數(shù)控技術(shù)簡(jiǎn)介

數(shù)控技術(shù)機(jī)械工程學(xué)院李德儉副教授1主要參考書(shū)林亨，嚴(yán)京濱《數(shù)控加工技術(shù)》

清華大學(xué)出版社北京2006年任玉田《機(jī)床計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》

北京工業(yè)大學(xué)出版社北京1999年畢承恩，丁乃健《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》

機(jī)械工業(yè)出版社北京1994年2白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室教學(xué)方法及考核方式理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式?？倢W(xué)時(shí)64，其中理論教學(xué)50，實(shí)驗(yàn)10，編程大作業(yè)4。課程考核形式采用期末閉卷考試，平時(shí)成績(jī)（聽(tīng)課、作業(yè)）按10%計(jì)入總分，大作業(yè)按10﹪計(jì)入總分，實(shí)驗(yàn)成績(jī)按10﹪計(jì)入總分，期末考試成績(jī)按70﹪計(jì)入總分。3白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室有問(wèn)題探討請(qǐng)聯(lián)系李德儉

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jdxlidejian@126.com4白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室目錄第一節(jié)概述

第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類(lèi)第三節(jié)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展復(fù)習(xí)題5白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室第一章緒

論第一節(jié)概述一、什么是機(jī)床的數(shù)字控制數(shù)字控制(NumericalControl,NC)是一種借助數(shù)字、字符或其它符號(hào)對(duì)某一工作過(guò)程（如加工、測(cè)量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自動(dòng)化方法。數(shù)控技術(shù)(NumericalControlTechnology)采用數(shù)字控制的方法對(duì)某一工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。也就是利用數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行控制的技術(shù)。6白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）

是采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類(lèi)機(jī)床。它是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。7白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室二、數(shù)控機(jī)床的加工原理數(shù)控機(jī)床在加工零件時(shí)，首先是根據(jù)零件加工圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)；其次是編制零件的數(shù)控加工程序，然后將數(shù)控程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、啟停、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向、速度和位移的大小，以及其他諸如刀具選擇交換、工件夾緊松開(kāi)、路程和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。8白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室數(shù)控機(jī)床的組成控制介質(zhì)輸入裝置數(shù)控裝置機(jī)床伺服系統(tǒng)機(jī)電接口反饋系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的基本組成控制介質(zhì)又稱(chēng)信息載體，是人與數(shù)控機(jī)床之間聯(lián)系的中間媒介物質(zhì)，它反映了數(shù)控加工中的全部信息。如紙帶、磁帶、軟盤(pán)或硬盤(pán)等。是將程序載體內(nèi)有關(guān)加工程序信息輸入到數(shù)控裝置內(nèi)。如光電閱讀機(jī)、錄音機(jī)、軟驅(qū)、鍵盤(pán)、其他計(jì)算機(jī)等。數(shù)控裝置是機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的核心，是數(shù)控設(shè)備的控制核心，是整個(gè)數(shù)控機(jī)床的靈魂所在。主要由監(jiān)視器、中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、控制器、可編程控制器（PLC）、各類(lèi)輸入／輸出接口和設(shè)備等組成。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床本體之間的電傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)。它接受數(shù)控裝置送來(lái)的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)的作用是通過(guò)傳感器將伺服電動(dòng)機(jī)的角位移或數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸送給數(shù)控裝置，與指令位置進(jìn)行比較，并由數(shù)控裝置發(fā)出指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。解決數(shù)控裝置和機(jī)床之間的接口問(wèn)題。是把強(qiáng)電線路提供的信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC可接收的弱電信號(hào)，從而完成如主軸的啟停，刀具的更換，工件的夾緊松開(kāi)等工作。數(shù)控機(jī)床的本體是指其機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)體。它與普通機(jī)床相比較，同樣是由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)、床身以及各種輔助裝置。不同的是它的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。▲▲9白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室數(shù)控機(jī)床的適用范圍：1).生產(chǎn)批量小的零件；2).需要進(jìn)行多次改型設(shè)計(jì)的零件；3).加工精度高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件，如箱體類(lèi)，曲線、曲面類(lèi)零件；4).需要精確復(fù)制和尺寸一致性要求高的零件；5).價(jià)值昂貴的零件，這種零件雖然生產(chǎn)量不大，但是如果加工中因出現(xiàn)差錯(cuò)而報(bào)廢，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。10白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室一、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與通用機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下主要特點(diǎn)：加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。能完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件加工。生產(chǎn)效率高。對(duì)產(chǎn)品改型設(shè)計(jì)的適應(yīng)性強(qiáng)。有利于制造技術(shù)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。監(jiān)控功能強(qiáng)，具有故障診斷的能力。減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類(lèi)11白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室按運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制的數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床金屬成型及特種加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床高檔中檔低檔

按伺服系統(tǒng)控制方式分類(lèi)按工藝用途分類(lèi)按功能水平分類(lèi)二、數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)12白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室1.按運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)（1）點(diǎn)位控制系統(tǒng)點(diǎn)位控制只是要求控制機(jī)床的移動(dòng)部件從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，而對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡的要求并不嚴(yán)格，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)是不相關(guān)的。這類(lèi)機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。

13白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室14白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室（2）直線控制系統(tǒng)直線控制數(shù)控機(jī)床也叫平行控制數(shù)控機(jī)床，它的特點(diǎn)是除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要控制這兩點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線，但是它的運(yùn)動(dòng)路線只是與機(jī)床坐標(biāo)軸平行或成45°的斜線移動(dòng)，也就是說(shuō)同時(shí)控制的坐標(biāo)軸只有一個(gè)，在移動(dòng)的過(guò)程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削，一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。這類(lèi)機(jī)床主要有比較簡(jiǎn)單的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床和數(shù)控磨床等。

15白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室16白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室（3）輪廓控制系統(tǒng)輪廓控制數(shù)控機(jī)床也叫連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床，它的特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度同時(shí)進(jìn)行連續(xù)地相關(guān)控制，使合成的平面或空間運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足輪廓曲線和曲面加工的要求。這類(lèi)機(jī)床主要有數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱(chēng)為輪廓控制系統(tǒng)。根據(jù)它所控制的聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)不同，又可以分為下面幾種形式。二軸聯(lián)動(dòng)；二軸半聯(lián)動(dòng)；三軸聯(lián)動(dòng)；四軸聯(lián)動(dòng)；五軸聯(lián)動(dòng)。17白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室18白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室2.按伺服系統(tǒng)控制方式分類(lèi)（1）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)框圖開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床通常不帶檢測(cè)反饋裝置，一般它的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特征就是控制電路每變換一次指令脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，再由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，并且電動(dòng)機(jī)本身就有自鎖能力。

數(shù)控系統(tǒng)輸出的進(jìn)給指令信號(hào)通過(guò)脈沖分配器來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電路，它以變換脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制坐標(biāo)位移量，以變換脈沖的頻率來(lái)控制位移速度，以變換脈沖的分配順序來(lái)控制位移的方向。

這種控制方式的最大特點(diǎn)就是控制方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)流是單向的，所以不存在控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題，但由于機(jī)械傳動(dòng)的誤差不經(jīng)過(guò)反饋校正，位移精度不高。在我國(guó)，一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和舊設(shè)備的數(shù)控改造多采用這種控制方式。另外，這種控制方式還可以配置單片機(jī)或單板機(jī)作為數(shù)控裝置?！?9白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)是按閉環(huán)反饋控制方式工作的，其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可采用直流或交流兩種伺服電動(dòng)機(jī)，并需要配置位置反饋和速度反饋，在加工中隨時(shí)檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量，并及時(shí)反饋給數(shù)控系統(tǒng)中的比較器進(jìn)行比較，其差值又作為伺服驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào)，進(jìn)而帶動(dòng)位移部件以消除位移誤差。按位置反饋檢測(cè)元件的安裝部位和所作用的反饋裝置的不同，它又分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種控制方式。20白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室全閉環(huán)控制

全閉環(huán)伺服系統(tǒng)框圖其位置反饋裝置采用直線位移檢測(cè)元件（目前一般采用光柵尺），安裝在機(jī)床的床鞍部位，即直接檢測(cè)機(jī)床坐標(biāo)的直線位移量。該類(lèi)機(jī)床數(shù)控裝置中插補(bǔ)器發(fā)出的位置指令信號(hào)與工作臺(tái)上檢測(cè)到的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行誤差修正，直至差值為零停止運(yùn)動(dòng)。這種具有反饋控制的系統(tǒng)，在電氣上稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過(guò)反饋可以消除從電動(dòng)機(jī)到機(jī)床床鞍的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)誤差，得到很高的機(jī)床靜態(tài)定位精度?！?1白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室3.半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)伺服系統(tǒng)框圖其位置反饋采用轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件（目前主要采用編碼器等），直接安裝在伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠端部，間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位置或位移量。

由于大部分機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。絲杠等機(jī)械傳動(dòng)誤差不能通過(guò)反饋來(lái)隨時(shí)校正，但是可采用軟件定值補(bǔ)償方法來(lái)適當(dāng)提高其精度。目前，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)控制方式?！?/p>

▲22白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室由于在整個(gè)控制環(huán)內(nèi)包含了很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，而許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙均為非線性，并且整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間與電氣響應(yīng)時(shí)間相比又非常大，直接影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。這為整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性校正帶來(lái)很大困難，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整也都相當(dāng)復(fù)雜。這種全閉環(huán)控制方式主要用于精度要求很高的數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控精密磨床和大型數(shù)控機(jī)床等。

第一講23白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室3.按功能水平分類(lèi)在我國(guó)，一般把數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高三檔。⑴低檔數(shù)控機(jī)床⑵中檔數(shù)控機(jī)床⑶高檔數(shù)控機(jī)床

中、高檔數(shù)控機(jī)床一般又稱(chēng)為全功能數(shù)控或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床。

這類(lèi)數(shù)控機(jī)床大多采用由單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，或其他功能簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的數(shù)控系統(tǒng)。主要用于車(chē)床、線切割機(jī)床及舊機(jī)床改造等。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就屬此類(lèi)。這類(lèi)數(shù)控機(jī)床功能較全、價(jià)格適中，應(yīng)用較廣。這類(lèi)數(shù)控機(jī)床功能齊全、價(jià)格較貴，主要用于大中型機(jī)床及柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中?！?/p>

▲第二講24白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床全功能型數(shù)控機(jī)床五軸車(chē)銑中心25白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室功能水平指標(biāo)低檔中檔高檔分辨率(μｍ）1010.1進(jìn)給速度（m/min）8~1515~2415~100伺服系統(tǒng)類(lèi)型開(kāi)環(huán)、步進(jìn)電機(jī)半閉環(huán)或閉環(huán)、直流或交流伺服系統(tǒng)聯(lián)軸功能≤２軸３～５軸通信能力無(wú)RS-232C或直接數(shù)控接口遵循自動(dòng)化協(xié)議，具有連網(wǎng)功能顯示功能數(shù)碼管顯或單顯CRT較齊全的CRT顯示（文字、二維圖象等）三維圖顯，圖形編程等內(nèi)裝ＰＬＣ與否無(wú)有主ＣＰＵ8bitCPU16bit、32bit26白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室4.按工藝用途分類(lèi)（1）金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床臥式數(shù)控車(chē)床立式數(shù)控車(chē)床臥式數(shù)控車(chē)床立式數(shù)控車(chē)床27白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室立式數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床龍門(mén)式數(shù)控銑床龍門(mén)式數(shù)控銑床28白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室數(shù)控鉆床三維數(shù)控鉆床29白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室高速加工中心立式加工中心臥式加工中心龍門(mén)加工中心30白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室（2）金屬成型類(lèi)及特種加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床數(shù)控線切割機(jī)床數(shù)控電火花成型機(jī)床電子自準(zhǔn)直儀數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x數(shù)控激光切割設(shè)備數(shù)控剪板機(jī)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)31白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室第三節(jié)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展一、數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展早在1930年，美國(guó)就有人申請(qǐng)了機(jī)床數(shù)控專(zhuān)利，1946年世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，為數(shù)控機(jī)床的研制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。促進(jìn)數(shù)控技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力是二次世界大戰(zhàn)后的軍備競(jìng)賽。1948年美國(guó)的一家公司承擔(dān)了設(shè)計(jì)研究和加工直升機(jī)螺旋槳葉片輪廓用檢驗(yàn)樣板的加工機(jī)床的任務(wù)，由此提出了研制數(shù)控機(jī)床的最初萌芽。在麻省理工學(xué)院的協(xié)助下，1949年開(kāi)始工作，經(jīng)過(guò)3年的研究，于1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床。32白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室1953年，美國(guó)空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，開(kāi)始從事計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的研究，這就是研制APT（AutomaticallyProgrammingTool）自動(dòng)編程系統(tǒng)的開(kāi)始。1955年，美國(guó)空軍花費(fèi)巨資訂購(gòu)了大約100臺(tái)數(shù)控機(jī)床，標(biāo)志著數(shù)控機(jī)床進(jìn)入了實(shí)用階段。1958年，美國(guó)在世界上又率先研制成功帶有自動(dòng)換刀裝置的加工中心(Machiningcenter,MC)。從此，數(shù)控技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展迅速發(fā)展了起來(lái)。33白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室上述發(fā)展歷程，經(jīng)歷了這么幾個(gè)階段。1952年，第一代電子管數(shù)控系統(tǒng)；1959年，第二代晶體管和印刷電路板元件的數(shù)控系統(tǒng)；1965年，第三代集成電路數(shù)控系統(tǒng)；以上三代，都屬于硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)（NC）。1970年，第四代小型計(jì)算機(jī)（CNC）以及由計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行多機(jī)床控制（DNC）的數(shù)控系統(tǒng)；1974年，第五代微處理器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的數(shù)控系統(tǒng)；1990年，第六代基于工業(yè)PC機(jī)的通用型數(shù)控系統(tǒng)。34白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室電子管晶體管集成電路印刷電路35白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室CNC系統(tǒng)DNC系統(tǒng)36白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室上面說(shuō)的是國(guó)際上總的發(fā)展歷程。我國(guó)數(shù)控技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究起步較晚，其發(fā)展過(guò)程可以劃分為4個(gè)階段。1958~1965年，開(kāi)始從采用電子管著手研制數(shù)控銑床，處于試制和試用階段；1965~1972年，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)階段，開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)入生產(chǎn)使用階段；1972~1979年，研制成功了集成電路數(shù)控系統(tǒng)，是數(shù)控技術(shù)的生產(chǎn)和應(yīng)用階段；1980~數(shù)控技術(shù)進(jìn)入了穩(wěn)步發(fā)展的階段，一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)得以研制成功。37白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.

數(shù)控裝置向高速度、高精度方向發(fā)展向基于個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展配置多種遙控接口和智能接口具有很好的操作性能數(shù)控系統(tǒng)的可靠性大大提高速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在超高速切削、超精密加工技術(shù)的實(shí)施中，提出了更高的要求。現(xiàn)在的主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)15000～100,000r/min，進(jìn)給速度和快速進(jìn)給速度已達(dá)100～240m/min；分辨率為0.01μm。PC機(jī)具有良好的人機(jī)界面，軟件資源特別豐富，CPU主頻高，內(nèi)存大，通訊功能、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)，可靠性高，成本低等特點(diǎn)。系統(tǒng)除配置RS232C串行接口、RS422等接口外，還有DNC接口，工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）通訊，制造自動(dòng)化協(xié)議（MAP）等接口，以實(shí)現(xiàn)不同廠家和不同類(lèi)型機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的需要。普遍采用薄膜軟按鈕的操作面板，減少指示燈和按鈕的數(shù)量，使操作一目了然。大量采用菜單選擇操作方式，彩色圖像顯示功能可以顯示三維動(dòng)態(tài)圖形。大量采用高集成度的芯片，減少了元器件的數(shù)量，提高了硬件的質(zhì)量，降低了功耗，提高了可靠性。使得數(shù)控系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到了10,000～36,000h以上?！?8白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室2.伺服系統(tǒng)

前饋控制技術(shù)機(jī)械靜止摩擦的非線性控制技術(shù)伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)（包括電流環(huán)）均采用軟件控制采用高分辨率的位置檢測(cè)裝置補(bǔ)償技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用所謂前饋控制，就是在原來(lái)的控制系統(tǒng)上加上速度指令的控制方式，這樣伺服系統(tǒng)的跟蹤滯后誤差大大減小。而過(guò)去的伺服系統(tǒng)，是把檢測(cè)信號(hào)與位置指令的差值乘以位置環(huán)增益作為速度指令，因而總是存在著跟蹤滯后誤差，這使得在加工拐角及圓弧時(shí)加工精度惡化。對(duì)于一些具有較大靜止摩擦的數(shù)控機(jī)床，新型數(shù)字伺服系統(tǒng)具有補(bǔ)償機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)靜摩擦的非線性控制功能。如數(shù)字調(diào)解和矢量控制等。為適應(yīng)不同類(lèi)型的機(jī)床，不同精度和不同速度要求，預(yù)先調(diào)整加、減速性能。如高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi)有微處理器組成的細(xì)分電路，使得分辨率大大提高，增量位置檢測(cè)為10，000p/r（脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)）以上；絕對(duì)位置檢測(cè)為1，000，000p/r以上。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)可以對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行多種補(bǔ)償，如絲杠螺距誤差補(bǔ)償、齒側(cè)間隙補(bǔ)償、軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、空間誤差補(bǔ)償和熱變形補(bǔ)償?shù)取！?9白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室3.機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)

為縮小體積，減少占地面積，更多地采用機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)。為提高自動(dòng)化程度，而采用自動(dòng)交換刀具和工件，主軸和工作臺(tái)的立、臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。為提高數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性，伺服系統(tǒng)和機(jī)床主機(jī)進(jìn)行很好的機(jī)電匹配。40白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室4.數(shù)控編程技術(shù)脫機(jī)編程發(fā)展到在線編程具有機(jī)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(shí)處理的新階段5.向智能化方向發(fā)展應(yīng)用自適應(yīng)控制（AdaptiveControl）引入專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)加工引入故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)智能化伺服驅(qū)動(dòng)裝置傳統(tǒng)的編程是脫機(jī)的。由在機(jī)外編程，然后再輸入給數(shù)控裝置?，F(xiàn)代的數(shù)控裝置都有前臺(tái)操作、后臺(tái)編程的功能，可以在人工操作鍵盤(pán)和彩色顯示器的作用下，在線的以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行編程。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(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)功能，會(huì)話式自動(dòng)編程、藍(lán)圖編程和實(shí)物編程功能。由于有了小型工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，使得在線程序編制過(guò)程中可以自動(dòng)選擇最佳切削用量和適合的刀具。數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)加工過(guò)程中的一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。將熟練工人和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，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(kù)為支撐，建立具有人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)，并且?guī)в凶詫W(xué)功能?？梢酝ㄟ^(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)?！瑯邮前言O(shè)備維修專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)與客觀規(guī)律存入到系統(tǒng)中，建立專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)。▲41白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室三、數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)CPU:16、32、64、RISC、主頻越來(lái)越高；分辨率:0.01mm、0.001mm、0.1μm、0.01μm；控制功能:FANUC-15可控15軸，SIEMENS840D可控31軸,多種插補(bǔ)功能及其它功能；伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能：電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)交流數(shù)字伺服，交流變頻、矢量控制、非線性、前饋控制，摩擦補(bǔ)償、伺服參數(shù)自動(dòng)調(diào)整等；數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)PLC功能：具有邏輯控制和軸控制功能，基本指令執(zhí)行快，可用梯形圖、C語(yǔ)言編程；系統(tǒng)的通訊接口功能：RS232C、DNC、RS485、局域網(wǎng)等；系統(tǒng)的開(kāi)放性：可擴(kuò)展、添加、重組、選擇；可靠性與故障自診斷。

42白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室中國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展水平及數(shù)字統(tǒng)計(jì)

2002年中國(guó)金屬加工機(jī)床進(jìn)口、出口貿(mào)易統(tǒng)計(jì)進(jìn)口出口數(shù)量(千臺(tái))金額(百萬(wàn)$)與上年比較(%)數(shù)量(千臺(tái))金額(百萬(wàn)$)與上年比較(%)數(shù)量金額數(shù)量金額金屬切削機(jī)床合計(jì)75.962074.724.2926.605506.58263.922.2213.85其中數(shù)控機(jī)床18.281453.738.3731.633.1034.641.16-3.2443白城師范學(xué)院機(jī)電系機(jī)自教研室2002年世界機(jī)床生產(chǎn)前十名（百萬(wàn)美元）2002年世界機(jī)床消費(fèi)前十名（百萬(wàn)美元）國(guó)家(地區(qū))2002年2001年同比德國(guó)67377732-17%日本63799390-30%意大利37753794-5%中國(guó)3025262415%美國(guó)19132853-