【正文】 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(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備層信息集成的關(guān)鍵技術(shù)。目前在工業(yè)上采用的現(xiàn)場總線有ProfibusDP，SERCOS，JPCN1，Deviconet，CAN，hterbus—S，Marco等。目前比較活躍的是Prof主busDP，為了允許更快的數(shù)據(jù)傳送速度，它由0S工的七層結(jié)構(gòu)省去37層構(gòu)成。 4這里以FANUC最先進(jìn)的CNC控制系統(tǒng)15i／150i為例說明系統(tǒng)功能的發(fā)展。其快移速度與分辨率關(guān)系如下表11。 表11 快移速度與分辨率 快速移動速度m／min 分辨率 L1m 240 1 100 0．1 10 0．01 l 0．001 它的技術(shù)特點(diǎn)反映了現(xiàn)代NC發(fā)展的特點(diǎn)： a功能以高速、超精為核心，并具有智能控制。15i／150主具有高精納米插補(bǔ)功能；即使系統(tǒng)的沒定編程單位為1um，通過納米插補(bǔ)也可提供給數(shù)字伺服以lnm為單位的指令，平滑了機(jī)床的移動量，提高了加工表面光潔度，大大減少加工工表面的誤差。(2)智能控制，計(jì)及機(jī)床的機(jī)械性能，可按最佳的允許進(jìn)給率和最大的允許加速度使機(jī)床的功能得到最大的發(fā)揮。(3)系統(tǒng)可在分辨率為1nm時(shí)工作，適用於控制超精機(jī)械。也可以進(jìn)行NURBS(Non uniform rat主ona!B spline)插補(bǔ)。NURBS插補(bǔ)不需任何硬件。適應(yīng)工廠自動化需要，支持標(biāo)準(zhǔn)FA網(wǎng)絡(luò)及DNC的連接。(2)設(shè)備層通信網(wǎng)絡(luò)：15㈠150i采用I／0 LINK(與日本標(biāo)準(zhǔn)JPCN—1相對應(yīng)的一種現(xiàn)場總線。d. 具有高速內(nèi)裝的PMC(有的廠商稱為PLC)， 以減少加工的循環(huán)的時(shí)間： (1)梯形圖和順序程序由專用的PMC處理器控制，這種結(jié)構(gòu)可進(jìn)行快速大規(guī)模順序控制。(3)可以用C語言編程；32位的C語言處理器可作為實(shí)時(shí)多任務(wù)運(yùn)行；它與梯形圖計(jì)算的PMC處理器并行工作。 e. 先進(jìn)的操作：性和維修性。(2)可采用存儲卡改變輸入輸出。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：1.高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12000r/mm和1g。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床（含5面加工機(jī)床）的發(fā)展。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的NGC(The Next Generation WorkStation/Machine Control)、歐共體的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的ONC(Open Numerical Control System)等。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個(gè)新亮點(diǎn)。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionplaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的OpenEnvironment（開放制造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。b.數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。STEPNC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。目前，歐美國家非常重視STEPNC的研究，歐洲發(fā)起了STEPNC的IMS計(jì)劃(～)。美國的STEPModel)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)起步于 1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個(gè)階段:第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場競爭階段。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá)50，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了10%。(1)奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)我國現(xiàn)在己基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)己具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)己商品化、產(chǎn)業(yè)化。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。(3)建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍雖然在數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認(rèn)識到，我國高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì)(1)技術(shù)水平上，與國外先進(jìn)水平大約落后10至15年，在高精尖技術(shù)方面則更大。 (3)可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng)。存在差距的主要原因(1)認(rèn)識方面對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點(diǎn)認(rèn)識不足。對我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。(4)技術(shù)方面企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。第二章 設(shè)計(jì)方案和基本方案的確定（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算此部分為機(jī)械部分，它包括脈沖當(dāng)量的確定；滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型；進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動計(jì)算；步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用；設(shè)計(jì)并繪制總裝配圖，其中包括橫向裝配圖，還有橫向自制箱體的零件圖。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬訂應(yīng)包括以下內(nèi)容：伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及運(yùn)動方式的確定，控制芯片的選擇等內(nèi)容。在我過設(shè)備數(shù)控化改造的一段時(shí)間里，較多采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動元件。當(dāng)激磁繞組按一定規(guī)律獲得分配脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，電氣控制和驅(qū)動電路也簡單，體積小，重量輕，價(jià)格便宜，設(shè)計(jì)制造較簡單，容易調(diào)試，使用維修方便。另外，電機(jī)時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快。綜上所述，綜合了成功率，技術(shù)難度，精度和投資等因素，決定選用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服驅(qū)動微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲擴(kuò)展電路和I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動電路等幾部分組成。系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)中所用的微機(jī)直接相關(guān)。本設(shè)計(jì)采用的是MCS—51機(jī)，并擴(kuò)展2片2764芯片，1片6264芯片，3片8155可編程并行I/O等組成的控制系統(tǒng)。（2）程控制（3）盤控制（4）功能：報(bào)警電路，復(fù)位電路，隔離電路，功放電路等。這里選用MCS—51系列中的8031芯片。該系列產(chǎn)品是集CPU、I/0口及部分RAM等為一體的功能很強(qiáng)的控制器，只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。三種型號的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差別，可以說8031是沒有ROM的8051，而8751是EPROM代替ROM的8051。8