數(shù)控技術(shù)：第一章 緒 論

1、數(shù)控技術(shù)本課程的目的與要求 通過本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠了解數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要地位和發(fā)展方向、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與趨勢；掌握數(shù)控技術(shù)中幾何運動控制和伺服控制的各種基本理論，比較全面的學(xué)習(xí)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)的原理和應(yīng)會的技術(shù)。 本課程定位原理與應(yīng)用 原理為主元件與系統(tǒng) 通過元件掌握系統(tǒng)定性與定量 重在定性，但建立必要的 概念掌握與了解 局部掌握，整體了解第一章 緒 論第一節(jié) 概 述一、基本概念什么是數(shù)控 即數(shù)字控制（Numerical Control )簡稱，是指利用數(shù)字化信息進行 控制，其控制對象可以是各種生成過程。什么是機床數(shù)控技術(shù) 用數(shù)字化信息對機床運動及其加工過程進行控

2、制的一種技術(shù)。什么是數(shù)控機床 (Numerical Control MachineTools) 第一節(jié) 概 述 數(shù)控機床是一個裝有數(shù)字控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能夠處理加工程序，控制機床自動完成各種加工運動和輔助運動。二、數(shù)控機床的加工原理 數(shù)控機床組成及加工過程如下圖所示。第一節(jié) 概 述(1) 程序載體人和數(shù)控機床聯(lián)系的媒介物。 (也稱控制介質(zhì)、輸入介質(zhì)、信息載體)穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤或其他可以儲存代碼的載體 ，USB接口，有些直接集成在CAD/CAM中或連接上級計算機的DNC(直接數(shù)控)輸入 。程序格式（編碼標(biāo)準(zhǔn)）：EIA & ISO (2) 數(shù)控裝置數(shù)控機床的核心部分，也是區(qū)別于普通機

3、床最重要的特征之一。數(shù)控裝置完成加工程序的輸入、編輯及修改，實現(xiàn)信息存儲、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、代碼交換、插補運算以及各第一節(jié) 概 述 種控制功能。大多數(shù)具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，可以實現(xiàn)加工程序的高速、可靠傳輸和加工狀態(tài)的實時反饋，以保證加工資源和加工信息的共享。(3) 伺服系統(tǒng)作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動，包括信號放大和驅(qū)動元件。幾個進給軸實現(xiàn)聯(lián)動可以完成點位、直線、平面曲線，甚至具有空間曲線特征的復(fù)雜零件加工。伺服驅(qū)動系統(tǒng)性能好壞直接決定加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。第一節(jié) 概 述脈沖當(dāng)量 相對于每個脈沖信號，機床移動部件的位移，常見的有：0.01mm，0.005mm，0.001mm

4、(4) 機床本體包括床身、主軸、進給機構(gòu)、刀架及自動換刀裝置等，是自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統(tǒng)的機床相比，數(shù)控機床本體設(shè)計的特點： 采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結(jié)構(gòu)。廣泛采用高性能的主軸伺服驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動裝置。第一節(jié) 概 述 采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件 第一節(jié) 概 述(5) 輔助裝置保證充分發(fā)揮數(shù)控機床功能所必需的配套裝置。包括氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控分度頭，防護，照明等各種輔助裝置。(6) 測量裝置位置和速度測量裝置，以實現(xiàn)進給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤CNC裝置指令： 進給運動指令：實現(xiàn)

5、零件加工的成形運動 主軸運動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運動 第一節(jié) 概 述三、零件的數(shù)控加工過程第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類一、數(shù)控機床的特點加工精度高：目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（一般為0.001mm，高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達0.1um。 而切削進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù)控機床能達到比較高的加工精度，一般可達0.0050.1mm。對于中、小型數(shù)控機床，定位精度普遍可達到0.03mm，重復(fù)定位精度為0.01mm。(2)能完成復(fù)雜零件的加工：由于具有多軸聯(lián)動功能。第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類(3)生產(chǎn)效率高：與普通機床相比可提高生產(chǎn)效率

6、35倍。對于復(fù)雜成型面的加工，生產(chǎn)效率可提高十倍到幾十倍.(4)適應(yīng)性強：被加工零件改型設(shè)計后，在數(shù)控機床上只需變換零件的加工程序，調(diào)整刀具參數(shù)等，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大為縮短。(5)有利于實現(xiàn)生產(chǎn)及管理的自動化：如CAD/CAM、CIMS等系統(tǒng)。(1) 按運動軌跡分類點位控制（Point to Point Control ） 或位置控制（Positioning）數(shù)控機床 第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類這類機床只能控制工作臺或刀具從一個位置精確地移動到另一位置，在移動過程中不進行加工。如數(shù)控鏜、鉆、沖，數(shù)控點焊機及數(shù)控折彎機等。第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類直線控制（Straightline Contro

7、l ） 數(shù)控機床 這類機床控制工作臺或刀具從一個位置到另一位置間的運動軌跡為直線，并能控制位移的速度，在移動過程中要進行加工。 如數(shù)控車、數(shù)控銑等。第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類輪廓控制Contouring Control數(shù)控機床 這類機床能夠同時對兩個或兩個以上坐標(biāo)軸進行連續(xù)控制，具有插補功能。如數(shù)控銑、車、磨及加工中心等是典型的輪廓控制數(shù)控機床，數(shù)控火焰切割機、數(shù)控線切割等也都采用輪廓控制系統(tǒng)。坐標(biāo)聯(lián)動加工 第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類(2) 按伺服系統(tǒng)控制方式分類開環(huán)控制系統(tǒng) 無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度；一般以功率步進電機作

8、為伺服驅(qū)動元件；具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類閉環(huán)控制（Closed Loop Control）系統(tǒng) 從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類半閉環(huán)控制（Semi-closed Lo

9、op Control）系統(tǒng) 半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應(yīng)用。第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類(3) 按功能水平分類 數(shù)控裝置的性能指標(biāo)反映了數(shù)控系統(tǒng)的基本性能，是選擇數(shù)控系統(tǒng)的主要依據(jù)，概括起來如下：1控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)2脈沖當(dāng)量（控制分辨率）3定位精度和重復(fù)精度 4行程5主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和調(diào)節(jié)范圍6插

10、補功能 7準(zhǔn)備功能（G功能）、輔助功能（M功能）8誤差補償功能 9.自動加減速功能10.通信功能 11.故障診斷功能第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類低、中、高檔的界限是相對的，尚沒有一個確切的定義，不同時期的劃分標(biāo)準(zhǔn)有所不同。從目前的發(fā)展水平來看，大體可從下面幾個方面來區(qū)分(4) 按工藝用途分類切削加工類：數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機床、FMC等。金屬成型類：數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖壓機等。特種加工類：數(shù)控線切割機、火焰切割機、電火花加工機、 激光加工機等。非加工設(shè)備類：數(shù)控測量機、自動繪圖機、工業(yè)機器人等 第三節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展機床的發(fā)展概況古代的原始機床1774

11、年英國人威爾金森發(fā)明了比較精密的炮筒鏜床，用這樣的鏜床鏜出了汽缸，滿足蒸汽機的要求。采用天軸傳動，如奔馳汽車加工車間。1797年英國人莫斯利（機床之父）發(fā)明了車床，用絲杠帶動刀架，實現(xiàn)了機動進給。20世紀(jì)為了精加工的需要出現(xiàn)了坐標(biāo)鏜床；為了適應(yīng)汽車等大批量零件加工的需要，出現(xiàn)了自動機床、仿形機床、組合機床。 第三節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展 半個多世紀(jì)以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，數(shù)控機床發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段和八代：在體系結(jié)構(gòu)上，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了三個階段：1952-1970：NC（硬線數(shù)控）1970- ：CNC(計算機數(shù)控)(+高速高精度CNC階段)1994- ：PC-NC（PC數(shù)控）從硬件角度看，數(shù)

12、控系統(tǒng)經(jīng)歷了八代發(fā)展：NC（以電子管、晶體管和小規(guī)模集成電路應(yīng)用為標(biāo)志 ）CNC（以小型計算機、微機、超大規(guī)模集成電路、32位微機應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)為標(biāo)志 ）PC-NC（借助PC機豐富的軟硬件資源 ）第三節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展 自從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床以來，幾個發(fā)展階段：1. 硬件數(shù)控階段（19521970）第一代：1952年 ,電子管控制的第一臺三坐標(biāo)聯(lián)動的銑床;第二代：1959年,出現(xiàn)了晶體管控制的“加工中心”;第三代：1965年,出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路；以上三代數(shù)控系統(tǒng)都是采用專用控制硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng),稱為普通數(shù)控系統(tǒng),即NC系統(tǒng).第三節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展2.

13、計算機數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展和完善階段（19701986)第四代：1970年，小型計算機為核心的計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC），原來由硬件實現(xiàn)的功能逐步由軟件完成。第五代：1974年，出現(xiàn)采用微處理器芯片的CNC系統(tǒng)，使數(shù)控系統(tǒng)達到了普及的程度。第六代：1980年左右，采用超大規(guī)模集成電路、大容量存儲器、CRT的CNC系統(tǒng)，具有了交互式對話編程，圖形顯示功能，柔性化、模塊化結(jié)構(gòu)。第三節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展3. 高速高精度CNC的開發(fā)與應(yīng)用階段（1986）第七代：32位CPU在CNC中得到應(yīng)用，1986年三菱電機公司率先推出了CPU為86020的32位CNC，并逐漸成為當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的主流。4. 基于PC的開發(fā)式CN

14、C的開發(fā)與應(yīng)用階段（1994 ）第八代：1994年基于PC的CNC控制器在美國首先亮相市場。第三節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展我國數(shù)控機床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出了最早的樣機。1966年誕生了第一臺用于直線圓弧插補的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。1970年北京第一機床廠的XK5040型數(shù)控升降臺銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場。但由于相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)差，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的支撐工業(yè)電子工業(yè)薄弱，致使在19701976年間開發(fā)出的加工中心、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床及數(shù)控鉆床因系統(tǒng)不過關(guān)，多數(shù)機床沒有在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。80年代前期，在引入了日本FANUC數(shù)控技術(shù)后，我國的數(shù)控機床才真正進入小批量生產(chǎn)的商品化時代。如北京機

15、床研究所從日本FANUC公司引進FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列產(chǎn)品的制造技術(shù)。經(jīng)過“八五”、“九五”的公關(guān)，開發(fā)出了一批自主版權(quán)的中高檔數(shù)控系統(tǒng)，如中華I型、航天I型、華中I型等。我國裝備制造業(yè)經(jīng)歷了： 50年代的“蘇聯(lián)一邊倒” 60-70年代的自力更生 80年代后全方位引進與研制產(chǎn)品品種達3500種 其中數(shù)控及其新技術(shù)產(chǎn)品達1500種左右，覆蓋超重型、高精度、納米級超精度、特種加工、五軸聯(lián)動數(shù)控機床等前沿技術(shù)領(lǐng)域。立式數(shù)控機床的工作臺可加工直徑16m的工件臥式數(shù)控機床可加工直徑4.5m的工件北京機床所研制的納米級數(shù)控機床 （機械移動量達5nm）五軸聯(lián)動數(shù)控龍門銑床

16、第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢1 運行高速化2 加工高精度3 控制智能化4 功能復(fù)合化5 交互網(wǎng)絡(luò)化6 開放式結(jié)構(gòu)7 并聯(lián)機構(gòu)機床1. 運行高速化進給、主軸、刀具交換、托盤交換等實現(xiàn)高速化，并具有高加（減）速度。 進給率高速化：在分辨率為1m時，F(xiàn)max=240m/min，可獲得復(fù)雜型面的精確加工；在程序段長度為1mm時，F(xiàn)max=30m/min，并且具有1.5g的加減速率；第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢反饋信號：4MHz第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢在高效加工中心上達到90 m/min的快移速度和1g的加速度.直線電機作為高效驅(qū)動元件正被廣為應(yīng)用，尤其在激光切割和高速加工中。直線電機平面電機換刀速度0.

17、9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）工作臺（托盤）交換速度 6.3秒。主軸高速化：采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機)，主軸電機的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件。主軸最高轉(zhuǎn)速達200000r/min。主軸轉(zhuǎn)速的最高加（減）速為1.0g ，即僅需1.8秒即可從0提速到15000r/min。第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢Spindle Motor 2. 加工高精化 提高機械的制造和裝配精度；提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用誤差補償技術(shù)。IC制造裝備、納米控制。 提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單位精細化；采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機已有裝上106

18、 脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度能達到0.01m/脈沖）位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢采用誤差補償技術(shù)：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù);設(shè)備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術(shù)。研究表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少6080。三井精機的JidicH5D型超精密臥式加工中心的定位精度為0.1m。第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢3. 控制智能化 隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在：第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測主軸和

19、進給電機的功率、電流、電壓等信息，辯識出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并實時修調(diào)加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及設(shè)備運行的安全性。加工參數(shù)的智能優(yōu)化:將零件加工的一般規(guī)律、特殊工藝經(jīng)驗，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于較合理和較經(jīng)濟的工作狀態(tài)。第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢目前已開發(fā)出自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電火花加工系統(tǒng)。日本大隈公司的7000系列數(shù)控系統(tǒng)具有人工智能自動編程功能。 智能化交流伺服驅(qū)動裝置：自動識別負載、自動調(diào)

20、整控制參數(shù),包括智能主軸和智能化進給伺服裝置，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。 智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù) 智能故障診斷技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法，實現(xiàn)故障快速準(zhǔn)確定位。智能故障自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)診斷故障原因和部位，以自動排除故障或指導(dǎo)故障的排除技術(shù)。集故障自診斷、自排除、自恢復(fù)、自調(diào)節(jié)于一體，貫穿于全生命周期。智能故障診斷技術(shù)在有些數(shù)控系統(tǒng)中已有應(yīng)用，智能化自修復(fù)技術(shù)還在研究之中。第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢4. 功能復(fù)合化復(fù)合化：在一臺設(shè)備上實現(xiàn)多種工藝步驟的加工，縮短加工鏈車銑復(fù)合車削中心（ATC，動力刀頭）；鏜銑鉆復(fù)合加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主軸立臥轉(zhuǎn)換）；銑鏜鉆車

21、復(fù)合復(fù)合加工中心；可更換主軸箱的數(shù)控機床組合加工中心；集車削和激光加工于一體的機床；測量/制造復(fù)合，在加工后對工件進行在線測量第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)字化測量與數(shù)控仿形技術(shù) 盡管CAD/CAM技術(shù)和數(shù)控機床已得到廣泛應(yīng)用，起于20世紀(jì)60年代的機械-電氣仿形加工仍是一種復(fù)雜零件加工的重要手段?，F(xiàn)已被簡潔可靠的數(shù)字控制方式取代。 數(shù)字仿形加工系統(tǒng)，不僅可復(fù)制出與實物模型形狀尺寸完全相同的零件，而且可以采集反映模型輪廓表面的點集，建立描述該實物模型幾何形體的完整的數(shù)據(jù)庫。利用所采集的數(shù)據(jù)，編制數(shù)控加工指令，提供給數(shù)控機床，即可加工出原實物模型的復(fù)復(fù)制品。數(shù)字化仿形加工，測量是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，三坐標(biāo)測

22、量技術(shù)目前已基本解決測量精度問題，現(xiàn)在面臨的問題是復(fù)雜形狀零件的自動測量和數(shù)據(jù)處理，國內(nèi)外學(xué)者在這方面做了大量工作，典型的成就如下： 日本的MAKINO公司的FDNCC系列的立式數(shù)控仿形銑床，可實現(xiàn)高效的數(shù)控加工和仿形加工。意大利Mandelli公司生產(chǎn)的Mandelli7型數(shù)控加工中心，配上英國的RENISHAW三維電感測頭，也構(gòu)成一個數(shù)控仿形測量與加工系統(tǒng)。 這幾種系統(tǒng)的特點是利用數(shù)控機床本身的數(shù)控坐標(biāo)系統(tǒng)，進行實物模型仿形測量的同時仿形加工，得到實物模型的數(shù)字化模型，然后處理成數(shù)控加工指令，加工出實物的復(fù)制品。 實物幾何形體的數(shù)字化模型還可以用數(shù)控三坐標(biāo)測量機。如上海機床廠生產(chǎn)的PMM系

23、列數(shù)控三坐標(biāo)測量機，使用MECAL測量軟件，實現(xiàn)實物模型的仿形測量，得到數(shù)字化模型。 這些實踐蘊含著3M(Measuring、Modeling and Manufacturing)集成化思想。5. 交互網(wǎng)絡(luò)化 支持網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，既滿足單機DNC需要，又能滿足FMC、FMS、CIMS、靈捷制造TEAM（technology enabling agile manufacture）對基層設(shè)備集成要求的數(shù)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)資源共享。數(shù)控機床的遠程（網(wǎng)絡(luò)）控制。數(shù)控機床故障的遠程（網(wǎng)絡(luò)）診斷。數(shù)控機床的遠程（網(wǎng)絡(luò)）培訓(xùn)與教學(xué)（網(wǎng)絡(luò)數(shù)控）第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控系統(tǒng)中采用網(wǎng)絡(luò)與光纖通訊技術(shù)實現(xiàn)運動和I/O

24、的控制是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。數(shù)控中：德國Intrtamat的SERCOS、美國DELTATAU的Mcro-Link、日本FANUC的SERVO-Link、日本三菱的Tro-Link等。由于技術(shù)封鎖等原因，各系統(tǒng)中光纖通訊采用的協(xié)議沒有兼容性和互換性，要求伺服驅(qū)動器以及I/O模塊必須具有相應(yīng)協(xié)議的光纖通訊接口，這樣的系統(tǒng)軟硬件開放性較差，而且系統(tǒng)的成本也較高。另外的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議：ARCNET、CAN Bus、Profibus、USB、IEEE1394 。第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢IEEE1394的前身即FireWire，是1986年由蘋果電腦公司針對高速數(shù)據(jù)傳輸所開發(fā)的

25、一種串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，并于1995年獲得美國電機電子工程師協(xié)會認(rèn)可成為正式新標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在大家看到的IEEE1394、FireWire和i.LINK其實指的都是這個標(biāo)準(zhǔn)，通常，在PC個人計算機領(lǐng)域?qū)⑺Q為IEEE1394，在電子消費品領(lǐng)域則更多的將它稱為i.LINK。IEEE1394（FireWire）：高速串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_放式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通訊速度最高達400MHz；第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢目前IEEE1394技術(shù)使用最廣的是數(shù)字成像領(lǐng)域，支持的產(chǎn)品包括數(shù)字相機或攝像機等。IEEE1394可以采用光纖進行信息的傳輸，大大地提高了系統(tǒng)的通訊速度和數(shù)據(jù)傳輸距離以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。PC光纖通訊卡Fir

26、e Wire ）系統(tǒng)既具有了PMAC與SERCOS控制卡兩者的優(yōu)勢，又在工藝性和配套性方面取得了新進展?；贔ire Wire的數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 用戶對控制器的要求開放性：可重構(gòu)性、可維護性、允許用戶進行二次開發(fā)模塊化：具有平臺無關(guān)性接口協(xié)議：可傳遞性、可移植性 可進化性：智能化NC語言統(tǒng)一化：中性語言NML： FADL、OSEL競爭性：經(jīng)濟性、可靠性適應(yīng)計算機技術(shù)發(fā)展的生產(chǎn)系統(tǒng)的開放化第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢6. 開放式數(shù)控系統(tǒng)特征模塊間接口協(xié)議描述精確，允許各模塊獨立開發(fā)；允許體系結(jié)構(gòu)本身能被擴展；系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化(Standardizatio

27、n)與多樣化( Diversification)和互換性(Interchangeability)的特征允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的；開放式體系結(jié)構(gòu)（IEEE）：具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進行互操作的系統(tǒng)。第四節(jié) 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控的優(yōu)點數(shù)控系統(tǒng)廠品種減少、批量增加，易于滿足用戶要求；開放式的標(biāo)準(zhǔn)框架，促進各行業(yè)的軟件廠商參與；軟件開發(fā)效率提高，產(chǎn)品更新加快。機床廠可使整機具有個性化，降低開發(fā)成本。減少對系統(tǒng)廠的依賴，保護自己專有技術(shù)。最終用戶方面購買機床時的初期成本透明化；機械設(shè)備變更

28、時，而降低壽命周期成本；能實現(xiàn)用戶自身獨特的的FA系統(tǒng)設(shè)計；用戶界面的一致性，易于使用和培訓(xùn)； 1987年，美國提出了下一代控制器計劃NGG(Next Generation Workstation/Machine Controller)和開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)SOSAS(Standards of Open System Architecture for Automatic Systems)，首次提出了開放式體系結(jié)構(gòu)的概念。 1992年，歐共體開始實施自動化系統(tǒng)控制裝置的開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)計劃OSACA。經(jīng)過十多年的發(fā)展，開放性一詞已經(jīng)深入人心，并且體現(xiàn)在相關(guān)產(chǎn)品中。開放式數(shù)控系統(tǒng)成為CNC發(fā)展的

29、潮流。 一般來說，對于開放式數(shù)控系統(tǒng)都強調(diào)五個方面的性能特征： 即插即用(plug&play):數(shù)控功能采用模塊化的結(jié)構(gòu)且各模塊具有即插即用的能力，以滿足具體控制功能要求。 可移植性(portability):功能模塊可運行于不同的控制系統(tǒng)內(nèi)。 可擴展性(expandability):功能相似、接口相同的模塊之間可相互替換，有隨技術(shù)進步而更新硬軟件的可能。 可縮放性(scalability):控制系統(tǒng)的大?。K的數(shù)量與實現(xiàn)）可根據(jù)具體的應(yīng)用增減，成為規(guī)模化系列產(chǎn)品。 互操作性(interoperability):模塊之間能相互協(xié)作(交換數(shù)據(jù))，容易實現(xiàn)和其他自動化設(shè)備互連。 因此，一個完全開

30、放的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該是：以分布式控制原則，采用系統(tǒng)、子系統(tǒng)和模塊分級式的控制結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的。利用現(xiàn)有PC機的軟硬件規(guī)范設(shè)計開放式數(shù)控系統(tǒng)，從研究進展及實現(xiàn)技術(shù)上看，主要有以下三種：1）數(shù)控專用模板嵌入通用PC機構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng) 以國內(nèi)具有開放式系統(tǒng)特點的華中I型數(shù)控系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)采用了以PC機為硬件平臺,DOS,Windows操作系統(tǒng)及其豐富支持軟件為軟件平臺的開放式體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。與傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)具有軟硬件資源的通用性、豐富性、透明性、軟件的可再生性；便于引入新技術(shù)進行升級、換代的優(yōu)點。 串口并口鍵盤軟驅(qū)硬盤顯卡網(wǎng)卡顯示器主CPU及主板NC模板主軸主軸編碼

31、器 開關(guān)量輸入（操作按鈕機床檢測輸入）開關(guān)量輸出（按鈕顯示燈，機床繼電器控制）伺服電機多功能板輸入板輸出板位置控制圖1 數(shù)控專用模板嵌入PC機結(jié)構(gòu)ISA總線 這種數(shù)控系統(tǒng)在PC機上嵌入的數(shù)控專用模板有:內(nèi)裝式PLC單元，由光電隔離開關(guān)量輸入板,光電隔離開關(guān)量輸出板及多功能板.系統(tǒng)的位置單元接口可根據(jù)使用伺服單元的不同而有不同的具體實現(xiàn)方法:當(dāng)伺服單元為數(shù)字式交流伺服時,位置單元接口采用串口通訊板;當(dāng)伺服 單元為模擬式交流伺服時,位置單元接口采用位置環(huán)板.系統(tǒng)帶RS232C接口,可直接CAD/CAM連接,帶網(wǎng)絡(luò)卡可連入工廠網(wǎng)絡(luò)。2）通用PC機與開放式可編程運動控制器構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng) 機床運動控制,邏輯控制功能由獨立的運動控制器完成,運動控制器通常由以PC硬件插件的形式構(gòu)成系統(tǒng)。數(shù)控上層軟件(數(shù)控程序編輯,人機界面等)以PC為平臺,是Windows等主流操作系統(tǒng)上的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用,并支持用戶定制。 以美國DELTA TAU公司九十年代推出的PMAC (progra -mmable mult