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附录 1 to tohe of NC 控机床 发展趋向“六化”及其控制器的发展趋势 s is a to 摘要： 数控机床是现代 加工车间最重要的装备。 of T) T) of as of to to as of of to to to to be at an of a to to on AM NC to of a a to 一：本文概述了数控机床控制器的发展趋势。随着信息技术 (1T)和制造技术(发展，出现了更多功能、更高性能的控制器，诸如多坐标、多系统 (通道 )的控制；具有高精、高速、 5 轴加工功能和复杂加工、数控复合机床、进网通信、高可靠性和安全性等功能。为了增加操作和使用系统的可操作性和可移植性，控制器开放已经成为潮流。数字制造要求数控系统建立在一个全新的信息技术基础结构之上，容易利用网络传递加工制造信息，进行 体化的加工制造。这就出现了 型的数控系统。 s is a to is T) a T) to a of 0 in up a of 0 to of a of an on on an 录 2 to a a he to on is is 数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术 (1T)与制造技术(合发展的结果。最近 20 年来，信息技术的急剧发展大大激发和增加了制造系统的上层智能功能；下一个 20 年，智能将延伸到工厂的车间底层，控制器将具有更高性能和更多功能；由于控制器的柔性，单台机床将变得更加灵活和精巧；可以广泛地进行通信；方便地进行集成和重构；对过程进行测量，预示结果，诊断故障，避免事故；并按照科学的模式进行加工，达到最佳的生产效率。下面是一些关于控制器最新的发展情况。 1. . 制器的性能进一步提高、具有更多功能 1) )多坐标、多系统控制 1 0 to 0 2 to to 4 in MC , MC is to 5 to a is to to to to so of 比如 新的高档控制器 11 系统，最大控制系统数为 10个系统 (通道 )，最多轴数和最大主轴配置数为 40 轴，其中进给轴 32 轴，主轴为 8轴，最大同时控制轴数为 24 轴系统。最大 统为 3 个系统。最大 I O 点数为 4096 点 4096 点， 本命令速度为 25大可预读程序段： 1000 段。这是当前世界配置最高的数控系统。由于具有多轴多系统配置，因此特别适合大型自动机床，复合机床，多头机床等的需要。 2) )高精、高速加工功能 is in NC of T) to 录 3 of of by a to at to to in to to a to of NC is is an to of to to an to of on a to in to to is of to of as a to to in of is of a of to 这是 统最重要的功能，由于有了这个功能，使 制造技术 (大地向前发展了。数控机床采用计算机控制，可以保证加工的零件具有很高的精度重复性。但为了得到一定的功能，输入控制器的信号要经过一系列处理，不可避免地要失真、延时。因此在高速加工时，要保持高的加工精度就要采取一定的措施减少失真、延时。高精、高速的加工，除了机械设计和制造要保证能实现目标外，对 统的要求主要是处理速度快、控制精度高。采用前馈控制，以补偿由于伺服滞后所产生的误差，提高加工精度。适当控制进给率和采用恰当的加减速曲线可以减少加减速滞后所产生的误差。“前瞻”控制在程序执行前对运动数 据进行计算、处理和多段缓冲，从而控制刀具按高速运动，而且误差很小对于机床平滑运行的高精度轮廓控制，采用对指令形式的实时识别，可以最佳地控制速度、加速度和加加速度，因而使加工总是保持在最佳状态。为了防止扰动，开发数字滤波器的技术，以消除机械的谐振，提高伺服系统的位置增益。高精进给和主轴的伺服系统对高速、高精和高效十分重要。 3) 5 to ) 5 轴加工和复杂加工功能 a it of to on 录 4 in of a a it to to a to a to of CP( in of of 5 to a to 由于 5 轴加工工艺合理，相对于 3 维曲面加工，它可以充分利用刀具的最佳几何形状进行切削，在复杂形状的高速高精加工中可以提高效率，提高光洁度。因此得到越来越广泛的应用。 5 轴加工的机械其配置主要有刀具旋转方式、工作台旋转方式和这两种的混合方式。因此 5 轴加工功能要能满足各种配置的要求。根据 5 轴加工的特点，把它们，比如 具中心控制 )，刀具半径补偿等功能，应用到不同机械配置的 5 轴加工机床。 4) to )数控复台功能 of of a of of to to 为了提高生产率，数控复合加工机床的开发和制造已变成数控机 床的一种发展趋势。 5) )进网通信功能 C or to on to on a to to to a on to a AM NC NC of NC ,as to is 为了通过 数控系统本身对多台机床进行集中监控和管理，系统需要通过网络进行通信。以便传递程序，监控加工状态。除此以外，网络功能还可以传送附录 5 维修数据，对系统进行远程控制、操作和诊断；传送 据。 有 现场通信网络功能，就可以在 伺服装置之间， I o 控制之间传递控制、监控和诊断数据。目前主要采用以太网以及现场总线。随着技术的发展，应用无线技术也已经出现。无线技术可以使信息到达几乎是任何地方。 6) )高可靠性和安全性功能 NC of of a in is to in to of to a a of to NC of a of NC to a of to to of at of NC on to a C at t a of t at of CC is a of to an to CC to of to of 统与数控机床一起，工作在底层车间，经受恶劣的环境，如：温度，湿度，振动，油雾，粉尘的影响，同时又要求连续工作；因此对可靠性要求特别高，除了可靠性设计、制造工艺等措施外，现代数控系统的可靠性主要采取以下措施：采用光纤，减少电缆连接，比如 数控系统通过光纤连接 伺服放大器，以串行高速的方式从 多个伺服放大器传递大量的数据。采用纠错码 ( 送数据，随着软件高速处理大量数据，也要求对微处理器、存储器和 处理速度大大提高。由于这些安装在 印刷板上的高速电子元器件进行高速读、写和传递数据时，由 动的信号波形变为滞后，在这样的状况下，不采用模拟电路处理的方法时，导 致不能正确地传递数字附录 6 信号。另外，在最新电子元件低压供电时，降低了电路低抗噪音的运行范围。 过把 到数据上以传送各种不同型式的数据，使系统更可靠。 C it of C of or of to C it to a to to of C an at to of 当出现 床以后，制造厂家就希望能打开 统这个黑盒子，部分或全部地代替机床设计师和操作者的大脑，具有一定的智能，能把特殊的加工工艺、管理经验和操作技能放进 统，同时也希望它具有图形交互、诊断等功能。这就需要商用的数控系统 具有友好的人机界面和提供给用户的开发平台。要求 制器透明以使机床制造商和最终用户可以自由地执行自己的思想。于是产生了开放结构的数控系统。 999 of of of be if lo SD be to an of 000,000,000, if 5% to of to if to of of to to 0% o to is 00,000,0005 00,000,000. 根据 1999 年美国机器人工业论坛的资料，当年美国机器人全部装机的系统是机器人本身价值的 3 5 倍，也就是如果有 美元机器人的市场，等于增加 20到 40 亿美元的附加值，如果其中 25归因于软件集成的原因引起的，再认为如果通过标准化的开发和应用，采用开放体系结构的控制器；使其中降低 50那么在采用开放控制器后，每年潜在的价值就可以节省 2 亿 5 千万到 5 亿美元。 to of 附录 7 C of C as of is C, PC is of of NC C a NC C NC to of e C e a of s a s PC he C C is a be C to of of C to a C in of a to a C NC to of of 50 60 80 10 j 目前，开放的数控系统结构主要有 3 种形式：基于 统，这种系统以 为平台，开发数控系统的各种功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电机的运动。这类系统有时也称为 C，这样的系统容易做到全方位开放。入式：这种系统的基本结构为： 板，即把一块 插入传统的器中， 要运行以坐标轴运动为主的实时控制，或且 为数控功能运行，而 作为用户的人机接口平台。 前主流 统生产厂家认为 统最主要的性能是可靠性，像 存在的死机现象是不允许的。 供键盘使用户能把 系在一起，大大提高了人机界面的功能，比较典型的如 150i 160i 180i 210j 系统。 3. t to C, of is Ax to of to on of of of to to a 00 AD of is of AD t of 录 8 a of to to to a of is a of to up of is a of s to 它基于 把 展到 成“ 开发和推广这个标准的首要目的是实现不同的 统通过标准的个性文件来进行数据交换。当前，企业之间的专业分工趋向越来越明显。当前，企业之间的专业分工趋向越来越明显。一个汽车总装厂往往有好几百个零部件供应商，这些企业可能采用不同的 据交换的工作量非常大。当前，企业之间的专业分工趋向越来越明显。采用 统之间点对点的交换方式是不可取的。只有通过一种统计表的方式来表达数据，统计表的文件格式来输入和输出数据才有可能实现大量的数据交换。系结构可归纳为采用 语言 (一种信息建模语言 )，具有三层结构 (应用层、逻辑层、物理层 )。也可以认为 核心是一个工程定义的数据库，这些定义可以组成不同的应用协议，引 1 用于各产业需要的产品模块数据库包括几何、拓扑、公差、关系、属性、装配、配置和其他的特性。而新的产品模块在需要增加时可以不断加入。 of NC as C AM NC of it C in to to a to do a of “ 制器的数据模型” (以下称 数据从 解决现行的 序缺乏通用性及移植性的问题。使“ 品模型数据用作直接机床的输人已经发展成具有实际的意义这种“ 无 G 和 M 代码，无后置处理的 准的目标为： 1) AM NC a t to to to of in of 录 9 NC to 1)改进 统与 制器间的联接；保证“ 在间传递数据。不是采用刀具的运动，而是采用工作步骤面向对象的概念，以改进 缺点。工作步骤相应于高级特征和过程的参数。 以对工作步骤解析为坐标的运动和刀具的动作。 2)to be AD of of 2) 数据模块必须包括所有的复杂级别 (从加工时指令的 何数据到带离散值的简单轴运动。 3) C NC in it in of th e of C 3) 序设想可以放在新开发的 制器上，但是它也可能放在分离的支持和改进现有 制器的高级系统上 (包括各种网络 )。 4) of C of of 4)对于 序的新标准将提供机床操作者更多的柔性、功能、统计表的编程定义和相关控制和几何过程的修正。 5) a of 5)新标准允许 操作者由于他的专用机床和技术而执行专门的功能。 6) to of of of of 6)对于最终用户新的标准提供统一的编程，更快、更廉价的程序准备和由于统一的编程格式导致的低成本。 7) of in C, of of AM C 7)较少的后置处理而且更标准化。在 程级， 统和 统之间的数 据交换将更方便。 in a to to is 录 10 of to a 二：目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发
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