商丹丹

（天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 300350）

現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢

商丹丹

（天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 300350）

通過研究現(xiàn)代化數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，而且本文對數(shù)控開放性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作簡要的介紹。

數(shù)控系統(tǒng)；發(fā)展趨勢；現(xiàn)狀

隨著新世紀(jì)的到來，數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)的發(fā)展也越來越快。同時(shí)，國外的數(shù)控大公司也不斷涌進(jìn)中國的市場，像FANUC、YASKAWA、SIEMENS、A-B、MITSUBISHI這些公司。但是從現(xiàn)狀來看，中國在世界的數(shù)控市場所占份額并不大。所以，中國的數(shù)控行業(yè)面臨內(nèi)外巨大的壓力，該如何繼續(xù)發(fā)展我國的數(shù)控行業(yè)，是我們研究的方向?？萍嫉陌l(fā)展終究是技術(shù)是關(guān)鍵，因此，只有靠技術(shù)的競爭才能贏得市場的競爭，使我國的數(shù)控行業(yè)蓬勃發(fā)展。

眾所周知，工業(yè)制造現(xiàn)代化的根本是數(shù)控技術(shù)及裝備，其體現(xiàn)了我國的的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與綜合國力。數(shù)控系統(tǒng)更是數(shù)控技術(shù)的不可忽視的重點(diǎn)。但是隨著現(xiàn)代化的生產(chǎn)，對CNC的要求也日益提高，同時(shí)也出現(xiàn)了許多問題，例如，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的不兼容，編程的難易程度高，智能性低等等。這些問題的出現(xiàn)嚴(yán)重的阻礙了數(shù)控行業(yè)的發(fā)展，因此，我們需要建立一個更加強(qiáng)大的開放性體系結(jié)構(gòu)是數(shù)控蓬勃發(fā)展的最重要趨勢。

1 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控技術(shù)特點(diǎn)

1.1 國外與國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)及現(xiàn)狀

經(jīng)過幾十年的計(jì)算機(jī)、電子、自動化、軟件技術(shù)的開發(fā)和高速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)從硬件電路制成的硬件數(shù)控轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的代替。因?yàn)檫^去的系統(tǒng)軟件運(yùn)用的是專門的，封閉的體系結(jié)構(gòu)嚴(yán)重阻礙了現(xiàn)代制造業(yè)向信息化、靈敏制造業(yè)模式發(fā)展的轉(zhuǎn)變。因此國外許多大型數(shù)控企業(yè)為了能夠改變此現(xiàn)狀，在20世紀(jì)80年代末90年代初提出了開放性體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的概念，為的是能夠通過此體系結(jié)構(gòu)，讓系統(tǒng)更加智能、開放、網(wǎng)絡(luò)化。

而隨著我國近二十年來的發(fā)展，可以說，我國的數(shù)控系統(tǒng)在開發(fā)研究的水平與國外的相比較是旗鼓相當(dāng)。當(dāng)然，某些公司的產(chǎn)品的數(shù)控功能是相當(dāng)完整的，并且它們的價(jià)格還比較低，也很值得信賴。這也離不開中國特色經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的高速發(fā)展。像擁有GSK系列數(shù)控系統(tǒng)的廣州設(shè)備廠，擁有KT系列數(shù)控系統(tǒng)與步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的上海開通數(shù)控有限公司等等都使產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有了巨大的進(jìn)步。我國在經(jīng)歷了“六五”“七五”“八五”“九五”之后，對于關(guān)鍵技術(shù)有了基礎(chǔ)的掌握，致力于數(shù)控的開發(fā)，建立了生產(chǎn)基地，為數(shù)控行業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的數(shù)控人才。

1.2 更加注重開放性體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

相信不少人都知道開放性體系結(jié)構(gòu)受到國內(nèi)外不少大公司的青睞。所以，他們也著重于此開發(fā)，其目的就是建立一個可靠規(guī)范的硬軟件公共平臺，使適應(yīng)于不一樣的控制對象。像美國的OMAC計(jì)劃，日本的OSEC計(jì)劃、歐洲的OSACA計(jì)劃。

目前PC平臺最主要是致力于支持多任務(wù)、GUI界面的windows的操作系統(tǒng)和VC++、Delphi、power builder等開發(fā)工具。而實(shí)時(shí)性和多任務(wù)恰恰是數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件最所具備的兩個重要特征，因此PC平臺為我們展現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持。其實(shí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與WINDOWS、UNIX等類似的操作系統(tǒng)的不同在于多任務(wù)應(yīng)用程序?yàn)閷?shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了高速、實(shí)時(shí)的響應(yīng)，但是令實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)無法接受的是WINDOWS操作系統(tǒng)線程切換的沙漏現(xiàn)象所造成的的等待。因此很多應(yīng)用現(xiàn)在都轉(zhuǎn)向源代碼開放自由的操作系統(tǒng)LINUX的實(shí)時(shí)版本，而對于我們來說他的巨大吸引力是源代碼的免費(fèi)自由獲取、可以剪裁、與WINDOWS系統(tǒng)的圖形界面和奇妙的任務(wù)切換及中斷拖延時(shí)間相似，可作為開放性數(shù)控系統(tǒng)的下一個發(fā)展方向。

1.3 數(shù)控加工技術(shù)的變革

數(shù)控系統(tǒng)的處理并且計(jì)算出伺服電機(jī)的移位量是需要高速化和高精度，而且需要伺服電機(jī)能夠高速靈敏的做出反應(yīng)。只有具備有高加減速與高精確度的位置檢測系統(tǒng)和伺服品質(zhì)，才能夠保證在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)高速度而且能在高度行駛的情況下還能保持高精度。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使得系統(tǒng)向更高速化發(fā)展。計(jì)算機(jī)可以對數(shù)控程序的預(yù)先處理，從而使系統(tǒng)能夠提前了解數(shù)控程序方向，從而能夠提前調(diào)整當(dāng)前加工過程速度等參數(shù)，從而能夠使得系統(tǒng)在整個加工過程中達(dá)到一個最優(yōu)狀態(tài)。

CAD/CAM技術(shù)是通過從根本上改變手工繪圖，再根據(jù)圖改變整個生產(chǎn)過程的技術(shù)管理方式的計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，而且他對整個的生產(chǎn)過程的技術(shù)管理方式嘗產(chǎn)生了遠(yuǎn)大而深遠(yuǎn)的影響。眾所周知，當(dāng)前最能顯著發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一就是數(shù)控編目的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)，他的特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)自動化、提高加工精度和加工質(zhì)量發(fā)揮著重要作用。

2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

2.1 開放性

自從NC系統(tǒng)的出現(xiàn)，越來越多的制造商家發(fā)現(xiàn)對于NC系統(tǒng)給他們帶來的巨大的希望，當(dāng)然商家更加期待NC系統(tǒng)能夠代替機(jī)床設(shè)計(jì)師和操作者的大腦，提高智能性，希望能夠改進(jìn)到能將復(fù)雜的加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能收納到NC系統(tǒng)，并且同時(shí)能夠兼顧增加圖形交換和診斷的功能。所以這就促使了數(shù)控行業(yè)急需研發(fā)出具有良好的人機(jī)界面和開發(fā)平臺的商用的數(shù)控系統(tǒng)。

開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控行業(yè)發(fā)展的主流，其產(chǎn)物是計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)融入數(shù)控技術(shù)。開放式數(shù)控系統(tǒng)要求有巨大的適應(yīng)性和靈活性，以備適應(yīng)各種各樣的設(shè)備，可以靈活的調(diào)節(jié)整合，隨意集成。在適應(yīng)發(fā)展的大潮流之下，可以加進(jìn)各式各樣的新功能，這樣能夠在順應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息就輸?shù)目焖僮冞w之下，保護(hù)了用戶原有有投資。具備著操作、維護(hù)方便，可靠性強(qiáng)、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)之間具有兼容性。

2.2 系統(tǒng)的故障自診技術(shù)得到進(jìn)一步的完善

CNC系統(tǒng)現(xiàn)在就具備著良好的自我診斷障礙功能，能夠時(shí)刻不斷的進(jìn)行自我診斷。還有一些高級的自我診斷系統(tǒng)具備著人工智能功能，由專業(yè)的知識庫中推理中自我鎖定診斷。除此之外，比自我診斷更高級的系統(tǒng)是還可以連入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。不僅如此，CNC系統(tǒng)還可以與各種機(jī)床檢測設(shè)備相連，對工件進(jìn)行檢測，從而保證數(shù)控機(jī)床的長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

除了自我診斷障礙功能的增強(qiáng)，交流伺服系統(tǒng)的CPU可以對驅(qū)動提供更好的過載和異常保護(hù)。更加令人感到方便的是他不需要連接任何設(shè)備，就可以從CNC系統(tǒng)的顯示器清楚的找到問題的關(guān)鍵點(diǎn)，從而能更加有效直接的進(jìn)行調(diào)試和整理，能夠有針對性的進(jìn)行準(zhǔn)確無誤診斷。而且有一些的交流伺服系統(tǒng)還具備著自動高速功能，能使控制器調(diào)節(jié)至最佳狀態(tài)，從而保證交流伺服的性能。

2.3 速度快、高效率、精細(xì)度高、可靠性強(qiáng)

人們在實(shí)際操作中不難發(fā)現(xiàn)：當(dāng)運(yùn)用數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，常規(guī)切削加工中備受困擾的一系列問題也都得到了良好的解決。比如當(dāng)工件的切削速度提高10倍，進(jìn)給速度提高20倍，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的切削這個“禁區(qū)”后，使切削機(jī)理發(fā)生了本質(zhì)的改變，因此單位功率的金屬切除率提升了30～40％，切削力也因此降低了30％，工件的切削壽命提高了70％，而更加驚喜的是留在工件上的切削熱量降低快，切削溫度沒有升高并且還降低，切削振動幾乎消失，切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍?，F(xiàn)在美國的大多數(shù)的公司已經(jīng)使用高速加工，在德國這個比例高于40％。目前市場上出現(xiàn)的加工中心主軸轉(zhuǎn)速在2000060000r/min，最高達(dá)到150000r/min；在x、y、z進(jìn)給坐標(biāo)方向的最大進(jìn)給速度也提高到2460m/min；運(yùn)用加工中心電主軸，與陶瓷球軸承支承，運(yùn)用油氣潤滑方式，配備驅(qū)動裝置具有大功率驅(qū)動和l：4恒功率比弱磁調(diào)速能力的洛陽軸研科技股份有限公司的XDJ系列系新型，同時(shí)還采用CANopen協(xié)議等接口協(xié)議，可與多種數(shù)控系統(tǒng)匹配，如：200XDJ2OQ、200XDJ4OQ、240XDJ06等，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)40000r/min。濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司的XHSV2525×60高架式五軸聯(lián)動龍門加工中心；還有南通科技投資集團(tuán)股份有限公司的VH1100高速立式加工中心；南京二機(jī)齒輪機(jī)床有限公司的YW5120CNC高速萬能數(shù)控插齒機(jī)等是國內(nèi)目前高速機(jī)床的代表。

金剛石刀具的超精密切削技術(shù)是美國最新的研究成果，被稱為SPDT技術(shù)。20世紀(jì)80年代，一個被稱之為里程碑式的計(jì)劃是由美國UnionCarbide公司、Moore公司和美國空軍兵器研究所制定了一個以形狀精度為10cm、半徑為400m的大型球面光學(xué)零件超精密加工為目標(biāo)的超精密機(jī)床研究計(jì)劃——POMA計(jì)劃?；仡?1世紀(jì)50年代到2000年，可以知道每8～10年機(jī)床的精細(xì)程度就會提高一倍。數(shù)控的應(yīng)用使得機(jī)床行業(yè)對精度的追求應(yīng)該說是無止境的。

通過數(shù)控機(jī)床工藝可靠性評估技術(shù)對數(shù)控機(jī)床工藝可靠性進(jìn)行定量化控制的必要手段之一，其主要目的是通過衡量數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)目標(biāo)和使用要求看是否能達(dá)到預(yù)期，針對數(shù)控機(jī)床加工過程中的薄弱環(huán)節(jié)，數(shù)控行業(yè)必須改進(jìn)對數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造、工藝與維護(hù)等方面。從多方面可以看出，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性是嚴(yán)重阻礙我國產(chǎn)數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重要難題，雖然說我國的一些數(shù)控系統(tǒng)在功能和性能上與國外先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)相比較是不相上下的，但是在系統(tǒng)的可靠性上與國外產(chǎn)品相差太遠(yuǎn)，這也是我們需要改進(jìn)的地方，只有提高系統(tǒng)的可靠性，才能提高我國的數(shù)控技術(shù)在國際上的地位。日本FANUC公司的先進(jìn)的技術(shù)是他們的系統(tǒng)平均無故障時(shí)間（MTBF）達(dá)3.6～7.2萬h，但是我國才達(dá)到3000h，剛到合格線，兩者相比較，中國的數(shù)控技術(shù)與日本根本無法相提并論。

3 總結(jié)

本詳細(xì)的對數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究解析。其實(shí)，數(shù)控對我們的生活產(chǎn)生了重要的影響，同時(shí)，數(shù)控技術(shù)也代表了我國的綜合國力。了解和掌握著一項(xiàng)重要的技術(shù)，對我國的發(fā)展至關(guān)重要，只有不斷的研究和開發(fā)，才有可能是我們走在世界的前端。

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