数控技术与产业发展途径的探讨

1、1 / 27第一章数控技术国内外现状它是数控系统通信向现场级的延伸、数字化通信取代420ma模拟信号、应用现场总线技术，要求现场设备智能化（可编程或可参 数化）：它既实现现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体：由于现场总线具有开放性、互操作性、互换性、可集成性，因此 是实现数控系统设备层信息集成的关键技术。它对提高生产效率、降低生产成本非常重要。目前在工业上采用的现场总线有Profibus-DP，SERCQSJPCN-1, Deviconet，CAN hterbusS,Marco等。有的公司还有自己的总线，比如FANUC勺FSSB工/OLINK（相当于JPCN-1），YASKAW的MOTI

2、ONLIN等。目前比较活 跃的是Prof主bus-DP，为了允许更快的数据传送速度，它由OS工的七层结构省去3-7层构成。西门子最新推出802D的伺服控制 就是由Profibus-DP控制的。1.4功能不断发展和扩大NC技术经过50年的发展， 已经成为制造技术发展的基础。 这 里以FANU（最先进的CNC控制系统15i/150i为例说明系统功能 的发展。这是一台具有开放性，4通道、最多控制轴数为24轴、 最多联动轴数为24轴、最多可控制4个主轴的CN係统。其快速 移动速度与分辨率关系如下表。快速移动速度m/min快速移动速度m/min24011000.1100.012 / 27l0.001它的

3、技术特点反映了现代NC发展的特点：1开放性：系统可通过光纤与PC机连接，采用Window兼容软件和开发 环境。功能以高速、 超精为核心， 并具有智能控制。 特别适合於 加工航空机械零件，汽车及家电的高精零件，各种模具和复杂的 需5轴加工的零件。15i/150主具有高精纳米插补功能；即使系 统的没定编程单位为1um通过纳米插补也可提供给数字伺服以Inm为单位的指令，平滑了机床的移动量，提高了加工表面光洁度， 大大减少加工工表面的误差。当分辨率为0.001mm时，快速可达240m/min速度；系统还具有高速高精加工的智能控制功能：(1)预计算出多程序段刀具轨迹，并进行预处理。(2)智能控制，计及

4、机床的机械性能，可按最佳的允许进给率和最人的允许加速度J:作，使机床的功能得到最大的发挥。以便降低加工时间，提高效 率，同时提高加工精度。(3)系统可在分辨率为1nm时工作，适用 於控制超精机械。2高级复杂的功能：15i/150i可进行各种数学的插补，如直线、圆弧、螺旋线、渐开线、螺旋渐开线、样条等插补。也可以进行NURBS(Nouniform rat主ona!B spline)插补。采用NURBS!补可以人人减少NC程 序的数据输入量，减少加工时间，特别适用模具加工。NURBS!补不需任何硬件。3强力的联网通信功能。适应工厂自动化需要，支持标准FA网络3 / 27及DNC勺连接(1)工厂干线

5、或控制层通信网络：由PC机通过以太网控制多台15i150i组成勺加工单元，可以传送数据、参数等。(2)设备层 通信网络：15150i采用I/0 LINK(与日本标准JPC1相对应 的一种现场总线。(3)通过RS-485接口传送工/0信号：或且也 可采用PrellbusDP(符合欧洲1标准EN50170)以12Mbps进行高 速通信。4 .具有高速内装的PMC有的厂商称为PLC),以减少加工的循环 的时间：(1)梯形图和顺序程序由专用的PMC处理器控制，这种结构可 进行快速大规模顺序控制。(2)基本PMC旨令执行时间为：0.085ps；最大步数：32,000步。(3)可以用C语言编程；32位的C

6、语言处 理器可作为实时多任务运行；它与梯形图计算的PMC处理器并行工作。(4)可在PC机上进行程序开发。5.先进的操作：性和维修性(1)具有触摸面板,容易操作。(2)可采用存储卡改变输入输 出。第二章 数控技术的发展趋势1.1性能发展方向1、高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能旨标。由于采 用了高速CPUS片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率 绝对式检测元件的交流数字伺服系统,同时采取了改善机床动态、4 / 27静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。2、柔性化它包含两方面：a.数控系统本身的柔性，数控系统采用模块 化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，

7、便于满足不同用户的需求；b.群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控 系统的效能。3、工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一 台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种 措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子 系统控制轴数可达24轴。4、实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如 何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图 用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今

8、天，实 时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、 更加复 杂的应用发展， 由此产生了实时智能控制这一新的领域。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。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专 家系统、参数自动设定和8805 / 27刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态 前馈功能，在压力、温度、位置、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，从而达到最佳控制的

9、目的。1.2功能发展方向1、用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用 户对界面的要求不同， 因而开发用户界面的工作量极大， 用户界 面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNE、T虚 拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更 高要求。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，便于蓝图编程和快速编程、三维彩 色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方 向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。2、科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交 流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。