谈谈数控技术的发展趋势

数控散人

数控技术的发展趋势

+ P! M* i& O; F

分析数控及相关技术的发展和市场的需求，现代数控技术显现出以下明显趋势。

1 e- \$ C ], v4 p" ^

1)      控制系统的高性能

（1）   高精、高速加工

- V3 b5 y& X5 e6 ~ j$ h5 D' E

● 整个信息流都必须高速而不畸变地流动和转化成刀具或工作台运动，才能在高速时加工出高精度的机械零件。

2 ~- t) l" k9 [! |

● 数控系统占用空间小、处理速度快、控制精度高。

● 应用数字滤波器技术，消除机械谐振，提高伺服系统的位置增益。

" a1 g/ f6 ?8 \4 | ^& n0 V& e! `

● 前馈控制，补偿由于伺服滞后产生的误差。

; B$ |+ Y. i7 e$ T

● 前瞻控制（LOOK AHEAD），程序执行前对运动数据进行计算、处理，并进行多段缓冲。

1 a& N; Q' z; Q+ t# J& F% ^, |

● 减少电动机和控制单元的大小，提高反馈编码器的分辨率。

/ X! T- o8 k" V6 O

● 纳米插补技术。

* W# ?/ Z9 W4 ^, y

● 加加速度控制，在加工曲面很大，形状很尖的工件时，减少机械冲击。

" A' X, F- j" }& I ~) i/ N5 E T- [

（2）   五轴加工功能和复杂加工功能的机床用数控系统

2 H) s5 B( w7 z

复杂的五轴加工，包括旋转加工，待处理的信息大大增加，因此，在许多场合下，数控系统需要增加RISC芯片的处理器进行预处理。五轴联动可以使用刀具最佳状态进行加工，其主要功能有：

● 轴间刀具补偿，即使改变刀具的方向，仍然可以按刀具方向进行补偿。

9 R; K; N( `+ x9 k

● 刀具中心控制，即使改变刀具的方向，刀具中心点的运动仍受控制。

● 三维刀具半径补偿，在垂直于倾斜刀具的平面可进行刀具半径补偿和刀具前沿偏置。

9 M6 k9 j2 L; h8 T

● 三维圆弧插补，可以指定在倾斜平面内的圆弧。

6 u+ X# h! L* e& F# y

● 倾斜面加工指令：可以编制用来加工倾斜平面的加工程序，此外，可以使刀具垂直于倾斜面的方式控制旋转轴。

- j X7 }5 J/ P! |4 v; _; o4 f

● 三维手动进给，可以以手动进给的方式，使刀具朝着沿倾斜面的方向和倾斜刀具的方向移动。

/ ?- @6 R8 ~, o3 a0 P7 R* w

复杂的加工功能可以通过采用“学习控制” 、“自适应”控制等来改善伺服系统控制和数控系统本身的软件解决。

（3）   复合数控机床用数控系统

为了提高生产率，数控复合加工机床的开发和研制已为数控机床的一种发展趋势，对其数控系统应增加以下功能：

● 螺锥线功能

● 螺旋线功能

● 三维圆弧功能

● 刀具中心点控制

) a( c% X7 |/ t* o- [& w/ H

2)      控制系统的开放性

/ w: B. m4 F& v' T" c" z* e

为了满足机床技术的发展，要求数控系统透明以使机床制造商和最终用户可以自由的执行自己的思想。这就产生了开放结构的数控系统。1987年美国空军在政府支持下，发表了著名的“NGC（下一代控制器）”的计划，其重要内容之一，便是提出了“开放系统体系结构标准规格（SOSAS）”。90年代开始在美国空军的支持下，美国国家标准技术研究院提出了“EMC(增强型机床控制器)” ；由通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司提出了“OMAC（开放模块体系结构控制器）”，它相似于欧洲的“OSACA（对于自动化系统的开放体系结构）”，等等。IEEE“开放系统技术委员会”定义“开放”的概念为：开放系统所执行的应用可以运行于多家制造者不同平台；并可以与其他系统的应用相互操作而显现与用户交互的协同（IEEE 1003.0）。它具有（1）移植性；（2）扩展性；（3）互操作性；（4）缩放性。

0 t8 o$ n/ o! R/ i

开放式数控系统现阶段存在有以下2种形式：

（1）  基于PC的CNC系统：这种系统以PC机为平台，开发数控系统的功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电机的运动。但由于受PC平台的制约,可靠性稍差，但具有较强的开放性。

# {& C9 d$ s5 @ w

（2）   PC嵌入式：CNC+PC主板，把一块PC主板插入传统的CNC机器中；PC板主要运行非实时控制，CNC主要运行以坐标轴运动为主的实时控制。这种系统 现为主流趋势。

/ y |5 g' g& [% k

3) e -制造和STEP－NC标准

! e! c4 M* S2 s! d2 A% v

在信息化技术蓬勃发展的推动下，制造业正面临着一个以提升竞争能力为目标的构建全企业数字化时代。作为主要制造装备的数控机床及其组成的制造系统也将积极地向数字制造业迈进。它将成为一个信息集成和快速实施的制造单元，其主要特征归结为3F（柔性化、联盟化、新颖化）、3I（集成化、信息化和智能化）和3S（系统化、软件化和个性化）。

g% q( u0 o' I- \6 w* K p

数字制造泛指在机床生产过程中，用数字技术进行控制、通讯和管理。因此，制造业迫切需要综合性的信息交换技术来实现各种计算机辅助（CAx）系统之间的有效集成。为此，国际标准化组织（ISO）工业自动化系统与集成技术委员会（TC184）下属的SC4开发了产品数据交换标准STEP（Standard for the Exchange of  Product Model Data, ISO10303）来适应这个要求，这使制造业出现了整个企业过程链利用标准数据的可能。由于数控机床及的数据格式不同，这就要求不同的CAx系统通过标准的中性文件来进行数据交换，将STEP标准研究扩展到数控加工领域，为STEP－NC 的标准研究，1995年，ISO/TC184/SC1/WG7开始制订新标准。“CNC控制器用的数据模型”亦称（STEP－NC）。它是NC的数据从CAD/CAM到CNC的数据模型。它解决了现行的NC程序缺乏通用性及移植性的问题。实现STEP-NC的数控系统，与因特网结合在一起，非常容易实现利用网络传递信息，进行全球的CAD/CAM与CNC一体化的加工制造。这将使装备制造业水平有一个质的飞跃。