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1、. 1 . HarbinHarbinHarbin InstituteInstituteInstitute ofofof TechnologyTechnologyTechnology 数控技术大作业数控技术大作业数控技术大作业数控技术大作业 题 目： 院 系： 机械制造及其自动化 班 级： XXXXX 姓 名： XX 学 号： XXXXXXXXX 哈尔滨工业大学 . 2 . 目目 录录 摘摘 要：要：.2 引引 言言.2 一、一、数控系统的发展过程和趋势数控系统的发展过程和趋势.2 (一)数控系统的发展简史 2 （二）数控系统发展趋势 3 二、二、国外和国内数控系统功能介绍与应用分析国外和国内数
2、控系统功能介绍与应用分析.5 （一） 、FANUC 的新一代 NGC 系列数控系统 .5 （二） 、三菱数控系统 C70 .6 （三） 、凯恩帝 K1000MII .6 （四） 、华中数控 HNC-19XP-M 数控装置 7 （五） 、南京华兴数控 WA730M-5 .8 三、三、国内数控系统与国外知名数控系统比较国内数控系统与国外知名数控系统比较.9 (一)、中高档、中低档数控系统的综合比较9 (二)、 高档数控系统国内外综合比较.9 (三)、国内外数控系统的比较与差距 10 参考文献参考文献.10 . 3 . 调研报告数控系统的国内外发展及应用现状 机电工程学院：XXX 学号：XXXXXX
3、XX 摘摘 要要：数控系统是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要 求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵的关键零件、要求精密复制的零件。数控系统 的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。 关键词：关键词：数控系统，发展趋势，国内外对比，知名系统 引引 言言 从数控系统出现以来，给制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工 精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提 高。 数控系统是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控系统为代表的新 技术对传
4、统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆 盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术； (5)传感器技术；(6)软件技术等。 一、一、数控系统的发展过程和趋势数控系统的发展过程和趋势 制造业是生产物质财富的产业，机床是制造业的主要生产设备，制造 业中的绝大多数 零件都直接或间接地经过机床加工，固此机床(也称工作母机)是制造业的基础。 数控系统的出现极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。对于整个制造业来 说由于数控系统的大量使用，使得产品质量大幅度提高，新产品开发周期明显缩短。目前 数控系统
5、已经遍布军工、航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床建筑、通用机械、纺织、 轻工、电子等几乎所有制造行业。 ( (一一) )数控系统的发展简史数控系统的发展简史 数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下： 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样 板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采 用数字脉冲控制机床的设想。 . 4 . 1949 年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于 1952 年试制成功第一 台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。 1959 年，数控装
6、置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床， 称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。 1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提 高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)， 又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小 型计算机化为特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)， 这是第五代数控系统。 20
7、 世纪 80 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编 制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度 进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20 世纪 90 年代后期，出现了 PC+CNC 智能数控系统，即以 PC 机为控制系统的硬件部分， 在 PC 机上安装 NC 软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现智能化，网络化制造。 （二）数控系统发展趋势（二）数控系统发展趋势 1体系开放化发展 计算机技术的飞速发展，推动数控系统更快地更新换代。开放式体系结构使数控系统有 更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容
8、易地实现智能化、网络化。 1)向未来技术开放：软硬件接口都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资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容。 2)向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊 应用要求； 3)数控标准的建立：标准化的编程语言，既方便用户使用，又降低了和操作效率直接有 关的劳动消耗。 2.高速化 随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机 床加工的高速化要求越来越高。 1）主轴转速：机床采用电主轴(内装式主轴电机)，主轴最高转速达 200000r/min； 2）进给率：分辨率为 0.01m 时
9、，最大进给率达到 240m/min 可获得复杂型面的精确加 . 5 . 工； 3）运算速度： CPU 已发展到 32 位以及 64 位的数控系统，频率提高到上千兆赫。使得 当分辨率为 0.1m、0.01m 时仍能获得高达 24240m/min 的进给速度； 4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在 1s 左右，高的已达 0.5s。 3.高精度化 数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及 对振动的监测和补偿越来越获得重视。 提高 CNC 系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使 CNC 控制 单位精细化，并采用高分辨率位置检
10、测装置，提高位置检测精度(日本已开发装有 106 脉冲/ 转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到 0.01m/脉冲)，位置伺服系 统采用前馈控制与非线性控制等方法； 采用误差补偿技术：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，对 设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将 加工误差减少 60%80%； 采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度， 以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多 种加工任务，并保证零件的加工质量。 4.功能复合化 复合机床的含义
11、是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根 据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。缩短了产品制造周期，提高了生产效率 和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。 国内外的多轴加工机床(包括双主轴、双刀架、9 轴控制等)以及可实现 45 轴联动的 五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣削中心等。 5.控制智能化 随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控 机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面： 1）加工过程自适应控制技术 2）加工参数的智能优化与选择 3）智能故障自诊断与自修复技术智能故障回放和
12、故障仿真技术 4）智能化交流伺服驱动装置 6驱动并联化 并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定 导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷。 . 6 . 并联机床作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向，受到了 国际机床行业的高度重视，被认为是 “21 世纪新一代数控加工设备”. 7极端化(大型化和微型化) 国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数 控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是 21 世纪的战略技术，需发展能适应微小 型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以
13、微型机床包括微切削加工(车、铣、 磨)机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。 8信息交互网络化 使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，既可以实现网络资源共享，又能实现数控 机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务(数控机床故 障的远程诊断、维护等)。 9.多轴联动化方向发展 在加工自由曲面时，而五轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣 刀在铣削三维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显著改善加工表面的粗糙度，多轴联 动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。 二、二、国外和国内数控系统功能介绍与应用分析国
14、外和国内数控系统功能介绍与应用分析 （一）（一） 、FANUCFANUC 的新一代的新一代 NGCNGC 系列数控系统系列数控系统 1.FANUC 新一代 UGC 的 3 个系列 a）.0i 系列：高可靠性和高性能价格比的 CNC， 该系列包括 FS0i/0i Mate-MODEL C； b）.16i 系列：适合于高速、高精、纳米 CNC，该系列包括 FS16i/18i/21i-MODEL B； c）.30i 系列：适于先进、复合、多轴、多通道、纳米 CNC，该系列包括 FS30i/31i/32i- MODEL A。 2这些系列的数控系统主要特点为： (a）. 可以满足从低端到高端的需要 从一
15、般的车床、铣床、加工中心、磨床到功能齐全的复杂、先进的复合、高精、高速和 高效、多轴联动、多工位、多通道数控机床等，都能满足，也可以适应从金切机床到冲压成 形机床的不同品种的需要。 (b）. 采用最新的硬件技术 NGC 的 30i 系列采用了最新的超高速微处理器。另外，除了在液晶显示器的下面配备的 横排软键外，还在液晶显示器的旁边新设了竖排软键。利用横竖两排软键，可方便地进行屏 幕操作。 . 7 . (c).多轴、多通道的数控系统 NGC 系列新开发的 16i 系列，轴数有了明显的增加，表 2 是 16i 系列的轴数，其中括弧 内为旧 16i 系列的轴数据。 (d).具有丰富的高精、高速功能
16、i.纳米插补：纳米插补产生以纳米为单位的指令给数字伺服控制器，使数字伺服 控制器的位置指令平滑，因而也就提高了加工表面的平滑性。 ii.AI 纳米轮廓控制功能 iii. AI 纳米高精度控制 iv.加速度控制:这个功能可以提高加工表面的质量，减少加工时间。 v.NURBS 插补：NURBS 是一种自由曲线；当采用 CAD 设计模具时，NURBS 被广泛地 用来表示自由曲线 vi.纳米平滑：在模具加工中，可以再现由 CAD 设计的自由曲面，实现“无研磨” 平滑。由于纳米插补使用由 CAD/CAM 系统创建的微小的线段程序，因此可以继续使用过去 已用惯的程序。 3.NGC 系列 5 轴加工主要功能： (a).用于 5 轴加工的刀具中心点位置控制 (b).倾斜面加工命令 (c).用于 5 轴加工的手动进刀 4.其他特性 (a).高速、大容量、多通道的 PMC 30i 系列由专用的处理器和最新的专用 LSI 组成的 PMC，对大量的顺序控制进行高速处 理。可以在一台 PMC 上执行最多 3
