附錄 1 to to"he of NC 控機(jī)床 發(fā)展趨向“六化”及其控制器的發(fā)展趨勢(shì) s is a to 摘要： 數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)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(shù)控機(jī)床控制器的發(fā)展趨勢(shì)。隨著信息技術(shù) (1T)和制造技術(shù)(發(fā)展，出現(xiàn)了更多功能、更高性能的控制器，諸如多坐標(biāo)、多系統(tǒng) (通道 )的控制；具有高精、高速、 5 軸加工功能和復(fù)雜加工、數(shù)控復(fù)合機(jī)床、進(jìn)網(wǎng)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(jīng)成為潮流。數(shù)字制造要求數(shù)控系統(tǒng)建立在一個(gè)全新的信息技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上，容易利用網(wǎng)絡(luò)傳遞加工制造信息，進(jìn)行 體化的加工制造。這就出現(xiàn)了 型的數(shù)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(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù) (1T)與制造技術(shù)(合發(fā)展的結(jié)果。最近 20 年來，信息技術(shù)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(gè) 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(tái)機(jī)床將變得更加靈活和精巧；可以廣泛地進(jìn)行通信；方便地進(jìn)行集成和重構(gòu)；對(duì)過程進(jìn)行測(cè)量，預(yù)示結(jié)果，診斷故障，避免事故；并按照科學(xué)的模式進(jìn)行加工，達(dá)到最佳的生產(chǎn)效率。下面是一些關(guān)于控制器最新的發(fā)展情況。 1. . 制器的性能進(jìn)一步提高、具有更多功能 1) )多坐標(biāo)、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(shù)為 10個(gè)系統(tǒng) (通道 )，最多軸數(shù)和最大主軸配置數(shù)為 40 軸，其中進(jìn)給軸 32 軸，主軸為 8軸，最大同時(shí)控制軸數(shù)為 24 軸系統(tǒng)。最大 統(tǒng)為 3 個(gè)系統(tǒng)。最大 I O 點(diǎn)數(shù)為 4096 點(diǎn) 4096 點(diǎn)， 本命令速度為 25大可預(yù)讀程序段： 1000 段。這是當(dāng)前世界配置最高的數(shù)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(dòng)機(jī)床，復(fù)合機(jī)床，多頭機(jī)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(gè)功能，使 制造技術(shù) (大地向前發(fā)展了。數(shù)控機(jī)床采用計(jì)算機(jī)控制，可以保證加工的零件具有很高的精度重復(fù)性。但為了得到一定的功能，輸入控制器的信號(hào)要經(jīng)過一系列處理，不可避免地要失真、延時(shí)。因此在高速加工時(shí)，要保持高的加工精度就要采取一定的措施減少失真、延時(shí)。高精、高速的加工，除了機(jī)械設(shè)計(jì)和制造要保證能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)外，對(duì) 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(bǔ)償由于伺服滯后所產(chǎn)生的誤差，提高加工精度。適當(dāng)控制進(jìn)給率和采用恰當(dāng)?shù)募訙p速曲線可以減少加減速滯后所產(chǎn)生的誤差?！扒罢啊笨刂圃诔绦驁?zhí)行前對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù) 據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理和多段緩沖，從而控制刀具按高速運(yùn)動(dòng)，而且誤差很小對(duì)于機(jī)床平滑運(yùn)行的高精度輪廓控制，采用對(duì)指令形式的實(shí)時(shí)識(shí)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(dòng)，開發(fā)數(shù)字濾波器的技術(shù)，以消除機(jī)械的諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。高精進(jìn)給和主軸的伺服系統(tǒng)對(duì)高速、高精和高效十分重要。 3) 5 to ) 5 軸加工和復(fù)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(duì)于 3 維曲面加工，它可以充分利用刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行切削，在復(fù)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(yīng)用。 5 軸加工的機(jī)械其配置主要有刀具旋轉(zhuǎn)方式、工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)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(jù) 5 軸加工的特點(diǎn)，把它們，比如 具中心控制 )，刀具半徑補(bǔ)償?shù)裙δ埽瑧?yīng)用到不同機(jī)械配置的 5 軸加工機(jī)床。 4) to )數(shù)控復(fù)臺(tái)功能 of of a of of to to 為了提高生產(chǎn)率，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床的開發(fā)和制造已變成數(shù)控機(jī) 床的一種發(fā)展趨勢(shì)。 5) )進(jìn)網(wǎng)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(shù)控系統(tǒng)本身對(duì)多臺(tái)機(jī)床進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，系統(tǒng)需要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。以便傳遞程序，監(jiān)控加工狀態(tài)。除此以外，網(wǎng)絡(luò)功能還可以傳送附錄 5 維修數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、操作和診斷；傳送 據(jù)。 有 現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)。目前主要采用以太網(wǎng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線。隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用無(wú)線技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)。無(wú)線技術(shù)可以使信息到達(dá)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(shù)控機(jī)床一起，工作在底層車間，經(jīng)受惡劣的環(huán)境，如：溫度，濕度，振動(dòng)，油霧，粉塵的影響，同時(shí)又要求連續(xù)工作；因此對(duì)可靠性要求特別高，除了可靠性設(shè)計(jì)、制造工藝等措施外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的可靠性主要采取以下措施：采用光纖，減少電纜連接，比如 數(shù)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(gè)伺服放大器傳遞大量的數(shù)據(jù)。采用糾錯(cuò)碼 ( 送數(shù)據(jù)，隨著軟件高速處理大量數(shù)據(jù)，也要求對(duì)微處理器、存儲(chǔ)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(jìn)行高速讀、寫和傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，由 動(dòng)的信號(hào)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(shí)，導(dǎo) 致不能正確地傳遞數(shù)字附錄 6 信號(hào)。另外，在最新電子元件低壓供電時(shí)，降低了電路低抗噪音的運(yùn)行范圍。 過把 到數(shù)據(jù)上以傳送各種不同型式的數(shù)據(jù)，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(dāng)出現(xiàn) 床以后，制造廠家就希望能打開 統(tǒng)這個(gè)黑盒子，部分或全部地代替機(jī)床設(shè)計(jì)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(jīng)驗(yàn)和操作技能放進(jìn) 統(tǒng)，同時(shí)也希望它具有圖形交互、診斷等功能。這就需要商用的數(shù)控系統(tǒng) 具有友好的人機(jī)界面和提供給用戶的開發(fā)平臺(tái)。要求 制器透明以使機(jī)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(chǎn)生了開放結(jié)構(gòu)的數(shù)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(jù) 1999 年美國(guó)機(jī)器人工業(yè)論壇的資料，當(dāng)年美國(guó)機(jī)器人全部裝機(jī)的系統(tǒng)是機(jī)器人本身價(jià)值的 3 5 倍，也就是如果有 美元機(jī)器人的市場(chǎng)，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(rèn)為如果通過標(biāo)準(zhǔn)化的開發(fā)和應(yīng)用，采用開放體系結(jié)構(gòu)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(jià)值就可以節(jié)省 2 億 5 千萬(wàn)到 5 億美元。 to of 附錄 7 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(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有 3 種形式：基于 統(tǒng)，這種系統(tǒng)以 為平臺(tái)，開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標(biāo)軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。這類系統(tǒng)有時(shí)也稱為 C，這樣的系統(tǒng)容易做到全方位開放。入式：這種系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為： 板，即把一塊 插入傳統(tǒng)的器中， 要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制，或且 為數(shù)控功能運(yùn)行，而 作為用戶的人機(jī)接口平臺(tái)。 前主流 統(tǒng)生產(chǎn)廠家認(rèn)為 統(tǒng)最主要的性能是可靠性，像 存在的死機(jī)現(xiàn)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(jī)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的首要目的是實(shí)現(xiàn)不同的 統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)性文件來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)前，企業(yè)之間的專業(yè)分工趨向越來越明顯。當(dāng)前，企業(yè)之間的專業(yè)分工趨向越來越明顯。一個(gè)汽車總裝廠往往有好幾百個(gè)零部件供應(yīng)商，這些企業(yè)可能采用不同的 據(jù)交換的工作量非常大。當(dāng)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交換方式是不可取的。只有通過一種統(tǒng)計(jì)表的方式來表達(dá)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)表的文件格式來輸入和輸出數(shù)據(jù)才有可能實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)交換。系結(jié)構(gòu)可歸納為采用 語(yǔ)言 (一種信息建模語(yǔ)言 )，具有三層結(jié)構(gòu) (應(yīng)用層、邏輯層、物理層 )。也可以認(rèn)為 核心是一個(gè)工程定義的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些定義可以組成不同的應(yīng)用協(xié)議，引 1 用于各產(chǎn)業(yè)需要的產(chǎn)品模塊數(shù)據(jù)庫(kù)包括幾何、拓?fù)?、公差、關(guān)系、屬性、裝配、配置和其他的特性。而新的產(chǎn)品模塊在需要增加時(shí)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(shù)據(jù)模型” (以下稱 數(shù)據(jù)從 解決現(xiàn)行的 序缺乏通用性及移植性的問題。使“ 品模型數(shù)據(jù)用作直接機(jī)床的輸人已經(jīng)發(fā)展成具有實(shí)際的意義這種“ 無(wú) G 和 M 代碼，無(wú)后置處理的 準(zhǔn)的目標(biāo)為： 1) AM NC a t to to to of in of 錄 9 NC to 1)改進(jìn) 統(tǒng)與 制器間的聯(lián)接；保證“ 在間傳遞數(shù)據(jù)。不是采用刀具的運(yùn)動(dòng)，而是采用工作步驟面向?qū)ο蟮母拍?，以改進(jìn) 缺點(diǎn)。工作步驟相應(yīng)于高級(jí)特征和過程的參數(shù)。 以對(duì)工作步驟解析為坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)和刀具的動(dòng)作。 2)to be AD of of 2) 數(shù)據(jù)模塊必須包括所有的復(fù)雜級(jí)別 (從加工時(shí)指令的 何數(shù)據(jù)到帶離散值的簡(jiǎn)單軸運(yùn)動(dòng)。 3) C NC in it in of th e of C 3) 序設(shè)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(jìn)現(xiàn)有 制器的高級(jí)系統(tǒng)上 (包括各種網(wǎng)絡(luò) )。 4) of C of of 4)對(duì)于 序的新標(biāo)準(zhǔn)將提供機(jī)床操作者更多的柔性、功能、統(tǒng)計(jì)表的編程定義和相關(guān)控制和幾何過程的修正。 5) a of 5)新標(biāo)準(zhǔn)允許 操作者由于他的專用機(jī)床和技術(shù)而執(zhí)行專門的功能。 6) to of of of of 6)對(duì)于最終用戶新的標(biāo)準(zhǔn)提供統(tǒng)一的編程，更快、更廉價(jià)的程序準(zhǔn)備和由于統(tǒng)一的編程格式導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)化。在 程級(jí)， 統(tǒng)和 統(tǒng)之間的數(shù) 據(jù)交換將更方便。 in a to to is 錄 10 of to a 二：目前，世界先進(jìn)制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)