【文章內(nèi)容簡介】 實(shí)現(xiàn)，研究單位和高校。③ PC+CNC（ 融合系統(tǒng)）： 專業(yè)廠家認(rèn)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(jī)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(jī)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、多通道控制。 FANUC30iMODELA：?十個通道， 40個軸（ 32個進(jìn)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(diǎn)數(shù) 4096/4096?PMC基本命令速度 25ns。?最大預(yù)讀程序段： 1000段。(適合作為大型自動機(jī)床、復(fù)合機(jī)床、多頭機(jī)床的控制器 )高速高精、低速高精加工功能?前饋控制。 補(bǔ)償由于反饋滯后所產(chǎn)生的誤差，提高加工精度。?進(jìn)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(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理和多段緩沖，從而控制刀具以很小的誤差進(jìn)行高速運(yùn)動。?平滑運(yùn)行的高精度輪廓控制。 對指令的實(shí)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(jī)械諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。?高精高速進(jìn)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(jī)； ? 提高編碼器的分辨率， 1600萬 /轉(zhuǎn)； ? 直線伺服電機(jī)驅(qū)動，提高進(jìn)給剛度；對于直線電機(jī)，設(shè)計數(shù)字濾波器以避免直接驅(qū)動機(jī)械帶來的多點(diǎn)諧振。 ? 主軸采用交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動時，高增益控制、無齒槽效應(yīng)高分辨率電機(jī)，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(jī)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(bǔ)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(yīng)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(bǔ)。2.NURBS插補(bǔ)簡介1）概述?高速加工 CNC控制器具有 NURBS插補(bǔ)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(jìn)行 BURBS插補(bǔ)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(diǎn) ”、 “權(quán)重 ”、 “節(jié)點(diǎn) ”，然后通過后處理譯成機(jī)床 CNC系統(tǒng)可識別的 G代碼， CNC以插補(bǔ)速率對原始的 NURBS曲線進(jìn)行插補(bǔ)加工。?常規(guī)的 CAM后置處理提供二種插補(bǔ)：直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，常用線性插補(bǔ)逼近。高速加工設(shè)備出現(xiàn)了 NURBS曲線插補(bǔ)，這使 CNC系統(tǒng)具備了能自動進(jìn)行 NURBS格式定義的加工域生成的能力。各種插補(bǔ)比較如下：圖 4. 4 1 NURBS曲線的插補(bǔ)方式 公差CAD的NURBS曲線CAM的直線插補(bǔ)基于點(diǎn)集的直線插補(bǔ)基于 NURBS的樣條插補(bǔ)2） NURBS插補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)：① 與線性插補(bǔ)相比 ， CAM輸出的 NURBS插補(bǔ)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(shè)置為 177。，按照常規(guī)的插補(bǔ)方法，這個程序的長度會很大，可能達(dá)到 100MB以上，許多機(jī)床的 CNC控制器不能接受。② NURBS插補(bǔ)比采用近似分段的直線和圓弧插補(bǔ)更為準(zhǔn)確，刀位 軌跡更加平滑 。③ NURBS插補(bǔ)速率快，精度高 。例如： GE Fanuc NURBS插補(bǔ)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 ， 以 行加工。計算：一個插補(bǔ)周期的輪廓步長L =fT=1000/min601000=插補(bǔ)誤差 e=(Ft)2/8r=50== m④ 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。⑤ NURBS插補(bǔ)可縮短加工時間 。由于機(jī)床存在慣性，在用直線插補(bǔ)時，存在直線拐角處的拐角運(yùn)動，為了避免沖擊，機(jī)床一般按平滑規(guī)律進(jìn)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(bǔ)是光滑的，能在加速度允許的范圍內(nèi)以最大速度進(jìn)行加工。有的專家認(rèn)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(bǔ)的結(jié)合3） NURBS格式輸出的系統(tǒng)模型NURBS插補(bǔ)由 CADCAMCNC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(diǎn)、矢量、權(quán)重CNC機(jī)床NURBS插補(bǔ)CAD CAM CNC圖 NURBS格式輸出的系統(tǒng)模型4） NURBS插補(bǔ)指令的格式： P? 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 5176。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。P4K0.R1.NURBS插補(bǔ) G代碼NURBS曲線的階數(shù) 控制點(diǎn)坐標(biāo)控制點(diǎn)矢量 權(quán)圖 67FANUC系統(tǒng) NURBS指令格式五軸加工和復(fù)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(jìn)行切削，在復(fù)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(jī)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(bǔ)償。?五軸加工刀具中心點(diǎn)控制 ?五軸加工刀具半徑補(bǔ)償。?三維圓弧插補(bǔ)，可以指定傾斜平面內(nèi)的圓弧。?五軸加工刀具中心點(diǎn)控制 ?傾斜加工指令。?五軸加工用手動進(jìn)刀。、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(jī)領(lǐng)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(yīng)用自適應(yīng)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(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 ② 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)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(dāng)前已開發(fā)出模糊邏輯控制和帶自學(xué)習(xí)功能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(fù)載而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。 2） 智能技術(shù)應(yīng)用 機(jī)床的智能化不僅可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程服務(wù)，而且使機(jī)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）?？赏ㄟ^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(jìn)行監(jiān)控、錄像，以便對加工中心出現(xiàn)的問題進(jìn)行檢查分析。機(jī)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(jìn)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(jī)床的操作、使機(jī)床由報警狀態(tài)快速恢復(fù)正常、顯示加工完成情況報告（通過移動電話）、機(jī)床報警通知、時間顯示、加工完成時間、要求維護(hù)保養(yǎng)通知等等。機(jī)床還有指紋識別系統(tǒng)，機(jī)床可進(jìn)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(jìn)行成型工藝仿真、監(jiān)控機(jī)床的使用狀況、預(yù)警維護(hù)保養(yǎng) 。還可以計算工時、成本、交貨期，通過遠(yuǎn)程通訊解決用戶編程中的難題。2.環(huán)保 環(huán)境保護(hù)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－ Minimum Quit Liquid）、 是今后數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新特點(diǎn)。機(jī)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(shè)計有利于斷屑和排屑的刀具形狀和幾何參數(shù)。許多機(jī)數(shù)控床實(shí)現(xiàn)了干切削，特別是齒輪加工機(jī)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。 安全分三個層次：操作者、機(jī)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(jī)床安全；?工件的安全通過傳感器和安全開關(guān)來保證。復(fù)合數(shù)控功能：復(fù)合加工是指在同一機(jī)械上，可以進(jìn)行多種工藝的加工。如一圓柱體各部位加工：在一臺機(jī)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(jī)床上要有進(jìn)行復(fù)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(fù)合。車銑復(fù)合中心是由車削中心衍生出的車銑復(fù)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(yùn)動外 ，還作垂直于 X、 Z平面的 Y軸運(yùn)動 和繞 Y軸回轉(zhuǎn)的 B軸運(yùn)動 ，從而達(dá)到了車銑復(fù)合。?奧地利 WFL 公司的 Millturn系列 “9軸數(shù)控車銑復(fù)合中心 ”是一種集車削中心、五軸加工中心、深孔鉆和三坐標(biāo)測量機(jī)的所有功能復(fù)合。 整機(jī) 可以進(jìn)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(jī)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(yùn)動，刀塔 作 X軸 Y軸運(yùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)七軸控制。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(fù)合了車削功能。主軸最高 轉(zhuǎn)速為 20220r/min，機(jī)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(jī) 、蝸桿－成型磨齒機(jī)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(jī)均為復(fù)合機(jī)床 。?復(fù)合數(shù)控機(jī)床還有： 臥式鏜銑和深孔鉆的復(fù)合機(jī)床 、 板材沖和激光切割（或等離子切割、火焰切割）的復(fù)合機(jī)床。進(jìn)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(jī)床進(jìn)行集中監(jiān)控和管理需要通過網(wǎng)絡(luò) 通信。傳送程序，監(jiān)控加工狀態(tài)，傳送維修數(shù)據(jù)、進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作和診斷，傳送 CAD/CAM數(shù)據(jù)。現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)要求 CNC系統(tǒng)有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。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1