談談數控技術的發展趨勢

數控散人

數控技術的發展趨勢

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分析數控及相關技術的發展和市場的需求，現代數控技術顯現出以下明顯趨勢。

1)      控制系統的高性能

（1）   高精、高速加工

● 整個信息流都必須高速而不畸變地流動和轉化成刀具或工作臺運動，才能在高速時加工出高精度的機械零件。

● 數控系統占用空間小、處理速度快、控制精度高。

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● 應用數字濾波器技術，消除機械諧振，提高伺服系統的位置增益。

● 前饋控制，補償由于伺服滯后產生的誤差。

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● 前瞻控制（LOOK AHEAD），程序執行前對運動數據進行計算、處理，并進行多段緩沖。

● 減少電動機和控制單元的大小，提高反饋編碼器的分辨率。

● 納米插補技術。

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● 加加速度控制，在加工曲面很大，形狀很尖的工件時，減少機械沖擊。

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（2）   五軸加工功能和復雜加工功能的機床用數控系統

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復雜的五軸加工，包括旋轉加工，待處理的信息大大增加，因此，在許多場合下，數控系統需要增加RISC芯片的處理器進行預處理。五軸聯動可以使用刀具最佳狀態進行加工，其主要功能有：

● 軸間刀具補償，即使改變刀具的方向，仍然可以按刀具方向進行補償。

● 刀具中心控制，即使改變刀具的方向，刀具中心點的運動仍受控制。

● 三維刀具半徑補償，在垂直于傾斜刀具的平面可進行刀具半徑補償和刀具前沿偏置。

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● 三維圓弧插補，可以指定在傾斜平面內的圓弧。

● 傾斜面加工指令：可以編制用來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軸。

● 三維手動進給，可以以手動進給的方式，使刀具朝著沿傾斜面的方向和傾斜刀具的方向移動。

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復雜的加工功能可以通過采用“學習控制” 、“自適應”控制等來改善伺服系統控制和數控系統本身的軟件解決。

（3）   復合數控機床用數控系統

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為了提高生產率，數控復合加工機床的開發和研制已為數控機床的一種發展趨勢，對其數控系統應增加以下功能：

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● 螺錐線功能

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● 螺旋線功能

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● 三維圓弧功能

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● 刀具中心點控制

2)      控制系統的開放性

為了滿足機床技術的發展，要求數控系統透明以使機床制造商和最終用戶可以自由的執行自己的思想。這就產生了開放結構的數控系統。1987年美國空軍在政府支持下，發表了著名的“NGC（下一代控制器）”的計劃，其重要內容之一，便是提出了“開放系統體系結構標準規格（SOSAS）”。90年代開始在美國空軍的支持下，美國國家標準技術研究院提出了“EMC(增強型機床控制器)” ；由通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司提出了“OMAC（開放模塊體系結構控制器）”，它相似于歐洲的“OSACA（對于自動化系統的開放體系結構）”，等等。IEEE“開放系統技術委員會”定義“開放”的概念為：開放系統所執行的應用可以運行于多家制造者不同平臺；并可以與其他系統的應用相互操作而顯現與用戶交互的協同（IEEE 1003.0）。它具有（1）移植性；（2）擴展性；（3）互操作性；（4）縮放性。

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開放式數控系統現階段存在有以下2種形式：

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（1）  基于PC的CNC系統：這種系統以PC機為平臺，開發數控系統的功能，通過伺服卡傳送數據，控制坐標軸電機的運動。但由于受PC平臺的制約,可靠性稍差，但具有較強的開放性。

（2）   PC嵌入式：CNC+PC主板，把一塊PC主板插入傳統的CNC機器中；PC板主要運行非實時控制，CNC主要運行以坐標軸運動為主的實時控制。這種系統 現為主流趨勢。

3) e -制造和STEP－NC標準

在信息化技術蓬勃發展的推動下，制造業正面臨著一個以提升競爭能力為目標的構建全企業數字化時代。作為主要制造裝備的數控機床及其組成的制造系統也將積極地向數字制造業邁進。它將成為一個信息集成和快速實施的制造單元，其主要特征歸結為3F（柔性化、聯盟化、新穎化）、3I（集成化、信息化和智能化）和3S（系統化、軟件化和個性化）。

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數字制造泛指在機床生產過程中，用數字技術進行控制、通訊和管理。因此，制造業迫切需要綜合性的信息交換技術來實現各種計算機輔助（CAx）系統之間的有效集成。為此，國際標準化組織（ISO）工業自動化系統與集成技術委員會（TC184）下屬的SC4開發了產品數據交換標準STEP（Standard for the Exchange of  Product Model Data, ISO10303）來適應這個要求，這使制造業出現了整個企業過程鏈利用標準數據的可能。由于數控機床及的數據格式不同，這就要求不同的CAx系統通過標準的中性文件來進行數據交換，將STEP標準研究擴展到數控加工領域，為STEP－NC 的標準研究，1995年，ISO/TC184/SC1/WG7開始制訂新標準。“CNC控制器用的數據模型”亦稱（STEP－NC）。它是NC的數據從CAD/CAM到CNC的數據模型。它解決了現行的NC程序缺乏通用性及移植性的問題。實現STEP-NC的數控系統，與因特網結合在一起，非常容易實現利用網絡傳遞信息，進行全球的CAD/CAM與CNC一體化的加工制造。這將使裝備制造業水平有一個質的飛躍。