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1、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操纵、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、降低生产成本特不重要。目前在工业上采纳的现场总线有Profibus-DP，SERCOS，JPCN-1，Deviconet，CAN，hterbusS，Marco等。有的公司还有自己的总线，比如FANUC的FSSB，工OLINK(相当于JPCN1)，YASKAW的MOTIONLINK等
2、。目前比较活跃的是Prof主bus-DP，为了同意更快的数据传送速度，它由0S工的七层结构省去3-7层构成。西门子最新推出802D的伺服操纵确实是由Profibus-DP操纵的。 1.4 功能不断进展和扩大 NC技术通过50年的进展，差不多成为制造技术进展的基础。那个地点以FANUC最先进的CNC操纵系统15i150i为例讲明系统功能的进展。这是一台具有开放性，4通道、最多操纵轴数为24轴、最多联动轴数为24轴、最多可操纵4个主轴的CNC系统。其快速移动速度与分辨率关系如下表。快速移动速度mmin快速移动速度mmin24011000.1100.01l0.001它的技术特点反映了现代NC进展的特
3、点： 1 开放性： 系统可通过光纤与PC机连接，采纳Window兼容软件和开发环境。功能以高速、超精为核心，并具有智能操纵。特不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。15i150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lnm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0.00lmm时，快速可达240m/min速度；系统还具有高速高精加工的智能操纵功能：(1)可能算出多程序段刀具轨迹，并进行预处理。(2)智能操纵，计及机床的机械性能，可按最佳的同意进给率和最人
4、的同意加速度J：作，使机床的功能得到最大的发挥。以便降低加工时刻，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，适用於操纵超精机械。 2 高级复杂的功能： 15i150i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。也能够进行NURBS(Non uniform rat主ona!B spline)插补。采纳NURBS插补能够人人减少NC程序的数据输入量，减少加工时刻，特不适用模具加工。NURBS插补不需任何硬件。 3 强力的联网通信功能。适应工厂自动化需要，支持标准FA网络及DNC的连接 (1)工厂干线或操纵层通信网络：由PC机通过以太网操纵多台1
5、5i150i组成的加工单元，能够传送数据、参数等。(2)设备层通信网络：15150i采纳I0 LINK(与日本标准JPCN1相对应的一种现场总线。（3）通过RS485接口传送工0信号：或且也可采纳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刻： (1)梯形图和顺序程序由专用的PMC处理器操纵，这种结构可进行快速大规模顺序操纵。(2)差不多PMC指令执行时刻为：0085ps；最大步数：32，000步。(3)能够用C语言编程；32位的C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
6、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)可采纳存储卡改变输入输出。 第二章 数控技术的进展趋势1.1性能进展方向 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指标。由于采纳了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU操纵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、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，数控系统采纳模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，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
7、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、辅助时刻为要紧目的的复合加工，正朝着多轴、多系列操纵功能方向进展。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880系统操纵轴数可达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。科学技术进展到今天，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
8、域进展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用进展，由此产生了实时智能操纵这一新的领域。在数控技术领域，实时智能操纵的研究和应用正沿着几个要紧分支进展：自适应操纵、模糊操纵、神经网络操纵、专家操纵、学习操纵、前馈操纵等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动治理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动操纵中引入提早预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度操纵等方面采纳模糊操纵，使数控系统的操纵性能大大提高，从而达到最佳操纵的目的。1.2功能进展方向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
9、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INTERNET、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点便了非专业用户的使用，人们能够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，而能够直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对
10、缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具治理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 3、插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、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、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。4、内装高性能P
11、LC数控系统内装高性能PLC操纵模块，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关心功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。5、多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术能够做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。1.3体系结构的进展方向1、智能化 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各
12、个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应操纵，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈操纵、电机参数的自适应运算、自动识不负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。2、网络化网络化数控装备是近两年国际闻名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些闻名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，
13、如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生产操纵中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“ITplaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向进展的趋势。3、集成化 采纳高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能
14、。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。4、通用型开放式闭环操纵模式采纳通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环操纵模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环操纵模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量操纵和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸
15、如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采纳多变量的闭环操纵，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采纳开放式通用型实时动态全闭环操纵模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服操纵、自适应操纵、动态数据治理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环操纵体系，从而实现集成化、智能化、网络化。5、智能化新一代PCNC数控系统当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环操纵体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。这种数控系统的体系结构如下图所示：由图可知，智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服操纵、自适应操纵、动态数据治理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环操纵体系。6、标准化 数控标准是制造业信息化进展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换差不多上基于ISO6983标准，即采纳G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速进展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一种不依靠于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数
