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附錄 1 to to"he of NC 控機床 發(fā)展趨向“六化”及其控制器的發(fā)展趨勢 s is a to 摘要： 數控機床是現代 加工車間最重要的裝備。 of[ T) T) of as of to to as of of to to to to be at an of a to to on AM NC to of a a to 一：本文概述了數控機床控制器的發(fā)展趨勢。隨著信息技術 (1T)和制造技術(發(fā)展，出現了更多功能、更高性能的控制器，諸如多坐標、多系統(tǒng) (通道 )的控制；具有高精、高速、 5 軸加工功能和復雜加工、數控復合機床、進網通信、高可靠性和安全性等功能。為了增加操作和使用系統(tǒng)的可操作性和可移植性，控制器開放已經成為潮流。數字制造要求數控系統(tǒng)建立在一個全新的信息技術基礎結構之上，容易利用網絡傳遞加工制造信息，進行 體化的加工制造。這就出現了 型的數控系統(tǒng)。 s is a to is T) a T) to a of 0 in up a of 0 to of a of an on on an 錄 2 to a a he to on is is 數控機床是現代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術 (1T)與制造技術(合發(fā)展的結果。最近 20 年來，信息技術的急劇發(fā)展大大激發(fā)和增加了制造系統(tǒng)的上層智能功能；下一個 20 年，智能將延伸到工廠的車間底層，控制器將具有更高性能和更多功能；由于控制器的柔性，單臺機床將變得更加靈活和精巧；可以廣泛地進行通信；方便地進行集成和重構；對過程進行測量，預示結果，診斷故障，避免事故；并按照科學的模式進行加工，達到最佳的生產效率。下面是一些關于控制器最新的發(fā)展情況。 1. . 制器的性能進一步提高、具有更多功能 1) )多坐標、多系統(tǒng)控制 1 0 to 0 2 to to 4 in MC , MC is to 5 to a is to to to to so of 比如 新的高檔控制器 11 系統(tǒng)，最大控制系統(tǒng)數為 10個系統(tǒng) (通道 )，最多軸數和最大主軸配置數為 40 軸，其中進給軸 32 軸，主軸為 8軸，最大同時控制軸數為 24 軸／系統(tǒng)。最大 統(tǒng)為 3 個系統(tǒng)。最大 I／ O 點數為 4096 點／ 4096 點， 本命令速度為 25大可預讀程序段： 1000 段。這是當前世界配置最高的數控系統(tǒng)。由于具有多軸多系統(tǒng)配置，因此特別適合大型自動機床，復合機床，多頭機床等的需要。 2) )高精、高速加工功能 is in NC of T) to 錄 3 of of by a to at to to in to to a to of NC is is an to of to to an to of on a to in to to is of to of as a to to in of is of a of to 這是 統(tǒng)最重要的功能，由于有了這個功能，使 制造技術 (大地向前發(fā)展了。數控機床采用計算機控制，可以保證加工的零件具有很高的精度重復性。但為了得到一定的功能，輸入控制器的信號要經過一系列處理，不可避免地要失真、延時。因此在高速加工時，要保持高的加工精度就要采取一定的措施減少失真、延時。高精、高速的加工，除了機械設計和制造要保證能實現目標外，對 統(tǒng)的要求主要是處理速度快、控制精度高。采用前饋控制，以補償由于伺服滯后所產生的誤差，提高加工精度。適當控制進給率和采用恰當的加減速曲線可以減少加減速滯后所產生的誤差?！扒罢啊笨刂圃诔绦驁?zhí)行前對運動數 據進行計算、處理和多段緩沖，從而控制刀具按高速運動，而且誤差很小對于機床平滑運行的高精度輪廓控制，采用對指令形式的實時識別，可以最佳地控制速度、加速度和加加速度，因而使加工總是保持在最佳狀態(tài)。為了防止擾動，開發(fā)數字濾波器的技術，以消除機械的諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。高精進給和主軸的伺服系統(tǒng)對高速、高精和高效十分重要。 3) 5 to ) 5 軸加工和復雜加工功能 a it of to on 錄 4 in of a a it to to a to a to of CP( in of of 5 to a to 由于 5 軸加工工藝合理，相對于 3 維曲面加工，它可以充分利用刀具的最佳幾何形狀進行切削，在復雜形狀的高速高精加工中可以提高效率，提高光潔度。因此得到越來越廣泛的應用。 5 軸加工的機械其配置主要有刀具旋轉方式、工作臺旋轉方式和這兩種的混合方式。因此 5 軸加工功能要能滿足各種配置的要求。根據 5 軸加工的特點，把它們，比如 具中心控制 )，刀具半徑補償等功能，應用到不同機械配置的 5 軸加工機床。 4) to )數控復臺功能 of of a of of to to 為了提高生產率，數控復合加工機床的開發(fā)和制造已變成數控機 床的一種發(fā)展趨勢。 5) )進網通信功能 C or to on to on a to to to a on to a AM NC NC of NC ,as to is 為了通過 數控系統(tǒng)本身對多臺機床進行集中監(jiān)控和管理，系統(tǒng)需要通過網絡進行通信。以便傳遞程序，監(jiān)控加工狀態(tài)。除此以外，網絡功能還可以傳送附錄 5 維修數據，對系統(tǒng)進行遠程控制、操作和診斷；傳送 據。 有 現場通信網絡功能，就可以在 伺服裝置之間， I／ o 控制之間傳遞控制、監(jiān)控和診斷數據。目前主要采用以太網以及現場總線。隨著技術的發(fā)展，應用無線技術也已經出現。無線技術可以使信息到達幾乎是任何地方。 6) )高可靠性和安全性功能 NC of of a in is to in to of to a a of to NC of a of NC to a of to to of at of NC on to a C at t a of t at of CC is a of to an to CC to of to of 統(tǒng)與數控機床一起，工作在底層車間，經受惡劣的環(huán)境，如：溫度，濕度，振動，油霧，粉塵的影響，同時又要求連續(xù)工作；因此對可靠性要求特別高，除了可靠性設計、制造工藝等措施外，現代數控系統(tǒng)的可靠性主要采取以下措施：①采用光纖，減少電纜連接，比如 數控系統(tǒng)通過光纖連接 伺服放大器，以串行高速的方式從 多個伺服放大器傳遞大量的數據。②采用糾錯碼 ( 送數據，隨著軟件高速處理大量數據，也要求對微處理器、存儲器和 處理速度大大提高。由于這些安裝在 印刷板上的高速電子元器件進行高速讀、寫和傳遞數據時，由 動的信號波形變?yōu)闇?，在這樣的狀況下，不采用模擬電路處理的方法時，導 致不能正確地傳遞數字附錄 6 信號。另外，在最新電子元件低壓供電時，降低了電路低抗噪音的運行范圍。 過把 到數據上以傳送各種不同型式的數據，使系統(tǒng)更可靠。 C it of C of or of to C it to a to to of C an at to of 當出現 床以后，制造廠家就希望能打開 統(tǒng)這個黑盒子，部分或全部地代替機床設計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經驗和操作技能放進 統(tǒng)，同時也希望它具有圖形交互、診斷等功能。這就需要商用的數控系統(tǒng) 具有友好的人機界面和提供給用戶的開發(fā)平臺。要求 制器透明以使機床制造商和最終用戶可以自由地執(zhí)行自己的思想。于是產生了開放結構的數控系統(tǒng)。 999 of of of be if lo SD be to an of 000,000,000, if 5% to of to if to of of to to 0% o to is 00,000,0005 00,000,000. 根據 1999 年美國機器人工業(yè)論壇的資料，當年美國機器人全部裝機的系統(tǒng)是機器人本身價值的 3— 5 倍，也就是如果有 美元機器人的市場，等于增加 20到 40 億美元的附加值，如果其中 25％歸因于軟件集成的原因引起的，再認為如果通過標準化的開發(fā)和應用，采用開放體系結構的控制器；使其中降低 50％那么在采用開放控制器后，每年潛在的價值就可以節(jié)省 2 億 5 千萬到 5 億美元。 to of 附錄 7 ① C of C as of is C, PC is of of NC C a NC C NC to of e C e a of s a s PC he C C is a be C to of of C to a C in of a to a C NC to of of 50 60 80 10 j 目前，開放的數控系統(tǒng)結構主要有 3 種形式：①基于 統(tǒng)，這種系統(tǒng)以 為平臺，開發(fā)數控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數據，控制坐標軸電機的運動。這類系統(tǒng)有時也稱為 C，這樣的系統(tǒng)容易做到全方位開放。②入式：這種系統(tǒng)的基本結構為： 板，即把一塊 插入傳統(tǒng)的器中， 要運行以坐標軸運動為主的實時控制，或且 為數控功能運行，而 作為用戶的人機接口平臺。③ 前主流 統(tǒng)生產廠家認為 統(tǒng)最主要的性能是可靠性，像 存在的死機現象是不允許的。 供鍵盤使用戶能把 系在一起，大大提高了人機界面的功能，比較典型的如 150i／ 160i／ 180i／ 210j 系統(tǒng)。 3. t to C, of is Ax to of to on of of of to to a 00 AD of is of AD t of 錄 8 a of to to to a of is a of to up of is a of s to 它基于 把 展到 成“ 開發(fā)和推廣這個標準的首要目的是實現不同的 統(tǒng)通過標準的個性文件來進行數據交換。當前，企業(yè)之間的專業(yè)分工趨向越來越明顯。當前，企業(yè)之間的專業(yè)分工趨向越來越明顯。一個汽車總裝廠往往有好幾百個零部件供應商，這些企業(yè)可能采用不同的 據交換的工作量非常大。當前，企業(yè)之間的專業(yè)分工趨向越來越明顯。采用 統(tǒng)之間點對點的交換方式是不可取的。只有通過一種統(tǒng)計表的方式來表達數據，統(tǒng)計表的文件格式來輸入和輸出數據才有可能實現大量的數據交換。系結構可歸納為采用 語言 (一種信息建模語言 )，具有三層結構 (應用層、邏輯層、物理層 )。也可以認為 核心是一個工程定義的數據庫，這些定義可以組成不同的應用協(xié)議，引 1 用于各產業(yè)需要的產品模塊數據庫包括幾何、拓撲、公差、關系、屬性、裝配、配置和其他的特性。而新的產品模塊在需要增加時可以不斷加入。 "of NC as C AM NC of it C in to to a to do a of “ 制器的數據模型” (以下稱 數據從 解決現行的 序缺乏通用性及移植性的問題。使“ 品模型數據用作直接機床的輸人已經發(fā)展成具有實際的意義這種“ 無 G 和 M 代碼，無后置處理的 準的目標為： 1) AM NC a t to to to of in of 錄 9 NC to 1)改進 統(tǒng)與 制器間的聯(lián)接；保證“ 在間傳遞數據。不是采用刀具的運動，而是采用工作步驟面向對象的概念，以改進 缺點。工作步驟相應于高級特征和過程的參數。 以對工作步驟解析為坐標的運動和刀具的動作。 2)to be AD of of 2) 數據模塊必須包括所有的復雜級別 (從加工時指令的 何數據到帶離散值的簡單軸運動。 3) C NC in it in of th e of C 3) 序設想可以放在新開發(fā)的 制器上，但是它也可能放在分離的支持和改進現有 制器的高級系統(tǒng)上 (包括各種網絡 )。 4) of C of of 4)對于 序的新標準將提供機床操作者更多的柔性、功能、統(tǒng)計表的編程定義和相關控制和幾何過程的修正。 5) a of 5)新標準允許 操作者由于他的專用機床和技術而執(zhí)行專門的功能。 6) to of of of of 6)對于最終用戶新的標準提供統(tǒng)一的編程，更快、更廉價的程序準備和由于統(tǒng)一的編程格式導致的低成本。 7) of in C, of of AM C 7)較少的后置處理而且更標準化。在 程級， 統(tǒng)和 統(tǒng)之間的數 據交換將更方便。 in a to to is 錄 10 of to a 二：目前，世界先進制造技術不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術的應用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)