第1章数控技术

1、课程的性质和目的课程的性质和目的: 是机械电子工程专业的一门是机械电子工程专业的一门主要主要专业基础课专业基础课，在有关的基，在有关的基础课及其有关专业课的配合下，础课及其有关专业课的配合下，以数控机床为对象，研究计算机以数控机床为对象，研究计算机数字控制系统的基本原理及其在数字控制系统的基本原理及其在数控机床上的应用。数控机床上的应用。学习的重要性学习的重要性: 现在数控技术已成为制造业实现现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的技术，现代的CAD/CAM，FMS和和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都、敏捷制造和智能制造等，都是

2、建立在数控技术之上。是建立在数控技术之上。本课程重点本课程重点:n数控机床的组成数控机床的组成n编程方法编程方法n插补技术插补技术n伺服控制伺服控制第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念第二节第二节 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类第三节第三节 数控机床的特点及适用范围数控机床的特点及适用范围第一节第一节 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念一、概述一、概述 数控技术（数控技术（NC）是指用是指用数字数字化的信息对机床及加工过程进行化的信息对机床及加工过程进行控制的一种方法。控制的一种方法。数控设备数控设备 是采用数控技术的机械设备，

3、是采用数控技术的机械设备，即用数字信号对该设备（机床、即用数字信号对该设备（机床、切割机、绘图机等）自动工作过切割机、绘图机等）自动工作过程进行控制。程进行控制。数控机床数控机床 是采用数字控制技术对机床的是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。加工过程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典型应用的例子。它是数控技术典型应用的例子。数控车床数控车床线线切割机切割机数控加工中心数控加工中心数控加工中心数控加工中心数控加工中心的换刀数控加工中心的换刀脉冲当量脉冲当量() 相对于每一个输入的脉冲信号，相对于每一个输入的脉冲信号，机床移动部件的位移量。是衡量数机床移动部件的位移量。是

4、衡量数控机床加工精度的指标控机床加工精度的指标. 数控系统：数控系统： 是一种控制系统，它自动阅读是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字值，并输入载体上事先给定的数字值，并将其译码，从而使机床动作和加工将其译码，从而使机床动作和加工零件。零件。数控系统包括：数控系统包括：n数控装置数控装置n可编程序控制器可编程序控制器n主轴驱动及进给驱动装置等。主轴驱动及进给驱动装置等。二、数控机床的工作流程二、数控机床的工作流程工艺工艺分析分析数控加数控加工程序工程序工序卡工序卡B A C KS P A C EC T RLIN SC RT A BA L T0S H IF T ZE N D WH

5、OM E TP g Dn OP g Up JR S T E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABE S C1 4 彩 色显 示 器空 运 行Z 轴 锁 定MST 锁 定任 选 程 序 段机 床 锁 定快 进+JOG-JOG主 轴 正 转主 轴 停 主 轴 反 转急 停超 程 解 除循 环 驱 动进 给 保 持冷 却 液 开 关刀 松 /刀 紧主 轴 修 调16010进 给 修 调16050403020100电 源关开1自 动方 式 选 择回 零手 摇点 动步 进单 段驱 动 器NC机 床电 源XYZA主 轴超 程报 警手 摇 脉 冲 发 生 器2010 09

6、0增 量 倍 率1000101001坐 标 轴 选 择Z YX传统加工传统加工数控加工数控加工数控加工与传统加工的比较数控加工与传统加工的比较1、数控加工的工作流程、数控加工的工作流程机床机床零件零件零零件件图图样样程程序序编编制制信信息息载载体体数数控控装装置置主轴转速、转向主轴转速、转向选择、刀具选择选择、刀具选择其它功能选择其它功能选择伺服伺服系统系统刀架或刀架或工作台工作台位移位移检测检测反馈反馈系统系统数控加工中数据转换过程数控加工中数据转换过程译译 码码刀补处理刀补处理插补处理插补处理PLC控制控制进给伺服进给伺服系统系统切削运动、机切削运动、机床床I/O装置装置成形运动成形运动加

7、工程序输入加工程序输入铣削加工铣削加工: 插补插补就是在线段的起点和终点就是在线段的起点和终点坐标值之间进行坐标值之间进行“数据点的密化数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值的方法。求出一系列中间点的坐标值的方法。2、数控机床加工原理、数控机床加工原理n逼近处理逼近处理n插补运算插补运算n指令输出指令输出XLYLiXiYiT0P0Pe三、数控机床的产生和发展三、数控机床的产生和发展1、数控机床的产生、数控机床的产生 从工业化革命以来人们实现机械加工自从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：动化的手段有： n自动机床；自动机床；n组合机床；组合机床；n专用自动生产线。专用自动生产线。汽

8、车后桥齿轮箱加工自动线汽车后桥齿轮箱加工自动线缺点：缺点：n初始投资大；初始投资大；n准备周期长；准备周期长；n柔性差。柔性差。数控机床产生和发展的原因：数控机床产生和发展的原因：n内在动力内在动力-市场竞争激烈市场竞争激烈n外在动力外在动力-电子技术和计算电子技术和计算机技术的飞速发展机技术的飞速发展 数控机床数控机床 是为了解决单件、是为了解决单件、小批量、精度高、复杂型面零件小批量、精度高、复杂型面零件加工的自动化要求而产生的。加工的自动化要求而产生的。2、数控机床的发展、数控机床的发展n1952年，年，Parsons公司和公司和M.I.T合合作研制了世界上第一台三座标数作研制了世界上第

9、一台三座标数控机床。控机床。n1955年，第一台工业用数控机床年，第一台工业用数控机床由美国由美国Bendix公司生产出来。公司生产出来。n从从1952年至今，年至今，NC机床按机床按NC系系统的发展经历的五代。统的发展经历的五代。n第一代：第一代：1955年年 电子管电子管n第二代：第二代：1959年年 晶体管。晶体管。n第三代：第三代：1965年年 小规模集成电路小规模集成电路n第四代：第四代：1970年年 小型计算机小型计算机n第五代：第五代：1974年年 微处理器微处理器NC系统系统CNC系统系统n1994年：年：基于基于PC的的NC系统诞生，系统诞生，使使NC系统的研发进入了开放型、

10、系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型柔性化的新时代，新型NC系统的系统的开发周期日益缩短。它是数控技术开发周期日益缩短。它是数控技术发展的又一个里程碑发展的又一个里程碑。3、 我国数控机床发展情况我国数控机床发展情况1）1958年开始研究数控技术年开始研究数控技术 ；2）1965年，开始研制晶体管数控系统；年，开始研制晶体管数控系统；3）60年代末至年代末至70年代初研制成功年代初研制成功X53K-1G数控铣床、数控铣床、CJK-18数控系统和数控数控系统和数控非圆齿轮插齿机。非圆齿轮插齿机。4）从）从70年代开始，数控技术在机年代开始，数控技术在机械加工领域全面展开；械加工领域全面展

11、开；5）80年代我国先后从日本、美国年代我国先后从日本、美国等国家引进了部分数控装置和伺等国家引进了部分数控装置和伺服系统技术；服系统技术；6）现在，我国已经建立了中、低档数）现在，我国已经建立了中、低档数控机床为主的产业体系。控机床为主的产业体系。 2000年的统计数据年的统计数据n数控机床厂家：数控机床厂家：100n数控系统厂家：数控系统厂家：50n数控机床配套厂家：数控机床配套厂家：300n年产量：年产量：14053台台n数控机床品种：数控机床品种：1300n产量数控化率：产量数控化率：8%（95年年 3.6%）中国数控机床发展水平及数字统计中国数控机床发展水平及数字统计n2002年中国

12、金属加工机床进口、出口贸易统计年中国金属加工机床进口、出口贸易统计进口出口数量(千台)金额(百万$)与上年比较(%)数量(千台)金额(百万$)与上年比较(%)数量金额数量金额金属切削机床合计75.962074.724.2926.605506.58263.922.2213.85其中数控机床18.281453.738.3731.633.1034.641.16-3.242002年世界机床生产前十名年世界机床生产前十名（百万美元）（百万美元）国家(地区)2002年2001年同比德国67377732-17%日本63799390-30%意大利37753794-5%中国3025262415%美国191328

13、53-33%中国台湾1754163510%瑞士17162047-20%西班牙863886-8%韩国8338044%法国812814-5%国家(地区)2002年2001年同比中国5696474020%德国48155712-20%日本34415254-32%美国33255231-36%意大利29323080-10%韩国12231324-8%法国11651516-27%中国台湾9771118-10%西班牙819881-12%英国690897-26%2002年世界机床消费前十名年世界机床消费前十名（百万美元）（百万美元）国家(地区)2002年2001年同比中国3151240631%美国23273411

14、-32%德国19602269-14%意大利9571227-22%韩国790931-15%法国7811188-34%加拿大704739-5%中国台湾661845-22%英国612781-22%日本495660-25%2002年世界机床进口前十名年世界机床进口前十名（百万美元）（百万美元）2002年世界机床出口前十名年世界机床出口前十名（百万美元）（百万美元）国家(地区)2002年2001年同比德国38824288-14%日本34434797-26%意大利18011942-12%瑞士14761756-20%中国台湾143813638%美国9151034-11%英国514708-28%西班牙5014

15、765%法国429486-16%比利时414564-30%第二节第二节 数控机床的组成及分类数控机床的组成及分类一、数控机床的组成一、数控机床的组成数控机床的组成框图数控机床的组成框图机床机床本体本体伺服伺服装置装置辅助装置辅助装置CNC装置装置输入输入输出输出设备设备测量反馈装置测量反馈装置控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表控制介质控制介质输入设备输入设备输出设备输出设备穿孔纸带穿孔纸带纸带阅读机纸带阅读机纸带穿孔机纸带穿孔机磁带磁带磁带机或录音机磁带机或录音机磁盘磁盘磁盘驱动器磁盘驱动器CNC装置组成：装置组成：计算机系统计算机系统位置控制板位置控制板PLCPLC接口板接口板

16、通讯接口板通讯接口板特殊功能模块特殊功能模块相应的控制软件。相应的控制软件。伺服系统包括：伺服系统包括：n伺服控制电路伺服控制电路n功率放大线路功率放大线路n伺服电机等。伺服电机等。伺服系统的类型：伺服系统的类型：n主轴伺服驱动装置和主轴电机主轴伺服驱动装置和主轴电机n进给伺服驱动装置和进给电机进给伺服驱动装置和进给电机 机床 I/O 电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计算机数控系统计算机数控系统 机机 床床 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 二、数控机床的分类二、数控机床的分类1、

17、按工艺用途分类、按工艺用途分类n切削加工类：切削加工类：数控镗铣床数控镗铣床、数控车床数控车床、数控磨床、数控磨床、加工中心加工中心、数控齿轮加工机床、数控齿轮加工机床、FMC等。等。n成型加工类：成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。数控折弯机、数控弯管机等。n特种加工类：特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、数控线切割机、电火花加工机、激激光加工光加工机机等等n其它类型：其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等数控装配机、数控测量机、机器人等2、按机械加工的运动轨迹分类、按机械加工的运动轨迹分类（1）点位控制数控机床）点位控制数控机床（2）直线控制数控机床）直线控制数控机床（3）轮廓控

18、制数控机床）轮廓控制数控机床点位控制数控机床点位控制数控机床特点：特点：n仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；定位运动；n对轨迹不作控制要求；对轨迹不作控制要求；n运动过程中不进行任何加工。运动过程中不进行任何加工。适用范围：适用范围： 数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。点位控制系统点位控制系统:直线控制数控机床直线控制数控机床特点特点: n不仅要保证点与点之间不仅要保证点与点之间的准确定位，而且要控的准确定位，而且要控制两相关点之间的位移制两相关点之间的位移速度和路线。速度和路线。n其路

19、线一般由各坐标轴其路线一般由各坐标轴平行的直线段或与坐标平行的直线段或与坐标轴成轴成45o的斜线组成的斜线组成。yx数控机床的直线加工数控机床的直线加工直线控制系统直线控制系统:轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床特点特点： n能够同时控制两轴或两个以上的轴，能够同时控制两轴或两个以上的轴，对位置和速度进行严格的不间断控制对位置和速度进行严格的不间断控制适用范围：适用范围：n数控车床、数控铣床、加工中心等用数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。于加工曲线和曲面的机床。连续控制系统连续控制系统:3、按同时控制的轴数分、按同时控制的轴数分 轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）轴联动（

20、空间曲面）轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲线）轴联动（空间曲线）轴联动（平面曲线）轴联动（平面曲线）5432.52 三轴联动的三轴联动的数控加工数控加工五轴联动的数控加工五轴联动的数控加工五轴联动的数控加工五轴联动的数控加工:4、按伺服系统的控制原理分类按伺服系统的控制原理分类（1）开环伺服系统数控机床）开环伺服系统数控机床（2）闭环伺服系统数控机床）闭环伺服系统数控机床（3）半闭环伺服系统数控机床）半闭环伺服系统数控机床开环伺服系统数控机床开环伺服系统数控机床电机电机机械执行部件机械执行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插补指令插补指令脉冲频率脉冲

21、频率f脉冲个数脉冲个数n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大特点特点：n无反馈环节，系统稳定；无反馈环节，系统稳定； n速度及精度较低；速度及精度较低；典型系统：典型系统：n采用步进电机的伺服系统。采用步进电机的伺服系统。应用：应用：n低档次、经济型的数控机床。低档次、经济型的数控机床。闭环伺服系统数控机床闭环伺服系统数控机床位置控制调位置控制调节器节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈检测与反馈单元单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+ + +- - -电机电机机械执行部件机械执行部件CNCCNC插补插补指令指令实际实际位置位置反馈反馈实际实际

22、速度速度反馈反馈特点：特点：n具有位置、速度检测装置，具有位置、速度检测装置，位置位置反馈信号来自于机床工作台；反馈信号来自于机床工作台；n加工精度很高；加工精度很高；n设计和调整相当困难。设计和调整相当困难。应用：应用：n精度要求很高的镗铣加工中心、精度要求很高的镗铣加工中心、超精车床、超精磨床等。超精车床、超精磨床等。 半闭环伺服系统数控机床半闭环伺服系统数控机床位置控制调位置控制调节器节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈检测与反馈单元单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+ + +- - -电机电机机械执行部件机械执行部件CNCCNC插补插补指令指令实际实际位

23、置位置反馈反馈实际实际速度速度反馈反馈特点特点 ：n检测元件安装在伺服电机或丝杠的端检测元件安装在伺服电机或丝杠的端部，部，反馈信号取自电动机端反馈信号取自电动机端而不是机而不是机床的最终运动部件；床的最终运动部件；n加工精度比闭环系统低，高于开环系加工精度比闭环系统低，高于开环系统；统；n系统的控制特性稳定。系统的控制特性稳定。应用：应用：n大部分数控机床大部分数控机床第三节第三节 数控机床的特点及适用范围数控机床的特点及适用范围一、数控机床的特点一、数控机床的特点 数控数控机床机床不能不能以以最经济最经济的方式来的方式来解决加工制造中解决加工制造中所有问题所有问题。数控加工的优点数控加工的

24、优点n自动化程度高，可以减轻工人的自动化程度高，可以减轻工人的体力劳动强度体力劳动强度n加工的零件一致性好，质量稳定加工的零件一致性好，质量稳定n生产效率较高生产效率较高n便于产品研制便于产品研制n便于实现计算机辅助制造便于实现计算机辅助制造数控加工的缺点数控加工的缺点n单位加工成本较高单位加工成本较高n只适宜于多品种小批量或中批量生只适宜于多品种小批量或中批量生产（占机械加工总量产（占机械加工总量70%80%）n加工中的调整相对复杂加工中的调整相对复杂n维修难度大维修难度大二、数控机床的适用范围二、数控机床的适用范围 零件复杂程度零件复杂程度零件批量零件批量专用机床专用机床通用机床通用机床数

25、控机床数控机床三、发展数控机床的意义三、发展数控机床的意义（1） 是发展制造技术和制造工业的基础是发展制造技术和制造工业的基础n提高质量、数量、效益和柔性；提高质量、数量、效益和柔性；n是一场制造业的重要革命是一场制造业的重要革命n产品结构，产业结构和生产方式发生深产品结构，产业结构和生产方式发生深刻的质的变化刻的质的变化现代制造业的发展现代制造业的发展:CNC(数控机床数控机床) DNC(直接数控直接数控) FMC（柔性制造单元）柔性制造单元） FMS（柔性制造系统）柔性制造系统） CIMS（计算机集成制造系统）计算机集成制造系统） FA（自动工厂）（自动工厂）柔性制造系统的组成柔性制造系统

26、的组成:FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信 息 传 输 网 络工夹具站飞机零件加工FMS（ Cincinnati ）1装卸站 2运输小车 3MC 4切屑处理站 5清洗站 6检测站 7手工检测站 8计算机室 9 小车维修站 10 包装站FMS实例实例:冲床冲压FMSFMS实例实例:（2）从国家的发展战略高度来看，数控技）从国家的发展战略高度来看，数控技术是工业强国之必须；术是工业强国之必须； 基于它的相关产业是体现国家综基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业合国力水平的重要基础性产业. .（3）数控产品在国内大有市场。）

27、数控产品在国内大有市场。四、数控机床发展的技术基础四、数控机床发展的技术基础n计算机技术；计算机技术；n伺服驱动技术；伺服驱动技术；n机械技术；机械技术；n控制技术；控制技术；n通信技术（网络数控通信技术（网络数控）。）。五、五、 数控机床的技术发展趋势数控机床的技术发展趋势n发展趋势发展趋势 进入九十年代以进入九十年代以来，随着国际上计来，随着国际上计算机技术突飞猛进算机技术突飞猛进的发展，数控技术的发展，数控技术不断采用计算机、不断采用计算机、控制理论等领域的控制理论等领域的最新技术成就，使最新技术成就，使其朝着下述方向发其朝着下述方向发展展l运行高速化运行高速化l加工高精化加工高精化l功

28、能复合化功能复合化l控制智能化控制智能化l体系开放化体系开放化l驱动并联化驱动并联化l交互网络化交互网络化 速度和精度是数控设备的两个速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。都有了更高的要求。1、运行高速化：、运行高速化：n使进给率、主轴转速、刀具交换速度、使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高托盘交换速度实现高速化，并且具

29、有高加（减）速率。加（减）速率。进给率高速化：进给率高速化：在分辨率为在分辨率为1 m时，时，Fmax=240m/min。在。在Fmax下可获得复杂型面的精确加工；下可获得复杂型面的精确加工；在程序段长度为在程序段长度为1mm时，时，Fmax=30m/min，并且具有并且具有1.5g的加减速率；的加减速率；n主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。部件。n主轴最高转速达主轴最高转速达200000r/min。n主轴转速的最高加（减）速为主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需即仅需1.8秒即

30、可从秒即可从0提速到提速到15000r/min。n换刀速度换刀速度 n0.9秒（刀到刀）秒（刀到刀）n2.8秒（切削到切削）秒（切削到切削）n工作台（托盘）交换速度工作台（托盘）交换速度 6.3秒。秒。2、加工高精化：、加工高精化：n提高机械设备的制造和装配精度；提高机械设备的制造和装配精度；n提高数控系统的控制精度；提高数控系统的控制精度；n采用误差补偿技术。采用误差补偿技术。提高提高CNC系统控制精度：系统控制精度：n采用高速插补技术，以微小程序段实现连采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使续进给，使CNC控制单位精细化，控制单位精细化，n采用高分辨率位置检测装置，提高位置检采用高

31、分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上测精度（日本交流伺服电机已有装上106 脉冲脉冲/转的内藏位置检测器，其位置检测精转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到度能达到0.01 m/脉冲）；脉冲）；n位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。等方法。采用误差补偿技术：采用误差补偿技术：n采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术刀具误差补偿等技术; ;n设备的热变形误差补偿和空间误差的综合设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿补偿技术。研究结果表明，综

32、合误差补偿技术的应用可将加工误差减少技术的应用可将加工误差减少60608080。三井精机的三井精机的JidicH5DJidicH5D型超精密卧式加工中型超精密卧式加工中心的定位精度为心的定位精度为0.10.1 m m。 由于计算机技术的不断进步，促进由于计算机技术的不断进步，促进了数控技术水平的提高，数控装置、进了数控技术水平的提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高，使得现代的数控设备性能也随之提高，使得现代的数控设备在新的技术水平下，可同时具备运行高在新的技术水平下，可同时具备运行高速化、加工高精化的性能。速化、加工高精化的性能。

33、3、功能复合化、功能复合化 复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。方法。n镗铣钻复合镗铣钻复合加工中心加工中心（ATC）、）、五面加工中心五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）；主轴立卧转换）；n车铣复合车铣复合车削中心（车削中心（ATC，动力刀头）；动力刀头）；n铣镗钻车复合铣镗钻车复合复合加工中心（复合加工中心（ATC，可自动装卸可自动装卸车刀架）；车刀架）；n铣镗钻磨复合铣镗钻磨复合复合加工中心（复合加工中心（ATC，动力磨头）；动力磨头）；n可更换主轴箱的数控机床可更换主轴箱的数控机床组合加工中心组合加工中心；4、控制智能化、控制智

34、能化 随着人工智能技术的不断发展，并随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：高，具体体现在以下几个方面： 加工过程自适应控制技术加工过程自适应控制技术 通过监测加工过程中的切削力、主通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；

35、并根据这态，机床加工的稳定性状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。件表面粗糙度以及设备运行的安全性。nMitsubishi Electric 公司的用于数控电火花公司的用于数控电火花成型机床的成型机床的“Miracle Fuzzy” 基于模糊逻基于模糊逻辑的自适应控制器，可自动控制和优化加辑的自适应控制器，可自动控制和优化加工参数；工参数；n日本牧野在电火花日本牧野在电火花NC系统系

36、统Makino_Mce20中，用专家系统代替人进行加工过程监控。中，用专家系统代替人进行加工过程监控。n以色列的外置式力自适应控制器以色列的外置式力自适应控制器n意大利意大利Mandelli公司数控系统的可编程功公司数控系统的可编程功率自适应控制功能。率自适应控制功能。 加工参数的智能优化与选择加工参数的智能优化与选择 将工艺专家或技工的经验、零件加工的将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的于专家系统或基于模型的“加工参数的智能加工参数的智能优化与选择器优化与选择器”，利用它获得优化的加工参，利用它获

37、得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工系统始加工参数编制的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。终处于较合理和较经济的工作状态。n目前已开发出带自学习功能的神经网络电火目前已开发出带自学习功能的神经网络电火花加工专家系统。花加工专家系统。n日本大隈公司的日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工系列数控系统带有人工智能式自动编程功能。智能式自动编程功能。n国内清华在加工参数的智能优化与选择及国内清华在加工参数的智能

38、优化与选择及CAPP方面的研究也取得了一些成果。但有方面的研究也取得了一些成果。但有待进行实用化开发。待进行实用化开发。 智能故障诊断与自修复技术智能故障诊断与自修复技术n智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法（应用现代智能方法（AI、ES、ANN等），等），实现故障快速准确定位的技术。实现故障快速准确定位的技术。n智能故障自修复技术：指能根据诊断确定智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技术集故障故障的排除技术。智能自修复技术集故障自诊断、故障

39、自排除、自恢复、自调节于自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。n智能故障诊断技术在有些日本、美国公智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中已有应用，基本上司生产的数控系统中已有应用，基本上都是应用专家系统实现的。都是应用专家系统实现的。n智能化自修复技术还在研究之中。智能化自修复技术还在研究之中。 智能化交流伺服驱动装置智能化交流伺服驱动装置 目前已开始研究能自动识别负载，并目前已开始研究能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺

40、服装能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。 智能智能4M数控系统数控系统 在制造过程中，加工、检测一体化是在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量效途径，将测量(Measurement)、建模建模(Modelling)、加工加工(Manufacturing)、机器机器操作操作(Manipulator)四者（

41、即四者（即4M）融合在融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作一体化的建模、加工、装夹、操作一体化的4M智智能系统。能系统。5、体系开放化、体系开放化定义（定义（IEEE）：）： 具有在不同的工作平台上均能实具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。用进行互操作的系统。开放式数控系统特点：开放式数控系统特点：n系统构件（软件和硬件）具有标准化系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)与多样化与多样化( Diversification)和互换性

42、和互换性(Interchangeability)的特征的特征n允许通过对构件的增减来构造系统，实现允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统系统“积木式积木式”的集成。构造应该是可移的集成。构造应该是可移植的和透明的；植的和透明的；开放体系结构开放体系结构CNC的优点的优点n向未来技术开放：向未来技术开放：由于软硬件接口都由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大

43、降低而系统性能与可靠性将不将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；断改善并处于长生命周期；n标准化的人机界面：标准化的人机界面：标准化的编程语言，标准化的编程语言，方便用户使用，降低了和操作效率直接方便用户使用，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗；有关的劳动消耗；n向用户特殊要求开放：向用户特殊要求开放：更新产品、扩充更新产品、扩充能力、提供可供选择的硬软件产品的各能力、提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，给用户提种组合以满足特殊应用要求，给用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止。另提高，直到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能方便地融入，外用户自身的技术诀窍能方便地融入，创造出自己的名牌产品；创造出自己的名牌产品；n可减少产品品种，便于批量生产、可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。供应能力和竞争能力。开放式数控装置的概念结构开放