數(shù)控系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展與應用現(xiàn)狀

./數(shù)控技術(shù)課大作業(yè)專業(yè)：學號：學生：指導教師：完成日期：數(shù)控系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展及應用現(xiàn)狀目錄第1章 序言第2章數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程和趨勢2.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程2.2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第3章國外和國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)功能介紹與應用分析3.1國外數(shù)控系統(tǒng)功能介紹與應用分析3.1.1西門子SINUMERIK840D3.1.2FANUC數(shù)控系統(tǒng)63.2國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)功能介紹與應用分析3.2.1華中"世紀星"數(shù)控系統(tǒng)3.2.2XX數(shù)控GSK27全數(shù)字總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)第4章國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)比較及差距分析4.1國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)比較4.1.1西門子公司數(shù)控系統(tǒng)<SIEMENS>的產(chǎn)品特點4.1.2FANUC公司數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)品特點4.2我國數(shù)控系統(tǒng)與國外數(shù)控系統(tǒng)的差距參考文獻第一章序言數(shù)控即數(shù)字控制<NumericalControl,NC>。數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字信號形成的控制程序?qū)σ慌_或多臺機械設備進行控制的一門技術(shù)。數(shù)控機床,簡單的說,就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床。即將機床的各種動作、工件的形狀、尺寸以及機床的其他功能用一些數(shù)字代碼表示,把這些數(shù)字代碼通過信息載體輸入給數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算以及處理,發(fā)出相應的動作指令,自動地控制機床的刀具與工件的相對運動,從而加工出所需要的工件。因此,數(shù)控機床就是一種具有數(shù)控系統(tǒng)的自動化機床。它是典型的機電一體化產(chǎn)品,是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵設備。第二章數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程和趨勢2．1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展過程1946年誕生了世界上第一臺電子計算機,這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。六年后,即在1952年,計算機技術(shù)應用到了機床上。在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此,傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來,數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。1.數(shù)控<NC>階段<1952-1970年>早期計算機運算速度低,這對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大,但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng),被稱為硬件連接數(shù)控,簡稱為數(shù)控<NC>。隨著元器件的發(fā)展,這個階段歷經(jīng)了三代,即1952年第一代——電子管;1959年第二代——晶體管;1965年第三代——小規(guī)模集成電路。2.計算機數(shù)控<CNC>階段<1970——現(xiàn)在>到1970年,通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。其運算速度比五、六十年代有了大幅度的提高,這比專門"搭"成的專用計算機成本低、可靠性高。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件,從此進入了計算機數(shù)控<CNC>階段<把計算機前面應有的"通用"兩個字省略了>。到1971年美國lintel公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件——運算器和控制器,采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上,稱之為微處器,又可稱中央處理單元<簡稱CPU>。到1974年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。由于微處理器是通用計算機的核心部件,故仍稱為仿計算機數(shù)控。到了1990年,PC機<個人計算機,國內(nèi)習慣稱微機>的性能已發(fā)展到很高的階段,可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求,而且PC機生產(chǎn)批量很大,價格便宜,可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段?？傊?計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年第四代——小型計算機；1974年第五代——微處理器和1990年第六代——基于PC的階段<國外稱為PC-BASED>。必須指出,數(shù)控系統(tǒng)近五十年來經(jīng)歷了兩個階段六代的發(fā)展,只是發(fā)展到了第五代以后,才從根本上解決了可靠性低,價格極為昂貴,應用很不方便等極為關(guān)鍵的問題。因此,即使在工業(yè)發(fā)達國家,數(shù)控機床大規(guī)模地得到應用和普及,是在七十年代未八十年代初以后的事情,也即數(shù)控技術(shù)經(jīng)過近三十年的發(fā)展才走向普及應用的。還要指出的是,雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控<即CNC>了,而我國仍習稱數(shù)控<NC>。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"實質(zhì)上已是指"計算機數(shù)控"了。2.2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng),到現(xiàn)在已走過了五十多年的歷程。近10年來,隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應運而生,發(fā)展很快。總體上講,目前世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展。向模塊化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展。向PC—based化和開放性方向發(fā)展。出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備,機械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。信息技術(shù)<IT>與機床的結(jié)合,機電一體化先進機床將得到發(fā)展。納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流,并將有新的突破。節(jié)能環(huán)保機床將加速發(fā)展,占領(lǐng)廣大市場。第三章國外和國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)功能介紹與應用分析3.1國外數(shù)控系統(tǒng)功能介紹與應用分析西門子SINUMERIK840DSINUMERIK840D是西門子公司20世紀90年代推出的高性能數(shù)控系統(tǒng)。它保持西門子前兩代系統(tǒng)SINuMERIK880和840C的三CPU結(jié)構(gòu)：人機通信CPU<MMC-CPU>、數(shù)字控制CPU<NC-CPU>和可編程邏輯控制器CPU<PLC-CPU>。三部分在功能上既相互分工,又互為支持。在物理結(jié)構(gòu)上,NC-CPU和PLC-CPU合為一體,合成在NCU<NumericalControlUnit>中,但在邏輯功能上相互獨立。SINUMERIK840D的特點主要包括：<1>數(shù)字化驅(qū)動。在SINUMERIK840D中,數(shù)控和驅(qū)動的接口信號是數(shù)字量,通過驅(qū)動總線接口,掛接各軸驅(qū)動模塊。<2>軸控規(guī)模大。最多可以配31個軸,其中可配10個主軸。<3>可以實現(xiàn)五軸聯(lián)動。SINUMERIK840D可以實現(xiàn)X、Y、Z、A、B五軸的聯(lián)動加工,任何三維空間曲面都能加工。<4>操作系統(tǒng)視窗化.SINUMERIK840D采用Windows95作為操作平臺,使操作簡單、靈活,易掌握。<5>軟件內(nèi)容豐富功能強大。SINUMERIK840D可以實現(xiàn)加工<Machine>、參數(shù)設置<Parameter>、服務<Services>、診斷<Diagnosis>及安裝啟動<Start—up>等幾大軟件功能。<6>具有遠程診斷功能。如現(xiàn)場用PC適配器、MODEM卡,通過電話線實現(xiàn)SINUMERIK840D與異域PC機通信,完成修改PLC程序和監(jiān)控機床狀態(tài)等遠程診斷功能。<7>保護功能健全。SINUMERIK840D系統(tǒng)軟件分為西門子服務級、機床制造廠家級、最終用戶級等7個軟件保護等級,使系統(tǒng)更加安全可靠。<8>硬件高度集成化。SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)采用了大量超大規(guī)模集成電路,提高了硬件系統(tǒng)的可靠性。<9>模塊化設計。SINUMERIK840D的軟硬件系統(tǒng)根據(jù)功能和作用劃分為不同的功能模塊,使系統(tǒng)連接更加簡單。<10>內(nèi)裝大容量的PLC系統(tǒng)。SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝PLC最大可以配2048輸入和2048輸出,而且采用了Profibus現(xiàn)場總線和MPI多點接口通信協(xié)議,大大減少了現(xiàn)場布線。<11>PC化。SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)是一個基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。FANUC數(shù)控系統(tǒng)6FANUC數(shù)控系統(tǒng)6,是具備一般功能和部分高級功能的中級型CNC系統(tǒng),分成6M與6T兩個品種,它們的硬件部分是通用的,只變更其部分軟件來獲得不同功能,6T適用于車床,6M適用于銑床和加工中心。FANUC數(shù)控系統(tǒng)6的特點主要包括：<1>可靠性高。由于使用了大容量磁泡存儲器、大規(guī)模專用集成電路和高速微處理器,而且在制造過程中采用嚴格篩選,使用自動檢測器進行自動檢測以及環(huán)境試驗等措施,大大提高了電路的可靠性。為了提高動作的可靠性,該系統(tǒng)還備有數(shù)據(jù)奇偶校驗、程序?qū)Ρ刃ｒ灪蜁r序校驗等校驗功能。<2>適用于高精度、高效率加工,最小脈沖當量為1μm或0.001in,具有提高加工精度的間隙補償和絲杠螺距誤差補償功能；還有自動監(jiān)視和自動補償伺服系統(tǒng)漂移的功能；有自動監(jiān)視誤差寄存器的靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差的功能；備有高效率的隨機選擇自動換刀機構(gòu)和純電氣式的主軸快速定向控制系統(tǒng)；有控制主軸電動機轉(zhuǎn)速、確保切削速度不變的恒速切削控制；還有為縮短加工時間的許多固定循環(huán)。<3>容易編程。備有由用戶自己制作特有變量型子程序的用戶宏功能；有不必預先計算就能夠直接指定刀尖設定點的刀尖半徑補償功能；能用圖樣標記半徑值直接指令的圓弧補償；還有便于某些交換工作臺機械編程的返回第2參考點功能,只需指定精加工尺寸就可以自動進行粗切削、精切削的復合型固定循環(huán)。<4>容易維護保養(yǎng),現(xiàn)場調(diào)試方便。能夠使用微處理器進行CNC系統(tǒng)內(nèi)部監(jiān)視,能判斷160種<6M>或130種<6T>停車故障；確認CNC系統(tǒng)的所有輸入/輸出開關(guān)信號的顯示值或輸出值,能發(fā)現(xiàn)數(shù)控柜和機床強電柜的故障；間隙補償量、螺距誤差補償量、伺服系統(tǒng)時間常數(shù)等參數(shù)可簡單地用MDI輸入設定。<5>操作性好,使用安全。大容量磁泡存儲器,具有最大320m控制帶的存儲、編輯功能,用程序號檢索可以調(diào)出所需程序進行加工,具有相當于DNC的功能；使用CRT顯示器能確認程序內(nèi)容、偏移量的設定與變更和各種動作的狀態(tài),加上手動操作,大大提高了操作性能；使用帶小數(shù)點的數(shù)字表示尺寸或位置可以防止眼誤；具備便于工程管理、刀具壽命管理的累計使用時間顯示功能等；為了保護所存入的程序,使用帶"鎖"的鍵輸入；為防止刀具與工件沖撞,使用了存儲式限位開關(guān),設置刀具禁入?yún)^(qū)域。3.2國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)功能介紹與應用分析3.2.1華中"世紀星"數(shù)控系統(tǒng)1"世紀星"系統(tǒng)配置主要特點如下：1基于工業(yè)PC的數(shù)控系統(tǒng),先進的開放式體系結(jié)構(gòu)?？膳c數(shù)控車、數(shù)控銑、加工中心、車銑復合等機床配套。2"世紀星"系統(tǒng)有普及型〔HNC-21和功能型〔HNC-22兩個系列,可配4個進給軸,最大聯(lián)動軸數(shù)為4軸〔可擴展到6軸控制和聯(lián)動。進給軸控制接口類型有脈沖、模擬、串口等多種類型,可連接多種伺服電機和步進電機。既可用作半閉環(huán)、閉環(huán)控制,也可用作開環(huán)控制。3系統(tǒng)配置7.7英寸彩色液晶顯示器〔分辨率640×480象素,也可配10.4英寸TFT彩色液晶顯示器〔分辨率640×480象素,畫面美觀、清晰、直觀。4可選配電子盤、硬盤、軟驅(qū)、網(wǎng)絡等存儲器,極大地方便用戶的程序輸入。用戶程序可斷電儲存容量達16MB。程序存儲個數(shù)無限制,直至存儲器寫滿。5標準配置40路輸入和32路輸出,不需擴展即可滿足大部分車、銑和加工中心的控制要求,并可根據(jù)需要擴展到128路輸入和128路輸出。6面板包含標準車、銑床操作按鈕和狀態(tài)指示燈,使用戶操作直觀明了。顯示屏亮度具有手動和自動調(diào)節(jié)功能。7DNC接口通訊功能,DNC最大速度115.2KB/S；可選配局域網(wǎng)〔以太網(wǎng)連接功能,可實現(xiàn)數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng),以太網(wǎng)速度可達10-100MB/S。2"世紀星"系統(tǒng)功能主要特點如下：1編程語言采用國際通用的G代碼編程,具有直線、圓弧、螺旋線插補功能,支持程序的旋轉(zhuǎn)、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序、子程序調(diào)用、多種坐標系設定等功能。支持MasterCAM、UG、ProE等CAD/CAM系統(tǒng)生成的數(shù)控加工程序。2支持公制/英制輸入,絕對值/增量值編程,每分鐘/每轉(zhuǎn)進給和直徑/半徑編程功能。3提供多種固定循環(huán)和復合循環(huán),車床內(nèi)〔外徑粗車復合循環(huán)支持凹槽加工功能。固定循環(huán)和復合循環(huán)的使用可以用一個程序段來完成一個加工循環(huán),使編程大大簡化。4車床支持倒角〔直角、圓角、螺紋切削,螺紋切削具有多頭螺紋加工功能,并可加工變螺距螺紋。銑床既支持柔性攻絲也支持剛性攻絲,剛性攻絲的使用提高了加工效率,保證螺紋精度。5支持恒線速度切削功能,根據(jù)刀尖的位置自動變化主軸速度,使切削線速度保持恒定,以滿足工件加工的工藝要求,大大提高精加工面粗糙度,延長刀具的使用壽命。6具有小線段連續(xù)高速加工功能〔G64和準確定位功能〔G61,加減速控制采用S曲線加減速。G64支持程序超前預處理,超前預讀程序,將小線段按連續(xù)軌跡高速進給,根據(jù)拐角大小,自適應控制進給速度,保證拐點處的誤差小于跟蹤誤差的允差設定,特別適合加工CAD/CAM生成的復雜模具加工程序。78重子程序調(diào)用,宏程序支持邏輯運算符〔AND、OR、NOT、函數(shù)〔SIN,COS,TAN,ATAN,ATAN2,ABS,INT,SQRT,EXP、條件判別語句〔IF,ELSE,ENDIF和循環(huán)語句〔WHILE,ENDW,可實現(xiàn)復雜的運算,功能強大。用戶使用變量進行算術(shù)、邏輯和函數(shù)的混合運算,可編制各種復雜的零件加工程序,減少甚至免除繁瑣計算,大大精簡程序量。8支持單、雙向螺距補償和反向間隙補償,螺距補償數(shù)據(jù)最多可達256點。具有跟蹤誤差允差設定與報警功能,數(shù)控系統(tǒng)實時監(jiān)控機床實際坐標,對機床的非正常運行狀態(tài)進行報警。9具有斷點保存與恢復功能,大零件程序加工可分時段加工,系統(tǒng)記憶上次中斷加工時的狀態(tài),為用戶提供極大的方便10三維圖形實時顯示刀具軌跡和零件形狀,界面實時加工參數(shù)顯示,包括坐標位置〔機床、工件、相對、跟蹤誤差、剩余進給、M、S、T和進給速度、倍率等,顯示內(nèi)容豐富。11空運行和圖形化程序校驗功能,方便加工代碼的編制和檢驗。12進給修調(diào)、快速修調(diào)和主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)三種控制功能,修調(diào)范圍達到10－150％。13系統(tǒng)采用漢字用戶界面,提供完善的在線幫助功能〔程序代碼和幫助圖例,操作簡便,易于掌握和使用。14支持自動換刀、刀具長度補償和刀尖半徑補償。車床系統(tǒng)支持多種對刀方式〔相對刀偏和絕對刀偏,刀補具有圓弧半徑補償,滿足高精度加工的要求。15支持指定程序行加工、任意程序行加工和程序跳段功能,加工代碼的控制更加方便、靈活。16提供標準的PLC圖形顯示和設置,方便用戶的查看和修改。17提供二次開發(fā)接口,可按用戶要求定制控制系統(tǒng)的功能,適合專用機床控制系統(tǒng)的開發(fā)。3.2.2XX數(shù)控GSK27全數(shù)字總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)GSK27系統(tǒng)是XX數(shù)控承擔國家高檔數(shù)控裝置開發(fā)重大專項項目的結(jié)晶,是廣數(shù)依托自己的成熟的數(shù)控研發(fā)技術(shù)、工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)、制造技術(shù)等的最新成果。系統(tǒng)采用多處理器實現(xiàn)nm級控制；人性化人機交互界面,菜單可配置,根據(jù)人體工程學設計,更符合操作人員的加工習慣；采用開放式軟件平臺,可以輕松與第三方軟件連接；高性能硬件支持最大8通道,64軸控制。GSK27全數(shù)字總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)主要特點包括：<1>開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺,對第三方軟件有很好的支持；<2>多通道、多軸聯(lián)動控制；<3>采用高性能處理器實現(xiàn)納米級控制；<4>支持各種常用編程軟件的刀具路徑程序；<5>電子手輪可手動控制各進給軸；<6>具有三維刀具補償；<7>具有旋轉(zhuǎn)刀具中心點編程；<8>具有遠程診斷技術(shù)；具有三維仿真技術(shù)。第四章國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)比較及差距分析4.1國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)比較4.1.1西門子公司數(shù)控系統(tǒng)<SIEMENS>的產(chǎn)品特點：SIEMENS公司的數(shù)控裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)設計,經(jīng)濟性好,在一種標準硬件上,配置多種軟件,使它具有多種工藝類型,滿足各種機床的需要,并成為系列產(chǎn)品。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,越來越多地采用大規(guī)模集成電路<LSI>,表面安裝器件<SMC>及應用先進加工工藝,所以新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊,性能更強,價格更低。采用SIMATICS系列可編程控制器或集成式可編程控制器,用SYEP編程語言,具有豐富的人機對話功能,具有多種語言的顯示。SIEMENS公司CNC裝置主要有SINUMERIK3／8／810／820／850／880／805／802／840系列。4.1.2FANUC公司數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)品特點：〔1結(jié)構(gòu)上長期采用大板結(jié)構(gòu),但在新的產(chǎn)品中已采用模塊化結(jié)構(gòu)?！?采用專用LSI,以提高集成度、可靠性,減小體積和降低成本。〔3產(chǎn)品應用范圍廣。每一CNC裝置上可配多種上控制軟件,適用于多種機床?！?不斷采用新工藝、新技術(shù)。如表面安裝技術(shù)SMT、多層印制電路板、光導纖維電纜等?！?CNC裝置體積減小,采用面板裝配式、內(nèi)裝式PMC〔可編程機床控制器?！?在插補、加減速成、補償、自動編程、圖形顯示、通信、控制和診斷方面不斷增加新的功能：插補功能：除直線、圓弧、螺旋線插補外,還有假想軸插補、極其坐標插補、圓錐面插補、指數(shù)函數(shù)插補、樣條插補等。切削進給的自動加減速功能：除插補后直線加減速,還插補前加減速。補償功能：除螺距誤差補償、絲杠反向間隙補償之外,還有坡度補償線性度補償以及各新的刀具補償功能。故障診斷功能：采用人工智能,系統(tǒng)具有推理軟件,以知識庫為根據(jù)查找故障原因。〔7CNC裝置面向用戶開放的功能。以用戶特訂宏程序、MMC等功能來實現(xiàn)?！?支持多種語言顯示。如日、英、德、漢、意、法、荷、西班牙、瑞典、挪威、丹麥語等?！?備有多種外設。如FANUCPPR,FANUCFACard,FANUCFLOPYCASSETE,FANUCPROGRAMFILEMate等?！?0已推出MAP〔制造自動化協(xié)議接口,使CNC通過該接口實現(xiàn)與上一級計算機通信?！?1現(xiàn)已形成多種版本。FANUC系統(tǒng)早期有3系列系統(tǒng)及6系列系統(tǒng),現(xiàn)有0系列、10/11/12系列、15、16、18、21系列等,而應用最廣的是FANUC0系列系統(tǒng)。4.2我國數(shù)控系統(tǒng)與國外數(shù)控系統(tǒng)的差距國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)總體來說差距還是有。最近幾