环控制模式是针对传统数控系统中唯一专用的单机闭环控制模式而提出的。由于制造过程是一个多变量控制、加工工艺综合作用的复杂过程，包括加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素。为了实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量闭环控制，加工过程变量必须在实时加工过程中动态调整。加工过程采用开放式通用实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、计算机辅助设计/制造、伺服控制、自适应控制、动态数据管理、动态刀具补偿、动态仿真等高科技技术集成到制造过程的闭