专题五 现代数控技术
数控技术的基本知识和现代数控的发展方向
数控技术的基本知识和现代数控的发展方向第一部分数控技术的基本概念1.1 数控与数控机床 1.概念◆数控: 数字控制（NC — Numerical Control）,以数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
NC已成为数控加工的专用术语。
◆数控技术：用数控机床（数控设备）进行自动化加工的一种技术，它综合应用了多种学科的知识。
◆数控机床：是实现柔性自动化的关键设备，是柔性自动生产系统的基本单元。
●数控技术是现代先进制造技术的基础，其技术水平和普及程度是衡量国家综合国和工业现代化程度的重要标志。
●CNC与CAD/CAM/CAPP /关系: 通讯▼CAD :计算机辅助设计(Computer Aided Design)▼CAM:计算机辅助制造(Computer Aided Maunfacturng) ▼CAE :计算机辅助工程(Computer Aided Engineering)1.2 数控机床的工作原理将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将程序输入数控装置，按照程序的要求，经过信息处理，分配，使各坐标以最小位移量为单位移动，其合成运动实现了刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。
最小位移量的合成运动是机床数字控制的基本原理，即轨迹控制原理（插补原理）。
◆点位控制：严格控制点到点的距离，不严格要求路径，运动中不加工。
◆轮廓控制：加工平面曲线、空间曲线、空间曲面时，需要多坐标联动。
以平面（两维）的任意曲线L为例，要求刀具Τ沿（逼近）曲线轨迹运动，进行切削加工。
如图1.2所示。
将曲线L分割成：l0、l1、l2¡-¡-、l i等线段。
用直线（或圆弧）代替（逼近）这些线段，当逼近误差δ相当小时，这些折线段之和就接近了曲线。
轮廓控制也称连续轨迹控制，它的特点是不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间的比率都要进行严格控制，以便加工出给定的轨迹这种在允许的误差范围内，用沿曲线逼近函数的最小单位移动量合成的分段运动（小线段、小圆弧）代替任意曲线运动，以得出所需要的运动轨迹，是数控的基本构思之一。
2019年-第8章 现代数控技术-PPT精选文档
（2）对于高级用户，Deta Tau提供关于PMAC-NC的 DLL，可供用户 使用VC++、VB等开发工具自行开发菜单和基本操作界面；
第8章 现代数控技术
开放式数控系统 并联机床
第8章 现代数控技术
【内容提示】介绍开放式数控系统产生背景、基本特征，国 内外开放式数控系统的研究动向，及其涉及的关键技术； 并联机床的发展历程，相关的设计理论、关键技术和控 制技术。
【学习方法】本章学习时，应注意联系前面章节内容，对比 当前数控系统实现技术的变化，结合数控实验了解开放 式数控系统的开发方法 。
第8章 现代数控技术
1、开放式数控系统的产生背景
生产系统分散化和开放化促进了控制器的开放化。
– 计算机集成制造的实现形式朝分散型发展，这样更 符合实际生产方式的需要。
– 生产系统提出制造设备开放化要求。
• CNC要与PC兼容或至少能方便的联网，能够独立、 自主的完成一定的任务(包括简易的CAD／CAM集 成，局部的调度和工艺规划，局部的故障监控以及 向上一级控制器汇报工作情况等)。
40～50 60 70 80
90
2000年 21世纪
第8章 现代数控技术
8.1 开放式数控系统
1、开放式数控系统的产生背景
数控机床的发展方向对控制器提出了更高要求。
– 生产系统的分散化和开放化的需求 – 用户和机床厂对附加技术的要求 – 控制器生产厂商追求高质量、低成本和提高产品竞争力
的需要
数控系统必须“开放”，以满足控制器重新配置、修 改、扩充和改装，甚至重新生成的需要。
第8章 现代数控技术
现代数控技术
• 产品的种类可从二轴联动到三十二轴联动。甚至连接MACRO现场总线的高 速环网，直接进行生产线的联动控制。
• 与同类产品相比，PMAC的特性给系统集成者和最终用户提供了更大的柔性。 它允许同一控制软件在三种不同总线（PC-XT和AT，VME，STD）上运行， 由此提供了多平台的支持特性。
• 每轴可以分别配置成不同的伺服类型和多种反馈类型。
把一块ＰＣ主板插入传统的ＣＮＣ机器中,ＰＣ板主要运行非实时 控制,ＣＮＣ主要运行以坐标轴运动为主的实时控制; 在不变化原系统基本结构的基础上增加一块ＰＣ板;提供键盘使用 户能把ＰＣ和ＣＮＣ联系在一起,大大提高了人机界面的功能。 典型的如ＦＡＮＵＣ的150i/160i/180i/210i系统。SINUMERIK840D。 有些厂家也把这种装置称为融合系统(Fusion System)。
专题五 现代数控技术
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一、PC数控技术
（2）NC嵌入PC型:
把运动控制板插入ＰＣ机的标准插槽中作实时控制用,而ＰＣ机主 要作非实时控制。 开放结构在90年代初形成,对于许多熟悉计算机应用的系统厂家,往 往采用(2)方案。目前主流数控系统生产厂家仍然采用原结构的数 控系统。但为了增加开放性,主流数控系统生产厂家往往采用(1)方 案。 美国：DELTA TAUPMAC（Programmable Multi-Axis Controller） 运动控制器； 国内：固高公司GT运动控制卡。
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一、PC数控技术
（3）全软件型的CNC系统
基于通用PC硬件和通用操作系统的CNC。 主要解决CNC系统的多任务实时控制问题。 • Windows NT构架的RTX
德国Power Automation公司的PA8000 系统 • LINUX 嵌入内核RT-LINUX
现代数控技术 PPT课件
典型的如ＦＡＮＵＣ的150/160/180/210系统。SINUMERIK840D， NUM1060。有些厂家也把这种装置称为融合系统 (Fusionsystem)。
专题五 现代数控技术
• 产品的种类可从二轴联动到三十二轴联动。甚至连接MACRO现场总线的 高速环网，直接进行生产线的联动控制。
• 与同类产品相比，PMAC的特性给系统集成者和最终用户提供了更大的柔 性。它允许同一控制软件在三种不同总线（PC-XT和AT，VME，STD） 上运行，由此提供了多平台的支持特性。
• 每轴可以分别配置成不同的伺服类型和多种反馈类型。
• CNC系统的配置：PMAC以计算机标准插卡的形式与计算机系统共 同构成CNC系统，它可以用PC-XT&AT，VME，STD32或者PCI总 线形式与计算机相连。
• PMAC具有直线和圆弧插补、S－曲线加减速、三次样条插补等功能， 可以完成用户定义的G、M、T代码，因此，用户的软件开发工作主 要是界面功能的实现和诊断系统的处理。
专题五 现代数控技术
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二、PC数控技术
1、基于计算机总线的运动控制器
机床制造商可以在开放的PC平台上增加一定的硬件和软件构成自己 的系统。
当前市场上的开放系统基本上有两种结构。 (1) ＣＮＣ+ＰＣ主板:
把一块ＰＣ主板插入传统的ＣＮＣ机器中,ＰＣ板主要运行非实时控 制,ＣＮＣ主要运行以坐标轴运动为主的实时控制;
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二、PC数控技术
（2）ＰＣ+运动控制板:
把运动控制板插入ＰＣ机的标准插槽中作实时控制用,而ＰＣ机主 要作非实时控制。
现代数控技术
控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。
1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。
1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。
现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。
什么是数控加工技术？简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。
这一类的机床称为数控机床。
这是一种现代化的加工手段。
同时数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。
利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。
总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点：1、加工效率高。
利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。
而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。
2、加工精度高。
同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。
3、劳动强度低。
由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。
所以劳动强度很低。
4、适应能力强。
数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。
现代数控技术
现场教学、数控编程及操作实验（2学时）。要求学生亲自动手进行实验，并认真完成实验报告，实验内容为：
数控系统生产厂家现场实习，数控机床的整体和各组成环节的实物认识，数控系统的组成，操作控制面板的基本使用方法，数控界面的功能认识和基本使用方法。
面对实际数控机床，学习数控机床的基本操作，数控面板按钮布局，熟练掌握手动控制数控机床的运动；
40
数控技术
叶伯生
副教授
机械电子
47
自动控制
宋宝
副教授
机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电子
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数控技术
教学大纲：（章节目录）
一、课程教学目标
通过对数控系统的组成、数字控制基本原理、进给伺服驱动系统以及数控机床特有的机械结构和数控机床刀具交换装置等内容的学习，全面了解数控技术的基本知识与核心技术，初步了解数控系统软、硬件开发方法，掌握数控系统应用及初步设计方法，掌握简单机电控制问题的分析方法，培养学生解决实际问题的能力。
对给定的零件进行手工编程，包括加工程序单的编制和初步校验，数控程序介质的制备。
上机进行零件的加工操作，包括刀具的选择、安装，工件的安装、找正，对刀操作，程序校验和试切削，直至最终的零件加工。
（六）其它（课外）
作业要求：每章布置1～2次作业，每次作业题量不少于2道题，教师对作业批改并作平时成绩记载，针对学生作业中出现的主要问题，在课堂进行讲解与分析。
表
课程名称：现代数控技术
英文名称：Modern Numeric Control Technology
课程类型：■讲授课程□实践（实验、实习）课程□研讨课程□专题讲座□其它
考核方式：开卷考试
教学方式：课堂教学与实践操作
现代数控技术.
是国家的战略技术： 基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重 要基础性产业；
专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争，其实
质是数控技术的竞争。
2018年8月5日9时35分
数控
3
现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性 化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM， FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建 立在数控技术之上；源自2018年8月5日9时35分
数控
2
第一节 数控技术与数控机床
数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不
可少的物质手段；
第 一 章 数 控 机 床 概 述
第一章
内容提要：
第 一 章 数 控 机 床 概 述
数控机床概述
本章主要介绍数控技术、数控机床的基本 概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床
的应用范围及发展动向。
2018年8月5日9时35分
数控
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第一节 数控技术与数控机床
自从20世纪中叶数控技术创立以来，它给 机械
制造业带来了革命性的变化。
第 一 章 数 控 机 床 概 述
现代数控技术总复习
▪ 右手螺旋法则：在X Z平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。
第三节 数控机床的坐标系 机床原点与机床坐标系
机床原点 机床坐标系 工件原点与工件坐标系
第三节 数控机床的坐标系
三、绝对坐标编程和相对坐标编程.
定义
▪ 绝对坐标编程：工件所有点的坐标值基于某一坐标系（机
床或工件） 零点计算的编程方式。
▪ 相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量
的编程方式（增量坐标编程）。
表达方式：G90/G91； X.Y.Z绝对，U.V.W相对
选用原则：主要根据具体机床的坐标系，考虑 编程的方便(如图纸尺寸标注方式等)及加工精 度的要求，选用坐标的类型。
第三节 数控机床的坐标系
四、分辨率（Resolution）
计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系 统。
述
第一节 数控机床简介
数控系统与数控机床的组成
计算机数控系统
第 一 章 操作面板 PLC
机床 I/O 电路和装置 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
数
计算机 进给伺服单元 进给驱动装置
控 输入输出 数 控
第三节 数控机床的坐标系
X坐标
标准规定：
在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）。
▪ Z轴水平（卧式），则从刀具(主轴)向工件看时，X坐 标
的正方向指向右边。
▪ Z轴垂直（立式）：
➢ 单 正立 方柱 向机指床向，右从边刀；具向立柱看时，X的 ➢ 双 柱立 看柱 时机，床X轴(龙的门正机方床向)指，向从右刀边具。向左立
床 概
控制的技术。
述
第一节 数控机床简介
小议现代数控技术
小议现代数控技术现代数控技术是一种基于计算机控制的精密加工技术，它以高精度、高效率和高稳定性为特点，广泛应用于各种机械加工领域。
随着科技的不断发展，数控技术已成为现代工业制造的重要组成部分。
在这篇文章中，我们将对现代数控技术进行一番小议，探讨其发展历程、应用范围和未来发展方向。
1. 数控技术的发展历程数控技术起源于20世纪50年代，是随着计算机技术的发展而逐渐成熟的。
最早的数控机床仅能实现简单的直线、圆弧运动，随着数字电子技术的发展，数控系统的功能不断得到扩展和完善。
到了20世纪80年代，随着高速、高精度加工的需求不断增长，数控技术进入了一个全新的发展阶段。
从单一的数控机床，到数控化、柔性化生产线，再到数控系统与网络、机器人技术的结合，数控技术一直在不断创新，已经成为现代工业的重要力量。
2. 数控技术的应用范围数控技术在工业生产中的应用范围非常广泛，几乎涉及到各个行业。
机械制造、汽车制造、航空航天、电子通讯等行业都需要数控技术来进行零部件的加工和制造。
在航空航天领域，数控技术的应用可以提高航空器零部件的加工精度和表面质量，同时还可以缩短加工周期，降低生产成本。
在电子通讯领域，数控技术可以实现微细精密加工，满足复杂电子零部件的加工需求。
在医疗器械制造领域，数控技术可以提高产品的精密度和稳定性，确保产品的质量。
数控技术已经成为现代工业生产中不可或缺的一部分。
3. 数控技术的未来发展方向随着科技的不断进步，数控技术也在不断创新和发展。
未来数控技术的发展方向主要体现在以下几个方面：（1）智能化：未来数控技术将更加注重智能化。
通过人工智能、大数据、云计算等先进技术的应用，实现数控设备的自主学习、自主决策和自主控制，提高数控系统的智能化水平。
（2）柔性化：未来数控技术将更加注重柔性化生产。
通过模块化设计、可编程控制技术的应用，实现数控设备的快速转换和灵活生产，适应市场需求的快速变化。
（3）网络化：未来数控技术将更加注重网络化。
现代数控技术集机械制造技术
现代数控技术集机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的根底，是先进制造技术“使能技术〞。
它的开展和运用，开创了制造业的新时代，使世界制造业的格局发生了巨大变化，数控技术的水准、拥有和普与程度，已经成为衡量一个国家综合实力和工业现代化水平的重要标志。
数控技术已经被世界各国列为优先开展的关键工业技术，成为当代国际间科技竞争的重点。
因此为了适应这种形势，需要培养大量的具有计算机辅助设计制造和数控技术的最新知识与信息、有创新能力、理论与实践相结合、具有较强动手能力的新型机电人才。
《数控技术》因此成为机械设计制造与其自动化专业必修的学科门类根底课程。
本课程的目的是使学生掌握机床的数字控制技术的根本原理，数控指令系统，数控加工工艺与程序编制，数控装置的结构与分析，数控驱动系统原理以与数控装备的使用维修方法。
本课程的主要任务是培养学生：1、使学生树立机电结合、多学科融合的综合系统分析、系统设计、制造和使用能力。
为从事现代制造工程〔如CAD/CAM、FMS、CIMS…等技术工作〕打下根底。
2、掌握数控技术的根本理论和所涉与的根本技术，具有分析、选用和设计机械设备、数控系统的能力。
3、具有数控加工程序〔中等复杂程度〕的编制、分析和调试能力；掌握数控编程中的数学处理方法、自动编程原理、自动编程软件的应用。
4、掌握数控技术实验的原理和方法，具有实验分析能力，使用计算机能力以与实验研究的初步能力。
5、了解数控技术开展的新理论、新技术和最新开展趋势。
学生通过本课程的学习，将为以后从事数控、机电控制等相关领域的工作打下坚实的根底，因此“数控技术〞课在本科教学计划中占有重要的地位和作用。
※<教学方法>为了顺应21世纪教育教改的趋势，对工科院校的课程改革形成借鉴和指导作用，对于特色学科建立起到表率和示X作用，我们在数控技术的教学过程中，要求教师转变教学观念，改革传统的教学方式和方法，创立新的教学模式。
课程设计现代数控
课程设计现代数控一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握现代数控的基本原理和应用，通过学习，学生应能理解数控系统的组成、工作原理和编程方法，具备一定的数控机床操作技能，并了解数控技术在现代工业生产中的应用。
具体目标如下：知识目标：了解数控系统的组成、工作原理和编程方法；掌握数控机床的基本操作和维护方法；了解数控技术在现代工业生产中的应用。
技能目标：能够运用数控编程软件进行简单的零件编程；具备一定的数控机床操作能力，能进行基本的数控机床调试和维护。
情感态度价值观目标：培养学生对数控技术的兴趣和热情，提高学生对现代工业技术的认识，培养学生的创新意识和实践能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括数控系统的基本原理、数控编程方法、数控机床的操作和维护以及数控技术在现代工业生产中的应用。
具体安排如下：第一章：数控系统概述，介绍数控系统的定义、分类、组成和工作原理。
第二章：数控编程基础，介绍数控编程的基本概念、方法和步骤。
第三章：数控机床操作，介绍数控机床的基本操作方法和注意事项。
第四章：数控机床维护与调试，介绍数控机床的日常维护、故障诊断和调试方法。
第五章：数控技术应用案例，介绍数控技术在现代工业生产中的应用实例。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
包括：1.讲授法：通过讲解数控系统的原理、编程方法和机床操作等内容，使学生掌握基本知识。
2.案例分析法：通过分析具体的数控技术应用案例，使学生了解数控技术在实际生产中的应用。
3.实验法：安排数控机床操作实验，使学生能够亲手操作机床，提高其实际操作能力。
4.讨论法：学生进行小组讨论，分享学习心得和经验，提高学生的学习兴趣和主动性。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《现代数控技术》教材，为学生提供系统的学习材料。
2.参考书：推荐学生阅读相关的数控技术参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。
课程设计现代数控
课程设计现代数控一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解现代数控技术的基本概念、分类及其在制造业中的应用。
2. 学生能够掌握数控编程的基础知识，包括编程语言的组成、功能及操作步骤。
3. 学生能够了解数控机床的结构、性能及其工作原理。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识进行简单的数控编程，完成零件的加工过程。
2. 学生能够操作数控仿真软件，模拟数控机床的加工过程，分析并解决实际问题。
3. 学生能够通过团队合作，完成数控加工项目的实施与调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对现代数控技术的兴趣，激发其探究精神和创新意识。
2. 培养学生严谨、细致的工作态度，提高其工程素养和责任心。
3. 培养学生团队合作精神，使其认识到团队协作在工程实践中的重要性。
课程性质：本课程为专业技术课程，以实践操作为主，理论教学为辅。
学生特点：学生为初中年级，具备一定的物理、数学基础，对新技术充满好奇，动手能力强。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强化操作技能训练，提高学生的实际应用能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，鼓励学生主动参与，培养其独立思考和解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识运用到实际工作中，为我国制造业的发展贡献力量。
二、教学内容1. 数控技术概述- 数控技术的基本概念、发展历程及未来趋势- 数控技术的分类及其在制造业中的应用案例2. 数控编程基础- 编程语言的组成、功能及操作步骤- 编程技巧及注意事项- 简单零件的数控编程实例分析3. 数控机床及其工作原理- 数控机床的结构、性能及分类- 数控机床的工作原理及关键技术- 数控机床的选用和维护4. 数控加工仿真- 数控仿真软件的操作方法- 模拟数控机床加工过程，分析并解决实际问题- 数控加工仿真在工程中的应用5. 数控加工实践- 团队合作完成数控加工项目的实施与调试- 数控加工工艺参数的选择与优化- 数控加工质量的检测与评估教学内容安排和进度：第一周：数控技术概述第二周：数控编程基础第三周：数控机床及其工作原理第四周：数控加工仿真第五周：数控加工实践教材章节：第一章：数控技术概述第二章：数控编程基础第三章：数控机床及其工作原理第四章：数控加工仿真第五章：数控加工实践教学内容根据课程目标和教学要求，结合教材章节进行选择和组织，确保内容的科学性和系统性。
现代数控机床技术分析
课程说明
本课程是一门专业核心技能课，以掌握数控编程 的基本指令、典型零件编程为重点，通过一定的实践 环节，具有数控机床操作与加工的基本技能，同时为 后续专业课程的学习打下一定基础。
本课程教学内容：
1.数控机床概述 2.数控编程基础 3.数控车削编程 4.数控铣削编程 5.宏程序及应用
第1章 数控机床概述
①操作面板 它是操作人员与数控装置 进行信息交流的工具。 组成：按钮站、状态灯、 按键阵列（功能与计算机 键盘一样）和显示器。它 是数控机床特有部件。
各组成部分作用
②控制介质与输入输出设备 控制介质是记录零件加工程序的媒介 输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。 交互的信息通常是零件加工程序。 通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息 交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。 它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本 技术。采用的方式有：串行通讯、网络通讯 （internet，LAN）等
机床 、 半闭环控制系统的数控机床 4.按数控装置功能水平分类
低档数控机床 、中档数控机床 、高档型数控机 床
1.2 数控机床的特点及分类
1.2.2数控机床的分类
普通数控车床示意图
立式铣削加工中心示意
1.2 数控机床的特点及分类
1.2.2数控机床的分类
五坐标的数控机床示意图
数控线切割机床示意图
数控车床
已经有全套的电主轴系统，包括：电主轴、矢量变频驱动、油 气润滑装置、冷却装置、管路、电缆、刀具等。
当前，共有15类60几个型号的电主轴产品，最大转速可达 140000r/min，直径范围33~300mm，功率范围125W~80kW，扭矩范围 0.02~300Nm。
现代数控技术
下一代制造技术之干加工技术翟金良M201070325摘要：现有的加工制造技术绿色加工经过多年的发展，技术已经成熟。
但是传统的加工技术存在这污染环境的问题。
干切削被认为是可持续发展的现代制造业模式。
它在加工过程中不用任何切削液的干切削正是控制环境污染源头的一项绿色制造工艺并被广泛推广使用。
本文主要分析和综述了干切削技术的基本原理、特点以及研究应用等，并介绍了自己对干切削技术的想法。
关键词：机床干切削绿色制造传统的湿式切削加工是以大量资源消耗和粗放废弃物为特征的，对加工过程中产生的三废(废气、废液和废渣)采用末端治理技术，即等到产生了废弃物和污染后再处理，使治理污染的投入高，环保效果差。
而且，湿式切削加工中使用大量的冷却润滑液，造成的负面影响也越来越明显，如使得加工成本大增，回收处理冷却液成本很高，污染环境等。
一、传统的切削加工中存在的问题（1）造成环境污染在传统的切削加工过程中，切削液参与的比例很大。
含有多种化学成分的切削液主要作用是冷却、润滑、防锈和清洗。
切削液对环境的危害主要来自于其废液对水资源的污染。
矿物油是切削液的主要成分之一，其生物降解性差，能长期滞留在水和土壤中。
切削液的添加剂对环境的污染是多方面的，如常用作极压添加剂的短链氯化石蜡是海水污染物之一；还有，切屑中带有的残存切削液会污染土壤，切屑再生利用时切削液的有毒有害成分也会污染环境。
（2）危害车间工人的身体健康首先，在使用切削液时产生的油雾以及切削液散发的气味对工人的呼吸器官有危害。
油基切削液在高速或重载切削条件下，产生高温化学反应，释放刺激性的有害气体和油雾，燃点和黏度越低，烟雾就越大，污染越重。
其次，切削液中的添加剂具有毒性。
普通水基液含有数十种不同的化学成份，而且在使用中遇高温时会形成新的化合物，对人体健康危害较大。
（3）零件的生产成本大幅度提高冷却润滑液的供给、保养、处理和冷却润滑液设备的折旧以及环境保护等所需的费用，还有加工中采用传统切削液发生的相关费用，约占到工件制造成本的12%～17%；磨削加工中切削液的费用可高达制造成本的30%左右。
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高 速 串 口
操作面板 PLC板 I/O板
PC104总线
运动控制接口板
附 加 轴
伺 服 单 元 伺服电机 伺服电机
伺 服 单 元 伺服电机
伺 服 单 元
主轴 驱动
主轴电机
专题五 现代数控技术
16 2012-11-1
一、PC数控技术
3、全软件型的CNC系统
（2）操作系统环境
全软件数控系统平台要求操作系统除了具有基本的进程调度、内存管理 、文件系统、输入和输出功能以外，还必须具有一些的特性。 1、多任务实时功能 本软件平台要求操作系统具有同时执行多个任务的能力，并要求具有对多 个任务进行强实时调度的能力。 2、人机界面功能 操作系统必须提供对图形用户界面的支持。 3、硬件平台支持 操作系统必须根据具体应用的不同，相应的提供对各种总线如PCI、ISA、 PC104等，串口、并口、USB的支持。 4、网络支持 操作系统必须根据应用场合的不同，对TCP/IP、现场总线等网络协议提供 支持。
专题五 现代数控技术
2 2012-11-1
一、PC数控技术 1、基于PC的CNC系统 （1） PC机嵌入NC型：
把一块ＰＣ主板插入传统的ＣＮＣ机器中,ＰＣ板主要运行非实时 控制,ＣＮＣ主要运行以坐标轴运动为主的实时控制; 在不变化原系统基本结构的基础上增加一块ＰＣ板;提供键盘使用 户能把ＰＣ和ＣＮＣ联系在一起,大大提高了人机界面的功能。 典型的如ＦＡＮＵＣ的150i/160i/180i/210i系统。SINUMERIK840D。 有些厂家也把这种装置称为融合系统(Fusion System)。
OPT7
PMACII
XY
Z C
步进电 机驱动 器
SEMI POWER 驱动器
图3 数字式PMAC
专题五 现代数控技术
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一、PC数控技术
（1） PMAC（programmable multi－axes controller）简介
OPT7 旋转变压器 三菱直流伺服电机 IPC
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ISA总线 PMAC
专题五 现代数控技术
一、 PC数控技术
二、开放式数控技术
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一、PC数控技术
90年代初期，数控系统进入基于PC机的阶段。基于PC机的数控系统(CNC)可分为以下几 种类型:
(1) PC机嵌入NC型
在传统的专用NC中简单地嵌入PC技术，NC可以共享一些计算机的软硬件资源，而计 算机只参加辅助编程、分析、监控、生产管理和工艺编制等工作。这种数控系统的NC部 分仍是专用结构，用户无法进入数控系统的核心，属于初步开放的数控系统。 (2) NC嵌入PC型 这是完全采用PC机为硬件平台的数控系统，运动控制(包括轴控制和机床逻辑控制) 功能由配有专用控制芯片的独立的运动控制器完成，通常以PC插件(符合ISA或PCI总线 标准)形式的硬件或通过网络连接的嵌入式系统实现。运动控制软件由NC生产厂商设计， 用户无法修改。只是NC的上层软件(数控语言解释器/人机界面等)以PC操作系统(例如 Windows)为平台，因此这种数控系统只是在上位机层面上实现了开放性。 (3) 全软件型 这是完全采用PC机软件控制的一种数控系统，它把运动控制器以应用软件的形式实 现，这是一种最新开放体系结构的数控系统，能够提供给用户最大的选择和灵活性，已 经成为新一代CNC的主流。
PC 脉冲编码器 交流 伺服 驱动器
接口卡 ISA总线
交流伺服电机
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一、PC数控技术
3、全软件型的CNC系统
（1）硬件环境 • 嵌入式PC平台的一个实例，其硬件构架如下图：
LCD 显示器 PS2
键盘鼠标
Internet Intranet
PC104 总 线 的 主 机
一、PC数控技术
RTX的多任务控制方式，进程间的通信（IPC）
通过访问RTX API，由GUI进程创建一块共享内存区（或由实时进程创建） 并获得内存区指针。另外，RTX对内存空间的管理保证内存区不分页，这样 GUI进程和实时进程可以通过指针快速的读写数据，实现数据交换。
Win32非 实时进程 RTX实时 进程
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一、PC数控技术 （3）全软件型的CNC系统
基于通用PC硬件和通用操作系统的CNC。 主要解决CNC系统的多任务实时控制问题。 • Windows NT构架的RTX 德国Power Automation公司的PA8000 系统 • LINUX 嵌入内核RT-LINUX 德国Power Automation公司的PA8000 系统 • 基于专用实时操作系统 VX-WORKS等
易于形成大的软件平台，便于开放。 便于嵌入或被嵌入其他类型的控制器。
形成强大的企业集成功能 。
便于底层（传感器层）的知识集成（智能化）。 也能形成价格优势。
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一、PC数控技术
3、全软件型的CNC系统
（1）硬件环境 • 通用PC平台，其硬件构架如下图： 接口卡完成与控制执行器件的连接： 伺服命令信号、位置反馈信号、各种I/O信号。
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一、PC数控技术
3、全软件型的CNC系统
典型的操作系统
不同实时操作系统的中断响应时间
Windows 2000/XP +RTX RT-Linux 操作系统
操作系统 Windows CE 2.0 Windows CE 3.0 VxWorks RT-Linux
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一、PC数控技术 2、PMAC 运动控制器
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一、PC数控技术 2、PMAC 运动控制器
（1） PMAC（programmable multi－axes controller）简介
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美国Delta Tau公司九十年代推出的开放式多轴运动控制器。 它提供运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等数控的基本功能。 PMAC内部使用了一片Motorola DSP 56001/56002数字信号处理芯片，它的 速度、分辨率、带宽等指标远优于一般的控制器。 伺服控制包括PID和速度、加速度前馈控制，其伺服周期单轴可达60μ s， 二轴联动为110μ s。 产品的种类可从二轴联动到三十二轴联动。甚至连接MACRO现场总线的高 速环网，直接进行生产线的联动控制。 与同类产品相比，PMAC的特性给系统集成者和最终用户提供了更大的柔性。 它允许同一控制软件在三种不同总线（PC-XT和AT，VME，STD）上运行， 由此提供了多平台的支持特性。
Win32 进程 Win32进程或DLL或 RTAPI 调用 RTAPI_W32 RTSS进程 或RTDLL W32_DLL
Windows NT内核和驱动程序
Win32 子系统 RTX – RTSS（实时子系统）
Windows NT HAL
RTX HAL扩展
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每轴可以分别配置成不同的伺服类型和多种反馈类型。
•பைடு நூலகம்
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一、PC数控技术
（1） PMAC（programmable multi－axes controller）简介
与不同伺服系统的连接：伺服接口有模拟式和数字式两种，能连接模拟、数字伺服 驱动器，交、直流、直流无刷伺服电机伺服驱动器及步进电机驱动器。 与不同检测元件的连接：测速发电机，光电编码器，光栅，旋转变压器等。
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一、PC数控技术
数控铣床用户界面功能
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一、PC数控技术
数控绣花机界面功能
专题五 现代数控技术
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一、PC数控技术
3、全软件型的CNC系统
基于通用操作系统的软件运动控制器的应用优势
独立于硬件的开发。
中断响应时间 500us 50us <10us <35us
Windows CE
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19 2012-11-1
一、PC数控技术
Windows NT+RTX的实现方法 ：
扩展RTSS并不接受Windows NT的调度管理，而使用自己的实时线程调度。 RTSS的线程调度优先于所有的Windows NT管理的中断和延迟过程调用 。 RTX在实时硬件抽象层（HAL）的扩展确保了RTSS和Windows NT中断的 分开进行管理，所以Windows NT不能屏蔽RTSS管理的中断。 实时HAL扩展向RTSS提供高精度时钟和定时器用于高精度的时间控制。
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一、PC数控技术 （2）NC嵌入PC型: