第3章 數(shù)控技術(shù)的基本知識和現(xiàn)代數(shù)控的發(fā)展方向

第二章

數(shù)控技術(shù)的基本知識

和現(xiàn)代數(shù)控的發(fā)展方向

貴州大學機械工程學院

9/28/20231:01AM

第一部分

數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.1數(shù)控與數(shù)控機床1.概念

◆數(shù)控:

數(shù)字控制（NC—NumericalControl）,以數(shù)字化信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。NC已成為數(shù)控加工的專用術(shù)語。

◆數(shù)控技術(shù)：用數(shù)控機床（數(shù)控設備）進行自動化加工的一種技術(shù)，它綜合應用了多種學科的知識。◆數(shù)控機床：是實現(xiàn)柔性自動化的關(guān)鍵設備，是柔性自動生產(chǎn)系統(tǒng)的基本單元。

●數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代先進制造技術(shù)的基礎，其技術(shù)水平和普及程度是衡量國家綜合國和工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標志。

●CNC與CAD/CAM/CAPP/關(guān)系:通訊

▼CAD:計算機輔助設計(ComputerAidedDesign)

▼CAM:計算機輔助制造(ComputerAidedMaunfacturng)

▼CAE:計算機輔助工程

(ComputerAidedEngineering)CADCAMCAE范疇劃分●CNC與現(xiàn)代先進制造系統(tǒng)關(guān)系:CNC用在制造系統(tǒng)中

CNC：DNC–FMC–FMS–CIMS–FA

并行工程、敏捷制造、數(shù)字化制造、智能制造、網(wǎng)絡制造、綠色制造、納米制造、高速加工等等。初步設計分析模擬詳細設計制圖生產(chǎn)準備工藝設計NC編程機器人編程制

造NC加工裝配檢驗產(chǎn)品CAECADCAMCAD/CAMCAD/CAM/CAE廣義CAD廣義CAM廣義CAD/CAMCAPP2.數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生的原因■高精度、高效率；■剛性自動化不能滿足的要求（手工、小規(guī)模、大規(guī)模生產(chǎn)）；■柔性自動化（多品種、變批量）、復雜零件的加工（多坐標加工）；■計算機技術(shù)的發(fā)展。3.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史■1952年，第一代電子管數(shù)控系統(tǒng)；■1959年，第二代晶體管數(shù)控系統(tǒng)。隨之出現(xiàn)刀庫，機械手、加工中心；■1960年，第三代集成電路數(shù)控系統(tǒng)，硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)（稱為

NC；

■1970年，第四代小型計算機數(shù)控（CNC）；■1974年，第五代微型計算機數(shù)控（MNC，統(tǒng)稱CNC）；■1980年后，F(xiàn)MS、FMC、CIMS、開放式數(shù)控（openNC）系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)（IMS）大發(fā)展?！?990年后,高速加工，納米制造。

1.2數(shù)控機床的工作原理

1.機床數(shù)字控制的原理

將被加工零件圖紙上的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代

碼和格式編寫成加工程序，然后將程序輸入數(shù)控裝置，按照程

序的要求，經(jīng)過信息處理，分配，使各坐標以最小位移量為單

位移動，其合成運動實現(xiàn)了刀具與工件的相對運動，完成零件

的加工。

最小位移量的合成運動是機床數(shù)字控制的基本原理，即軌

跡控制原理（插補原理）。

◆點位控制：嚴格控制點到點的距離，不嚴格要求路徑，運

動中不加工。

XYOPQ123

圖1.1點位控制

◆輪廓控制：

加工平面曲線、空間曲線、空間曲面時，需要多坐標聯(lián)動。

以平面（兩維）的任意曲線L為例，要求刀具Τ沿（逼近）曲線

軌跡運動，進行切削加工。

如圖1.2所示。將曲線L分割成：l0、l1、l2……、li等線段。

用直線（或圓?。┐妫ū平┻@些線段，當逼近誤差δ相當

小時，這些折線段之和就接近了曲線。

輪廓控制也稱連續(xù)軌跡控制，它的特點是不僅對坐標的移動量進行控制，而且對各坐標的速度及它們之間的比率都要進行嚴格控制，以便加工出給定的軌跡

1112131516δ△x△y14XYOTL圖1.2輪廓控制:

這種在允許的誤差范圍內(nèi)，用沿曲線逼近函數(shù)的最小單位移動量合成的分段運動（小線段、小圓?。┐嫒我馇€運動，以得出所需要的運動軌跡，是數(shù)控的基本構(gòu)思之一?！舨逖a（Interpolation）

是用被加工軌跡的有限信息（如起點和終點之間），計算插進刀具運動的許多中間點，進行數(shù)據(jù)點的密化工作，然后用已知線型（如直線、圓弧等）逼近。

插補有二層意義：基本線型的形成及如何分段逼近。

基本線型：由插補指令完成。如直線插補、圓弧插補、拋物線插補、螺旋線插補、極坐標插補、圓柱插補、樣條插補、曲面直接插補、納米插補、光順插補等，插補指令越多，越能實現(xiàn)復雜型面的加工。

分段逼近：按允許的誤差。弦線逼近、割線逼近、切線逼近?！舨逖a分類：基準脈沖插補、數(shù)據(jù)采樣插補（主要方法）?！艋c和節(jié)點

基點：在數(shù)控加工圖紙中，基本線型的交點稱為；

節(jié)點：輪廓軌跡上的插入點（逼近線型與輪廓軌跡的交點）?！魹槭裁囱a用數(shù)學函數(shù)直接插補？

①計算費時間

，不能滿足實時控制的要求；

②有的被加工輪廓用列表點表示的，沒用數(shù)學公式；

③數(shù)控加工時運動不能突變，要滿足加速度的要求。

2.數(shù)控機床的控制

●軌跡控制

●開關(guān)量控制

1.3數(shù)控機床的組成及分類

1.數(shù)控機床的組成

●數(shù)控系統(tǒng)：I/0接口、CNC裝置、伺服系統(tǒng)、PLC

●機械主機：主運動機構(gòu)、進給運動機構(gòu)、輔助機

構(gòu)、床身等

輸入

數(shù)控裝置

驅(qū)動裝置

機床MG

測量反饋圖3數(shù)控機床的組成

2.數(shù)控機床的應用

1）多品種變批量、單件小批量的自動化

2）柔性加工和柔性自動化

◆小批量而又輪番生產(chǎn)的零件；

◆幾何形狀復雜的零件；

◆在加工過程中必須進行多種工序加工的零件；

◆切削余量大的零件；

◆必須嚴格控制公差（公差帶范圍很小）的零件；

◆工藝設計會經(jīng)常變化的零件；

◆貴重零件；

◆需全部檢測的零件，等等。

3.數(shù)控機床的分類

1）按控制運動的軌跡特點分類

◆點位控制數(shù)控機床

◆直線控制數(shù)控機床(單軸數(shù)控)

◆輪廓控制的數(shù)控機床：分為兩坐標聯(lián)動，2.5坐標聯(lián)動，三坐

標聯(lián)動，四坐標聯(lián)動，五坐標聯(lián)動等數(shù)控機床。五坐標聯(lián)動

是關(guān)鍵技術(shù)。

2）按伺服系統(tǒng)的控制類型分類

◆開環(huán)控制的數(shù)控機床

◆全閉環(huán)控制的數(shù)控機床

◆半閉環(huán)控制的數(shù)控機床

3）按工藝方法分類

◆金屬切削類數(shù)控機床：

數(shù)控車床，數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加

工中心等。

◆金屬成型類及特種加工類數(shù)控機床

4）按功能水平分類：

◆高、中、低檔（亦稱經(jīng)濟型）

5）按驅(qū)動方式分類

◆步進式

◆直流伺服

◆交流伺服（交流模擬、交流數(shù)字）

6）按組成和功能

◆開放式數(shù)控

◆智能數(shù)控

第二部分數(shù)控機床控制系統(tǒng)（CNC）

2.1CNC系統(tǒng)的組成

CNC系統(tǒng)由“數(shù)控裝置”、“伺服系統(tǒng)”和系統(tǒng)程序組成。

●數(shù)控裝置（專用計算機）：硬件和軟件組成。

●伺服系統(tǒng)：檢測裝置、驅(qū)動裝置和伺服電機組成。

2.1.1數(shù)控裝置的硬件組成及功能

1.數(shù)控裝置的硬件包括：

微機基本系統(tǒng)：CPU、總線、存儲器、I/O設備等

數(shù)控接口組件：進給軸位置控制接口組件、主軸控制接口組件

手搖脈沖發(fā)生器接口組件等。

接口：人機界面接口、通訊接口、機電接口

輔助功能（M）控制接口等

2.硬件功能：

與軟件一起接收輸入信息（程序）、經(jīng)過譯碼、軌跡計算（速

度計算）、補償計算、加/減處理和插補運算，給各個坐標的

伺服驅(qū)動器分配速度、位移指令，完成數(shù)控加工任務。

3.硬件具體組成

微機基本系統(tǒng)

人機界面接口:鍵盤、顯示器、操作面板、手搖脈沖發(fā)生器

通訊接口、

RS232、RS485串行接口、網(wǎng)絡接口

進給軸位置控制接口

主軸控制接口

輔助功能（M指令）控制接口

CPUROMRAMIN

接口0UT接口其它接口

通訊控制接口

位置控制接口

主軸控制接口MDI/CRT接口手搖脈沖發(fā)生器接口圖4單CPU數(shù)控裝置

2.1.2數(shù)控裝置軟件的基本組成和功能

軟件由控制功能程序、管理功能程序組成

1.控制功能程序--實時性強,用于進給坐標的位置控制，中斷完成;

譯碼;

預處理（刀補和速度處理）；

插補；

位控；

2.管理功能程序--實時性稍差，但要保證控制軟件數(shù)據(jù)的供給傳遞，具體見圖。CNC軟件

管理

控制顯示

STMI/O處理通訊診斷譯碼刀具補償速度處理插補位置控制輸入存儲

圖5數(shù)控裝置軟件組成

2.2CNC系統(tǒng)的技術(shù)性能指標

1．CPU的性能：8、16、32、64位，主頻十多GHz,精減指令集芯片（RISC）,提供高的速度和豐富的軟硬件資源；

2．系統(tǒng)具有高分辨率：保證高精度、超精密加工。進給系統(tǒng)

100萬脈沖/每轉(zhuǎn)、1600萬脈沖/每轉(zhuǎn)（FANUC0i）,分辨率為0.001mm，速度最高可達到100m～240m/min。超精密加工時分辨率0.1μm（甚至0.01μm）,速度為24m/min,或更高。

3．系統(tǒng)的控制功能：

1)多軸聯(lián)動、多坐標控制

2)多種函數(shù)的插補

3)多種程序輸入功能

4)信息轉(zhuǎn)換功能

5)補償功能

6)多種加工方式選擇

7)具有故障自診斷功能

8)顯示功能

4．伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能

5．數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)PLC功能

6．系統(tǒng)的通訊和聯(lián)網(wǎng)功

7．系統(tǒng)的開放性

8．可靠性

2.3怎樣選擇CNC系統(tǒng)

2.3.1選擇原則

1.名牌廠家：

FANUC、SIEMENS、AB、CINCINNATI、NUM、HP、FAG

、GE-FANUC、三菱、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、航天數(shù)控、藍天數(shù)控、北京FANUC、上海開通數(shù)控、南京方達數(shù)控、威海華東數(shù)控、南京清華數(shù)控…

2.系統(tǒng)的系列

FANUC:

FANUC-0TD/0MD/0C/0i/15/15i/16/16i/18/18i/21/21i/160/180/210/160i/180i/210i/…F30i；

SIEMENS:

SIEMENS-802S/802D/810D/840D；3.基本功能、選擇功能

4.分辨率（設定單位）、速度、聯(lián)動軸數(shù)；

5.高速高精度系統(tǒng)的特殊指令功能

6.價格、維修。

2.3.2高速高精密數(shù)控機床的CNC系統(tǒng)

1.數(shù)控裝置的特殊功能●納米精加工插補；（Nanointerpolation）●光順插補；●高精度（納米）輪廓控制；

●

5軸加工功能；

●

NURBS插補；●前視功能；●預測及反復控制；●法線方向及緩曲線法線方向控制；●精細加/減速功能；●切削進給插補前/后的直線加/減速功能；●切削進給插補前/后的鈴型（或叫鼓型）加/減速

●插補型螺距誤差補償；

●雙向螺距誤差補償；●直線度補償；

●插補型直線度補償；

●豐富的宏指令，循環(huán)指令；●完善的自診斷、參數(shù)設置、動態(tài)圖形顯示、高速緩存、I/O外部設備控制和聯(lián)網(wǎng)功能等

●接外部補償?shù)墓δ堋?/p>

2.對驅(qū)動控制及伺服電機的特殊要求

●光纖通訊的三環(huán)（電流、速度、位置）全閉環(huán)控制交流數(shù)字伺服系統(tǒng)；●高響應的矢量控制功能:FANUC系統(tǒng)稱為:HRV-HighResponseVector高響應向量控制）；

●雙位置反饋控制；

●特殊制造的高響應高精度電機,且具有平穩(wěn)運行的低速性能；

第三部分數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)及設計

3.1

機床本體

機床本體也稱主機，它包括:

主運動部件:主軸箱及主軸；進給運動部件：進給傳動件、工作臺、刀架、導軌等；基礎部件：支撐部件，如：底座、床身、立柱等；特殊部件：刀庫、自動換刀裝置和托盤交換裝置等）；現(xiàn)在包括CNC裝置，各個部件都看做功能部件，專門生產(chǎn)。

3.2

數(shù)控機床主機的特點

主運動，及進給坐標軸都由單獨的伺服電機驅(qū)動；

傳動鏈短、結(jié)構(gòu)比較簡單；運動關(guān)系由計算機來協(xié)調(diào)控制。

采用高效傳動件：精密滾珠絲杠、直線滾動導軌副、精密齒條、蝸母條、靜壓、磁浮導軌等。機械結(jié)構(gòu)應具有較高的靜態(tài)特性、動態(tài)剛度、阻尼精度、耐磨性以及抗熱變形性能。在加工中心上還具備有刀庫和自動交換刀具的機械手。

配套設施齊全，如：冷卻、自動排屑、防護、可靠的潤滑、對刀儀等。

3.3主機的設計

3.3.1總體設計

1.總體方案：布局外觀、精度、性能、靜動態(tài)特性（剛度特性摩擦特性、熱特性）.2.參數(shù)：功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、行程、速度….3.機電匹配：機電分工、電機和控制系統(tǒng)的選擇.3.3.2主傳動系統(tǒng)設計

1.傳動系統(tǒng).

2.電主軸.

3.自動卡盤.4.動力刀架.3.3.3進給傳動系統(tǒng)設計

1.開環(huán)、半閉環(huán)、全閉環(huán).

2.傳動方案.3.高效傳動件的設計、選擇、計算、機電匹配.4.直線電機系統(tǒng).

3.3.4其它系統(tǒng)的設計

1.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺.2.換刀機械手。

3.刀庫、刀具系統(tǒng).4.冷卻、排屑系統(tǒng).

第四部分

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向

4.1數(shù)控技術(shù)總的發(fā)展趨勢

當代，數(shù)控技術(shù)的典型應用是FMC/FMS/CIMS，其發(fā)展方向是高速化、高精度化、高效加工、多功能化、小型化、復合化、開放化和智能化以及數(shù)控標準的發(fā)展。目前的動向是:

開放式數(shù)控系統(tǒng)、高速加工系統(tǒng)。

4.2

新的數(shù)控標準

STEP-NC

4.2.1STEP-NC標準的產(chǎn)生及概念1.產(chǎn)生：

數(shù)控發(fā)展已50多年了，編程還在采用G、M代碼、地址字的程序格式（ISO6983），它是面向運動和開關(guān)控制的語言。

限制了CNC系統(tǒng)的開放性和智能化發(fā)展的需要，使CNC與

CAM技術(shù)之間形成了瓶頸。

體現(xiàn)不出IT技術(shù)與MT技術(shù)的結(jié)合：CAD/CAM/CAE/PDM…

限制了制造業(yè)的發(fā)展。

為此國際標準化組織ISO制定了“產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準”

STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData）

（ISO10303）

產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準STEP，是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，將此擴展到數(shù)控領域，形成了STEP-NC新標準（ISO-14649）

2.STEP-NC數(shù)據(jù)模型

STEP-NC為“新型的CNC控制器數(shù)據(jù)模型”標準，它是從

CAM到CNC的數(shù)據(jù)模型。

STEP、STEP-NC是中性的,采用面向?qū)ο蟮恼Z言:EXPRESS,

以面向?qū)ο蟮男问綄a(chǎn)品的設計信息與制造信息聯(lián)系起來，

STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)能進行CAD/CAM與CNC一體化的加工。

STEP-NC為CNC系統(tǒng)重新規(guī)定CAD/CAM與CNC之間的接口，可以進行數(shù)據(jù)交換。要求CNC系統(tǒng)直接使用符合STEP

標準的CAD三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型（包括工件幾何數(shù)據(jù)、設置、制造特征信息、工藝信息和刀具信息），而直接產(chǎn)生的加工程序用來控制機床。3.STEP-NC研制情況

STEP-NC是當前世界各國正在開展的研究項目。

歐洲、美國（SuperModel項目）、韓國、日本（DigitalSater項目）都在積極的進行，而且關(guān)于STEP-NC的研究已取得了實質(zhì)性的進展。

法那科、西門子數(shù)控系統(tǒng)公司都宣布將執(zhí)行STEP-NC標準。

4.2.2STEP-NC標準的內(nèi)容

STEP-NC定義了一個新的應用協(xié)議AP-238，作為CAM與

CNC之間數(shù)據(jù)交換的具體規(guī)范。1.

AP-238

AP-238包括從產(chǎn)品概念到成品（零件）全過程所需的全部信息。其中有：

三維幾何信息--AP-203/AP214；

特征信息---AP-224；

工藝信息（如車、銑、放電加工等）--AP-219；

檢測信息---AP-219等等。

2.

STEP-NC

標準（草案）內(nèi)容：有關(guān)基本規(guī)則與銑削加工的標準（草案）已完成，包括：

基本概念和規(guī)則（Part1）；

通用數(shù)據(jù)（Part10）；

數(shù)控銑削加工工藝（Part11）；

刀具、銑削刀具（Part111）等。正在制定的STEP-NC標準有：

數(shù)控車削加工（Part12）；

放電加工（Part13）；

木材和玻璃加工（Part14）；

檢測（Part15）等。3.標準通用數(shù)據(jù)

包括二大部分:

工件（Workpiece，指成品）和工作計劃（Workplan）。

工件上需去除的材料的區(qū)域由一系列加工特征（Machining-feature）定義。

工作計劃包括若干工作步驟（Workingstep）。

工作步驟將具體的加工特征（如平面、復雜曲面、孔等）與具體的操作（Machining-operation）聯(lián)系起來。

操作（operation）本身是ISO-14649定義的一個面向的概念，涉及加工方法、刀具、刀軌、工藝策略等。4.2.3STEP-NC數(shù)控程序結(jié)構(gòu)1.STEP-NC數(shù)控程序編制的原則：

采用了ISO-10303數(shù)據(jù)格式和面向特征的編程原則。

以工作步驟為加工流程的的基本單位。

將特征與技術(shù)信息聯(lián)系到一起。

每個工作步驟只定義一個具體操作（干什么、如何干、只能用一種刀具和一種策略）

2.程序結(jié)構(gòu)：程序結(jié)構(gòu)分為文件頭和數(shù)據(jù)段

文件頭以HEADER為標記，主要說明文件名、編程者、日期以及注釋等。

數(shù)據(jù)以DATA開始，包含了加工零件所需的所有信息和操作任務。根據(jù)規(guī)定，首先要有一個PROJECT語句。

其后的內(nèi)容可分為三部分：

工作與可執(zhí)行語句（Executable，包括工作步驟、一般NC

功能如信息顯示等、流程控制）。

技術(shù)描述（刀具、機床功能、加工策略等）

幾何描述（幾何數(shù)據(jù)、加工特征等）

ENDSEC為程序結(jié)束標志。

3.例子（西門子公司開發(fā)的,其中的斜體為特意加入的說明)：HEADER;文件頭部開始語句

…ENDSEC;

文件頭部分結(jié)束DATA;

數(shù)據(jù)段開始#1=PROJECT(Workplan#10);#1規(guī)劃由工作計劃#10完成#10=Workplan(#20,#35,…)

;#10包括：#20工步、#35工步、…

…#20=Machining-Workingstep(,#21(feature),#22(Machining);#20為加工工步，包括：#21加工特征、#22加工操作#21=Round

hole(‘HoleM6’,,…);被加工的是M6‥,圓周孔#22=Drilling(#(Tool),,,#(technology),#(Machine-functions);鉆削加工（刀具、工藝、機床功能）

…#35=Machining-Workingstep(…);#35為加工工步

…其它加工工步ENDSEC;

程序結(jié)束（數(shù)據(jù)段）說明：文件程序名、編者、日期、注釋

4.STEP-NC特點：廢棄了傳統(tǒng)的數(shù)控程序，無后置處理，無

G、M代碼。ISO14649的目標為：①改進CAD/CAM系統(tǒng)與CNC控制器之間的連接，數(shù)據(jù)傳遞。不采用刀具運動編程，而采用工作步驟面向?qū)ο蟮母拍?。工作步驟相應于高級特征和過程參數(shù)。CNC對工作步驟解析為坐標的運動和刀具的動作。②數(shù)據(jù)模塊必須包括所有的復雜級別（從加工時，指令的CAD

幾何數(shù)據(jù)到離散值的簡單軸運動）。③CNC程序設想可以放在新開發(fā)的CNC控制器上,也可能放在分離的支持和改進現(xiàn)有CNC控制器的高級系統(tǒng)上（包括各種網(wǎng)絡）。④對于數(shù)控程序的新標準將提供機床操作者更多的柔性、功能、統(tǒng)計表的編輯定義、相關(guān)控制和幾何過程的修正。⑤新標準允許操作者因為專用機床和技術(shù)，而執(zhí)行專門的功能。⑥對于最終用戶新的標準提供統(tǒng)一的編程格式，使程序準備更快、更廉價。

⑦較少的后置處理，而且更標準化。在數(shù)控編程級CAD/CAM

系統(tǒng)和NC系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換將更方便。4.2.3STEP-NC為計算機數(shù)控（CNC）提供的發(fā)展空間

STEP-NC的發(fā)展使得STEP標準擴展到自動化加工的底層設備，建立了一條貫穿整個制造過程的高速公路。將影響相關(guān)的CAX技術(shù)（CAD、CAPP、CAM、CAE、PDM、ERP等）、刀具、機床、夾具、先進生產(chǎn)模式等。主要有以下幾方面：⑴數(shù)控編程界面；⑵數(shù)控系統(tǒng)的開放性；⑶數(shù)控系統(tǒng)的智能化；⑷CAM和CNC之間的功能重新劃分（嵌入式CAM）；⑸加工質(zhì)量和效率，CNC改變被動執(zhí)行者的地位；⑹數(shù)據(jù)共享與網(wǎng)絡制造。4.3開放式數(shù)控（OPENCNC）4.3.1開放數(shù)控的產(chǎn)生和發(fā)展：1.產(chǎn)生的原因

當今的CNC控制器是個黑匣子，封閉保密，制造廠和用戶不能把特殊加工工藝、管理經(jīng)驗和操作技能等放進去，要求透

明，因此需要開放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。

現(xiàn)在的CNC技術(shù)（其核心為CNC控制器和驅(qū)動技術(shù)）及結(jié)構(gòu)為專用的軟硬件，遠落后于PC的主流技術(shù)。升級困難，各廠家產(chǎn)品不兼容，成本高。

用戶界面不靈活，網(wǎng)絡功能弱，系統(tǒng)維護培訓昂貴。2.發(fā)展情況：

美國：OMAC1981年，國防部為了減少軍備制造對日本控制系統(tǒng)的依賴性，開始了一項名為“下一代控制器（NGC）”的計劃，并成立了“美國國家科學制造中心”，該計劃于1991年終止，完成了“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標準（SOSAS）”。

1995年，在NGC的基礎上，由美國國防部資助又開始了由

20個公司合作的“OASAY”計劃，目的是建立8個控制器并在6個不同的系統(tǒng)平臺上測試這8個控制器。

1994年美國汽車工業(yè)為了解決自身發(fā)展過程中碰到的一系列問題，由克萊斯勒、福特和通用三家大汽車公司開始了一項名為：

“開放式模塊化體系結(jié)構(gòu)控制器（OMAC-OpenModularArchitectureControls）”的計劃。

歐洲：OSACA1992年在歐洲，啟動了一項“自動化系統(tǒng)中控制器的開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（OSACA-OpenSystemArchitectureforControlswithinAutomationSystems）”的聯(lián)合計劃。由22家歐州的機床生產(chǎn)商、控制開發(fā)商、控制集成商和研究機構(gòu)參加，后來擴大到27名會員。

日本：OSEC

1995年日本六家公司:東芝機器制造公司、豐田機器廠、

MAZAK公司、日本IBM、三菱電子公司和SML公司共同實施了“控制器開放系統(tǒng)環(huán)境計劃。OSEC-OpenSystemEnvironmentforControllers”的計劃。

OMAC、OSACA、OSEC是在當前開放式控制系統(tǒng)領域內(nèi)有很大影響的三個計劃。這幾大開放數(shù)控系統(tǒng)計劃正在執(zhí)行中，已有了自己的標準和樣機產(chǎn)品。4.3.2開放性：開放式數(shù)控系統(tǒng)，不但要求模塊化、網(wǎng)絡化、標準化(用戶界面、圖形顯示、動態(tài)仿真、數(shù)控編程、故障診斷、網(wǎng)絡通訊)，而且對實時性和可靠性要求很高。其特點：①可移植性：在保持應用模塊功能的情況下，不需任何變化就可以應用到不同的平臺上。②可擴展性：不同的模塊能運行于一個平臺，而不出現(xiàn)沖突。③互操作性：模塊在一起工作時，表現(xiàn)為相互協(xié)調(diào)，可以根據(jù)定義相互交換數(shù)據(jù)。④可維護性：用戶修方便。⑤統(tǒng)一的人機界面。4.3.3結(jié)構(gòu)：目前開放的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有3種：

①基于PC的CNC系統(tǒng)（軟數(shù)控：SoftCNC）：以PC機為平臺，數(shù)控功能由軟件模塊實現(xiàn)，但要決實時性的問題。運動執(zhí)行通過伺服卡傳遞數(shù)據(jù)，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動坐標軸電機。全方位開放。①基于PC的CNC系統(tǒng)（軟數(shù)控：SoftCNC）：以PC機為平臺，數(shù)控功能由軟件模塊實現(xiàn)，但要決實時性的問題。運動執(zhí)行通過伺服卡傳遞數(shù)據(jù)，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動坐標軸電機。全方位開放。②PC嵌入式:把一塊多軸運動控制卡插入傳統(tǒng)的PC中，運動卡運行以坐標軸運動為主的實時控制（作為數(shù)控功能運行）。

PC作為人機接口平臺。易實現(xiàn)，研究單位和高校。③PC+CNC

（融合系統(tǒng)）：專業(yè)廠家認為CNC系統(tǒng)最主要功能是高速、高精加工和可靠性，向PC在的死機現(xiàn)象是不允許的。已生產(chǎn)的大量CNC系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上變化，對維修和可靠性不利。故采取了：增加一塊PC板，提供鍵盤，使PC與

CNC

聯(lián)系在一起的方案?？山缑骈_放，提高人機界面的功能。專業(yè)CNC系統(tǒng)廠家（如fanuc，siemens等）現(xiàn)在都這樣做。4.4CNC控制器的發(fā)展趨勢4.4.1多坐標、多通道控制。FANUC30i-MODELA：

十個通道，40個軸（32個進給軸、8個主軸）

聯(lián)動軸數(shù)24/每通道。

3個PMC通道。最大I/O點數(shù)4096/4096

PMC基本命令速度25ns。最大預讀程序段：1000段。(適合作為大型自動機床、復合機床、多頭機床的控制器)4.4.2高速高精、低速高精加工功能1.新功能

前饋控制。補償由于反饋滯后所產(chǎn)生的誤差，提高加工精度。

進給率和加減速曲線控制。減少加減速滯后所產(chǎn)生的誤差。

前瞻控制。在程序執(zhí)行前，對運動數(shù)據(jù)進行計算處理和多段緩沖，從而控制刀具以很小的誤差進行高速運動。

平滑運行的高精度輪廓控制。對指令的實時識別，最佳的控制速度、加速度、加加速度，使加工保持最佳狀態(tài)。

數(shù)字濾波器技術(shù)。用以消除機械諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。

高精高速進給伺服系統(tǒng)、高精高速主軸伺服系統(tǒng)。

高增益的驅(qū)動器、控制單元、電機；

提高編碼器的分辨率，1600萬/轉(zhuǎn)；

直線伺服電機驅(qū)動，提高進給剛度；對于直線電機，設計數(shù)字濾波器以避免直接驅(qū)動機械帶來的多點諧振。

主軸采用交流同步伺服電機驅(qū)動時，高增益控制、無齒槽效應高分辨率電機，使主軸低速時轉(zhuǎn)矩大、精度高；采用交流異步高分辨率伺服電機驅(qū)動時，高速度高精度。納米控制：在系統(tǒng)檢測分辨率為1

m時，插補分辨率為1nm。采取措施：CNC內(nèi)部計算以納米或更小的單位計算，使誤最小化；高精度的交流數(shù)字伺服控制；很高的電流檢測精度；相應的硬件（RISC芯片）。納米平滑功能：以納米為單位評估原始曲線，圓整指令公差。

使加工自由曲面時，減小或消除程序段之間出現(xiàn)的條紋。

NURBS插補。2.NURBS插補簡介

1）概述

高速加工CNC控制器具有NURBS插補功能，可以接受CAM軟件傳來的BURBS格式的刀位軌跡數(shù)據(jù),進行BURBS插補加工。

在CAM軟件的刀位軌跡計算時，直接輸出定義NURBS曲線的“控制點”、“權(quán)重”、“節(jié)點”，然后通過后處理譯成機床CNC系統(tǒng)可識別的G代碼，CNC以插補速率對原始的NURBS曲線進行插補加工。

常規(guī)的CAM后置處理提供二種插補：直線插補和圓弧插補，常用線性插補逼近。高速加工設備出現(xiàn)了NURBS曲線插補，這使CNC系統(tǒng)具備了能自動進行NURBS格式定義的加工域生成的能力。各種插補比較如下：

圖4.4-1NURBS曲線的插補方式

公差CAD的NURBS曲線CAM的直線插補基于點集的直線插補基于NURBS的樣條插補2）NURBS插補的優(yōu)點：①與線性插補相比，CAM輸出的NURBS插補的刀位文件大為縮短，只有其1/10~1/100。由于高速銑采用小的刀具、小的切削量和窄的公差帶，如公差帶設置為±0.002mm或更小，按照常規(guī)的插補方法，這個程序的長度會很大，可能達到100MB以上，許多機床的CNC控制器不能接受。②

NURBS插補比采用近似分段的直線和圓弧插補更為準確，刀位軌跡更加平滑。③NURBS插補速率快，精度高。例如：GEFanucNURBS插補采樣周期為1ms，加工處曲率半徑為50mm，產(chǎn)生的法向加速度為0.2g，以18.8m/min的高速進行加工。計算：一個插補周期的輪廓步長L=fT=18.8m×1000/min×60×1000=0.313mm插補誤差e=(Ft)2/8r=0.3132/8×50=0.0002448mm=0.245μm

④改變高速切削的表面質(zhì)量。得到平滑精確的表面，如采用內(nèi)、外公差（Intol/Outtol）會得到更加平滑的刀具軌跡。⑤NURBS插補可縮短加工時間。由于機床存在慣性，在用直線插補時，存在直線拐角處的拐角運動，為了避免沖擊，機床一般按平滑規(guī)律進行加減速處理。這樣每到一拐角就要降低速度，然后再加速。而NURBS插補是光滑的，能在加速度允許的范圍內(nèi)以最大速度進行加工。有的專家認為：提高數(shù)控加工質(zhì)量、速度的最好辦法之一是高速加工技術(shù)和NURBS插補的結(jié)合3）NURBS格式輸出的系統(tǒng)模型NURBS插補由CAD---CAM---CNC的過程見下圖：

.

曲面模型

刀具軌跡曲線NURBS曲線NURBS格式輸出：控制點、矢量、權(quán)重CNC機床NURBS插補CADCAMCNC圖4.4-2NURBS格式輸出的系統(tǒng)模型4）NURBS插補指令的格式：G6.2P

K

X

Y

Z-

R

.在UG中，如果選擇了NURBS選項后，要回答三個問題：①分段的NURBS曲線是否聯(lián)接成一條曲線。②角度公差控制。兩個NURBS曲線的切線的夾角，為了光滑選為5°或更小。③擬合公差控制。目前支持NURBS功能的CNC系統(tǒng)有：FANUC系統(tǒng)的15B、16C、16iMA、18i、Seimens、Heidenhain、Makino、Fidia等。G6.2P4K0.X11.8986Y1.7906Z-1.9404R1.NURBS插補G代碼NURBS曲線的階數(shù)控制點坐標控制點矢量權(quán)圖6-7FANUC系統(tǒng)NURBS指令格式

4.4.3五軸加工和復雜加工功能；五軸加工工藝合理，對三維曲面加工可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。五軸加工的機械配置有刀具旋轉(zhuǎn)方式、工作臺旋轉(zhuǎn)方式及它們的混合方式。五軸加工功能要滿足各種配置。

功能為：

刀具軸方向的長度補償。

五軸加工刀具中心點控制。

五軸加工刀具半徑補償。

三維圓弧插補，可以指定傾斜平面內(nèi)的圓弧。

五軸加工刀具中心點控制。

傾斜加工指令。

五軸加工用手動進刀。

4.4.4數(shù)控智能、環(huán)保、安全技術(shù)

1.智能

1）智能技術(shù)隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的智能化將不斷提高。主要為：

①應用自適應控制（AdaptiveControl）技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)檢測加工過程中的一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。②引入專家系統(tǒng)指導加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。當前已開發(fā)出模糊邏輯控制和帶自學習功能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)控系統(tǒng)和其它數(shù)控加工系統(tǒng)。③引入故障診斷專家系統(tǒng)④智能化伺服驅(qū)動裝置可以通過自動識別負載而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運行狀態(tài)。

2）智能技術(shù)應用

機床的智能化不僅可實現(xiàn)遠程診斷、遠程服務，而且使機床融合了信息技術(shù)和管理技術(shù)。①日本Mazak公司的Integrexe系列車銑中心為五軸聯(lián)動（X、Y、Z、B、C）。可通過開放式CNC系統(tǒng)與公司的e塔式信息中心交換數(shù)據(jù)，從局域網(wǎng)下載零件圖紙、加工程序，對零件加工過程進行監(jiān)控、錄像，以便對加工中心出現(xiàn)的問題進行檢查分析。機床采用的信息技術(shù)為操作者和管理者提供了廣泛支持。包括：顯示生產(chǎn)進度（用CCD攝像頭和特有的結(jié)構(gòu)監(jiān)控）、輔助操作者改善機床的操作、使機床由報警狀態(tài)快速恢復正常、顯示加工完成情況報告（通過移動電話）、機床報警通知、時間顯示、加工完成時間、要求維護保養(yǎng)通知等等。機床還有指紋識別系統(tǒng)，機床可進行車、銑、鉆、熱處理、磨等加工。②意大利的板材加工線編程系統(tǒng)采用三維圖像自動編程，并進行成型工藝仿真、監(jiān)控機床的使用狀況、預警維護保養(yǎng)。

還可以計算工時、成本、交貨期，通過遠程通訊解決用戶編程中的難題。2.環(huán)保

環(huán)境保護越來越受到重視。節(jié)地、節(jié)能、低噪聲、干切削、無液壓、免潤滑（MQL－MinimumQuitLiquid）、是今后數(shù)控機床發(fā)展的新特點。機床普遍采用即堅固美觀，又方便操作的全封閉活動罩門，防止切削液飛濺和形成油霧。安裝油霧分離器使排除的只是不含油的霧。在切削加工中，作為重要環(huán)保措施的干切削，是指在加工過程中不使用或極少使用冷卻潤滑液。

干切削的技術(shù)措施：刀具采用耐熱性和散熱性良好的涂層材料。無潤滑的解決辦法是：采用潤滑性能優(yōu)異的涂層物質(zhì)、設計有利于斷屑和排屑的刀具形狀和幾何參數(shù)。許多機數(shù)控床實現(xiàn)了干切削，特別是齒輪加工機床很多都是干切削的。干式切削要解決的問題是刀具壽命、切屑的及時排走和價格問題。3.安全

安全分三個層次：操作者、機床和工件。

人的安全是通過帶電子鎖的全封閉罩（甚至是防彈玻璃）和雙手操作按鈕來保證；

在突然停電或遇突發(fā)故障時，刀具會迅速與工件分離，保證機床安全；

工件的安全通過傳感器和安全開關(guān)來保證。4.4.5復合數(shù)控功能

1.定義：

復合加工是指在同一機械上，可以進行多種工藝的加工。如一圓柱體各部位加工：在一臺機床上車削外圓、鏜內(nèi)孔、銑圓柱面上的溝槽等，可提高生產(chǎn)率。該機床上要有進行復合加工功能的控制系統(tǒng)。如“車銑加工中心”、“銑車加工中心”的數(shù)控系統(tǒng)是銑、車等功能的復合。

2.車銑復合中心車銑復合中心是由車削中心衍生出的車銑復合中心。在數(shù)控車床的托板上增加大功率、高轉(zhuǎn)速的電主軸動力頭。電主軸頭除了隨托板作X、Z軸運動外，還作垂直于X、Z平面的Y軸運動和繞Y軸回轉(zhuǎn)的B軸運動，從而達到了車銑復合。

奧地利WFL公司的Millturn系列“9軸數(shù)控車銑復合中心”是一種集車削中心、五軸加工中心、深孔鉆和三坐標測量機的所有功能復合。整機可以進行車、銑、鉆、鏜、插、滾齒等各種操作。

“7軸兩個五軸聯(lián)動數(shù)控車床”該機結(jié)構(gòu)為臥式雙主軸、單刀塔。雙面布置的兩個主軸每個都可作C軸旋轉(zhuǎn)和Z軸運動，刀塔作X軸Y軸運動和B軸旋轉(zhuǎn)，刀塔上可配24把刀具。兩個主軸頭可分別與刀塔實現(xiàn)五軸聯(lián)動。

“7軸排刀數(shù)控車床”其為臥式雙主軸刀排式布局，雙主軸均帶C軸控制，兩個主軸分別配置動力刀排，實現(xiàn)七軸控制。

3.銑車中心銑車中心已系為主，帶有車的功能。

瑞士的銑車中心是在立式加工中心上帶棒料自動送料器，以棒料為坯料復合了車削功能。主軸最高轉(zhuǎn)速為20000r/min，機床X、Y、Z、A、B等多軸可控。

德國的Stama、美國的Saas也有銑車中心。

數(shù)控滾－磨機、蝸桿－成型磨齒機及集自動上下料、檢測、刀具對中、磨齒及修正砂輪于一體的磨齒機均為復合機床。

復合數(shù)控機床還有：臥式鏜銑和深孔鉆的復合機床、板材沖和激光切割（或等離子切割、火焰切割）的復合機床。4.4.6進網(wǎng)通訊功能:以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、無線通訊技術(shù)。PC、CNC對多臺機床進行集中監(jiān)控和管理需要通過網(wǎng)絡通信。傳送程序，監(jiān)控加工狀態(tài)，傳送維修數(shù)據(jù)、進行遠程控制操作和診斷，傳送CAD/CAM數(shù)據(jù)。現(xiàn)代的網(wǎng)絡制造系統(tǒng)要求CNC系統(tǒng)有很強的網(wǎng)絡通訊功能。

4.4.7高可靠性、高安全性；采取措施：

采用光纖通訊，減少電纜連接；

采用糾錯碼（ECC）；

采用雙檢措施：在CNC內(nèi)嵌入多個處理器冗余的監(jiān)控伺服電機、主軸電機、與安全相關(guān)的I/O信號，并使用急停與相關(guān)的I/O電路，使系統(tǒng)安全的運行和停止。

4.4.8控制器的開放性（開放式數(shù)控系統(tǒng)）

前面已介紹，要注意幾點：

要保證實時性，不是現(xiàn)在的PC機拿來就能用。

開放性和可靠性時是有矛盾的，注意解決它們之間的關(guān)系。

開放是有層次的，按模塊或組件，不能無限開放。

4.4.9

STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)

有兩種方案：一是增加STEP-NC程序的編譯器、二是重新設計開放式CNC系統(tǒng)。這樣才能以STEP-NC標準編制的程序，進行CAD/CAM與CNC一體化的加工。

4.5伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展4.5.1全數(shù)字化伺服系統(tǒng)的組成通訊ASIC位置測量傳感器位置實際值速度實際值電流實際值電流測量傳感器Gatingunit通訊進給控制速度控制電流控制轉(zhuǎn)換器驅(qū)動總線驅(qū)動模塊EM1FT6電機編碼器數(shù)字系統(tǒng)的進給控制傳動系統(tǒng)及控制方案圖紗架W隨動坐標主軸C坐標擺頭A坐標小車Z坐標伸臂X坐標上位機變頻系統(tǒng)及NC數(shù)控單元PLC邏輯控制器操作面板電源及保護空調(diào)控制柜操作臺4.5.2新發(fā)展的主要技術(shù)

伺服驅(qū)動技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的重要組成部分。與數(shù)控裝置相配合，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性直接影響機床的位移速度，定位精度和加工精度?，F(xiàn)在，直流伺服系統(tǒng)被交流數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代；伺服電機的位置，速度及電流環(huán)都實現(xiàn)了數(shù)字化；并采用了新的控制理論，實現(xiàn)了不受機械負荷變動影響的高速響應系統(tǒng)。前饋控制技術(shù)。過去的伺服系統(tǒng)，是把檢測器信號與位置指令的差值乘以位置環(huán)增益作為速度指令。這種控制方式總是存在著跟蹤滯后誤差，這使得在加工拐角及圓弧時加工精度惡化。所謂前饋控制，就是在原來的控制系統(tǒng)上加上速度指令的控制方式，這樣使伺服系統(tǒng)的跟蹤滯后誤差大大減小。2.機械靜止摩擦的非線性控制技術(shù)。

對于一些具有較大靜止摩擦的數(shù)控機床，新型數(shù)字伺服系統(tǒng)具有補償機床驅(qū)動系統(tǒng)靜摩擦的非線性摩擦的非線性控制功能。3.伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)（包括電流環(huán)）均采用數(shù)字閉環(huán)，軟件計算、數(shù)字調(diào)解等。為適應不同類型的機床，不同精度和不同速度的要求，預先調(diào)整加、減速性能或自動調(diào)整加、減速性能。

4.采用高分辨的位置檢測裝置。高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi)有微處理器組成的細分電路，使得分辨率大大提高，增量位置檢測為10000p/r

（脈沖數(shù)/每轉(zhuǎn)）以上；絕對位置檢測為1000000p/r、

16000000以上。

5.補償技術(shù)得到了發(fā)展和應用。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具有補償功能，可以對伺服系統(tǒng)進行多種補償，如絲杠螺距誤差補償，齒側(cè)間隙補償、軸向運動誤差補償、空間誤差補償和熱變形補償?shù)取?/p>

6.采用光柵尺的全閉環(huán)系統(tǒng)

7.矢量控制技術(shù)。4.6機械結(jié)構(gòu)技術(shù)

為適應數(shù)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，機械結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。為縮小體積，減少占地面積，更多地采用機電一體化結(jié)構(gòu)。為了提高自動化程度，而采用自動交換刀具，自動交換工件，主軸立、臥自動轉(zhuǎn)換，工作臺立、臥自動轉(zhuǎn)換，主軸帶C軸控制，萬能回轉(zhuǎn)銑頭，以及“數(shù)控夾盤”，“數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺”，“動力刀架”和“數(shù)控夾具”等。

為了提高數(shù)控機床的動態(tài)特性，伺服系統(tǒng)和主機進行很好的機電匹配。同時主機也借助計算機進行模塊化、優(yōu)化設計。4.6.1設計思想的發(fā)展機床是工作母機，機床制造必須連續(xù)不斷的開發(fā)新思想，滿足用戶對產(chǎn)品制造質(zhì)量和效率日益提高地要求。單純優(yōu)化現(xiàn)有工藝和一再提高機床的功率是遠遠不夠的。在新的驅(qū)動技術(shù)和運動學領域的新開發(fā)、輕型化的新材料、環(huán)保生產(chǎn)、機床安全、精度和測試技術(shù)、微型制造和微型裝卸技術(shù)等方面的研究值得注意。

機床的運動分配和運動設計已經(jīng)打破傳統(tǒng)的金切機床分類:

不管是工件旋轉(zhuǎn)還是刀具旋轉(zhuǎn)為主運動，只要工件和刀具之間有相對運動就行，并要求這種布置為最佳。

機床的動力頭在同一臺機床上有時作傳統(tǒng)意義上的主軸使用，有時又作動力刀具的旋轉(zhuǎn)軸使用。

在同一次裝夾的情況下，上一工步工件旋轉(zhuǎn)作為主運動，下一步則是工件的進給運動。以“完全加工”的理念進行工序復合和功能復合。

4.6.2機床功能部件

1.電主軸；

驅(qū)動、軸承、潤滑、冷卻、本體（動平衡、減輕重量）。電機：交流同步（額定轉(zhuǎn)速下，橫扭矩）、交流異步（高速性好）

2.直接驅(qū)動：旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動、直線直接驅(qū)動；

旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動：力距電機，低速大扭矩。

直線直接驅(qū)動：直線電機，已解決漏磁和發(fā)熱問題。加速度可達3個g3.滾動部件：滾珠絲杠副、直線滾動導軌；

精緊自潤滑滾珠絲杠，加速度可達2g。

4.數(shù)控刀架；數(shù)控刀架形式多樣（德國，意大利）刀架的控制和驅(qū)動采用伺服電機或液壓系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)180°的時間安已縮短到0.5s。刀架°品種繁多，可以為各種數(shù)控車床、車削加工中心配套。

5.銑頭；為數(shù)控銑床、加工中心、車銑中心等配套的各式各樣銑頭。車銑中心用的B軸銑頭，可在210°范圍內(nèi)擺角進行高精度銑切加工；數(shù)控銑床、加工中心用的二坐標銑頭能A、B軸（立、臥二用）擺角，可加工任意空間面。

6.數(shù)控轉(zhuǎn)臺；已有了二坐標數(shù)控轉(zhuǎn)臺，具有連續(xù)分度和鼠牙盤分度二種形式。它具有雙耳軸，平臺能傾轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)臺上配備交換工作臺接收裝置。

7.刀庫；刀庫容量增大，

大容量、刀位不動的“貨架式”刀庫用工業(yè)機器人取放

的刀具；

“圓柱形立體刀庫”（德國）在圓柱內(nèi)可容納500把刀，圓柱中心的工業(yè)機器人按程序預選、取放、并傳遞給機床主軸；

“框架式刀庫”（瑞士）該刀庫每個模塊可容納96把刀具，模塊外形1.8×1×2.25m，可以層層疊加擴展容量。刀庫內(nèi)機械手按程序抓放刀后，先傳遞給一個作為“二傳手”的接接模塊，再對機床換刀。

數(shù)控刀架形式多樣（德國，意大利）刀架的控制和驅(qū)動采用伺服電機或液壓系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)180°的時間安已縮短到

0.5s。刀架°品種繁多，可以為各種數(shù)控車床、車削加工中心配套。

8.棒料自動送料器；

9.潤滑系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等等。

10.高速多軸轉(zhuǎn)塔頭

塔頭的主軸有2、3、6、8個等多種，轉(zhuǎn)速最高可達12000～

18000r/min，功率4～50kW。

4.6.3并聯(lián)機床進入實用階段并聯(lián)機床自94年在美國芝加哥國際機床展覽會上面市以來，有了很大發(fā)展，結(jié)構(gòu)緊湊而且增大了工作空間，機床剛度和工作精度進一步提高，已進入實用階段。主要用于汽車業(yè)、航空業(yè)和模具業(yè)。在加工中心和可移動FMC中也采用了并聯(lián)結(jié)構(gòu)。有六桿、三桿、立式、臥式并聯(lián)機床，結(jié)構(gòu)形式為并聯(lián)、串聯(lián)和混合結(jié)構(gòu)，可采用直線電機和電主軸。并聯(lián)機床的工作臺有固定臺、可交換臺、水平分度臺、滑座床身等多種。現(xiàn)已達到的最高精度：定位精度為±5μm，重復定位精度為±1.5μm。過去并聯(lián)機床的最大問題是精度不如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機床，其原因一是坐標軸（支桿）的位置精度不高，二是由于熱效應和切削力引起的變形?，F(xiàn)在桿內(nèi)除裝有滾珠絲杠外，還有檢測桿自身長度的測量系統(tǒng)，通過補償校正運動精度。4.6.4數(shù)控激光加工領域有了新的進展

激光加工機床有：用于板材下料的激光切割中心、激光龍門銑切機床（可以五軸聯(lián)動）、激光雕刻機床、激光加工中心（三個光學軸，三個機械軸）、高速銑切和激光加工復合機床。功率：精細加工為幾百瓦、切割等為幾千瓦。

激光器有：CO2激光器、固體激光器YAG、準分子激光器（冷切削）。

激光加工工藝方法：激光銑切、激光雕刻銑切、激光焊接、激光表面處理、激光打孔、激光切割等。激光銑切的進一步發(fā)展，有可能取代部分電加工機床。

激光加工范圍：“激光束能”（激光束直徑Φ0.04MM～0.1MM）幾乎對所用材料都能加工，如精密膜具和工件加工、膜型制造、珠寶加工、薄片加工、刀具加工、陶瓷的精細雕刻（這是一般銑削和電火花加工所不能比擬的）。

加工精度：10μm，表面粗糙度：1μm。

4.6.5成套、成線制造裝備。

4.6.6工業(yè)機器人技術(shù)融入數(shù)控機床，促進成套技術(shù)向自動化方

向發(fā)展。

4.7

編程技術(shù)的發(fā)展4.7.1數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展

數(shù)控編程技術(shù)是實現(xiàn)數(shù)控加工的主要環(huán)節(jié)，發(fā)展趨勢:

由手工編程發(fā)展到自動編程

由APT語言形式發(fā)展到自CAD/CAM自動編程。此外還有下面特點：

1.脫機編程發(fā)展到在線編程。傳統(tǒng)的編程是脫機進行的。由人工、計算機以及采用編程機來完成，然后再輸入給數(shù)控裝置?，F(xiàn)代的CNC裝置有很強的存儲和運算能力，把很多自動編程機具有的功能，移植到數(shù)控裝置的計算機中來，在人工操作鍵盤和彩色顯示器的作用下，在線的以人機對話方式進行編程，并具有前臺操作、后臺編程的功能。

2.具有機械加工技術(shù)中的特殊工藝和組合工藝方法的程序編制功能。

除了具有圓切削、固定循環(huán)和圖形循環(huán)外，還有宏程序設計、子程序設計功能，會話式自動編程、藍圖編程和實物編程，功能。

3.編程系統(tǒng)由只能處理幾何信息發(fā)展到幾何信息和工藝信息同時處理的新階段。新型的CNC系統(tǒng)中裝入了小型工藝數(shù)據(jù)庫，使得在線程序編制過程中可以自動選擇最佳切削用量和適合的刀具。4.7.2基于CAD/CAM軟件的交互圖形自動編程4.7.2.1C