数控系统的发展趋势_开放式数控系统
数控系统发展趋势
数控系统发展趋势從目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展。
标签：数控系统;发展趋势;高精尖一、性能发展方面1.1高精高速高效化速度效率、质量是先进制造技术关键的性能指标，是先进制造技术的主体。
若采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统、高分辨率检测元件、交流数字伺服系统配套电主轴、直线电机等技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
在今后的几年，随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。
新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，大力发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展，超精密数控机床正在向精密化、高速化、智能化和纳米化发展，汇合而成的新一代数控机床，1.2多轴化多轴联动加工，零件在一台数控机床上装夹后，可进行自动换刀、旋转主轴头、能转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。
采用5轴联动对三维曲面零件加工，可使用刀具最佳几何形状进行切削，不仅加工表面粗糙度值低，而且效率也大幅度提高。
一般，1台5轴联动机床的效率等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工比3轴联动加工能发挥更高的效益。
1.3软硬件开放化用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围不再受生产商的制约。
1.4实时智能化在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等方面发展。
如编程专家系统故障诊断专家系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化。
二、功能发展方面2.1图形化界面功能和水平进一步提高高档数控系统发展对图形化界面的功能和水平要求进一步提高，用户希望看到更丰富、更形象、更直观的界面，以此减少用户编程难度，提高编程和加工效率。
数控机床的发展历史及其技术的发展趋势
3、在关键技术的应用方面，伺服驱动技术、数控系统技术和机械结构技术 都在不断发展，其中伺服驱动技术和数控系统技术的数字化、高频化、集成化， 以及机械结构技术的高刚度、高精度、高可靠性都是当前发展的主要方向。
综上所述，数控机床的关键技术和发展趋势对制造业的发展至关重要。未来， 随着科学技术的不断进步和创新，我们有理由相信，数控机床的关键技术和发展 趋势将会有更大的突破和创新。
2、虚拟现实/增强现实技术在数 控机床上的应用
虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的引入，为数控机床的操作和维护提 供了全新的视角。通过VR技术，可以将加工过程进行模拟仿真，帮助操作人员提 前发现潜在的错误和问题，提高实际加工过程中的安全性。而AR技术则可以将加 工信息实时叠加到实际场景中，使操作人员能够更加直观地了解设备状态和加工 进度，提高生产效率。
高速化指的是数控机床的加工速度不断提高，高精度化则是指数控机床的加 工精度不断提高。复合化是指数控机床具备多种加工功能，能够实现一机多能。 智能化则是指数控机床具备智能化的加工能力和自我诊断修复功能。
三、数控机床关键技术分析
1、伺服驱动技术：伺服驱动技术是数控机床的重要组成部分，其性能直接 影响到数控机床的加工精度和速度。目前，伺服驱动技术正朝着数字化、高频化、 集成化方向发展，其中数字化伺服驱动技术通过提高脉冲频率和采样率，能够大 幅度提高伺服系统的性能。
四、结论
数控机床作为现代制造业的核心设备，其性能和使用寿命直接影响到生产效 率和产品质量。本次演示通过对数控机床的关键技术和发展趋势进行分析，得出 以下结论：
1、数控机床的关键技术包括伺服驱动技术、数控系统技术、机械结构技术 等，这些技术的发展程度直接决定了数控机床的性能和使用寿命。
数控发展趋势
数控发展趋势一数控技术简介数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围覆盖很多领域：1机械制造技术；2信息处理、加工、传输技术：3自动控制技术；4伺服驱动技术；5传感器技术：6软件技术等;计算机对传统机械制造产业的渗透,完全改变了制造业;制造业不但成为工业化的象征,而且由于信息技术的渗透,使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地;数控技术的应用不但给传统制造业带来了性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势;从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面;数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围覆盖很多领域：1机械制造技术；2信息处理、加工、传输技术：3自动控制技术；4伺服驱动技术；5传感器技术：6软件技术等;计算机对传统机械制造产业的渗透,完全改变了制造业;制造业不但成为工业化的象征,而且由于信息技术的渗透,使制造业犹如朝阳产业具有广阔的发展天地;二数控技术国内外现状1 开放结构的发展数控技术从发明到现在,已有近50年的历史;按照电子器件的发展可分为五个发展阶段：电子管数控,晶体管数控,中小规模IC数控,小型计算机数控,微处理器数控；从体系结构的发展,可分为以硬件及连线组成的硬数控系统、计算机硬件及软件组成的CNC数控系统,后者也称为软数控系统：从伺服及控制的方式可分为步进电机驱动的开环系统和伺服电机驱动的闭环系统;数控系统装备的机床大大提高了加工精度、速度和效率;人类发明了机器,延长和扩展人的手脚功能：当出现数控系统以后,制造厂家逐渐希望数控系统能部分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数控系统,同时也希望系统具有图形交互、诊断功能等;首先就要求数控系统具有友好的人机界面和开发平台,通过这个界面和平台开放而自由地执行和表达自己的思路;这就产生了开放结构的数控系统;机床制造商可以在该开放系统的平台上增加一定的硬件和软件构成自己的系统;目前,开放系统有两种基本结构：1CNC+PC主板：把一块PC主板插入传统的CNC机器中,PC板主要运行实时控制,CNC主要运行以坐标轴运动为主的实时控制;2PC+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;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,往往采用第2方案;但目前主流数控系统生产厂家认为数控系统最主要的性能是可靠性,象PC机存在的死机现象是不允许的;而系统功能首先追求的仍然是高精高速的加工;加上这些厂家长期已经生产大量的数控系统：体系结构的变化会对他们原系统的维修服务和可靠性产生不良的影响;因此不把开放结构作为主要的产品,仍然大量生产原结构的数控系统;为了增加开放性,主流数控系统生产厂家往往采用1方案,即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比较典型的如FANUC的150/160/180/210系统;有些厂家也把这种装置称为融合系统fusionsystem;由于它工作可靠,界面开放,越来越受到机床制造商的欢迎;2 软件伺服驱动技术伺服技术是数控系统的重要组成部分;广义上说,采用计算机控制,控制算法采用软件的伺服装置称为“软件伺服”;它有以下优点：1无温漂,稳定性好;2基于数值计算,精度高;3通过参数对设定,调整减少;4容易做成ASIC电路;70年代,美国GATTYS公司发明了直流力矩伺服电机,从此开始大量采用直流电机驱动;开环的系统逐渐由闭环的系统取代;但直流电机存在以下缺点：1电动机容量、最高转速、环境条件受到限制；2换向器、电刷维护不方便;交流异步电机虽然价格便宜、结构简单,但早期由於控制性能差,所以很长时间没有在数控系统上得到应用;随着电力电子技术的发展,1971年,德国西门子的发明了交流异步机的矢量控制法；1980年,德国人Leonhard为首的研究小组在应用微理器的矢量控制的研究中取得进展,使矢量控制实用化;从70年代末,数控机床逐渐采用异步电机为主轴的驱动电机;如果把直流电机进行“里翻外”的处理,即把电驱绕组装在定子,转子为永磁部分,由转子轴上的编码器测出磁极位置,这就构成了永磁无刷电机;这种电机具有良好的伺服性能;从80年代开始,逐渐应用在数控系统的进给驱动装置上;为了实现更高的加工精度和速度,90年代,许多公司又研制了直线电机;它由两个非接触元件组成,即磁板和线卷滑座：电磁力直接作用于移动的元件而无需机械连接,没有机械滞后或螺距周期误差,精度完全依赖于直线反馈系统和分级的支承,由全数字伺服驱动,刚性高,频响好,因而可获得高速度;但由于它的推力还不够大,发热,漏磁及造价也影响了它的广泛应用;对现代数控系统,伺服技术取得的最大突破可以归结为：交流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制、或者把它称为软件控制取代硬件控制;这两种突破的结果产生了交流数字驱动系统,应用在数控机床的伺服进给和主轴装置;由于电力电子技术及控制理论、微处理器等微电子技术的快速发展,软件运算及处理能力的提高,特别是DSP的应用,使系统的计算速度大大提高,采样时间大大减少;这些技术的突破,使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强;大大推动了高精高速加工技术的发展;3 CNC系统的连网数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制需要网络进行通信；网络的主要任务是进行通信,共享信息;这种通信通常分三级：1工厂管理级;一般由以太网组成;2车间单元控制级;一般由DNC功能进行控制;通过DNC功能形成网络可以实现对零件程序的上传或下传：读、写CNC的数据：PLC数据的传送；存贮器操作控制；系统状态采集和远程控制等;更高档次的DNC还可以对CAD/CAM/CAPP以及CNC的程序进行传送和分级管理;CNC与通信网络联系在一起还可以传递维修数据,使用户与NC生产厂直接通信：进而,把制造厂家联系一起,构成虚拟制造网络;3现场设备级;现场级与车间单元控制级及信息集成系统主要完成底层设备单机及I/0控制、连线控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备生产、运行数据的采集、存储、统计等功能,保证现场设备高质量完成生产任务,并将现场设备生产运行数据信息传送到工厂管理层,向工厂级提供数据;同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之;因此,现场级与车间级是实现工厂自动化及CIMS系统的基础;传统的现场级大多是基于PLC的分布式系统;其主要特点是现场层设备与控制器之间的连接是一对一,即一个I/0点对设备的一个测控点;所谓I/0接线方式为传递4-20ma模拟量信息或24VDC开关信息;这种系统的缺点是：信息集成能力不强、系统不开放、可集成性差、专业性不强、可靠性不易保证、可维护性不高;现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点,用总线相连接,实现相互交换信息,共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统;因此,现场总线是面向：工厂底层自动化及信息集成的数字网络技术;现场总线技术的主要特点为：它是数控系统通信向现场级的延伸、数字化通信取代4-20ma模拟信号、应用现场总线技术,要求现场设备智能化可编程或可参数化：它集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体：由于现场总线具有开放性、互操作性、互换性、可集成性,因此是实现数控系统设备层信息集成的关键技术;它对提高生产效率、降低生产成本非常重要;目前在工业上采用的现场总线有PROFIBUS-DP,SERCOS,JPCN-1,Deviconet,CAN,hterbus—S,Marco等;有的公司还有自己的总线,比如FANUC的FSSB,I/OLINK相当于JPCN—1,YASKAWA的MOTIONLINK等;目前比较活跃的是Prof主bus-DP,为了允许更快的数据传送速度,它由0SI的七层结构省去3-7层构成;西门子最新推出802D的伺服控制就是由PROFIBOUS-DP控制的;4功能不断发展和扩大WIDTH=200 align=right BBCOLOR=e5ebba BORDERCOLIRIGHT=006600BORDER=1>快速移动速度m/min分辨率μm2401100101NC技术经过50年的发展,已经成为制造技术发展的基础;这里以FANUC最先进的CNC控制系统15i/150i为例说明系统功能的发展;这是一台具有开放性,4通道、最多控制轴数为24轴、最多联动轴数为24轴、最多可控制4个主轴的CNC系统;其快速移动速度与分辨率关系如右表;它的技术特点反映了现代NC发展的特点：开放性：系统可通过光纤与PC机连接,采用Window兼容软件和开发环境;功能以高速、超精为核心,并具有智能控制;特别适合于加工航空机械零件,汽车及家电的高精零件,各种模具和复杂的需5轴加工的零件;15i/150主具有高精纳米插补功能；即使系统的设定编程单位为1μm,通过纳米插补也可提供数字伺服以1nm为单位的指令,平滑了机床的移动量,提高了加工表面光洁度,大大减少加工表面的误差;当分辨率为时,快速可达240m/min速度；系统还具有高速高精加工的智能控制功能：1预计算出多程序段刀具轨迹,并进行预处理;2智能控制,计及机床的机械性能,可按最佳的进率和最大的允许加速度工作,使机床的功能得到最大的发挥;以便降低加工时间,提高效率,同时提高加工精度;3系统可在分辨率为1nm时工作,适用于控制超精机械;高级复杂的功能：15i/150i可进行各种数学的插补,如直线、圆弧、螺旋线、渐开线、螺旋渐开线、样条等插补;也可以进行NURBS非均匀有理B样条插补;采用NURBS插补可以人人减少NC程序的数据输入量,减少加工时间,特别适用模具加工;NURBS插补不需任何硬件;强力的联网通信功能;适应工厂自动化需要,支持标准FA网络及DNC的连接;1工厂干线或控制层通信网络：由PC机通过以太网控制多台15i/150i组成的加工单元,可以传送数据、参数等;2设备层通信网络：15i/150i采用I/0LINK与日本标准JPCN-1相对应的一种现场总线;3通过RS-485接口传送I/0信号：或且也可采用PRELLBUS—DP符合欧洲1标准EN50170以12Mbps进行高速通信;具有高速度内装的PMC有的厂商称为PLC,以减少加工的循环的时间：1梯形图和顺序程序由专用的PMC处理器控制,这种结构可进行快速大规模顺序控制;2基本PMC指令执行时间为：；最大步数：32,000步;3可以用C语言编程；32位的C语言处理器可作为实时多任务运行；它与梯形图计算的PMC处理器并行工作;4可在PC机上进行程序开发;先进的操作：性和维修性;(1)具有触摸面板,容易操作;2可采用存储卡来改变输入输出三数控发展趋势1、高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体;高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力;为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会CIRP将其确定为21世纪的中心研究方向之一;在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工;近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联系方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高;这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求;从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右;目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床;美国CINCINNATI公司的HYPERMACH机床速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60 000r/min;加工薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12000r/mm和1g;在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3～5μm,提高到1～μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级μm;在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上,伺服系统的MTBF值达到30000h 以上,表现出非常高的可靠性;为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大;2、轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高;一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益;但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出很多,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展;当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头构造大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小;因此促进了复合主轴头类5轴联动机床和复合加工机床含5面加工机床的发展在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工;德国DMG公司展出DMUVOUTION系列加工中心,可5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制;3、智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等;为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题;目前许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGCThe Next Generation Work-Station/Machine Control、欧共体的OSACAOpen System Architecture for Control within Automation Systems、日本的OSECOpen System Environment for Controller,中国的ONCOpen Numerical Control System等;数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路;所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象数控功能,形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品;目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心;网络化数控装备是近两年国际着名机床博览会的一个新亮点;数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元;国内外一些着名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山骑马扎克MAZAK公司展出的“CYBERPRODUCTION Center”智能生产控制中心,简称CPC；日本大尉Okuma机床公司展出“IT plaza”信息技术广场,简称IT广场；德国西门子Siemens公司展出的Open Manufacturing Environment开放制造环境,简称OME等,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势;4、重视新技术标准、规范的建立如前所述,开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范OMAC、OSACA、OSEC的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临;我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定;数控标准是制造业信息化发展的一种趋势;数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准,即采用G,M代码描述如何how加工,其本质特征是面向加工过程,显然,他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要;为此,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649STEP－NC,其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化;STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次,对于数控技术的发展乃至整个制造业,将产生深远的影响;首先,STEP-NC提出一种崭新的制造理念,传统的制造理念中,NC加工程序都集中在单个计算机上;而在新标准下,NC程序可以分散在互联网上,这正是数控技术开放式、网络化发展的方向;其次,STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸约75％、加工程序编制时间约35％和加工时间约50％;目前,欧美国家非常重视STEP-NC的研究,欧洲发起了STEP-NC的IMS计划;参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构;美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者,他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型Super Model,其目标是用统一的规范描述所有加工过程;目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证;。
数控技术的发展趋势
数控技术的发展趋势 中国作为⼀个制造⼤国，主要还是依靠劳动⼒、价格、资源等⽅⾯的⽐较优势，⽽在产品的技术创新与⾃主开发⽅⾯与国外同⾏的差距还很⼤。
下⾯，店铺就为⼤家讲讲数控技术的发展趋势，⼀起来了解⼀下吧! 数控技术的发展趋势 数控技术不仅给传统制造业带来了⾰命性的变化，使制造业成为⼯业化的象征，⽽且随着数控技术的不断发展和应⽤领域的扩⼤，它对国计民⽣的⼀些重要⾏业的发展起着越来越重要的作⽤。
尽管⼗多年前就出现了⾼精度、⾼速度的趋势，但是科学技术的发展是没有⽌境的，⾼精度、⾼速度的内涵也在不断变化，正在向着精度和速度的极限发展。
从世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下⼏个⽅⾯： 1.机床的⾼速化、精密化、智能化、微型化发展 随着汽车、航空航天等⼯业轻合⾦材料的⼴泛应⽤，⾼速加⼯已成为制造技术的重要发展趋势。
⾼速加⼯具有缩短加⼯时间、提⾼加⼯精度和表⾯质量等优点，在模具制造等领域的应⽤也⽇益⼴泛。
机床的⾼速化需要新的数控系统、⾼速电主轴和⾼速伺服进给驱动，以及机床结构的优化和轻量化。
⾼速加⼯不仅是设备本⾝，⽽且是机床、⼑具、⼑柄、夹具和数控编程技术，以及⼈员素质的集成。
⾼速化的最终⽬的是⾼效化，机床仅是实现⾼效的关键之⼀，绝⾮全部，⽣产效率和效益在“⼑尖”上。
2.五轴联动加⼯和复合加⼯机床快速发展 采⽤五轴联动对三维曲⾯零件进⾏加⼯，可⽤⼑具最佳⼏何形状进⾏切削，不仅光洁度⾼，⽽且效率也⼤幅度提⾼。
⼀般认为，1台五轴联动机床的效率可以等于2台三轴联动机床，特别是使⽤⽴⽅氮化硼等超硬材料铣⼑进⾏⾼速铣削淬硬钢零件时，五轴联动加⼯可⽐三轴联动加⼯发挥更⾼的效益。
但过去因五轴联动数控系统主机结构复杂等原因，其价格要⽐三轴联动数控机床⾼出数倍，加之编程技术难度较⼤，制约了五轴联动机床的发展。
当前数控技术的发展，使得实现五轴联动加⼯的复合主轴头结构⼤为简化，其制造难度和成本⼤幅度降低，数控系统的价格差距缩⼩。
浅析数控机床的发展进程及趋势
浅析数控机床的发展进程及趋势自20世纪末开始，我国制造业就开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了脚步，机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩。
机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，既是生产力要素，又是重要商品。
机床的发展和创新在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势。
数控机床的发展进程自上世纪50年代以来，世界数控机床主要经历了数控NC（NumericalControl）和计算机数控CNC（ComputerNumericalControl）2个阶段。
始于90年代初，受通用微机技术飞速发展的影响，数控系统正朝着以个人计算机(PC)为基础，向着开放化、智能化、网络化等方面进一步发展。
数控机床通常由控制系统、进给伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。
其中进给伺服系统作为数控机床的重要功能部件，其性能是决定数控机床加工性能的极其重要的技术指标。
数控机床的发展趋势进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。
机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。
数控机床正向以下几个方面发展。
(1）高速化：新一代数控机床为提高生产效率，向超高速方向发展，采用新型功能部件主轴转速达15,000r/min以上。
而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动速度超过普通切削5～10倍，体现在数控机床上的主轴转速、进给率、运算速度等。
(2）高精度化：当前，在机械加工高精度的要求下，世界各工业强国已经不能满足于精密加工了，而是把超精密加工作为数控机床的未来发展方向。
其精度已经从微米级发展到亚微米级，甚至纳米级。
(3）功能复合化：工件一次装夹，能进行多种工序复合加工，可大大地提高生产效率和加工精度，是机床一贯追求的。
机床已逐渐发展成为系统化产品，用一台电脑控制一条生产线的作业。
谈谈数控技术的发展趋势
谈谈数控技术的发展趋势1数控技术发展趋势1.1性能发展方向（1）高速高精高效化。
速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。
由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
（2）柔性化。
包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
（3）工艺复合性和多轴化。
以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。
数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。
数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
（4）实时智能化。
人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。
人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。
在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。
1.2 功能发展方向（1）用户界面图形化。
用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。
由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。
当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。
图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
开放式数控系统的现状与发展
开放式数控系统的现状与发展作者：王晓东刘宇来源：《城市建设理论研究》2013年第04期摘要：数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。
而数控系统是数控制造技术的核心是一种基于计算机控制的实时控制系统。
本文介绍了开放式数控系统的技术内容，分析了开放式数控技术发展现状，探讨了开放式数控系统的发展趋势。
关键词：开放式数控系统技术内容现状发展趋势中图分类号：S776.05 文献标识码：A 文章编号：随着现代制造业逐渐面向多品种、小批量生产方式的转变, 同时, 还有高精、高效、高速加工的需要以及企业为实现异地制造和远程诊断所需的联网功能及智能控制, 开放式数控系统已成为数控系统发展的重要方向.一、开放式数控概念的提出随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，机械产品的机构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，对数控机床柔性、通用性提出了更高的要求，以保证制造业向着高精度、高速度、高效率、快速的市场响应、易操作性等方向发展。
传统的数控系统在结构上提供给用户有限的选择，用户无法对现有数控设备的功能进行修改以满足自己特殊的需求。
传统的数控系统是一种专用封闭式系统，它越来越不能满足市场发展的需要。
传统的数控系统的缺点如下：（1）与通用计算机不兼容，不同厂家的数控系统不兼容，甚至同一个厂家的不同系列的数控系统也不兼容；（2）各种数控系统的内部结构复杂，一旦数控系统发生故障，往往需要找生产厂家来维修，很不方便，而且大大提高了维修费用；（3）难进行升级和进一步开发；（4）专用封闭式数控系统的发展一般滞后5年左右，在计算机技术迅猛发展的今天，这是一个相当长的时间。
传统数控系统的上述特点严重制约着数控技术的发展，不能满足市场对数控技术新的要求。
针对这种情况，人们80年代就提出了开放式控制系统的概念。
早在1987年，美国开始了名为“下一代控制系统”的NGC计划，并成立了“美国国家制造科学中心”，其主要目的是在拟订并推进关于新一代开放式控制系统的详细分析规范。
国内外数控系统现状及发展趋势
2、数控系统的市场规模
随着制造业的快速发展，国内外数控系统的市场规模不断扩大。根据相关统 计数据，全球数控系统的市场规模预计在2025年将达到1200亿美元。中国作为制 造业大国，其数控系统的市场规模也在不断增长，成为全球最大的数控系统市场 之一。
3、数控系统的技术水平
经过多年的发展，国内外数控系统的技术水平已经有了很大的提高。从最初 的机械传动式数控系统到现在的计算机数控系统，数控系统的精度、速度和稳定 性得到了极大的提升。同时，人工智能、物联网等技术的融入也使得数控系统的 智能化程度越来越高。
展望
展望未来，数控系统将继续在制造业中发挥重要作用。随着技术的不断进步 和应用场景的不断扩展，未来的数控系统将更加注重智能化、多功能化和灵活性。 同时，随着云计算、物联网等技术的发展，数控系统将能够实现更加广泛的数据 采集和分析，从而为制造业的发展带来更多的价值。
结论
总的来说，数控系统的发展趋势是数字化、智能化、多功能化和灵活性。尽 管目前数控系统在技术、经济和人才等方面还面临着一些挑战，但随着科技的不 断进步和应用场景的不断扩展，相信这些挑战也将得到逐步解决。因此，我们有 理由相信，数控系统将继续在制造业中发挥重要作用，为现代制造业的发展带来 更多的机遇和价值。
4、数控系统未来的发展趋势和 机遇
未来，数控系统将朝着更加智能化、自主化、网络化的方向发展。随着工业 4.0、智能制造等概念的推广，数控系统将与各种先进技术更加深入地融合，实 现更加高效、智能的生产模式。同时，随着各种新兴行业的发展，数控系统也将 拥有更多的应用场景和机遇。
三、结论
本次演示对国内外数控系统的现状及发展趋势进行了详细的探讨。目前，数 控系统已经广泛应用于各个领域，市场规模不断扩大，技术水平不断提高，应用 前景广阔。未来，数控系统将朝着更高精度、更高速度、更稳定可靠的方向发展， 同时将融合更多的、物联网、5G等技术，实现更加智能化、自主化的控制。
数控机床发展方向与技术难点
数控机床发展方向与技术难点
数控系统发展趋势：
性能与可靠性不断提高，成本不断下降，装置日趋小型化和多功能化
现代数控装置转化方向：开放式结构（形成“开放式数控系统”）
一台数控机床在一次装夹零件后能完成多工序加工的数控机床（即加工中心）高速化、高精度化、高智能化、高柔性化、高自动化和高可靠性方向
CNC也正朝着信息集成的方向发展
数控系统面临的问题：
硬件电路与软件分别实现哪些功能？
如何减少各功能模块间的联系？（结构化设计）。
国内外数控技术的发展现状与趋势
国内外数控技术的发展现状与趋势一、本文概述数控技术，即数控加工编程技术，是现代制造业的核心技术之一，它涉及到计算机编程、机械设计、自动控制等多个领域。
随着科技的飞速发展，数控技术在国内外都取得了显著的进步，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具加工等各个行业。
本文将对国内外数控技术的发展现状与趋势进行深入探讨，以期了解数控技术的最新发展动态，为相关领域的从业者提供有益的参考。
本文将回顾数控技术的起源与发展历程，从最初的简单数控系统到现在的高度智能化、网络化数控系统，阐述数控技术在国内外的发展历程和主要成就。
接着，本文将重点分析国内外数控技术的现状，包括数控系统、数控机床、数控编程软件等方面的发展情况，以及数控技术在各个行业的应用现状。
同时，本文还将探讨数控技术发展中的关键问题，如精度与效率、智能化与自动化、开放性与标准化等。
在趋势分析方面，本文将关注数控技术的前沿动态，探讨数控技术的未来发展方向。
随着、大数据、云计算等新一代信息技术的快速发展，数控技术将如何实现与这些技术的深度融合，提高加工精度、效率和智能化水平，将是本文关注的重点。
本文还将分析数控技术在绿色制造、智能制造等领域的应用前景，以及国内外数控技术市场竞争格局的变化趋势。
本文旨在全面梳理国内外数控技术的发展现状与趋势，为相关领域的从业者提供有价值的参考信息，推动数控技术的持续创新与发展。
二、数控技术的历史回顾数控技术，即数字控制技术，其发展历程可以追溯到20世纪40年代末。
初期的数控技术主要应用于军事工业，例如美国为了制造飞机叶片而研发的数控铣床。
随着计算机技术的飞速发展和普及，数控技术也逐步实现了电子化、信息化和智能化。
20世纪50年代，数控技术开始进入商业应用领域，主要用于机床加工和自动化生产线。
此时，数控系统多为硬件连线式，编程复杂，灵活性差。
进入60年代，随着计算机软件技术的发展，数控系统开始采用软件编程，大大提高了编程的灵活性和效率。
浅论数控技术的发展趋势
浅论数控技术的发展趋势数控技术是用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域，包括机械制造技术；信息处理、加工、传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技术等。
1.数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。
从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。
1.1高速、高效、高精、高可靠性趋势明显效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会(CIRP)将其确定为2l世纪的中心研究方向之一。
1.2轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光浩度高，而且效率也大幅度提高。
一般认为，l台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动mT可比3轴、联动加工发挥更高的效益。
1.3机床产品的模块化发展更加突出为满足用户日益增多的个性化要求，各制造厂把产品的模块化设计作为一个有效措施。
在EM02005展会上的许多产品都呈现模块化档势。
机床的许多功能部件也已经标准化，甚至Magerle公司的磨削中心也是模块结构，可按具体工件的磨削工艺过程扩装相应部件，准确重构一台适用的磨床。
机床的模块化昭示着可重构生产系统有了坚实基础，必将得到快速发展。
1.4生产系统智能化是制造技术的发展方向由于市场多变和用户个性化要求增多，很多工业产品都是多品种、小批量生产模式，即使是大批量和平的汽车工业，也要经常变换型号。
数控系统的国内外发展及应用现状
精选文库-- 数控技术大作业题目数控系统的国内外发展及应用现状专业学号学生指导教师提交日期2012年5月21日摘要数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。
数控系统已经实现纳米插补与控制技术，并广泛地运用机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，数控系统本身也从封闭转向开放式，并朝着高速、高精度化、网络化、环保化的方向发展。
关键词：数控系统开放式研究现状发展趋势目录一、国外数控系统现状 (4)1.美国A- B 公司 (4)2.日本FANUC公司 (5)3.德国SIEMENS公司 (6)二、国内数控系统现状 (7)1.华中数控 (7)2.广州数控 (9)3.北京航天数控 (9)三、国内外数控系统比较 (10)四、结论 (10)参考文献 (11)数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。
从1952 年美国麻省理工学院研制出第1 台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。
数控系统也由第一代电子管的硬联接数控发展到第五代MPCNC的软联接数控。
数控系统已经实现纳米插补与控制技术，并广泛地运用机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，数控系统本身也从封闭转向开放式，并朝着高速、高精度化、网络化、环保化的方向发展。
一、国外数控系统现状国外数控系统发展总体趋势如下：1.新一代数控系统向OG化和开放式体系结构方向发展。
2.驱动装置向交流、数字化方向发展。
3.增强通信功能，向网络化发展。
4.数控系统在控制性能上向智能化发展。
在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。
国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。
下面对几个主要系统进行功能介绍与应用分析。
开放式数控系统的研究现状及趋势
开放式数控系统的研究现状及趋势
梁丰 1 ,何国金 2 ,刘俊英 3 ,殷小清 4 (1,3,4 河源职业技术学院， 广东 河源 517000 ； 2， 广西大学， 广西 南宁 530004) 摘要： 介绍了数控系统的发展简史、 开放式数控系统的概念和特点， 论述了国内外开放式数控系统的研究现状及发展趋势。 关键词： 开放式； 数控系统； 研究现状； 趋势 中图分类号： TG659 文献标识码： A 文章编号： 1672- 545X （ 2006） 04- 0017- 02
2 开放式数控系统的概念和特点
从开放式数控系统目 前的研究成果看， 开放式数控体系 结构还没有统一和明确的概 念内涵， 还处于百家争鸣的 时期。 按照 IEEE （ 国 际电器电子工程师 协会） 的 定义， 开 放式数控系 统应该是具有下列特征的 系统： 符 合系统规范的应用 ， 可以运 行在多个销售商的不 同平台上，可以与 其它的系统应用互 操 作， 并且具有一致风格的用户交互界面 [1]。对 于开放式数控系 统， 一种比较流行的观点是强调以下几个基本特点： （ 1） 可互操作性： 通过提 供标准化接口、 通信和交互 机制， 使不同功能模块能以标 准的应用程序接口运 行于系统平台之 上， 并获得平等的互操作能力， 协调工作。 （ 2） 可移植性 ： 系 统的功 能软件 与设备 无关， 即应 用统一 的数据 格式、 交互模型 、 控 制机理， 使构 成系统 的各功 能模块 可来源于不同的开发商， 并且通过一 致的设备接口， 使各功能 模块能运行于不同供应商提供的硬件平台之上。 （ 3） 档次皆宜性： CNC 系统的功能、 规模可以灵活设 置， 方 便修改， 即可以增加硬件或软件构 成功能更强的系统 ， 也可以 裁减其功能以适应低端应用。 （ 4） 可互补性 ： 指构成系 统的各 硬件模 块、 功能软 件的选 用不受单一供应商的控制 ， 可根据 其功能、 可靠性及性能要求
数控的发展史和发展趋势及我国的数控技术
数控的发展史和发展趋势及我国的数控技术摘要：我是一名机械系数控班的学生，我所面对的学习和工作都跟数控有关，为此我要掌握一些有关数控方面的知识，我们现在已经开始学习专业知识，我会本着认真的态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养，接下来我将介绍一下我对数控的发展史和发展趋势及我国的数控技术的一些认识。
关键字：发展史、发展趋势、我国数控一、数控的发展史1、什么是数控技术数控（英文名字：Numerical Control 简称:NC）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。
数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控(Computerized Numerical Control )，简称CNC，国外一般都称为CNC，很少再用NC这个概念了。
2、数控的发展史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。
它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。
6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。
从此，传统机床产生了质的变化。
近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
2.1、数控（NC）阶段（1952～1970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。
人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。
随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。
2.2、计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。
于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。
浅谈数控技术的国内外分析与发展趋势的展望
浅谈数控技术的国内外分析与发展趋势的展望摘要：新中国成立后，我国的工业化在六十多年的时间里得到长足发展，在日新月异的全球化潮流中勇创佳绩，已经成为了拥有独立且最为完整工业体系的国家。
“十四五”规划，我国开启了全面建设社会主义现代化国家新征程，也是我国制造强国建设的关键五年，我国的工业化正在逐步向“内生增长、创新驱动、智能绿色、协同开放”方向加快升级转变。
工业的发展离不开制造业的不断革新进步，而制造业又是我国的经济支柱性产业。
在“中国制造”向“中国智造”不断前行的征途上，对科学技术的依赖性越来越强，制造业潜能不断被发掘，数控技术就是推动制造业向智能化方向进一步发展的催化剂。
关键词：数控技术；现状；发展趋势数控技术是先进制造技术的核心，是在机械制造业中新兴的综合性技术，集合了微电子和计算机技术、信息处理技术、精密检测技术、自动控制技术、光机电技术、网络通信技术等高新技术于一体，不断推动传统制造业转型升级，同时也对数控技术不断优化提出新要求。
谋求进步就要理清发展脉络，本文将浅谈数控技术的发展现状，并对未来发展趋势做出合理预测。
一、数控技术的发展现状分析（一）国外数控技术发展自上世纪九十年代中期开始，国外数控技术大致经历了两阶段式发展。
第一阶段称为NC（Number control即数字控制），是由操作者自己运用文本符号等编程进而实现机器自动化运行。
第二阶段称为CNC（Computer number control即计算机数值控制），是通过计算机中高效的系统控制软件进行机器运行数值计算，直接发出运行和控制指令。
1952年，在美国麻省理工学院研制成功的电子管数控系统开启先河，随后又创造出晶体管数控系统，但由于装备零件昂贵难以得到广泛推广，科学家开始向集成电路控制系统研究，并在之后生产出小型计算机、微型计算机数控系统，随着信息处理技术和精度控制技术的不断发展，创造出开发式数控系统，不仅能够在不同平台运行，还可以与其他系统相互配合实现操作目标。
开放式数控系统
开放式数控系统概述开放式数控系统是一种灵活、可扩展和可定制的数控系统，它允许用户自由地访问和修改系统的硬件和软件资源。
与传统的封闭式数控系统相比，开放式数控系统具有更高的自由度和可定制性，可以满足不同用户的特定需求。
特点硬件开放性开放式数控系统的硬件是开放的，用户可以自由选择和配置硬件设备，不受束缚于特定的硬件厂商。
这意味着用户可以根据自己的需要和预算，选择性价比更高的硬件设备，并根据实际情况进行升级和扩展。
软件开放性开放式数控系统的软件是开放的，用户可以自由地访问、修改和定制软件。
这样一来，用户可以根据自己的需求和工艺要求，进行深度定制，实现更高的精度、更快的速度和更复杂的功能。
易于集成由于开放式数控系统的开放性，它非常容易与其他系统进行集成。
用户可以通过各种接口和协议，将数控系统与其他设备和软件进行连接，实现信息的共享和交互，提高生产效率和自动化水平。
易于维护和升级开放式数控系统的维护和升级非常简单。
由于用户可以自由访问和修改系统的软硬件资源，当系统出现故障或需要升级时，用户可以直接进行修复或升级，而不需要依赖专业技术人员。
应用场景制造业在制造业中，开放式数控系统的应用非常广泛。
用户可以根据自己的产品需求和生产工艺，选择和定制数控系统，以实现高精度、高效率和高稳定性的加工。
创客和个人工作室对于创客和个人工作室来说，开放式数控系统是一种非常理想的选择。
其开放性和可定制性，能够满足创客们不同的需求和创意，帮助他们实现各种创新和创意。
教育和培训开放式数控系统也在教育和培训领域得到了广泛应用。
学生和培训人员可以通过学习和使用开放式数控系统，了解数控技术的原理和应用，提高他们的技术水平和创新能力。
开放式数控系统的发展趋势开放式数控系统在未来有很大的发展潜力和广阔的市场前景。
随着制造业的发展和技术的进步，对数控系统的需求也越来越高。
开放式数控系统能够满足不同用户的需求和工艺要求，具有更好的灵活性和可扩展性。
数控技术发展现状与趋势
Spindle Motor
高速加工：控制、伺服驱动、主轴、刀具、轴承、导轨、 丝杠、卡盘、夹具、冷却
2、趋势——加工高精化
提高机械的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度； 采用误差补偿技术。IC制造装备、纳米控制。 提高CБайду номын сангаасC系统控制精度：
开放式体系结构（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实 现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。
4. 开放式数控装置的概念结构
数控功能 应用程序
NC构件库
5. 开放式体系结构数控的优点
数控系统厂
品种减少、批量增加，易于满足用户要求； 开放式的标准框架，促进各行业的软件厂商参与； 软件开发效率提高，产品更新加快。
OMAC (Open Modular Architecture Controller) 欧州 的OSACA (open system architecture for
controls within automation systems)
日本OSEC：(Open System Environment for
由于技术封锁等原因，各系统中光纤通讯采用的协 议没有兼容性和互换性，要求伺服驱动器以及I/O 模块必须具有相应协议的光纤通讯接口，这样的系 统软硬件开放性较差，而且系统的成本也较高。
另外的网络通讯协议：ARCNET、CAN Bus、 Profibus、USB、IEEE1394 。
IEEE1394的前身即FireWire，是1986年由苹果 电脑公司针对高速数据传输所开发的一种串行 数据传输协议，并于1995年获得美国电机电子 工程师协会认可成为正式新标准。
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数控系统的发展趋势 开放式数控系统林金兰(莆田学院电子信息系,福建莆田351100)摘要:开放式数控系统是当今数控技术发展的主流。
在分析传统数控系统封闭体系结构固有不足的基础上,介绍了开放式数控系统的产生的背景、特点,论述了开放式数控系统的现状和发展趋势,归纳了开放式数控系统研究的主要形式,指出了开展开放式数控研究对国产数控技术进步的重要意义。
关键词:开放性体系结构;数控系统;个人计算机0 引言数控技术从1956年至今,大致经历了4个阶段: 1956~1974年,专用硬件NC的时代;1975~1989年,专用计算机数控时代;1990~1995年,基于PC的CNC时代;1996年至今,开始全PC开放式智能化数控新阶段。
前3个阶段的NC装置存在着以下局限性:由于计算机的落后,通用CPU的性能不能满足数控系统的实时性要求,必须设计专用的新芯片及其他硬件电路,因此世界各数控系统生产商都设计了自己的专用硬件系统和软件系统。
这种封闭式结构使数控系统的开发成本极高,开发周期很长,升级困难,可靠性、可扩展性、可维护性和易用性差,二次开发困难[1]。
为解决封闭式结构数控系统所存在的问题,近年来,西方一些发达国家相继提出开放式体系结构数控系统的开发,并逐渐出现了以开放性数控系统取代以往专用数控系统的趋势。
目前,各发达国家都在竞相发展自己的开放式体系结构的数控系统,如美国的下一代工作站/机床控制器体系结构!NGC(The Ne xt Ge nerationWork-station/Machine Control);欧洲的自动化系统中开放式体系结构!OSACA(Open Sys te m Architec ture for Control Within Automation Systems);日本的OSEC(Open System Environment for Controller)等。
我国国家计委和科技部在99年7月14日发布的∀当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南#中制造技术中的第一项即为适用先进的数控机床及开放式数控系统!,开放式数控系统已经应用于机械加工领域。
1 开放式数控系统产生的背景随着数控技术的不断往前发展,数控系统的发展进入到了普及和应用的成熟期,传统的数控系统也变得越来越复杂,其自身的缺陷又限制了它的应用,因为传统的数控系统一直沿着闭式结构向前发展,都是基于缺乏灵活性的、专用设计的基础上完成的,是一种没有共同性和标准接口的封闭式系统。
这种闭式数控系统只是一个被定义了输入和输出的黑匣子,其内部细节是不可知的,它的最大缺点是在原来基础上很难或几乎不可能再加入新的控制策略方案和扩展新功能。
传统的封闭式数控系统已不能适应当今制造业市场变化与竞争,也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需要[2]。
当前,数控系统正发生根本性的变革,由专用型封闭开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
随着技术、市场、生产结构等的快速变化,人们对数控技术提出了更高的要求,希望能根据不同的加工需求、迅速、高效、经济地构筑面向客户的控制系统,逐步降低生产厂家对控制系统的高依赖性;大幅度降低维护和培训费用,改变以往数控系统封闭性设计模式,适应未来车间面向任务和订单的生产组织模式,使底层生产控制系统的集成更为简便和有效[3]。
因此,开放式数控系统(Open Number Control Systerm简称ONC)应运而生。
2 开放式数控系统的概念参照IEEE对开放式系统的规定,我们认为:一个真正意义上的开放式NC必须提供不同应用程序运行于系统平台之上的能力;提供面向功能的动态重组工具;提供统一、标准化的应用程序用户界面。
ONC 既有接口的开放性一面,又有自身功能开放性问题。
ONC具有以下特点:(1)开放性。
提供标准化环境的基础平台,允许不同功能的模块介入;(2)移植性。
不同应用程序模块可运行于不同生产商提供的系统平台,同时系统软件也可运行于不同特性的硬件平台之上;(3)扩展性。
其功能的增减只需功能模块的装卸;(4)替代性。
性能和可靠性不同的功能模块可代替,并且不影响系统的正常协调运行;(5)操作性。
拥有标准化接口,通信和交互模型。
因此,ONC 从一个全新的角度分析和实现了数控系统的控制功能,强调向模块化、平台化、工具化和标准化发展。
3 开放式数控系统的发展途径PC-NC(个人计算机数控)是开放式数控系统的主要发展途径,大致分为两种:(1)以NC为主,加PC有关部分;(2)PC为基体,加上NC系统主要控制部分。
PC-NC主要有三种形态:(1)NC板插入PC中,(2)PC板插入NC装置中,(3)软件NC。
这三种形态各有优缺点,目前均广泛使用。
但以PC代替NC是一个发展方向。
4 开放式数控系统的现状及发展趋势(1)美国ONC概况美国把开放式NC称为开放型控制器!(OAC-OPEN ARCHITECTURE CONTR OLLER)。
国家制造发展中心关于OAC的研究进行了三个方面的开发:%新一代控制器(NGC-NEX T CENERATION CON TROLLER),&低价控制器(LEC-LOW END CON TROLLER),∋开放化模块结构控制器(O MAC-OPEN MODEL ARC HI TETURE CONTROLLER)。
(2)日本ONC概况1995年,IROFA(国际机器人工厂自动化技术中心)设立NC开放性政策委员会。
1994年12月,开放性数控系统(OSE)研究会成立,1995年OSE公布了OSE-(!,1996年公布了OSE-)!。
主要成绩有:提出了NC开放式的参考模型,将其具体化为实装模型;开发了基于PC人机接口系统;提出并开发了NC语言OSEL;开发了控制接口(OSEC API)及语言处理器。
(3)我国数控技术开发现状与差距我国的数控技术,在八五!攻关中,不失时机地提出了以自主版权为目标,以平台为基础的发展战略,而且在攻关过程中,瞄准或调整到以PC机为基础的发展路线上,并以此形成了两种平台,开发出了四个基本系统,其中华中I型和中华I型是将数控专用模板嵌入通用PC机构成的单机数控系统,航天I 型和兰天I型是将PC机嵌入到数控之中构成的多机数控系统,形成典型的前后台型结构,国内其它单位也都先后开发开放式体系结构系统。
然而就总体而论,还仅仅处于开始阶段,虽然各个系统都向PC平台方向发展,但在具体的实施开发中仍然存在一些问题。
最大的问题即是开放性不够、开发环境和支持手段不足,要作为用户方便地进行二次开发的开放程度还远未达到,只是具有相当技术力量的开发单位才能使用,而作为能够普及到一般用户的程度则还远远不够。
(4)开放性数控系统的发展趋势ONC发展的主要目的是解决变换复杂的要求与控制系统专一固定的框架之间的矛盾,实现控制系统的易变、紧凑和廉价。
ONC发展的任务,从技术上看,大致有五方面:控制、感测、接口、执行、软件。
ONC发展的未来趋势:在控制技术、接口技术、感测技术、执行技术、软件技术等5方面开发优质、先进、适销、经济、合理、开放的数控系统;需要利用新的加工表述语言,简化设计、生产准备、加工过程,减少数据存储量,用64位CP U实现三维曲面加工,进一步适应高精度、高效率、高自动化要求;实现网络化,进一步实现自动化生产的无人化、智能化、集成化[3]。
5 目前研究的主要形式目前,国内外研究的开放式数控系统概括起来有3种形式:第一种叫做衍生式,是专用NC+PC,将PC作为专用控制器的前端接口。
在传统的非开放式的CNC上插入一块专门开发的个人计算机模板,使传统的专用CNC带有个人计算机的特点。
这里传统CNC没有改变,进行实时插补、伺服控制、电源控制以及I/O控制等一些实时控制;PC部分执行前端管理等非实时控制,例如人机界面,存储和通讯等[4]。
此种模式的控制器主要出自CNC控制器制造商。
其原因一方面是许多用户对他们的产品很熟悉,也习惯使用;另一方面是控制器商不可能在短时间内放弃他们传统的专用CNC技术。
因此,这是一种折衷方案:在他们专用CNC系统中PC的前端接口,使其具有PC 处理的柔性,也就是说,这种模式只具有部分的开放性,它不能实现NC内核的开放[4]。
第二种叫嵌入式,是PC+NC控制卡。
PC机作为系统的核心。
将控制卡插入到PC的标准扩展槽中完成各种标准数控功能。
一般用PC机处理各种非实时任务,由硬件扩展卡处理实时任务。
这种模式中, PC部分能提供一定意义上的开放,控制卡能保证实时性,是目前研究以PC为基础的CNC控制器的主流。
美国Dela Tau Da ta Syste m公司的P MAC-NC,德国PA公司的PA8000、美国Ormec Syste m公司Orion、德国的Indramat公司的MTC200都是类似这种模式。
第三种叫做扩展式,是PC+CNC接口板,将CNC接口板插到PC机的标准插槽中,这里的PC是不需要改造的通用PC,整个系统由PC扩展而成。
个人计算机既完成前端管理等非实时任务,又完成如实时插补、伺服控制、电源控制以及I/O控制等一些实时任务;CNC接口板只担任沟通PC接口和物理驱动器接口的任务。
这种模式的控制器是真正意义上的开放式数控系统,能实现NC内核的开放、用户操作界面的开放,CNC可以直接地、或通过网络运行各种应用软件。
因而能满足机床制造商和用户的最终要求,它能最大限度地利用PC的软硬件资源,适应未来先进制造技术的要求[3]。
6 结论开放式数控系统是数控系统发展的必然趋势。
随着计算技术、信息技术、网络技术的迅速发展,开放式数控系统的优越性已被越来越多的系统制造商、设备制造商和用户所认识和欢迎,。
它满足了目前技术、市场、生产组织等多方面快速变化对数控系统的柔性和通用性提出的要求,为将来车间自动化向更高层次的集成提供了广阔的前景,极大地提高了制造业的世界市场竞争能力。
因此,我们要把握好契机,开发出(下转第86页)时,变化率决定了电流转换到新水平时的速度。
低速时这个效应并不明显。
然而高速运行时,电机电流衰减不够,无法跟上下降波形。
这时,在电机电感决定的时间常数和低速衰减通路的约束下,电流变化受到限制,可能始终比设定值高。
电流持续在低速下衰减直到换向,此时桥路反向,将全部供电电压施加在绕组上。
桥路处于快速衰减模式下时,电流迅速衰减至零。
由此可知,选择快速衰减模式可以提高驱动跟随电流快速减小的能力。
这也是我们的设计选用快速衰减模式的主要原因。
(2)最小电流在占空比小的情况下进行电流斩波控制时,电机电流不能低于电机电阻和占空比设定的一个水平。
这时存在一个由传输延迟设定的最小开启时间,从环路关闭直到比较器检测到一个大于起始门槛的电流并重新起动触发器,使桥路回到环流模式。