数控系统的国内外发展与应用现状

1/7.作业析析3.2.1华中"世纪星"数控系统数控系统比较数控系统<SIEMENS>的产品特点国外数控系统的差距2/7.第一章序言数控即数字控制<NumericalControl,NC>。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。数控机床,简单的说,就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示,把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统,数控系统经过译码、运算以及处理,发出相应的动作指令,自动地控制机床的刀具与工件的相对运动,从而加工出所需要的工件。因此,数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。它是典型的机电一体化产品,是现代制造业的关键设备。统的发展过程和趋势1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。六年后,即在1952年,计算机技术应用到了机床上。在美国诞生了第一台数控机床。从此,传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来,数控系统经历了两个阶段和六代的发展。1.数控<NC>阶段<1952-1970年>早期计算机运算速度低,这对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连接数控,简称为数控<NC>。随着元器件的发展,这个阶段历经了三代,2.计算机数控CNC70年,通用小型计算机业已出现并成批生产。其运算速度它移植过来作为数控系统的核心部件,从此进入了计算机数控<CNC>阶段<把计算机前面应有的"通用"两个字省略了>。到1971年美国lintel公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器,采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上,称之为微处器,又可称中央处理单元<简称CPU>。到1974年微处理器被应用于数控系统。由于微处理器是通用计算机的核心部件,故仍称为仿计算机数控。到了1990年,PC机<个人计算机,国内习惯称微机>的性能已发展到很高的阶段,可满足作为数控系统核心部件的要求,而且PC机生产批量很大,价格便宜,可靠性高。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之,计算机数控阶段也经代——基于PC的阶段<国外称为PC-BASED>。必须指出,数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的发展,只是发展到了第五代以后,才从根本上解决了可靠性低,价格极为昂贵,应用很不方便等极为关键的问题。因此,即使在工业发达国家,数控机床大规模地得到应用和普及,是在七十年代未八十年代初以后的事情,也即数控技术经过近三十年的发展才走向普及应用的。还要指出的是,虽然国外早已改称为计算机数控<即CNC>了,而我国仍习称数控<NC>。所以我们日常讲的"数控"实质上已是指"计算机数控"了。从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统,到现在已走过了五十多年的历程。近10年来,随着计算机技术的飞速发展,各种不同层次的开放式数控系统应运而生,上讲,目前世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面：①向高速、高效、高精度、高可靠性方向发展。3/7.②向模块化、智能化、柔性化、网络化和集成化方向发展。③向PC—based化和开放性方向发展。④出现新一代数控加工工艺与装备,机械加工向虚拟制造的方向发展。⑤信息技术<IT>与机床的结合,机电一体化先进机床将得到发展。⑥纳米技术将形成新发展潮流,并将有新的突破。⑦节能环保机床将加速发展,占领广大市场。国内数控系统功能介绍与应用分析与应用分析SINUMERIKD高性能数控系统。它保持西门子CPU<NC-CPU>和可编程逻辑控制器CPU<PLC-CPU>。三部分在功能上既相互分工,又互为支持。olUnit在逻辑功能上相互独立。接口,挂接各轴驱动模块。何三维空间曲面都能加工。<Parameter>、服务<Services>、诊断<Diagnosis>及安装启动<Start—up>等几大软件功能。硬件系统的可靠性。<9>模块化设计。SINUMERIK840D的软硬件系统根据功能和作用划分为不同的功能模块,使系统连接更加简单。FANUC数控系统6,是具备一般功能和部分高级功能的中级型CNC系统,分成6M与6T两个品种,它们的硬件部分是通用的,只变更其部分软件来获得不同功能,6T适用于车床,6M适用于铣床和加工中心。FANUC数控系统6的特点主要包括：<1>可靠性高。由于使用了大容量磁泡存储器、大规模专用集成电路和高速微处理器,而且在制造过程中采用严格筛选,使用自动检测器进行自动检测以及环境试验等措施,大大4/7.提高了电路的可靠性。为了提高动作的可靠性,该系统还备有数据奇偶校验、程序对比校验和时序校验等校验功能。min动监视误差寄存器的静态误差与动态误差的功能；备有高效率的随机选择自动换刀机构和纯制；还有为缩短加工时间的许多固定循环。<3>容易编程。备有由用户自己制作特有变量型子程序的用户宏功能；有不必预先计算就能够直接指定刀尖设定点的刀尖半径补偿功能；能用图样标记半径值直接指令的圆弧补以自动进行粗切削、精切削的复合型固定循环。<5>操作性好,使用安全。大容量磁泡存储器,具有最大320m控制带的存储、编辑功能,用程序号检索可以调出所需程序进行加工,具有相当于DNC的功能；使用CRT显示器能确认使用时间显示功能等；为了保护所存入的程序,使用带"锁"的键输入；为防止刀具与工件冲撞,使用了存储式限位开关,设置刀具禁入区域。功能介绍与应用分析3.2.1华中"世纪星"数控系统如下：C车铣复合等机床配套。2"世纪星"系统有普及型〔HNC-21和功能型〔HNC-22两个系列,可配4个进给轴,最大联动可连接多种伺服电机和步进电机。既可用作半闭环、闭环控制,也可用作开环控制。4可选配电子盘、硬盘、软驱、网络等存储器,极大地方便用户的程序输入。用户程序可断电储存容量达16MB。程序存储个数无限制,直至存储器写满。的控制6面板包含标准车、铣床操作按钮和状态指示灯,使用户操作直观明了。显示屏亮度具有手动和自动调节功能。数控机床联网,以太网速度可达10-100MB/S。2"世纪星"系统功能主要特点如下：2支持公制/英制输入,绝对值/增量值编程,每分钟/每转进给和直径/半径编程功能。3提供多种固定循环和复合循环,车床内〔外径粗车复合循环支持凹槽加工功能。固定循环和复合循环的使用可以用一个程序段来完成一个加工循环,使编程大大简化。4车床支持倒角〔直角、圆角、螺纹切削,螺纹切削具有多头螺纹加工功能,并可加工变5/7.螺距螺纹。铣床既支持柔性攻丝也支持刚性攻丝,刚性攻丝的使用提高了加工效率,保证螺5支持恒线速度切削功能,根据刀尖的位置自动变化主轴速度,使切削线速度保持恒定,以满足工件加工的工艺要求,大大提高精加工面粗糙度,延长刀具的使用寿命。GG用S曲线加减速。G64支持程序超前预处理,超前预读程序,将小线段按连续轨迹高速进给,根据拐角大小,自适应控制进给速度,保证拐点处的误差小于跟踪误差的允差设定,特别适合加工78重子程序调用,宏程序支持逻辑运算符〔AND、OR、NOT、函数〔SIN,COS,TAN,ATAN,ATAN2,ABS,INT,SQRT,EXP、条件判别语句〔IF,ELSE,ENDIF和循环语句〔WHILE,ENDW,可实现复杂的运算,功能强大。用户使用变量进行算术、逻辑和函数的混合运算,可编制各种复杂的零件加工程序,减少甚至免除繁琐计算,大大精简程序量。允差设定与报警功能,数控系统实时监控机床实际坐标,对机床的非正常运行状态进行报警。9具有断点保存与恢复功能,大零件程序加工可分时段加工,系统记忆上次中断加工时的状态,为用户提供极大的方便10三维图形实时显示刀具轨迹和零件形状,界面实时加工参数显示,包括坐标位置〔机MST11空运行和图形化程序校验功能,方便加工代码的编制和检验。150％。14支持自动换刀、刀具长度补偿和刀尖半径补偿。车床系统支持多种对刀方式〔相对刀偏和绝对刀偏,刀补具有圆弧半径补偿,满足高精度加工的要求。15支持指定程序行加工、任意程序行加工和程序跳段功能,加工代码的控制更加方便、PLC图形显示和设置,方便用户的查看和修改。17提供二次开发接口,可按用户要求定制控制系统的功能,适合专用机床控制系统的开加工习惯；采用开放式软件平台,可以轻松与第三方软件连接；高性能硬件支持最大8通GSK包括：<1>开放式数控系统平台,对第三方软件有很好的支持；制；<3>采用高性能处理器实现纳米级控制；<4>支持各种常用编程软件的刀具路径程序；<5>电子手轮可手动控制各进给轴；旋转刀具中心点编程；<8>具有远程诊断技术；具有三维仿真技术。分析.1国内外数控系统比较6/7.SIEMENS公司的数控装置采用模块化结构设计,经济性好,在一种标准硬件上,配置多种软件,使它具有多种工艺类型,满足各种机床的需要,并成为系列产品。随着微电子技术的发展,越来越多地采用大规模集成电路<LSI>,表面安装器件<SMC>及应用先进加工工艺,所以新的系统结构更为紧凑,性能更强,价格更低。采用SIMATICS系列可编程控制器或集成式可SYEP机对话功能,具有多种语言的显示。SIEMENS公司CNC装置主要有SINUMERIK3／8／810／820／850／880／805／802／840〔1结构上长期采用大板结构,但在新的产品中已采用模块化结构。〔2采用专用LSI,以提高集成度、可靠性,减小体积和降低成本。采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆〔6在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加插补功能：除直线、圆弧、螺旋线插补外,还有假想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、样条插补等。切削进给的自动加减速功能：除插补后直线加减速,还插补前加减速。及各新的刀具补偿功能。〔8支持多种语言显示。如日、英、德、汉、意、法、荷、西班牙、瑞典、挪威、丹麦〔9备有多种外设。如FANUCPPR,FANUCFACard,FANUCFLOPYCASSETE,FANUCe我国数控系统与国外数控系统的差距国内外数控系统总体来说差距还是有。最近几年,普及型、中、高档数控系统的国产市场完全被外国公司垄断,国外一些知名厂家采用技术封锁和低价倾销的双重策略,利用其先进的技术和产品以及灵活多样的促销手段抢占中国市场,扼杀中国的数控民族工业。但随着时间的迁移,国内用户已逐渐领略到使用国外系统的弊端：不能及时维修及高昂的维修费用；而许多用户要求系统的开放性,以便根据实际情况扩展功能；在低端市场,价格较国内的昂贵,随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进,我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展,我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系,国产数控系统产业发展迅速,在质与量上都取得了飞跃。然而,由于我国原有数控系统的封闭性及数控软硬件研究开发的基础较差,技术积累较