談?wù)剶?shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)控散人

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

+ g+ s0 ], w& k: B( }& k1 K

分析數(shù)控及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求，現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)顯現(xiàn)出以下明顯趨勢(shì)。

+ J) i% J6 n& U7 z2 D+ x: S

1)      控制系統(tǒng)的高性能

* b8 r0 V1 f2 u8 U$ Q$ ?

（1）   高精、高速加工

# N! ~5 g3 z: j6 F+ H

● 整個(gè)信息流都必須高速而不畸變地流動(dòng)和轉(zhuǎn)化成刀具或工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，才能在高速時(shí)加工出高精度的機(jī)械零件。

● 數(shù)控系統(tǒng)占用空間小、處理速度快、控制精度高。

: P9 p% V) G& @

● 應(yīng)用數(shù)字濾波器技術(shù)，消除機(jī)械諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。

5 ^+ g: P" B* {) \1 I$ Y1 c

● 前饋控制，補(bǔ)償由于伺服滯后產(chǎn)生的誤差。

● 前瞻控制（LOOK AHEAD），程序執(zhí)行前對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理，并進(jìn)行多段緩沖。

& N5 O1 h8 g+ i" e

● 減少電動(dòng)機(jī)和控制單元的大小，提高反饋編碼器的分辨率。

{ U9 {' Y$ K; S6 `0 b

● 納米插補(bǔ)技術(shù)。

; R+ T: F( H1 C! q8 W$ s7 t% B, T

● 加加速度控制，在加工曲面很大，形狀很尖的工件時(shí)，減少機(jī)械沖擊。

（2）   五軸加工功能和復(fù)雜加工功能的機(jī)床用數(shù)控系統(tǒng)

復(fù)雜的五軸加工，包括旋轉(zhuǎn)加工，待處理的信息大大增加，因此，在許多場(chǎng)合下，數(shù)控系統(tǒng)需要增加RISC芯片的處理器進(jìn)行預(yù)處理。五軸聯(lián)動(dòng)可以使用刀具最佳狀態(tài)進(jìn)行加工，其主要功能有：

● 軸間刀具補(bǔ)償，即使改變刀具的方向，仍然可以按刀具方向進(jìn)行補(bǔ)償。

1 Z0 f; f, M! ^# j6 s+ r

● 刀具中心控制，即使改變刀具的方向，刀具中心點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)仍受控制。

2 @5 Z. y6 R1 a/ C$ m

● 三維刀具半徑補(bǔ)償，在垂直于傾斜刀具的平面可進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償和刀具前沿偏置。

● 三維圓弧插補(bǔ)，可以指定在傾斜平面內(nèi)的圓弧。

, a7 {3 v9 d% d1 A% b8 ~

● 傾斜面加工指令：可以編制用來(lái)加工傾斜平面的加工程序，此外，可以使刀具垂直于傾斜面的方式控制旋轉(zhuǎn)軸。

; U9 Y1 c6 x v

● 三維手動(dòng)進(jìn)給，可以以手動(dòng)進(jìn)給的方式，使刀具朝著沿傾斜面的方向和傾斜刀具的方向移動(dòng)。

復(fù)雜的加工功能可以通過(guò)采用“學(xué)習(xí)控制” 、“自適應(yīng)”控制等來(lái)改善伺服系統(tǒng)控制和數(shù)控系統(tǒng)本身的軟件解決。

（3）   復(fù)合數(shù)控機(jī)床用數(shù)控系統(tǒng)

( F3 c2 o- _5 d8 t" G

為了提高生產(chǎn)率，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的開(kāi)發(fā)和研制已為數(shù)控機(jī)床的一種發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)其數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)增加以下功能：

● 螺錐線功能

● 螺旋線功能

● 三維圓弧功能

0 f0 c; S; e7 `6 G: b9 D* v

● 刀具中心點(diǎn)控制

2)      控制系統(tǒng)的開(kāi)放性

為了滿足機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，要求數(shù)控系統(tǒng)透明以使機(jī)床制造商和最終用戶可以自由的執(zhí)行自己的思想。這就產(chǎn)生了開(kāi)放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。1987年美國(guó)空軍在政府支持下，發(fā)表了著名的“NGC（下一代控制器）”的計(jì)劃，其重要內(nèi)容之一，便是提出了“開(kāi)放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格（SOSAS）”。90年代開(kāi)始在美國(guó)空軍的支持下，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院提出了“EMC(增強(qiáng)型機(jī)床控制器)” ；由通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司提出了“OMAC（開(kāi)放模塊體系結(jié)構(gòu)控制器）”，它相似于歐洲的“OSACA（對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)）”，等等。IEEE“開(kāi)放系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)”定義“開(kāi)放”的概念為：開(kāi)放系統(tǒng)所執(zhí)行的應(yīng)用可以運(yùn)行于多家制造者不同平臺(tái)；并可以與其他系統(tǒng)的應(yīng)用相互操作而顯現(xiàn)與用戶交互的協(xié)同（IEEE 1003.0）。它具有（1）移植性；（2）擴(kuò)展性；（3）互操作性；（4）縮放性。

- ^6 b0 [, y R. v- a5 W% r

開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)階段存在有以下2種形式：

（1）  基于PC的CNC系統(tǒng)：這種系統(tǒng)以PC機(jī)為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的功能，通過(guò)伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標(biāo)軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。但由于受PC平臺(tái)的制約,可靠性稍差，但具有較強(qiáng)的開(kāi)放性。

（2）   PC嵌入式：CNC+PC主板，把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機(jī)器中；PC板主要運(yùn)行非實(shí)時(shí)控制，CNC主要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制。這種系統(tǒng) 現(xiàn)為主流趨勢(shì)。

3) e -制造和STEP－NC標(biāo)準(zhǔn)

7 i/ q0 f3 ?. q

在信息化技術(shù)蓬勃發(fā)展的推動(dòng)下，制造業(yè)正面臨著一個(gè)以提升競(jìng)爭(zhēng)能力為目標(biāo)的構(gòu)建全企業(yè)數(shù)字化時(shí)代。作為主要制造裝備的數(shù)控機(jī)床及其組成的制造系統(tǒng)也將積極地向數(shù)字制造業(yè)邁進(jìn)。它將成為一個(gè)信息集成和快速實(shí)施的制造單元，其主要特征歸結(jié)為3F（柔性化、聯(lián)盟化、新穎化）、3I（集成化、信息化和智能化）和3S（系統(tǒng)化、軟件化和個(gè)性化）。

# @5 a2 C H- a. U: y" Q1 ?+ q

數(shù)字制造泛指在機(jī)床生產(chǎn)過(guò)程中，用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行控制、通訊和管理。因此，制造業(yè)迫切需要綜合性的信息交換技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算機(jī)輔助（CAx）系統(tǒng)之間的有效集成。為此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成技術(shù)委員會(huì)（TC184）下屬的SC4開(kāi)發(fā)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP（Standard for the Exchange of  Product Model Data, ISO10303）來(lái)適應(yīng)這個(gè)要求，這使制造業(yè)出現(xiàn)了整個(gè)企業(yè)過(guò)程鏈利用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的可能。由于數(shù)控機(jī)床及的數(shù)據(jù)格式不同，這就要求不同的CAx系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的中性文件來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將STEP標(biāo)準(zhǔn)研究擴(kuò)展到數(shù)控加工領(lǐng)域，為STEP－NC 的標(biāo)準(zhǔn)研究，1995年，ISO/TC184/SC1/WG7開(kāi)始制訂新標(biāo)準(zhǔn)。“CNC控制器用的數(shù)據(jù)模型”亦稱（STEP－NC）。它是NC的數(shù)據(jù)從CAD/CAM到CNC的數(shù)據(jù)模型。它解決了現(xiàn)行的NC程序缺乏通用性及移植性的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)STEP-NC的數(shù)控系統(tǒng)，與因特網(wǎng)結(jié)合在一起，非常容易實(shí)現(xiàn)利用網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，進(jìn)行全球的CAD/CAM與CNC一體化的加工制造。這將使裝備制造業(yè)水平有一個(gè)質(zhì)的飛躍。