第一讲现代数控发展方向

第一讲现代数控的发展方向哈尔滨工业大学机电学院 数控技术研究室2012年4月15日

第一讲 现代数控技术的发展方向1.1 数控技术总的发展趋势当代，数控技术的典型应用是：单机，复合，FMC/FMS/CIMS 其发展方向是： 高速度化 高精度化 高效加工、多功能化 复合化 开放化 智能化 极限制造数控(小型、高精密、大型数控) STEP-NC 数控标准的发展 网络数控 数控功能部件及数控刀具的发展 目前的动向是: 开放式数控系统、高速加工系统、STEP-NC 具体如下：

1.与IT融合，继续走开放式道路当今加工设备和制造系统与IT融合正朝着网络化、高柔性、可重 构、多功能、有特色的方向发展。要求数控系统能够重新装配、重新 生成、在线扩充和远程修改，能够融入用户的工艺诀窍和经验。其有 效途径就是走“开放式”道路。

2.向STEP-NC体系方向发展基于STEP-NC的数控系统是一种新型数控系统： ◆可以有效的解决复杂曲面插补、三维刀补、智能轨迹规划、加工 过程实时化控制等传统数控系统的难题， ◆可以实现设计、制造、管理、控制的双向无缝连接。 ◆STEP-NC的出现将引发数控技术领域的一场革命。

3.向超高速方向发展 ◇高速和超高速数控加工已成为国际上公认的先进制造技术之一，在国防民用各部门均有广泛应用。在汽车工业中，以高速高效数控 加工取代多主轴组合机床；

◇ 在模具制造等行业以高速多坐标数控机床铣削淬硬钢，取消传统 的淬火后研磨、研抛、电加工等低效率工艺，实现高硬度复杂表 面零件的高速高效加工； ◇ 在航空、航天、军工等行业，以高速多坐标数控机床对飞行器等 大型构件(机身、机翼等)进行整体加工，从而有效消除传统拼 装机构所具有的种种弊病。 ◇ 高速和超高速数控加工将是数控技术和数控产业的重要发展趋势 之一。

4.向超精方向发展人类认识世界和改造世界的能力正在向微小尺寸方向发展。在微 观领域，要求微制造装备具有原子尺度的操作和加工能力。计算 机CPU的制造是电子产品制造的制高点，要求其制造装备的精度 达到纳米级。在宏观方面，大型天文望远镜镜片的表面形貌误差 亦要求达到纳米级。这些纳米级的超精尖端设备如果没有超精的 数控技术是制造不出来的。超精数控是数控技术另一个重要发展 方向。

5.向智能化方向发展数控系统和装备的智能化，不仅有利于减轻操作者的体力和脑 力劳动强度，而且更重要的是可以提高数控加工的质量和效率。 智能化主要体现在以下几个方面： (1)智能编程 在数控编程系统和数控系统软件中嵌入专家系统，建立知识库 和工艺数据库，从

而实现自动选择刀具、合理计算切削用量， 确定最佳走刀路线，使数控加工实现最优化。 (2)智能化自适应控制 将人工智能技术与自适应技术相结合，通过在线检测切削力, 切削温度、刀具磨损等参数，经计算机分析计算后发出控制信 号，实时调整主轴转速、进给速度和背吃刀量，使数控加工系 统处于最佳状态 (3)加工过程智能化监控 将人工智能技术与现代传感技术相结合，对加工过程的一些关 键环节和因素进行智能化监控，如刀具磨损/破损的自动监控、 主轴运行状态自动监控、高速加工安全性的自动监控等。

(4)故障诊断智能化 应用模糊数学、神经网络理论、专家系统技术等建立具有人工智 能的故障诊断系统，实现对数控系统和机床故障的自动诊断，并 自动或指导维修人员快速排出故障。 (5)信息输入与操作智能化 应用模式识别技术，进行图像和语音的识别，实现零件图形的智 能化识别和理解，并按照操作者的语音命令自动控制加工过程。 (6)智能寻位加工 通过仿人智能途径主动感知工作信息、自动分析求解工件实际状 态，进行位姿自适应加工，消除对精密夹具的依赖。

6.向网络化方向发展与IT融合的网络化通讯与网络化控制是数控技术的重要发展方向 不仅适用Internet网、工业以太网等的整机和上层联网技术建有 大的发展，而且使基于现场总线网络的执行层(伺服系统、主轴 单元、PLC、机床传感器等)联网控制技术将出现新的突破。

7.进一步实现无图纸数控加工CAD/CAM/CNC一体化，实现无图纸数字化制造。有二种方法

◎一是CAD/CAM/CNC物理上的一体化(在一个控制系统上完成)。 ◎二是数控系统的联网功能，通过网络与CAD/CAM计算机进行高速信 息交换，使得数控系统 直接获取设计和加工信息，从而实现逻辑上CAD/CAM/CNC的 一体化。 无图纸的实物映射数控加工 就是通过对实物零件和模型进行数字化信息提取，利用计算机对 数字化信息进行处理，并生成NC程序控制机床运行，从而完成映 射零件的加工。

8.加速发展零传动数控驱动技术传统的由旋转伺服电机加机械传动装置的驱动系统，不能满足数 控装备向高速、高精度发展的需要。出现新一代零传动驱动系统 直线伺服电机的直线进给零传动驱动系统 环形伺服电机的旋转进给零传动驱动系统 高速电主轴的零传动主运动 零传动驱动系统将得到进一步的快速发展，并加速普及应用。

9.研究开发新型主机结构和可重构数控机床随着数控系统复杂控制算法的发展，将进一步促进新结构数控机 床的发展。如； 并联、串并联结构数控机床 串并联数控机床具有高刚度，可

获得大的旋转角和大工作空间 可重组数控机床 为适应快速多变的市场，根据生产的要求，在现场对已有设备模 块进行动态重组，并对数控系统进行重新配置，以满足构成新要 求的制造装备。这种在可配置数控系统控制下的可重组制造装备， 从制造过程的底层有效提高现代制造系统的敏捷性，将大有发展 前途。

10.实现数控装备的超复合化在传统加工中心和车削加工中心实现多工序复合的基础上，实 现更大跨度的超复合化，实现 车、铣、钻常规切削加工工序的复合 切削加工、激光加工、激光热处理等复合的万能加工中心 实现粗加工、半精加工、热处理、精加工等全部工序。

11.由切削加工向非切削加工方向发展非切削数控加工需求激增， 在快速成型制造领域： 成型精度、表面质量、机械强度等方面问题； 在模具制造、复杂零件制造； 基于飞秒激光的双(多)光子加工技术， 开创了超精细、无热损伤三维加工和处理的新领域； 塑料体积成形加工的数字控制。

1.2 新的数控标准 STEP-NC,新的编程规范 1.3 开放数控 1.4 CNC控制器的发展趋势1.4.1 多坐标、多通道控制。 以FANUC 30i-MODEL A系统为例：

十个通道，40个轴(32个进给轴、8个主轴)日本叫多系统。 (SIEMENS 840D等系统:一直是多通道的) 联动轴数最大24个/主轴8个。 3个PMC通道。最大I/O点数4096/4096

PMC基本命令速度25ns。 最大预读程序段：1000段。

(多通道系统适合大型自动机床、复合机床、多头机床的控制器)

1.4.2 高速高精、低速高精加工功能 1.新功能 前馈控 补偿由于反馈滞后所产生的误差，提高加工精度。

进给率和加减速曲线控制，拐角控制。减少加减速滞后所产生的 误差。 前瞻(前视)控制 在程序执行前，对运动数据进行计算处理和 多段缓冲，从而控制刀具以很小的误差进行高速运动。 平滑运行的高精度轮廓控制、AI高精度/AI纳米轮廓控制 对指令 的实时识别，最佳的控制速度、 加速度、加加速度，使加工保持最佳状态。 数字滤波器技术 用以消除机械谐振，提高伺服系统的位置 增益。 高精高速进给伺服系统 高精高速主轴伺服系统

高增益的驱动器、控制单元、电机； 提高编码器的分辨率，1600万脉冲/转； 直线伺服电机驱动，提高进给刚度；对于直线电机，设计数

字滤波器以避免直接 …… 此处隐藏：3110字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……