【文章內(nèi)容簡介】 . 床能夠自動的加工出質(zhì)量良好的機械零件。 4 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況 數(shù)控技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在，已有近 50 年的歷史。按照電子器件的發(fā)展可分為五 個發(fā)展階段：電子管數(shù)控，晶體管數(shù)控，中小規(guī)模 IC 數(shù)控，小型計算機數(shù)控，微處理器數(shù)控；從體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，可分為以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)、計算機硬件及軟件組成的 CNC 數(shù)控系統(tǒng)，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進電機驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)和伺服電機驅(qū)動的閉環(huán)系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)裝備的機床大大提高了加工精度、速度和效率。人類發(fā)明了機器，延長和擴展人的手腳功能：當(dāng)出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)以后，制造廠家逐漸希望數(shù)控系統(tǒng)能部分代替機床設(shè)計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗和操作技能放進數(shù)控系統(tǒng)， 同時也希望系統(tǒng)具有圖形交互、診斷功能等。首先就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機界面和開發(fā)平臺，通過這個界面和平臺開放而自由地執(zhí)行和表達(dá)自己的思路。這就產(chǎn)生了開放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。機床制造商可以在該開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件和軟件構(gòu)成自己的系統(tǒng)。目前，開放系統(tǒng)有兩種基本結(jié)構(gòu)： (1)CNC+PC 主板：把一塊 PC 主板插入傳統(tǒng)的 CNC 機器中， PC 板主要運彳168。 F 實時控制， CNC 主要運行以坐標(biāo)軸運動為主的實時控制。 (2)PC+運動控制板：把運動控制板插入 PC 機的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實時控制用，而 PC 機主要作非實時控制。開放結(jié)構(gòu)在 90 年代初形成；對于許多熟悉計算機應(yīng)用的系統(tǒng)廠家，往往采用第 (2)方案。但目前主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認(rèn)為數(shù)控系統(tǒng)最主要的性能是可靠性，象 PC 機存在的死機現(xiàn)象是不允許的。而系統(tǒng)功能首先追求的仍然是高精高速的加工。加上這些廠家長期已經(jīng)生產(chǎn)大量的數(shù)控系統(tǒng)：體系結(jié)構(gòu)的變化會對他們原系統(tǒng)的維修服務(wù)和可靠性產(chǎn)生不良的影響。因此不把開放結(jié)構(gòu)作為主要的產(chǎn)品，仍然大量生產(chǎn)原結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。為了增加開放性，主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家往往采用 (1)方案，即在不變化原系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一塊 PC 板，提供鍵盤使用戶能把 PC 和 CNC 聯(lián)系在 一起，大大提高了人機界面的功能比較典型的如 FANUC 的150/160／ 180／ 210 系統(tǒng)。有些廠家也把這種裝置稱為融合系統(tǒng) (fusion system)。由于它工作可靠，界面開放，越來越受到機床制造商的歡迎。 軟件伺服驅(qū)動技術(shù) 伺服技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分。廣義上說，采用計算機控制，控制算法采用軟件的伺服裝置稱為“軟件伺服”。它有以下優(yōu)點： (1)無溫漂，穩(wěn)定性好。 (2)基于數(shù)值計算，精度高。 (3)通過參數(shù)對設(shè)定，調(diào)整減少。 (4)容易做成 ASIC 電路。 70 年代，美國 GATTYS 公司發(fā)明了 直流力矩伺服電機，從此開始大量采用直流電機驅(qū)動。開環(huán)的系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)的系統(tǒng)取代。但直流電機存在以下缺點： (1)電動機容量、最高轉(zhuǎn)速、環(huán)境條件受到限制； (2)換向器、電刷維護不方便。交流異步電機雖然價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單，但早期由於控制性能差，所以很長時間沒有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， 1971 年，德國西門子的 Blaschke 發(fā)明了交流異步機的矢量控制法； 1980 年，德國人 Leonhard 為首的研究小組在應(yīng)用微理器的矢量控制的研究中取得進展，使矢量控制實用化。從 70 年代末，數(shù)控機床逐漸采用異步 電機為主軸的驅(qū)動電機。如果把直流電機進行“里翻外”的處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子，轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置，這就構(gòu)成了永磁無刷電機。這種電機具有良好的伺服性能。從 80 年代開始，逐漸應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)的進給驅(qū)動裝置上。為了實現(xiàn)更高的加工精度和速度， 90 年代，許多公司又研制了直線電機。它由兩個 . 非接觸元件組成，即磁板和線卷滑座：電磁力直接作用于移動的元件而無需機械連接，沒有機械滯后或螺距周期誤差，精度完全依賴于直線反饋系統(tǒng)和分級的支承，由全數(shù)字伺服驅(qū)動，剛性高，頻響好，因而可獲得高速度。但由于它的 推力還不夠大，發(fā)熱，漏磁及造價也影響了它的廣 — 泛應(yīng)用。對現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，伺服技術(shù)取得的最大突破可以歸結(jié)為：交流驅(qū)動取代直流驅(qū)動、數(shù)字控制取代模擬控制、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制。這兩種突破的結(jié)果產(chǎn)生了交流數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)，應(yīng)用在數(shù)控機床的伺服進給和主軸裝置。由于電力電子技術(shù)及控制理論、微處理器等微電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟件運算及處理能力的提高，特別是 DSP 的應(yīng)用，使系統(tǒng)的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。這些技術(shù)的突破，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強。大大推動了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。 CNC 系統(tǒng)的連網(wǎng) 數(shù)控系統(tǒng)從控制單臺機床到控制多臺機床的分級式控制需要網(wǎng)絡(luò)進行通信；網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是進行通信，共享信息。這種通信通常分三級： (1)工廠管理級。一般由以太網(wǎng)組成。 (2)車間單元控制級。一般由 DNC 功能進行控制。通過 DNC 功能形成網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)對零件程序的上傳或 F 傳：讀、寫 CNC 的數(shù)據(jù)： PLC 數(shù)據(jù)的傳送；存貯器操作控制；系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等。更高檔次的 DNC 還可以對 CAD／CAM/CAPP 以及 CNC 的程序進行傳送和分級管理。 CNC 與通信網(wǎng)絡(luò)連系在一起還可以傳遞維修 數(shù)據(jù)，使用戶與 NC 生產(chǎn)廠直接鴀 ?通信：進而，把制造廠家連系一起，構(gòu)成虛擬制造網(wǎng)絡(luò)。 (3)現(xiàn)場設(shè)備級?，F(xiàn)場級與車間單元控制級及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設(shè)備單機及工／ 0 控制、連線控制、通信連網(wǎng)、在線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)、運行數(shù)據(jù)的采集、存儲、統(tǒng)計等功能，保證現(xiàn)場設(shè)備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務(wù)，并將現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層，向工廠級提供數(shù)據(jù)。同時也可接受工廠管理層下達(dá)的生產(chǎn)管理及調(diào)度命令并執(zhí)行之。因此，現(xiàn)場級與車間級是實現(xiàn)工廠自動化及 CIMS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的現(xiàn)場級大多是基于 PLC 的分布式系統(tǒng)。其主要特點是現(xiàn)場層設(shè)備與控制器之間的連接是一對一，即一個 I/0 點對設(shè)備的一個測控點。所謂工／ 0 接線方式為傳遞 4— 20ma(模擬量信息 )或 24VDC(開關(guān)量信息 )。這種系統(tǒng)的缺點是：信息集成能力不強、系統(tǒng)不開放、可集成性差、專業(yè)性不強、可靠性不易保證、可維護性不高。現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。因此，現(xiàn)場總線是面向： f 廠底層自動化及信息集成的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)的主要特點為：它是數(shù)控系統(tǒng)通信向現(xiàn)場 級的延伸、數(shù)字化通信取代 4— 20ma 模擬信號、應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，要求現(xiàn)場設(shè)備智能化 (可編程或可參數(shù)化 )：它集現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、參數(shù)化及故障診斷為一體：由于現(xiàn)場總線具有開放性、互操作性、互換性、可集成性，因此是實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備層信息集成的關(guān)鍵技術(shù)。它對提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本非常重要。目前在工業(yè)上采用的現(xiàn)場總線有ProfibusDP， SERCOS， JPCN1， Devico， CAN， hterbus— S， Marco 等。有的公司還有自己的總