【正文】 甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較 小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。具有自診斷、自修復(fù)功能，在整個(gè)工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時(shí)對(duì) CNC 系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并進(jìn)行故障報(bào)警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保無人化工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故障診斷要求，其發(fā)展趨勢(shì)是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前 CAD／ CAM 圖形交互式自動(dòng)編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù) 控技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。它是利用 CAD 繪制的零件加工圖樣，再經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和后置處理，從而自動(dòng)生成 NC 零件加工程序，以實(shí)現(xiàn) CAD 與CAM 的集成。隨著 CIMS 技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了 CAD／ CAPP／ CAM 集成的全自動(dòng)編程方式，它與 CAD／ CAM 系統(tǒng)編程的最大區(qū)別是其編程所需的加工工藝參數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的 CAPP 數(shù)據(jù)庫獲得。 數(shù)控機(jī)床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模或超大規(guī)模的專用及混合式集 成電路，以減少元器件的數(shù)量，來提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)機(jī)床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。還通過自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示，及時(shí)排除故障；利用容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)重要部件采用“冗余”設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù)；利用各種測(cè)試、監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)生產(chǎn)超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。 數(shù)控系統(tǒng)小型化便于將機(jī)、電裝置結(jié)合為一體。目前主要采用超大規(guī)模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規(guī)?？s小系統(tǒng)的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統(tǒng)的陰極射線管，將使數(shù)控操作系統(tǒng)進(jìn)一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機(jī)床設(shè)備上，更便于對(duì)數(shù)控機(jī)床的操作使用。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì) 1．高速、高效、高精度、高可靠性 要提高加工效率，必須提高切削和進(jìn)給速度，縮短加工時(shí)間；要確保加工質(zhì)量，必須提高機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)軌跡的精度，而可靠性 則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須有高性能的數(shù)控裝置作保證。 (1)高速、高效。機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本．而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具、大功率高速電主軸、高加／減速度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng) (含監(jiān)控系統(tǒng) )和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，高速主軸單元 (電主軸，轉(zhuǎn)速 15000 一 100000r／ ， min)、高速且高加／減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件 (快移速度 60～ 120m／ Illin，切削進(jìn)給速度高達(dá) 60n∥商 n)、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破．達(dá)到了新的技術(shù)水平。 依靠快速、準(zhǔn)確的數(shù)字量傳遞技術(shù)，對(duì)高性能的機(jī)床執(zhí)行部件進(jìn)行高精密度、高響應(yīng)速度的實(shí)時(shí)處理，車削和銑削的切削速度已達(dá)到 5000～ 8000m／ Illin 以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000i／一以上 (有的高達(dá) 100000L，? )；工作臺(tái)的移動(dòng)速度 (進(jìn)給速度 )，在分辨率為 l 岬時(shí)，在 100m／ min 以上 (有的達(dá)到 200m／ IⅡ iⅡ )， 在分辨率為 O 1168。 m 時(shí)，在 24m,， 111111 以上；自動(dòng)換刀速度在 l s 以內(nèi)；小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到 12m／一。 (2)高精度。從精密加工發(fā)展到超精密加工 (特高精度加工 )，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí) ((10nm)，其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削 (車、銑 )、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工 (三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等 )。 當(dāng)前，機(jī)械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍，達(dá)到 5ILrn；精密加工精 度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)人納米級(jí) (o 001“ m)，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到 o 0l～ o 05p． m，加工圓度為 0 1 岬，加工表面粗糙度 R。 =0 003“ m 等。 隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來越高，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由177。 10168。 m 提高到177。 5 岬，精密級(jí)加工中心的加工精度則從177。 (3— 5)p． trl 提高到177。 (1— 1 5)“皿。 (3)高可靠性。是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，應(yīng)該是適度可 靠。 2．模塊化、智能化、柔性化和集成化 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn)，機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價(jià)格比顯著提高，并加快柔性化、個(gè)性化是近年來特別明顯的發(fā)展趨勢(shì)。 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載、自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；智能診斷、智能監(jiān)控方面 的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：一方面，從點(diǎn) (數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床 )、線 (FMc、 FMS、兀 L、 FML)向面 (工段車間獨(dú)立制造島、 FA)、體 (cIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) )的方向發(fā)展；另一方面，向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提．以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)；注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓、完善； cNc 單機(jī)向高 精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 CAD、 cAM、 c APF’、 MTS 聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。 3．開放性 為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求。最重要的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)概述 數(shù)控機(jī)床的核心部分是數(shù)控系統(tǒng)．主要由計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置 (或稱 cNc 裝置 )、可編程控制器 (PLc，也稱 PMc)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、位置檢測(cè)裝置和接口電路等組成。 德 國 sIEMENs 公司 20 世紀(jì) 80 年代以來相繼推出了 sINuMERJl( 8 8 850、880、 80 840 系統(tǒng)及全數(shù)字化的 840D 系統(tǒng)，另外，還在中國市場(chǎng)推出了 802 系列數(shù)控系統(tǒng)。 sINuMERIK 840D?是一個(gè)基于 Pc 計(jì)算機(jī)的、全 Pc 集成的控制系統(tǒng)．其應(yīng)用領(lǐng)域包括木制品、玻璃、制陶、包裝、貼片機(jī)、沖壓機(jī)、彎曲機(jī)以及各種機(jī)床和類似機(jī)床的機(jī)械。除了高度的軟硬件開放性， SINUMERIK 840Di 系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是， cNc 控制功能與 MDI功能都在 Pc 處理器上運(yùn)行，也就是說，可以省略傳統(tǒng)控 制系統(tǒng)中所需的 Nc 處理單元。這種控制系統(tǒng)包含大量的標(biāo)準(zhǔn)化印制電路板和電器部件：帶接口卡的工業(yè) Pc 機(jī)， HROFIBIJs— DP， wlndows NT 操作系統(tǒng)， OP(： (用于過程控制的 OLE)等。 sINuMERIK840Di 系統(tǒng)與sINuMERIK 840D 系統(tǒng)在 Nc 功能、 PLc 功能、操作功能和機(jī)床數(shù)據(jù)上是兼容的，相應(yīng)的 Nc程序和 PLc 程序在這兩個(gè)系統(tǒng)上都可運(yùn)行。而且由于系統(tǒng)高度開放，其他類型數(shù)控軟件同樣適用于這兩個(gè)系統(tǒng)。 cNc 裝置的主要功能、特點(diǎn)及工作原理 數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，數(shù)控裝置有兩種類 型：一是完全由硬件邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控裝置，即 Nc 裝置；二是由計(jì)算機(jī)硬件和軟件組成的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，即 cNc裝置。 Nc 裝置是數(shù)控技術(shù)發(fā)展早期普遍采用的數(shù)控裝置，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，已基本被 cNc 裝置取而代之。因此，以后所講到的數(shù)控裝置主要是針對(duì) cNc 裝置而言的． cNc裝置由硬件和軟件兩大部分組成。硬件和軟件的關(guān)系是密不可分的，硬件為軟件提供了活動(dòng)的舞臺(tái)．是軟件的肌體；軟件是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂。數(shù)控系統(tǒng)在軟件的控制下，有條不紊地進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的控制。 cNc 裝置的特點(diǎn) CNC 裝置靈活、通 用、可靠，使用與維修方便，特別是采用微處理器以后，實(shí)際上就是一臺(tái)專用微型計(jì)算機(jī)，通過軟件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)許多功能。數(shù)控裝置的功能主要反映在準(zhǔn)備功能 G 指令代碼和輔助功能 M 指令代碼上。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的類型、用途、檔次的高低，CNC 裝置的功能有很大的不同，通常包括基本功能和選擇功能?；竟δ苁菙?shù)控系統(tǒng)必備的功能，選擇功能是供用戶根據(jù)機(jī)床的特點(diǎn)和用途進(jìn)行選擇的功能。 1．?dāng)?shù)控裝置的主要功能 CNC 裝置能控制的軸數(shù)以及能同時(shí)控制 (即聯(lián)動(dòng) )的軸數(shù)是其主要性能指標(biāo)之一。一般數(shù)控車床只需 2 軸控制 (二軸聯(lián)動(dòng) )?？刂戚S數(shù)越多 ，特別是同時(shí)控制軸數(shù)越多。 cNc 裝置的功能越強(qiáng)；同時(shí)， cNc 裝置就越復(fù)雜，編制程序也越困難。 cNc 裝置可以通過其硬件和軟件的結(jié)合．實(shí)現(xiàn)許多功能。 (1)準(zhǔn)備功能。準(zhǔn)備功能也稱 G 功能，用來指揮機(jī)床動(dòng)作方式。包括基本移動(dòng)、程序暫停、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀具補(bǔ)償、基準(zhǔn)點(diǎn)返回、固定循環(huán)、公英制轉(zhuǎn)換等。 (2)插補(bǔ)功能。 cNc 裝置通過軟件插補(bǔ)，其中數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是當(dāng)前應(yīng)用的主要方法。插補(bǔ)計(jì)算實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，一般數(shù)控裝置都有直線和圓弧插補(bǔ)，高檔數(shù)控裝置還具有拋物線插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、正弦插補(bǔ)、 樣條插補(bǔ)等功能。 (3)主軸速度功能。 cNc 裝置可以控制主軸的運(yùn)動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)主軸的速度控制和準(zhǔn)確定位。 (4)進(jìn)給功能。用 F 代碼可以直接指揮各軸的進(jìn)給速度。同時(shí)，可以通過主軸上的位置編碼器 (一般為脈沖編碼器 )實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)給。 (5)補(bǔ)償功能。包括刀具長度、刀具半徑補(bǔ)償和刀尖圓弧補(bǔ)償?shù)溶浖a(bǔ)償；坐標(biāo)軸的反向間隙補(bǔ)償；進(jìn)給傳動(dòng)件的傳動(dòng)誤差補(bǔ)償．如絲杠螺距補(bǔ)償，進(jìn)給齒條齒距誤差補(bǔ)償?shù)葯C(jī)械補(bǔ)償。 (6)輔助功能 (M 功能 )。輔助功能是數(shù)控加工中不可缺少的功能，各種型號(hào)的數(shù)控裝置具有輔助 功能的多少差別很大，常用的輔助功能有程序停、主軸正／反轉(zhuǎn)、冷卻液接通和斷開、換刀等。輔助功能是通過 PLc 或 L， o 接口實(shí)現(xiàn)的。 (7)字符圖形顯示功能。 cNc 裝置可配置不同尺寸的單色或彩色 cRT 顯示器，通過軟件和接口實(shí)現(xiàn)字符、圖形顯示?？梢燥@示程序、機(jī)床參數(shù)、各種補(bǔ)償量、坐標(biāo)位置、故障信息、人機(jī)對(duì)話編程菜單、零件圖形、動(dòng)態(tài)刀具模擬軌跡等。 (8)程序編輯功能。 cNc 裝置可以實(shí)現(xiàn)加工程序的輸入／輸出、編輯功能。 (9)輸入、輸出和通信功能。一般的 CNC 裝置可以接多種輸入、輸出外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)程序和參數(shù)的輸入、輸出和存儲(chǔ)。 cNc 裝置還具有 RS 一 232(：、網(wǎng)絡(luò)功能等接口．實(shí)現(xiàn)通信功能。 (10)自診斷功能。 cNc 裝置中設(shè)置了各種診斷程序，可以防止故障的發(fā)生或擴(kuò)大。在故障出現(xiàn)后可迅速查明故障類型及部位，減少故障停機(jī)時(shí)間。總之， cNc 數(shù)控裝置的功能多種多樣，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，功能越來越豐富。其中的控制功能、插補(bǔ)功能、準(zhǔn)備功能、主軸功能、進(jìn)給功能、刀具功能、輔助功能、字符顯示功能、自診斷功能等屬于基本功能。而補(bǔ)償功能、固定循環(huán)功能、圖形顯示功能、通信功能、網(wǎng)絡(luò)功能和人機(jī)對(duì)話編程功能則屬于選 擇功能。 2． CNC 數(shù)控裝置的特點(diǎn) (1)靈活性。只要改變相應(yīng)的控制軟件，就可改變和擴(kuò)展 cNc 裝置的功能．滿足用戶的不同需要。 (2)通用性。 cNc 裝置硬件結(jié)構(gòu)有多種形式，模塊化硬件結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)易于擴(kuò)展，模塊化軟件能滿足各類數(shù)控機(jī)床 (如車床、銑床、加工中心等 )的不同控制要求，標(biāo)準(zhǔn)化的用戶接口，統(tǒng)一的用戶界面，既方便系統(tǒng)維護(hù)，又方便用戶培訓(xùn)。 (3)豐富的數(shù)控功能。利用計(jì)算機(jī)的高速數(shù)據(jù)處理能力，使 cNc 裝置能方便地實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的數(shù)控功能，如二次曲線插補(bǔ)功能、曲面的直接插補(bǔ)功能、各類固 定循環(huán)、函數(shù)和子程序調(diào)用、坐標(biāo)系偏移和旋轉(zhuǎn)、動(dòng)態(tài)圖形顯示、刀具半徑和長度補(bǔ)償功能等。 (4)系統(tǒng)的可靠性高。零件 Nc 程序在加工前輸入 cNc 裝置，經(jīng)系統(tǒng)檢查后調(diào)用執(zhí)行，避免了零件程序錯(cuò)誤。許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)．使硬件的元器件數(shù)目太為減少，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性得到改善，特別是采用大規(guī)模和超太規(guī)模集