机床数控技术的发展趋势

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1、机床数控技术的发展趋势为了在越来越激烈的全球巿场竞争中立于不败之地，各工业发达国家均投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，并相继提出了多种全新的制造模式。如集成制造、柔性制造、智能制造、数字制造、网络制造等，其目标不外乎提高制造的效率和精度，以及增加加工的适应性和降低生产成本。数控机床(系统)作为现代制造系统的关键基础单元，其功能的强弱和性能的好坏决定着上述制造模式的成败。为适应日益复杂的制造过程，数控技术正在发生根本性变革。在体系结构方面，数控系统已基本上实现由专用型封闭式结构模式向通用型开放式结构模式的转型，并向基于PC的全数字化体系结构发

2、展；在网络化基础上，数控系统可方便地与CAD/CAM集成为一体，数控机床的联网运行，使得车间网络化监控、维护与管理变成了现实；在数控系统的高速、高精、高效控制方面，也采取了很多措施，如高速下的平滑控制算法、提高系统的快速响应能力、提高反馈和控制环节的数据分辨率等，获得了不错的效果；在智能化控制方面，通过采样加工过程中影响产品加工质量的外部变量，实现了加工参数的自动修正、调节与补偿，有效提高了CNC的工作效率。本文结合近两年来作者所在国家数控系统工程技术研究中心和武汉华中数控股份有限公司参观汉诺威EMO2005和芝加哥IMTS2006的观感，以及

3、我们长期以来对数控技术发展动态的关注，对上述数控技术的发展趋向作一探讨。一、数控系统体系结构向基于PC的全数字化开放体系结构方向发展1基于PC的开放式数控系统已得到广泛认可，具有强大的生命力从两次机床展上可以看到，著名厂商的高档数控系统都以基于PC的开放数控系统为主流。SINUMERIK840Disl是基于PC的数控系统，其软件系统[MMC(人机通信)软件系统、NC(数字控制)软件系统、PLC(可编程逻辑控制)软件系统和通信及驱动接口软件]中的MMC软件系统采用WindowsNT或XP操作系统。机床制造商可以按照自己的特殊操作方式和理念，利用W

4、indows技术改变人机界面(HMI)。其开放式系统理念的一个重要特点是，可以在数控核心部分，使用标准的开发工具对用户指定的系统循环和功能宏进行调整。FANUC16i/18i/21i/30i系列是具有网络功能的超小型、超薄型高档CNC系统，其硬件结构采用CNC内建PC型式，NC卡完成高实时性要求的数控运算和PLC控制功能，PC完成操作界面、编程、数据管理、网络等相对弱实时性要求功能。操作系统采用Windows2000/XP或WindowsCE。备有C语言执行程序、嵌入式宏执行程序等各类功能。CNC系统与主计算机的连接接口采用高速串行总线(HSS

5、B)。FANUC300i/310i/320i系列采用WindowsCE作为操作系统，并提供动态链接库函数供用户二次开发。HEIDENHAIN公司推出的最新一代TNC控制器iTNC530采用全新的微处理器结构，具有非常强大的计算能力，可控制12轴，控制器本身包含主机单元和控制单元两个部分。主机单元采用Intel处理器以及AGP图形显示卡，并带有各类数据通信接口(Ethernet/RS232/RS422/USB等)，是典型的基于PC的系统。FAGOR公司最高档数控系统CNC8070是CNC技术与PC技术的结晶，是与PC兼容的数控系统，采用Penti

6、umCPU，可运行WINDOWS和MS-DOS，可控制16轴+3电子手轮+2主轴，可运行VISUALBASIC，VISUALC++，程序段处理时间<1ms，PLC可达1024输入点/1024输出点，执行时间1ms/1k指令，具有以太网、CAN、SERCOS通讯接口，可选用±10V模拟量接口。能在基于PC的体系结构上设计出世界顶级数控系统，说明基于PC结构的开放数控系统具有很强的生命力。2全数字化是未来数控系统发展的必然趋势全数字化不仅包括数控单元到伺服接口以及伺服系统内部是数字的，而且还应该包括测量单元的数字化。因此，现场总线、编码器到伺服的数

7、字化接口、驱动单元内部三环(位置环、速度环及电流环)数字化，是数控系统全数字化的重要标志。1)编码器到伺服的接口数字化也必将获得发展编码器到伺服驱动的数字化接口虽然只在Heidenhain的系统中得以实现，但作为全数字化数控系统的必要构成环节，未来将获得更多发展。图3所示为Heidenhain通过EnDae2.2协议连接的编码器和伺服驱动。2)驱动单元三环全数字化是全数字化的重要内容三环(位置环/速度环/电流环)数字化是全数字化的重要内容。HEIDENHAINiTNC530控制单元最新的设计中集成了控制系统所有伺服控制回路(位置环/速度环/电流

8、环)，所有伺服计算都在DSP(数字信号处理器)中完成。测量组件的反馈均集成在控制单元上，包含位置反馈和速度反馈。3多通道软件体系结构是适应整合数控机床