數(shù)控技術在機械制造中的應用與發(fā)展

1、石家莊理工職業(yè)學院畢業(yè)論文題 目：數(shù)控技術在機械制造中的應用與發(fā)展系 別： 機電工程系專 業(yè)： 機械制造及自動化學 制： 三 年姓 名： 劉 健學 號： 0911050224指導教師： 李 俊 霞 目錄摘要.3第一章、數(shù)控技術概述.41.1數(shù)控技術.41.2數(shù)控技術特點.4第二章、數(shù)控技術在機械制造業(yè)的應用. .52.1數(shù)控技術在設備上的應用.52.2數(shù)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上的應用.523數(shù)控系統(tǒng)在汽車工業(yè)方面的應用.524數(shù)控系統(tǒng)木材加工方面的應用. .525數(shù)控系統(tǒng)在采煤機制造方面的應用.6第三章、數(shù)控機床技術發(fā)展.7 3.1數(shù)控技術的發(fā)展方向.73.2數(shù)控技術的發(fā)展條件.8 3.21 數(shù)控系

2、統(tǒng)的硬件技術發(fā)展迅速.8 3.22 體系結構向開放式發(fā)展.8 3.23 實時操作系統(tǒng)進入CNC.9 3.24 現(xiàn)場總線技術開始廣泛使用.9 3.25 PLC功能繼續(xù)增強.10 3.26 CNC的通訊、網(wǎng)絡功能不斷擴大.103.27 數(shù)字式交流伺服成為主流.113.28 數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境越來越友好.113.29 數(shù)控相關技術和社會服務體系正在逐步完善.12第四章、結論.13參考文獻.14致謝.15 摘要數(shù)控技術在現(xiàn)代機械制造中起著至關重要的作用，隨著計算機技術為主流的現(xiàn)代科技技術發(fā)展和市場產(chǎn)品競爭的加劇，傳統(tǒng)的機械制造技術很難滿足現(xiàn)代產(chǎn)品多樣化的發(fā)展和日新月異的換代速度。面對多品種小批量生產(chǎn)比重

3、的加大，產(chǎn)品交貨質量和成本要求的提高，要求現(xiàn)代的制造技術具有很高的柔性。如何能增強機械制造業(yè)對外界元素的適應能力以及產(chǎn)品適應市場的變化能力，就需要我們能利用現(xiàn)代數(shù)控技術的靈活性，最大限度的應用干機械制造行業(yè)。將機械設備的功能、效率、可靠性和產(chǎn)品質量提高到一個新的水平。從而滿足現(xiàn)代市場的競爭需求。關鍵詞：機械制造 數(shù)控技術 應用發(fā)展第一章 數(shù)控技術概述1.1數(shù)控技術及其特點1.1.1數(shù)控技術所謂數(shù)控技術，即是運用計算機編寫程序對機械加工制造進行控制的技術。它是集傳統(tǒng)的機械制造技術，計算機技術、傳感檢測技術、網(wǎng)絡通信技術、光機電技術于一體的現(xiàn)代制造業(yè)基礎技術，具有高精度，高效率、柔性自動化等特點。

4、目前它是采用計算機控制，預先編程然后利用控制程序實現(xiàn)對設備的控制功能。由于計算機軟件的輔助功能替代早期使用純硬件電路組成的數(shù)控裝置，使得輸入數(shù)據(jù)的存儲、處理、判斷、運算等功能均由現(xiàn)場可編輯的軟件來完成，這樣極大的增強了機械制造的靈活性，提高設備的工作效率。1.1.2 數(shù)控技術特點(1)能方便地改變加工工藝參數(shù)，因而利于換批加工和新產(chǎn)品的研制。(2)能高質量的完成普通機床難以完成的復雜零件和零件曲面形狀的加工。(3)可實現(xiàn)一次裝夾工件完成多道工序的加工，從而能確保加工精度和減少輔助時間。 (4)采用模塊化的標準工具，既減少了換刀和安裝時間，又提高了工具標準化的程度和工具的管理水平。當然，隨著微處

5、理器的發(fā)展以及現(xiàn)代SOPC技術的發(fā)展，無論從機械加工的生產(chǎn)技術發(fā)展還是從機械設備的維修檢測以及集成程度的層次上，都勢必有極大程度的提高。而我國現(xiàn)代數(shù)控技術的發(fā)展尚處于對國外產(chǎn)品的模仿階段，缺乏技術創(chuàng)新。這不僅是對引進技術的消化不夠，更重要的在于我們?nèi)狈ν晟频募夹g創(chuàng)新環(huán)境和應有的創(chuàng)新機制。另外我們產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性不高，網(wǎng)絡化程度也不夠，目前主要用于NC程序傳送，串口通訊技術，其集成化、遠程故障排除、網(wǎng)絡化水平有限。所以，我們在數(shù)控技術的研究和應用上還有很長一段路要走，我們翹首以待中國的DNC(數(shù)字制造)技術能早日到來。第二章 數(shù)控技術在機械制造業(yè)的應用21數(shù)控技術在設備上的應用機械設備是機械

6、制造中的重中之重，面對現(xiàn)代機械制造業(yè)的需求，擁有了控制能力的機床設備是現(xiàn)代機電一體化產(chǎn)品的重要組成部分。計算機數(shù)控技術為機械制造業(yè)提供了良好的機床控制能力，即把計算機控制裝置運用到機床上，也就是用數(shù)控技術對機床的加工實施控制，這樣的機床就是數(shù)控機床。它是以代碼實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，主軸變速、刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作數(shù)字碼記錄在控制介質上，從而發(fā)出控制指令來控制機床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，以控制機床自動加工出我們所需零件。22數(shù)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上的應用工業(yè)機器人和傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)一樣是由控制單元、驅動單元和執(zhí)行機構組成的。豐要運用機器設備

7、的生產(chǎn)線上，比如裝配、焊接，噴漆等方面。或者運用于復雜惡劣的勞動環(huán)境下下，完成人類難以完成的工作，比如深水作業(yè)、太空作業(yè)等。它可以模擬人手或者腕等動作通過程序完成對構件的搬運、抓取等動作。很大程度上改善了勞動條件，保證了生產(chǎn)質量和人身安全。尤其在汽車批量裝配、噴漆或者大型集裝箱的安裝，搬運等方面起到了不可忽視的作用。在實際操作中，控制單元是由計算機系統(tǒng)組成，它好比人的中樞神經(jīng)，指揮機器人按照寫入內(nèi)核的程序向驅動單元發(fā)出指令，完成預想的操作，同時同步檢測執(zhí)行動作，一旦出現(xiàn)錯誤或發(fā)生故障，由傳感系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)反饋到控制單元，發(fā)出報警信號和相應的保護動作。而執(zhí)行機構是由伺服系統(tǒng)和機械構件組成。有動力

8、部分向執(zhí)行機構提供動力，使執(zhí)行機構在驅動元件的作用下完成規(guī)定操作。23數(shù)控系統(tǒng)在汽車工業(yè)方面的應用近些年來，汽車工業(yè)發(fā)展突飛猛進，在如此快速的發(fā)展過程中，汽車配件的加工技術業(yè)同步在飛速發(fā)展，而數(shù)控技術的應用，在一定程度上更大的加快了汽車配件的生產(chǎn)制造。將加工中心和其他高速數(shù)控機床的高速柔性生產(chǎn)集“高柔性”與“高效率”于一體不僅滿足了產(chǎn)品更新?lián)Q代頻率越來越快的要求，做到一次投資。長期受益，又有不遜于組合機床剛性自動線的自造效率，從而打破了汽車生產(chǎn)中有關“經(jīng)濟規(guī)?！钡膫鹘y(tǒng)觀念，實現(xiàn)了多品種、中小批量的搞笑生產(chǎn)。其中復雜的零部件加工制造能夠運用現(xiàn)代化數(shù)控加工技術中的快速成形制造技術輕易實現(xiàn)，不但如此

9、，還有一些其他方面的技術，如數(shù)控技術中的虛擬制造技術、柔性制造技術、集成制造技術等等，在汽車制造工業(yè)中都有了更加廣泛的應用。當今世界的汽車加工制造業(yè)已經(jīng)和數(shù)控加工技術的應用無法分開了。24數(shù)控系統(tǒng)木材加工方面的應用目前主要的CNC木材加上設備種類有：數(shù)控鏤銑機，基本功能是三軸連動，具有多個(16)高速主軸電機，每個主軸即可單獨工作，又可以任意組合或同時工作，可實現(xiàn)多個工件同時加工。具有效率高的特點，數(shù)控加工中心，根據(jù)功能可實現(xiàn)三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動或五軸聯(lián)動，具有2套能夠自動更換刀具的高速主軸電機和可裝有眾多刀具(含有加工單元)的刀庫，每個主軸即可單獨工作又可同時工作，可自動快速更換刀具，機械手控

10、制的縮放雕刻機，一般具有2一l 6個刀軸，能對平面或圓柱面進行批量的比例縮放雕刻全自動操作的機器人雕刻機，能對固定不動的工件進行表面雕刻·并聯(lián)式(桿件系統(tǒng))運動機構的數(shù)控加工中心，是一種全新的機床，對板材加工沒有任何限制；數(shù)控帶鋸機，基本功能是-二軸聯(lián)動，是針對板材的曲線加工，提高了板材的利用率；數(shù)控多排鉆，實現(xiàn)加工數(shù)據(jù)輸入，鉆排的自動定位，以提供工件精度和工作效率；數(shù)控仿形磨機，能進行刀具或圖紙的圖像采集，矢量化處理，數(shù)據(jù)標定，Nc指另生成及刀具刃磨加工；數(shù)控板材下料鋸，具有壓梁、先導鋸和自動板材進料裝置，所有的板材下料均通過按鍵存儲，在線數(shù)據(jù)輸入和板材下料最佳優(yōu)化編程令自動噴漆系

11、統(tǒng)，能對固定或移動的工件進行表面的噴涂。25數(shù)控系統(tǒng)在采煤機制造方面的應用現(xiàn)代采煤機開發(fā)速度快，品種多，都是小批量的生產(chǎn)，各種機殼的毛坯制造越來越多地采用焊件，傳統(tǒng)機械加工難以實現(xiàn)單件的下料問題，而使用數(shù)控氣割，代替了過去流行的仿型法，使用龍骨板程序對采煤機葉片、滾筒等下料，從而優(yōu)化套料的選用方案。使其發(fā)揮了切割速度快、質量可靠的優(yōu)勢，一些零件的焊接坡口可直接割出，這樣大大提高了生產(chǎn)效率。同時，數(shù)控氣割機裝有自動可調(diào)的切縫補償裝置。它允許對構件的實際輪廓進行程序控制，好比數(shù)控機床上對銑刀的半徑補償一樣。這樣可以通過調(diào)節(jié)切縫的補償值來精確的控制毛坯件的加工余量。例如在采煤機擺線齒形的銷軌輪，其切

12、槽較深，加工余量大，普通銑床的加工余量不均勻。而數(shù)控銑床可解決這一問題較精確的控制。氣割后在進行安全退火，改善了構件的組織和韌性。不但提高構件質量也降低了能源的無用浪費。在切削加工方面的應用，可實現(xiàn)形狀復雜、精度要求高的零件加工。在采煤機浮動油封的結構中，使用時要求內(nèi)環(huán)的凸曲面與外環(huán)的凹曲面的密封圈各處壓縮量相等。壓縮接觸面積均勻，才能滿足密封的功能，因此內(nèi)外環(huán)凸凹曲面的加工精度直接影響密封的可靠性。用數(shù)控機床編程加工，較容易的保證其曲面精度，滿足浮動油封的使用要求。此外，在采煤機減速機構中，其行星架等分孔的等分精度幾每行孔的同軸精度都直接影響整機的傳動精度和使用壽命，在加工中心上加工行星架，

13、不僅保證了圖樣的精度要求，同時加工效率也很高，是用坐標鏜床加工的58倍。在無鏈牽引的采煤機行走機構中，驅動輪和擺線銷軌輪，參數(shù)采用的都是大模數(shù)(大于等于25)少齒數(shù)(z小于l7)。在加工時，受齒輪加工機床和齒輪刀具所限，難以實現(xiàn)范成加工或仿行加工，用數(shù)控鏜銑床編程加工比較容易實現(xiàn)，大大減少了生產(chǎn)投入和工藝準備時間。目前，所有采煤機種大模數(shù)少齒數(shù)的齒輪一般都是用數(shù)控鏜銑床編程加工的，編出加工一個齒形的子程序，利用角度偏置或坐標旋轉編程功能，加工其余齒形。精度滿足使用要求，加工效率比較高。三大機殼的加工一直是采煤機制造業(yè)中的關鍵，加工效率及精度直接影響到采煤機的制造周期和使用壽命?，F(xiàn)代采煤機結構大

14、都是多電機“分控橫擺”在每種機殼上都有電機安裝孔，此類孔孔徑比較大。另外再加工牽引殼體端面的對接孔時，由于另一端是耳子與截割部搖臂相聯(lián)，只能臥式加工。在坐標鏜床拉坐標加工20多個孔，加工效率很低。用數(shù)控機床編程加工效率可提高47倍，而且用同一個加工程序，另用鏡像功能可以加工左、右牽引機殼及其與其聯(lián)接的中間箱體兩端面上的對接孔，逼近效率高，精度也很高。隨著采煤機產(chǎn)品開發(fā)的種類增多。新的工裝胎具數(shù)量也相應增多，生產(chǎn)投入增加，制造周期也長。利用數(shù)控機床編程加工可替代一些胎具工裝，如在機殼上使用數(shù)量較多的鉆磨胎具等。減少很多胎膜具的設計與制造。對數(shù)控機床加工替代不了必不可少的工裝，可用數(shù)控機床來加工此

15、類工裝，縮短了工藝準備時間。數(shù)控機床的充分使用，大大的提高了加工質量，減少了生產(chǎn)的投入，縮短了制造周期。數(shù)控機床具有高速切削加工的設備基礎，特別是在采煤機市場競爭日益激烈的情況下，如何提高制造質量和加工效率，增強競爭力，更多的占有市場份額，應用先進的制造技術是立足之本。在壓力加工技術方面，在熱壓力加工范圍內(nèi)。數(shù)控系統(tǒng)在熱態(tài)成型方面起著越來越大的作用。在液壓鍛造壓力機上裝上數(shù)控系統(tǒng)，能夠達到較高的工作速度，提高了生產(chǎn)率，縮短了每件加工時間，降低了能耗，鍛造精度高壓力機的經(jīng)濟性得到明顯提高。 第三章 數(shù)控機床技術發(fā)展3.1數(shù)控技術的發(fā)展方向機械設備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器接觸器控制

16、仍然是我國機械設備最基本的電氣控制形式之一。到了20世紀奶年代至50年代，出現(xiàn)了交磁放大機電動機控制，這是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制精度和快速性都有了提高。20世紀60年代出現(xiàn)了晶體管晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)運性能大為改善，而且減少了機械設備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機電動機控制系統(tǒng)。在20世紀的60年代出現(xiàn)丁一種能夠根據(jù)需要方便地改變控制程序，結構簡單、價格低廉的自動化裝置順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術的發(fā)展及應用，在20世紀70年代出現(xiàn)了一種以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器可編程序控制器。這種器件完全能夠適應惡劣的工業(yè)環(huán)

17、境，由于它具備了計算機控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點，故目前已作為一種標準化通用設備普通應用于工業(yè)控制。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的應用日益廣泛，進一步推動了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了自動編程系統(tǒng)、計算機數(shù)控系統(tǒng)、計算機群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。計算機集成制造系統(tǒng)及計算機輔助設計、制造一體化是機械制造一體化的高級階段，可實現(xiàn)產(chǎn)品從設計到制造的全部自動化。世界已經(jīng)步入了新的機電一體化時代，它是以數(shù)字化制造技術為核心的時代，數(shù)控機床就是其中的代表。如今歐美日等發(fā)達國家已經(jīng)先后完成了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化進程，而我國還處于發(fā)展階段，還有很大的發(fā)展空間。數(shù)控機床是機床業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢，它將朝著以下五個

18、方向發(fā)展：第一、復合化。隨著數(shù)控機床技術的發(fā)展，機床復合技術和復合加工技術逐漸成熟，在一臺機床上可以實現(xiàn)車、銑、鉆、攻絲、絞孔、擴孔等多種操作工序和實現(xiàn)工序間的復合加工，大大提高了機床效率。如今復合加工機床正朝著多樣化的態(tài)勢發(fā)展。第二、智能化。數(shù)控機床的智能化體現(xiàn)在系統(tǒng)的各個方面，如提高加工效率和加工質量的智能化，提高驅動性能和方便使用連接的智能化，追求簡化編程與操作的智能化，為方便系統(tǒng)診斷與維修的智能診斷、智能監(jiān)控等。目前數(shù)控機床的智能化技術已經(jīng)在數(shù)控系統(tǒng)中得到了較多體現(xiàn)。第三、高精度化。精密加工技術的發(fā)展使數(shù)控機床加工精度由原來的絲級提升至目前的微米級和亞微米級，一些特種加工精度甚至可達納

19、米級。第四、柔性化。機器人與主機的柔性化組合可以提高效率，得到了廣泛應用。柔性自動化技術是制造行業(yè)滿足市場需求和實現(xiàn)產(chǎn)品更新的主要手段。作為先進制造領域的基礎技術，它已經(jīng)成為各國制造行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。第五、綠色化。低碳節(jié)能是各行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，數(shù)控機床業(yè)也必然朝綠色化方向發(fā)展。數(shù)控技術和數(shù)控機床是制造業(yè)現(xiàn)代化的基礎，是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。我國在從制造大國向制造強國轉變的過程中，大力發(fā)展數(shù)控技術具有重要意義。近幾年來，在引進消化國外數(shù)控技術的基礎上，我國已生產(chǎn)出自主版權的數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床，但是中、高檔以上的數(shù)控系統(tǒng)仍然是以進口產(chǎn)品為主，研究目前數(shù)控機床及技術的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向，

20、將對開發(fā)出中、高檔的數(shù)控產(chǎn)品，進一步擴大數(shù)控機床市場份額起到重要作用。3.2數(shù)控技術的發(fā)展條件3.21 數(shù)控系統(tǒng)的硬件技術發(fā)展迅速隨著集成電路及計算機技術的迅猛發(fā)展，給數(shù)控硬件技術的更新?lián)Q代注入新的活力，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)普遍采用超大規(guī)模集成電路(VLSI)、專用芯片(ASIC)及數(shù)字信號處理(DSP)技術。在電氣裝聯(lián)上廣泛采用表面安裝(SMT)、三維高密度(three dimensional high density)技術，極大地提高系統(tǒng)的可靠性。高速高性能存儲技術，比如閃爍存儲(flash memory)，移動存儲(PCMCIA card)等極大地方便用戶。薄膜晶體管液晶顯示器(TFTLCD)技

21、術使得顯示裝置趨于平板化，更便于機電一體化安裝并改善人機界面。作為數(shù)控系統(tǒng)核心的處理器廣泛采用“位以上的高速RISC CPU，保證高速、高精度的數(shù)控加工。以日本FANUC 16i/18i和160i/180i為例，已形成超小、超薄型控制器，主控板僅為名片一樣大小，主處理器采用Pentium芯片。CNC和伺服采用50M/S的高速串行總線。用光纜連結I/O模塊，采用分散配置，便于機電一體化。在通訊方面采用PCMCIA存儲卡和外部計算機通訊，或采用調(diào)制解調(diào)器，用電話和人機通訊。嵌入式硬件的使用有望使得數(shù)控系統(tǒng)硬件更趨標準化、系列化。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成本也會隨著降低。3.22 體系結構向開放式發(fā)展開放式數(shù)

22、控的討論已有好些年了，但是應該看到，對于開放式結構至今沒有一致性的定義。某些用戶認為開放式表示能夠接受當?shù)厥褂玫耐ㄐ艆f(xié)議;而另一些用戶認為開放式意味著所有控制器操作界面完全一致;對機床應用工程師而言，開放式意味著對刀架移動、傳感器和邏輯控制有標準的輸入/輸出接口;對大公司和大學的研究工程師來說，開放式意味著以上這些均來自隨即拿來就用的積木塊。由于來自最終用戶和集成商(機床廠)的壓力，開放式結構的開發(fā)工作正在向前發(fā)展并將持續(xù)下去。目前的一個積極成果即是基于PC的CNC，即PC-based。世界上一些著名的數(shù)控制造商紛紛推出PC-based CNC系統(tǒng)，例如FANUC公司的FANUC 160/18

23、0，西門子公司的siemens 840Di，F(xiàn)AGOR公司的FAGOR 8070。由于采用了工業(yè)級PC機及桌面操作系統(tǒng)Windows，DOS等，其豐富的軟、硬件資源給用戶帶來諸多的方便。應該看到，在數(shù)控加工這種強實時環(huán)境中，使用商用操作系統(tǒng)Win，DOS等，還尚未得到業(yè)界的完全認可。在理論上沒有證明比現(xiàn)有傳統(tǒng)的CNC更加優(yōu)越。為應對開放式數(shù)控未來的發(fā)展，我國從2003年開始實施開放式數(shù)控國家標準GB/T18759.1。開放式數(shù)控(ONC)就其開放程度可分為三個層次。第一層次是具有可配置功能，開放的人機界面的通信接口及協(xié)議。第二層次為控制裝置在明確固定的拓撲結構之下允許替換，增加NC核心中的特定

24、模塊以滿足客戶的特殊要求。第三層次為拓撲結構的完全可變的全開放的控制裝置。這三個層次中第一層次目前基本達到。未來的發(fā)展主要圍繞第二個層次目標展開。3.23 實時操作系統(tǒng)進入CNC嚴格意義上說，數(shù)控控制軟件中包含著實時操作系統(tǒng)的思想，例如任務調(diào)度、存儲器管理、中斷處理等，但這種技術是隱含的，是和數(shù)控應用程序比如插補，伺服、譯碼等混合的。每一個數(shù)控系統(tǒng)都是獨特的，不透明的。這種情況對于最終用戶和系統(tǒng)集成商而言帶來諸多不便。在開放式數(shù)控呼聲日益高漲的今天，研究實時操作系統(tǒng)在CNC軟件中的應用是順理成章的事。特別是最近嵌入式實時操作系統(tǒng)的技術發(fā)展迅猛，這對于數(shù)控控制軟件的開發(fā)將產(chǎn)生革命性的影響。選擇一

25、個合適的商用嵌入式實時操作系統(tǒng)，將插補、伺服、譯碼、數(shù)據(jù)處理等數(shù)控應用軟件往上“掛”，最終移植到一個硬件環(huán)境中去，形成最終使用戶滿意的數(shù)控系統(tǒng)，也就是個性化的CNC系統(tǒng)，這將是開放式數(shù)控的主要方向。未來實時Linux(RT Linux)有望成為CNC實時操作系統(tǒng)的主流?！癓inux除了具有功能強大、高性能、穩(wěn)定性好以及原代碼開放等優(yōu)勢以外，其最大的特點是Linux內(nèi)核具有非常良好的結構，即可由用戶根據(jù)特殊的系統(tǒng)需求，對內(nèi)核進行配置或裁剪，而這一特點恰恰滿足了可開放式數(shù)控應用的差異性需求。3.24 現(xiàn)場總線技術開始廣泛使用現(xiàn)場總線(field bus)實質上是工控網(wǎng)絡中的低檔產(chǎn)品。因為底層設備通

26、信有以下特點：1)通信環(huán)境惡劣，可能受到溫度、濕度變化、塵埃、電壓波動、機械振動和電磁場干擾等因素影響。2)信息傳遞主要是設備與設備之間，故對通信可靠性要求高。3)通信內(nèi)容和時間一般可以預先設定，隨機、自發(fā)產(chǎn)生的信息相對較少，這可使通信協(xié)議大大簡化。4)由于有較多的監(jiān)控信息，實時性要求高。 5)要求有一定的故障診斷和容錯能力，以防止不必要的系統(tǒng)故障。6)距離短，頻度高?；谏鲜鎏攸c，底層設備互連網(wǎng)絡通常采用協(xié)議簡單、響應迅速、可靠性高的主.從通信方式，使用工控網(wǎng)絡中的低檔產(chǎn)品，如現(xiàn)場總線。西門子公司的profibus首先應用在802D中、低擋數(shù)控系統(tǒng)中。對802D而言，24V電源為“心臟”，P

27、CU模塊為“大腦”，profibus為“神經(jīng)”。因為PCU和I/O以及伺服系統(tǒng)的連結均依靠p礎bus。PCU為主站，PP1、PP2、611U為從站，并均有節(jié)點地址。FAGOR公司的SERCOS主要用于CNC和伺服系統(tǒng)的通訊且采用光纜。最高傳輸速率為4M baud。SERCOS將CNC(8055，8070)和主軸、坐標軸驅動連結起來，每個節(jié)點亦有相應地址。從FAGOR 8070開始，CNC和I/O的連結采用CAN總線。FANUC I/O Link是CNC連結擴展I/O的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的總線，而FFSB則是連接CNC和伺服系統(tǒng)的總線。3.25 PLC功能繼續(xù)增強可編程控制器(PLC)在數(shù)控機床上主要

28、完成MST功能(輔助功能)，即除了主運動以外的輔助功能，但目前PLC在數(shù)控機床上的功能正在逐漸擴大，例如：1)可通過報警文本編輯產(chǎn)生個性化的診斷頁面。2)PLC直接控制坐標軸。3)在系統(tǒng)配置和初始化時發(fā)揮作用，這個作用對西門子系統(tǒng)的PLC最為明顯。PLC的基本程序(非用戶梯形圖)在機床調(diào)整時，激活機床操作面板MCP并設置通道和主軸、坐標軸。通道相當FANUC中的Head。4)通過PLC提供的參數(shù)和CNC系統(tǒng)參數(shù)可以在PLC和零件加工程序之間傳遞信息，以完成某些特定功能。即PLC已經(jīng)滲透到零件加工程序的編制中。單獨的PLC可以完成全部的CNc功能，這已經(jīng)成為現(xiàn)實。但就目前而言，PLC主要還是在數(shù)

29、控系統(tǒng)配置到機床上時起一個“接口”作用，包括MST功能，診斷功能等，這種功能正在不斷擴大。3.26 CNC的通訊、網(wǎng)絡功能不斷擴大從早期的DNC，RS232、422和485一直到目前的MAP，EtIlemet等，數(shù)控機床的網(wǎng)絡通訊功能在不斷增強。為解決大容量零件加工程序的傳遞和存儲，一是可采用DNC中的前端機進行分配和傳輸，即形成DNC主機一前端機.CNC的三層模式。而一臺前端機可控制多臺CNC。另外一種，對于帶PCMC認卡的CNC系統(tǒng)，可利用該存儲卡傳遞加工程序(一張卡為58M)。第二種最簡單的方法可利用CNC和后臺編輯功能，在切削時同時傳遞零件加工程序。CNC的通訊功能還有一個目的是上傳數(shù)

30、控機床的狀態(tài)及故障信息，以便上位機監(jiān)控并進行故障診斷。西門子840D/810D可以通過電話線、ISDN、Internet、GSM或LAN、WAN、Intranet和上位機通訊，進行遠程診斷，但需安裝遠程診斷軟件、調(diào)制解調(diào)器，并有電話線或通過網(wǎng)卡進行。MAZAK公司的MAZATROL 640等亦具有這種功能。3.27 數(shù)字式交流伺服成為主流數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)體積小，性能好，調(diào)試方便，克服了過去模擬伺服系統(tǒng)用電位器調(diào)節(jié)的不便。通過數(shù)字設定可優(yōu)化速度、電流環(huán)，可進行轉矩限制，進行加減速控制，另外可以和外部計算機通訊，備份伺服參數(shù)，并在上位機顯示電流、扭矩波形，便于觀察。CNC和數(shù)字式伺服的連接方法有

31、以下幾種：1）備有現(xiàn)場總線的系統(tǒng)。例如西門子802D，F(xiàn)AGOR 8055、8070等，采用如圖1所示的連接。對FAGOR 8055，8070而言，現(xiàn)場總線SERCOS連接CNC和主軸、伺服驅動與圖1連接相同。2）FANUC數(shù)字伺服連接。伺服電動機上的編碼器將信號直接反饋給CNC系統(tǒng)，既作為位置反饋(半閉環(huán))，又作為速度反饋。CNC發(fā)出的速度指令送入驅動單元的JV1B和JV2B。OiC系統(tǒng)則采用FSSB光纖進行CNC和伺服通信，這和三菱伺服的連結類似。3）三菱公司數(shù)字伺服的連接。與上述FANUC系統(tǒng)有所不同是CNC僅向伺服驅動提供位置命令，位置環(huán)和速度環(huán)均在數(shù)字伺服MDS-SVJ2之中完成，并

32、且驅動單元之間亦為串行聯(lián)結，即所謂“位置環(huán)下移”現(xiàn)象。伺服系統(tǒng)具有原數(shù)控的部分功能，有利于簡化數(shù)控系統(tǒng)的結構，提高數(shù)控系統(tǒng)運行的可靠性。3.28 數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境越來越友好數(shù)控系統(tǒng)如何安裝在一臺機床上，這就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。除了硬件聯(lián)結之外主要有兩個方面的問題，一個是PLC梯形圖的編寫。另一個是機床參數(shù)的確定。前者主要解決輔助功能的匹配，比如機床冷卻、潤滑、主軸正、反轉以及機床操作面板的適配。而后者主要匹配機床的主運動，例如進給速度，加減速，行程限制等。這里主要介紹PLC梯形圖的開發(fā)問題。早期的數(shù)控機床的梯形圖是由CNC工程師根據(jù)機床的功能編寫的。編譯完以后再插入到數(shù)控軟件中去，隨著數(shù)控技

33、術的普及，原先由數(shù)控系統(tǒng)制造商壟斷的接口軟件開發(fā)已轉移到機床廠或數(shù)控集成商。用戶可根據(jù)CNC制造商提供的集成方法和文件自行開發(fā)，大大促進了數(shù)控技術的發(fā)展和普及?，F(xiàn)在為了減輕機床廠和系統(tǒng)集成商編寫梯形圖的負擔，西門子公司在802D系統(tǒng)中提供了PLC應用程序實例和子程序庫說明，最終用戶在編寫梯形圖時，只要利用參數(shù)調(diào)用就可以完成梯形圖的編寫，大大方便了用戶并節(jié)約了時間。CAPP(計算機輔助工藝設計)內(nèi)容滲入到CNC亦是目前的一個發(fā)展方向，這樣有助于加工效率和產(chǎn)品質量的提高。PC-based CNC的出現(xiàn)為CAPP內(nèi)容的滲透創(chuàng)造了有利條件。由于數(shù)控控制軟件目前沒有公開，因此最終用戶在進行二次開發(fā)時始終

34、處于一種被動狀態(tài)，可以設想一下，未來的數(shù)控控制軟件是機床廠或系統(tǒng)集成商可以自由裝配的，就象目前的PLC梯形圖開發(fā)一樣隨意。真正的個性化的數(shù)控機床將會被每個高水平的集成商或最終用戶開發(fā)出來。這樣的數(shù)控集成環(huán)境才是最美好的。嵌入式實時操作系統(tǒng)特別是源碼公開的Linux嵌入式實時內(nèi)核的出現(xiàn)為這種前景提供了可能。3.29 數(shù)控相關技術和社會服務體系正在逐步完善數(shù)控相關技術，首推CAD/CAM，目前商用的CAD/CAM軟件十分豐富，UG-II，Pro/E，Solidworks，Mastercam等已十分普遍。并將工藝設計(CAPP)內(nèi)容融合進去，給用戶提供典型工藝方案以供選擇。所生成的數(shù)控零件加工程序更符合實際需要。目前存在的普遍問題是CAD/CAM軟件產(chǎn)生的二進制文件(刀位文件)均要經(jīng)過后置處理轉化為字符串文件，供給數(shù)控機床使用。而這些零件加工程序一進入數(shù)控系統(tǒng)后又還原二進制文件以供插補等運算。這種信息傳遞的過程很難做到高效、優(yōu)質、快捷。人們期待著一種CAD/CAM/CNC的高效信息傳遞方式。數(shù)控技術的發(fā)展離不開整個社會服務體系的完善，包括人材培訓，維修服務等方面的配合。2002年10月國家勞動和社會保障部啟動機電類高層次技能型人材培訓工程