金属零件的喷丸处理 数控技术大作业题目数控系统的国内外发展及应用现状 专业 学号 学生 指导教师 提交日期2012年5月21日 页脚内容I
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摘要 数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。数控系统已经实现纳米插补与控制技术，并广泛地运用机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，数控系统本身也从封闭转向开放式，并朝着高速、高精度化、网络化、环保化的方向发展。 关键词：数控系统开放式研究现状发展趋势 页脚内容3
目录 一、国外数控系统现状 (6) 1.美国A- B 公司 (6) 2.日本FANUC公司 (8) 3.德国SIEMENS公司 (9) 二、国内数控系统现状 (11) 1.华中数控 (12) 2.广州数控 (15) 3.北京航天数控 (16) 三、国内外数控系统比较 (17) 四、结论 (18) 参考文献 (18) 页脚内容4
数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952 年美国麻省理工学院研制出第1 台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。数控系统也由第一代电子管的硬联接数控发展到第五代MPCNC的软联接数控。 数控系统已经实现纳米插补与控制技术，并广泛地运用机器人、智能化加工 页脚内容5
技术和CAD/CAM技术，数控系统本身也从封闭转向开放式，并朝着高速、高精度化、网络化、环保化的方向发展。 一、国外数控系统现状 国外数控系统发展总体趋势如下：1.新一代数控系统向OG化和开放式体系结构方向发 展。2.驱动装置向交流、数字化方向发展。3.增强通信功能，向网络化发展。 4.数控系统在控制性能上向智能化发展。 在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。下面对几个主要系统进行功能介绍与应用分析。 1.美国A- B 公司 美国Allen-Bradley(简称A-B公司)，在首先推出CNC系统7300系统后，80年代又开发出8200，8400，8600系列。 其中A-B8600系列是适用于各种加工设备的柔性CNC系统，通过软硬件的不同配置可派生出四个类型和三种不同档次的产品。四种类型是8600T/车床，8600TC/车床和车削中心，8600MC/铣床和加工中心，8600CP通用型（可用于机器人等）；三种不同档次是8605,8610-10,8650-20。下面对8650-20进行详细介绍8600系统为多主式, 主从结构的多微处理器CNC装置，主系统微处理器有两种规格，即标准（CPU用8086/处理器用8087）和高速(CPU用80286/处理器用8028)的两种，轴控制的CPU为8086，高速数据通道n 模块用CPU为80186。 页脚内容6
第四章计算机数控系统（CNC系统） 第一节概述 一、CNC系统的组成 CNC系统主要由硬件和软件两大部分组成。其核心是计算机数字控制装置。它通过系统控制软件配合系统硬件，合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出信息，控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求进行自动加工。CNC系统采用了计算机作为控制部件，通常由常驻在其内部的数控系统软件实现部分或全部数控功能，从而对机床运动进行实时控制。只要改变计算机数控系统的控制软件就能实现一种全新的控制方式。CNC系统有很多种类型，有车床、铣床、加工中心等的CNC系统。但是，各种数控机床的CNC系统一般包括以下几个部分：中央处理单元CPU、存储器（ROM/RAM）、输入输出设备（I/O）、操作面板、显示器和键盘、纸带穿孔机、可编程控制器等。图4-1所示为CNC系统的一般结构框图。 图4-1 CNC系统的结构框图 在图4-1中所示的整个计算机数控系统的结构框图，数控系统主要是指图中的CNC控制器。CNC控制器由计算机硬件、系统软件和相应的I/O接口构成的专用计算机与可编程控制器PLC组成。前者处理机床轨迹运动的数字控制，后者处理开关量的逻辑控制。 三、CNC系统的功能和一般工作过程 （一）CNC系统的功能 CNC系统由于现在普遍采用了微处理器，通过软件可以实现很多功能。数控系统有多种系列，性能各异。数控系统的功能通常包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统必备的功能，选择功能是供用户根据机床特点和用途进行选择的功能。CNC系统的功能主要反映在准备功能G指令代码和辅助功能M指令代码上。根据数控机床的类型、用途、档次的不同，CNC系统的功能有很大差别，下面介绍其主要功能。 1. 控制功能 CNC系统能控制的轴数和能同时控制（联动）的轴数是其主要性能之一。控制轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。通过轴的联动可以完成轮廓轨迹的加工。一般数控车床只需二轴控制，二轴联动；一般数控铣床需要三2轴联动；一般加工中心为多轴控制，三轴联动。控制轴数越多，特别是同时控制的轴数越多，轴控制、三轴联动或21 要求CNC系统的功能就越强，同时CNC系统也就越复杂，编制程序也越困难。 2. 准备功能准备功能也称G指令代码，它用来指定机床运动方式的功能，包括基本移动、平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环等指令。对于点位式的加工机床，如钻床、冲床等，需要点位移动控制系统。对于轮廓控制的加工机床，如车床、铣床、加工中心等，需要控制系统有两个或两个以上的进给坐标具有联动功能。 3. 插补功能 CNC系统是通过软件插补来实现刀具运动轨迹控制的。由于轮廓控制的实时性很强，软件插补的计算速度难以满足数控机床对进给速度和分辨率的要求，同时由于CNC不断扩展其他方面的功能也要求减少插补计算所占用的CPU 时间。因此，CNC的插补功能实际上被分为粗插补和精插补，插补软件每次插补一个小线段的数据为粗插补，伺服系统根据粗插补的结果，将小线段分成单个脉冲的输出称为精插补。有的数控机床采用硬件进行精插补。 4. 进给功能根据加工工艺要求，CNC系统的进给功能用F指令代码直接指定数控机床加工的进给速度。 （1）切削进给速度以每分钟进给的毫米数指定刀具的进给速度，如100mm/min。对于回转轴，表示每分钟进给的角度。 （2）同步进给速度以主轴每转进给的毫米数规定的进给速度，如0.02mm/r。只有主轴上装有位置编码器的数控机床才能指定同步进给速度，用于切削螺纹的编程。 （3）进给倍率操作面板上设置了进给倍率开关，倍率可以从0~200%之间变化，每档间隔10%。使用倍率开关不用
数控系统硬件结构 数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部分之间通过I/O接口互连。 数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。 数控系统到目前为止共发展了六代，第一代是电子管数控系统，第二代是晶体管数控系统，第三代是集成电路数控系统，第四代是小型计算机数控系统，第五代是微型计算机数控系统，第六代是PC数控系统。 PC数控系统目前是最先进的结构体系，PC数控系统的发展，形成了PC嵌入NC的“NC+PC”结构和NC嵌入PC的“PC+NC”结构两大主要流派。后者又正在演变成PC+I/O 的“软件化”结构。 在NC+PC系统方面，起主导作用的是一些老的数控系统生产大厂。因为他们在数控系统方面有着深厚的基础，为使所掌握的技术优势与新的PC化潮流相融合，因此走出了一条以传统数控平台为基础（完成实时控制任务），以流行PC为前端（完成非实时任务）的PC数控系统发展道路，并在商品化方面取得了显著成绩。NC+PC系统的典型代表有日本FANUC公司的18i、16i系统、德国西门子公司的840D系统、法国NUM 公司的1060系统、美国AB公司的9/360系统等。 在PC+NC系统方面，主导公司是一些后起之秀。由于他们没有历史包袱，因此彻底摆脱了传统NC的约束，直接站在PC平台基础上，通过增扩NC控制板卡（如基于DSP的运动控制卡等）来发展PC数控系统。典型代表有美国DELTA TAU公司用PMAC 多轴运动控制卡构造的PMAC-NC系统、日本MAZAK公司用三菱公司的MELDASMAGIC 64构造的MAZATROL 640系统、中国华中数控系列产品、航天数控系列产品、广州数控部分产品、南京四开公司产品等。 从目前的情况看，新推出的PC数控系统已越来越多地采用PC+NC结构，NC+PC结构的发展已呈下降趋势。 随着PC技术水平和数控软件设计水平的提高，PC+NC结构正逐渐发展成PC+I/O的软件化结构和PC+实时网络的分布式结构。典型代表有美国MDSI公司的OPEN CNC、德国POWER AUTOMATION公司的PA8000 NT、大连光洋公司、陕西华拓科技公司等系列产品。 数控装置的硬件结构按CNC装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块（小板）结构；按CNC装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。 数控系统 1）大板结构 大板结构CNC系统的CNC装置由主电路板、位置控制板、PC板、图形控制板、附加I/O 板和电源单元等组成。主电路板是大印制电路版，其它电路板是小板，插在大印制电路板上的插槽内。这种结构类似于微型计算机的结构。 2）功能模块结构 （2）单微处理器结构和多微处理器结构 1）单微处理器结构 在单微处理器结构中，只有一个微处理器，以集中控制、分时处理数控装置的各个任
国内外数控机床发展 现状
国内外数控机床发展现状分析 摘要：简述了国内数控机床近年来的发展。近年国内数控机床发展迅速，产量不断增加，但高端产品数量太少，无法与国外数控机床竞争。而国外数控机床，尤其是西门子和发那科则占据了绝大部分世界市场。我国数控机床产业还存在诸多问题有待解决。 关键词：数控机床、发展、现状 当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竟相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。如今国内数控机床发展迅速，年产量逐年攀升，但所产机床精度等方面达不到要求。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。 虽然大力发展装备制造业已成为全社会的共识，但国内绝大多数重要机械制造装备的数字化控制系统却不是中国造。尤其是关系国家战略地位和体现国家综合国力水平的高档数控机床，它的“大脑”和“心脏”却要大部分从国外引进。专家呼吁，以数控机床为代表的“中国制造”不能没有创造，开发自主知识产权的数控系统迫在眉睫。 一、国内数控机床发展现状 1.1 国内数控机床近几年发展 我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。 近年来我国机床行业不断承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平数控设备的任务。如国产XNZD2415型数控龙门混联机床充分吸取并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联结构的A、C轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。该构型为国际首创。基于RT一Linux开发的数控系统具有的实时性和可靠性，能在同一网络中与多台PLC相连接，可控制机床的五轴联动，实现人机对话。该机床的作业空间4.5mx1.6mx1.2m，A轴转角±1050,C轴连续转角0一4000，主轴转速(无级)最高 10000r/min，重复定位精度±0.01mm，可实现三维立体曲面如水轮机叶片，导叶的五轴联动高速切削加工。 超精密球的加面车床为陀螺仪工提供了基础设备，这类车床也可用于透镜模具、照相机塑料镜片、条型码阅读设备、激光加工机光路系统用聚焦反射镜等产品的加工。 高速五轴龙门铣床采用铣头内油雾润滑冷却、横梁预应力反变形控制等技术。这类铣
数控机床工作原理及组成 1．1．1 数控机床工作原理 数控机床是采用了数控技术的机床，它是用数字信号控制机床运动及其加工过程。具体地说，将刀具移动轨迹等加工信息用数字化的代码记录在程序介质上，然后输入数控系统，经过译码、运算，发出指令，自动控制机床上的刀具与工件之间的相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件，这种机床即为数控机床。 1．1．2 数控机床的种类 由于数控系统的强大功能，使数控机床种类繁多．其按用途可分为如下三类。 ①金属切削类数控机床。金属切削类数控机床包括数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控镗床、加工中心等。 ②金属成形类数控机床。金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床和数控压力机等。 ③数控特种加工机床。数控特种加工机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光加工机床，数控淬火机床等。 1．1．3 数控机床的组成 数控机床一般由输入输出设备、数控装置(CNC)、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程控制器(PLC)及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。图1—1是数控机床的硬件构成。
(1)输入和输出装置 输入和输出装置是机床数控系统和操作人员进行信息交流、实现人机对话的交互设备． 输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。目前，数控机床的输入装置有键盘、磁盘驱动器、光电阅读机等，其相应的程序载体 第1页 为磁盘、穿孔纸带。输出装置是显示器，有CRT显示器或彩色液晶显示器两种。输出装置的作用是：数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息。显示的信息可以是正在编辑的程序、坐标值，以及报警信号等。 (2)数控装置(CNC装置) 数控装置是计算机数控系统的核心，是由硬件和软件两部分组成的。它接受的是输入装置送来的脉冲信号，信号经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，使其进行规定的、有序的动作。这些控制信号中最基本的信号是各坐标轴(即作进给运动的各执行部件)的进给速度、进给方向和位移量指令(送到伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动)，还有主轴的变速、换向和启停信号，选择和交换刀具的刀具指令信号，控制切削液、润滑油启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度工作和转位的辅助指令信号等。 数控装置主要包括微处理器(CPU)、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统其他组成部分联系的接口等。 (3)可编程逻辑控制器(PLC)
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数控系统的国内外发展及应用现状 目录 第1章序言 第2章数控系统的发展过程和趋势 2.１数控系统的发展过程 ２.2数控系统的发展趋势 第3章国外和国内数控系统功能介绍与应用分析 ３.1 国外数控系统功能介绍与应用分析 ３.1.1 西门子ＳIＮＵＭERIＫ 840D ３．1.２ＦANUC 数控系统６ ３.２国内数控系统功能介绍与应用分析 3.２.1 华中“世纪星”数控系统 ３.2.2 广州数控GSK２7全数字总线式高档数控系统 第４章国内外数控系统比较及差距分析 4.１国内外数控系统比较 4．1.1 西门子公司数控系统(ＳIEMENＳ)的产品特点 ４.1.２ FAＮＵＣ公司数控系统的产品特点 ４.2 我国数控系统与国外数控系统的差距 参考文献
第一章序言 数控即数字控制(Nｕｍeriｃal Conｔrol，ＮC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。 数控机床,简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示,把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动,从而加工出所需要的工件。 因此，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。 第二章数控系统的发展过程和趋势 ２．1数控系统的发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。六年后，即在1９52年，计算机技术应用到了机床上。在美国诞生了第一台数控机床。从此,传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.数控(NC)阶段 (1952－1970年)早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路＂搭"成一台机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连接数控，简称为数控(NC）。随着元器件的发展,这个阶段历经了三代,即1９５2年第一代——电子管;1959年第二代——晶体管；1965年第三代——小规模集成电路。 ２．计算机数控 (CＮC）阶段(1９70——现在)到1970年,通用小型计算机业已出现并成批生产。其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高,这比专门"搭"成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CＮC)阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了)。到1971年美国lintel公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器,采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处器，又可称中央处理单元(简称CPＵ)。到19７４年微处理器被应用于数控系统。由于微处理器是通用计算机的核心部件,故仍称为仿计算机数控。到了19９0年,PC机(个人计算机,国内习惯称微机)的性能已发展到很高的阶段,可满足作为数控系统核心部件的要求，而且ＰＣ机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系统从此进入了基于ＰC的阶段。总之,计算机数控阶段也经历了三代。即1９７0年第四代——小型计算机;19７4年第五代——微处理器和１990年第六代——基于ＰC的阶段(国外称为PＣ-BAＳED)。必须指出，数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的发展，只是发展到了第五代以后,才从根本上解决了可靠性低,价格极为昂贵,应用很不方便等极为关键的问题。因此，即使在工业发达国家,数控机床大规模地得到应用和普及，是在七十年代未八十年代初以后的事情,也即数控技术经过近三十年
2011年7月，中国机床工具工业协会执行副理事长王黎明日前指出：中国95%的高档机床数控系统仍依赖进口，国内高档系统的自给率不到5%，其中日本成为主要的进口国，约占1/3。在国际市场上，中、高档数控系统主要由以日本发那科公司、德国西门子公司为代表的少数企业所垄断，其中发那科占一半左右。在国内市场上，主要规模生产企业有20多家，以华中数控、广州数控、大连大森、北京凯恩帝、南京华兴等5家企业为代表。质量稳定性(可靠性)国内外存较大的差距 目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。 一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。 数控系统到目前为止共发展了六代，第一代是电子管数控系统，第二代是晶体管数控系统，第三代是集成电路数控系统，第四代是小型计算机数控系统，第五代是微型计算机数控系统，第六代是PC数控系统。 PC数控系统目前是最先进的结构体系，PC数控系统的发展，形成了PC嵌入NC的“NC+PC”结构和NC嵌入PC的“PC+NC”结构两大主要流派。后者又正在演变成PC+I/O的“软件化”结构。 在NC+PC系统方面，起主导作用的是一些老的数控系统生产大厂。因为他们在数控系统方面有着深厚的基础，为使所掌握的技术优势与新的PC化潮流相融合，因此走出了一条以传统数控平台为基础（完成实时控制任务），以流行PC为前端（完成非实时任务）的PC数控系统发展道路，并在商品化方面取得了显著成绩。NC+PC系统的典型代表有日本FANUC 公司的18i、16i系统、德国西门子公司的840D系统、法国NUM公司的1060系统、美国AB公司的9/360系统等。 在PC+NC系统方面，主导公司是一些后起之秀。由于他们没有历史包袱，因此彻底摆脱了传统NC的约束，直接站在PC平台基础上，通过增扩NC控制板卡（如基于DSP的运动控制卡等）来发展PC数控系统。典型代表有美国DELTA TAU公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC系统、日本MAZAK公司用三菱公司的MELDASMAGIC 64构造的MAZA TROL 640系统、中国华中数控系列产品、航天数控系列产品、广州数控部分产品、南京四开公司产品等。 从目前的情况看，新推出的PC数控系统已越来越多地采用PC+NC结构，NC+PC结构的发展已呈下降趋势。 随着PC技术水平和数控软件设计水平的提高，PC+NC结构正逐渐发展成PC+I/O的软件化结构和PC+实时网络的分布式结构。典型代表有美国MDSI公司的OPEN CNC、德国POWER AUTOMA TION公司的PA8000 NT、大连光洋公司、陕西华拓科技公司等系列产品。 常用的数控系统有发那科、西门子、三菱、广数、华中等数控系统。 发那科（FANUC）系统 FANUC系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装、各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。 西门子（SINUMERIK）数控系统 SINUMERIK 不仅意味着一系列数控产品，其力度在于生产一种适于各种控制领域不同控制需求的数控系统，其构成只需很少的部件。它具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构，适于操作、编程和监控。 三菱（MITSUBISHI）数控系统
数控技术课大作业 专业： 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：
数控系统的国内外发展及应用现状 目录 第1章序言 第2章数控系统的发展过程和趋势 2.1数控系统的发展过程 2.2数控系统的发展趋势 第3章国外和国内数控系统功能介绍与应用分析 3.1 国外数控系统功能介绍与应用分析 3.1.1 西门子SINUMERIK 840D 3.1.2 FANUC 数控系统6 3.2 国内数控系统功能介绍与应用分析 3.2.1 华中“世纪星”数控系统 3.2.2 广州数控GSK27全数字总线式高档数控系统
第4章国内外数控系统比较及差距分析 4.1 国内外数控系统比较 4.1.1 西门子公司数控系统(SIEMENS)的产品特点 4.1.2 FANUC公司数控系统的产品特点 4.2 我国数控系统与国外数控系统的差距 参考文献 第一章序言 数控即数字控制(Numerical Control，NC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。 数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。 因此，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。它是典型的机电一体化产品，是
现代制造业的关键设备。 第二章数控系统的发展过程和趋势 2．1数控系统的发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。六年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.数控(NC)阶段 (1952-1970年)早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年第一代——电子管;1959年第二代——晶体管;1965年第三代——小规模集成电路。 2.计算机数控 (CNC)阶段(1970——现在)到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门"搭"成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC)阶段(把计算机前面应有的"通用"两个字省略了)。到1971年美国lintel公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微
数控机床由哪几个部分 组成 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
一数控机床由哪几个部分组成 答：编程及程序载体、输入装置、CNC装置及强电控制装置、伺服驱动系统及位置检测装置、机床的机械部件 二试说明数控加工中数据转换过程中的主要步骤，并简述每个步骤的主要功能。 答：数控制加中的数据转换过程中主要是将加工信息用规定的汉字，数字和符号组成的代码，按一定的格式写成加工程序单。将加工程序通过控制介质输入到数控装置进行自动加工。 1）数控程序是数控数控机床自动加工零件的工作指令。2）输入装置是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，并传送存入数控装置内。3）输入装置是数控机床的核心，它接受输入装置送来的肪冲信号，输出各种信号和指令控制机床的各部分，进行规定的，有序的动作。4）伺服驱动系统与机床上的执行部件和机械传动的部件组成数控机床的进给系统。 三从数控系统控制功能、联动轴数、伺服系统来看，NC机床各分为几类，它们各用于什么场合？ 答：分类：一，点位控制数控机床。加工平面内的孔系。二，直线控制数控机床。可用于加工台阶轴。三，轮廓控制数控机床。可以加工曲面零件和铣削曲面轮廓。 四.试从控制精度、系统稳定性及经济性三方面，比较开环、闭环系统的优劣？ 答：开环数控系统是指进给伺服子系统没有位置测量装置的数控系统。由于没有位置反馈，其控制精度相对闭环和半闭环系统来讲是较低的，精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度；没有位置反馈，信号流是单向的，故系统稳定性好；没有测量装置，则结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉。在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。
第二讲数控系统的基本结构 数控系统由基本硬件与控制软件组成。目前各数控厂家的产品可以归纳为两种风格：一种是采用专用硬件，其控制软件简单；另一种是采用通用硬件，其控制软件复杂。 一、基本硬件构成 数控系统（）基本硬件通常由微机基本系统、人机界面接口、通信接口、进给轴位置控制接口、主轴控制接口以及辅助功能控制接口等部分组成，如图—所示。 图—数控系统总体结构示意图
数控装置构成框图如图—所示。 数控装置构成框图如图—所示。 ㈠、微机基本系统 通常微机基本系统是由、存储器（、）、定时器、中断控制器等几个主要部分组成。 、 是整个数控系统的核心，常见的中低档数控系统基本上采用位或位，如／、等。随着系统向高精度方向发展，要求其最小设定单位越来越小，同时又要求系统能满足大型机床的需要，当最小设定单位是μ时，位二进制数所表示的最大坐标为－～＋32.767mm ，这显然是不够的，而采用位二进制数时，最大坐标范围约为－～＋2000m ，因此数控系统一般采用位二进制数，其坐标范围为－～＋8388.607mm 。因此选用位就需要三个或四个字节运算，这就严重影响了运算速度，当最小设定单位为μ时，这个问题将更加严重。因此现代数控系统大多采用位或位的，以满足其性能指标，如采用位，则为多结构。例如 、 、 等系统均为位，而 系统则采用位多结构。 、 用于固化系统控制软件，数控系统的所有功能都是固化在中的程序的控制下完成的。在数控系统中，硬软件有密切的关系，由于软件的执行速度较硬件慢，当功能较弱时，则需要专用硬件解决问题或采用多结构。现代数控系统常采用标准化与通用化总线结构，因此不同的机床数控系统可以采用基本相同的硬件结构，并且系统的改进与扩展十分方便。 在硬件相对不变的情况下，软件仍有相当大的灵活性。扩充软件就可以扩展的功能，而且软件的这种灵活性有时会对数控系统的功能产生极大的影响。在国外，软件的成本甚至超过硬件。例如 与3M 的差别仅在中的软件， 3M 二轴半联动变为三轴联动也仅需要更换中的软件。 图— 数控装置构成框图
数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。从1952年美国麻省理工学院研制出第1台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。数控系统也由当初的电子管式起步，发展到了今天的开放式数控系统。中高档数控系统的需求也越来越大。以往中高档数控系统基本被国外厂商占领，因此我国中高档数控系统技术必须加快发展。 一、国外数控系统现状 在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子、发那克、三菱电机、海德汉、博世力士乐、日本大隈等。 1.纳米插补与控制技术已走向实用阶段 纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。除了伺服控制外，“纳米插补”也可以用于Cs轴轮廓控制；刚性攻螺纹等主轴功能。西门子的828D所独有的80bit浮点计算精度，可使插补达到很高的轮廓控制精度；三菱公司的M700V 系列的数控系统也可实现纳米级插补。 2.机器人使用广泛 未来机床的功能不仅局限于简单的加工，而且还具有一定自主完成复杂任务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域，其技术和产品近年来得到快速发展。机器人的应用领域延伸到了机床上下料、换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域，从传统的减轻劳动强度的繁重工种，发展到IC封装、视觉跟踪及颜色分检等领域，大大提高了数控机床的工作效率。典型的产品有德国的KUKA，FANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。 3.智能化加工不断扩展 随着计算机领域中人工智能的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度也得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；车间内的加工监测与管理可实时获取数控机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床状态，使相关维护提前，避免事故发生。先进的伺服控制技术能通过自动识别由切削力导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。应用主轴振动控制技术，在主轴嵌入位移传感器，机床可以自动识别当前的切削状态，一旦切削不稳定，机床会自动调整切削参数，保证加工的稳定性。 4.CAD/CAM技术的应用 当前，为了使数控机床操作者更加便利地编制数控加工程序，解决复杂曲面的编程问题，国际数控系统制造商将图形化、集成化的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机互动性的主要途径。最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床加工提供了有力的支持，可以大幅地提高加工效率。ESPRIT、CIMATRON 等一些著名CAM软件公司的产品除了具备传统的CAM软件功能模块，还开发了多任务编程、对加工过程的动态仿真等新的功能模块。 二、国内数控系统现状 随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。
数控机床的分类 数控机床的品种规格很多，分类方法也各不相同.一般可根据功能和结构，按下面四种原则进行分类. 1、按机床运动的控制执进分类 (1)点位控制数控机床。点位控制数控机床只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，从而保证定位精度.如图3.6所示为点位控制的加工轨迹。具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控惶床和数控冲床等. (2)直线控制数控机床。直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点一与点之间的准确定位外.还要控制两相关点之间的移动速度和移动轨迹，但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个，在移位的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削.其有直线控制功能的机床主要有数控车床、数控铣床和数控磨床等。 (3)轮廓控制数控机床。轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以上的运动坐标方向的位移和速度同时进行控制.为了满足刀具沿工件轮
廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标方向运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。因此，在这类控制方式中.就要求数控装置具有插补运算功能，通过数控系统内插补运算器的处理，把直线或圆弧的形状描述出来，也就是一边计算，一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲量，从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合.在运动过程中刀具对工件表面连续进行切削，可以进行各种直线、圆弧、曲线的加工。轮廓控制的加工轨迹如图3.7所示。 这类机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机床和加工中心等，其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统。根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面儿种形式。 1)二轴联动。它主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面。 2)二轴半联动。它主要用于三轴以上机床的控制，其中两根轴可以联动，而另外一根轴可以作周期性进给。如图3.8所示就是采用这种方式加工三维空问曲面的.
数控系统的国内外发展 及应用现状
数控技术课大作业 专业： 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：
数控系统的国内外发展及应用现状 目录 第1章序言 第2章数控系统的发展过程和趋势 2.1数控系统的发展过程 2.2数控系统的发展趋势 第3章国外和国内数控系统功能介绍与应用分析 3.1 国外数控系统功能介绍与应用分析 3.1.1 西门子SINUMERIK 840D 3.1.2 FANUC 数控系统6 3.2 国内数控系统功能介绍与应用分析 3.2.1 华中“世纪星”数控系统 3.2.2 广州数控GSK27全数字总线式高档数控系统 第4章国内外数控系统比较及差距分析 4.1 国内外数控系统比较 4.1.1 西门子公司数控系统(SIEMENS)的产品特点 4.1.2 FANUC公司数控系统的产品特点 4.2 我国数控系统与国外数控系统的差距 参考文献
第一章序言 数控即数字控制(Numerical Control，NC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。 数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。 因此，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。 第二章数控系统的发展过程和趋势 2．1数控系统的发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。六年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.数控(NC)阶段 (1952-1970年)早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称为数控
数控系统的种类 2009-5-21 NC (Numerical Control,数字控制,简称数控),指用离散的数字信息控制机械等装置的运行，只能由操作者自己编程 DNC 直接数字控制系统（DNC） 用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统 CNC CNC技术应用 CNC技术的发展相当迅速，这大大提高了模具加工的生产率，其中运算速度更快捷的CPU是CNC技术发展的核心。CPU的改进不仅仅是运算速度的提高，而且速度本身也涉及到了其它方面CNC技术的改进。正因为近几年CNC技术发生了如此大的变化，才值得我们对当前CNC技术在模具制造业的应用情况作一个综述。 程序块处理时间及其它由于CPU处理速度的提高，以及CNC制造商将高速度CPU应用到高度集成化的CNC系统中， CNC的性能有了显著的改善。反应更快、更灵敏的系统实现的不仅仅是更高的程序处理速度。事实上，一个能够以相当高的速度处理零件加工程序的系统在运行过程中也有可能象一个低速处理系统，因为即使是功能完备的CNC系统也存在着一些潜在的问题，这些问题有可能成为限制加工速度的瓶颈。 目前大多数模具厂都意识到高速加工需要的不仅仅是较短的加工程序处理时间。在很多方面，这种情况和赛车的驾驶很相似。速度最快的赛车就一定能赢得比赛吗？即使是一个偶尔才观看车赛的观众都知道除速度以外，还有许多因素影响着比赛的结果。 首先，车手对于赛道的了解程度很重要：他必须知道何处有急转弯，以便能恰如其分地减速，从而安全高效地通过弯道。在采用高进给速度加工模具的过程中，CNC中的待加工轨迹监控技术可预先获取锐曲线出现的信息，这一功能起着同样的作用。 同样的，车手对其他车手动作以及不可确定因素的反应灵敏程度与CNC中的伺服反馈的次数类似。CNC中伺服反馈主要包括位置反馈、速度反馈和电流反馈。 当车手驾车绕赛道行驶时，动作的连贯性，能否熟练地刹车、加速等对车手的临场表现有着非常重要的影响。同样地，CNC系统的钟形加速/减速和待加工轨迹监控功能利用缓慢加速/减速来代替突然变速，以保证机床的平稳加速。
简述数控机床的基本组成部分及其基本功能 数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。 1）加工程序载体 数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。 2）数控装置 数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（Software NC）。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。 3）伺服与测量反馈系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。 4）机床主体 机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。 5）数控机床辅助装置 辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。
——西门子数控系统调试,编程和维修概要 西门子840D系统的组成 SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU或NCU）， MMC,PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将 SIMODRIVE611D驱动和数控单元（CCU或NCU）并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。 ●人机界面 人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成： MMC（Man Machine Communication） 包括：OP（Operation panel）单元， MMC,MCP（Machine Control Panel）三部分。 MMC实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中。 1.MMC 我们最常用的MMC有两种： MMCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU为486,不能带硬盘； 而MMC103的CPU为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为SINUMERIK810D配MMC100.2,而为SINUMERIK840D配MMC103. ※PCU（PC UNIT）是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块——PCU20、PCU50、PCU70, PCU20对应于MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU50、PCU70对应于MMC103,可以带硬盘，与MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINDOWS NT的。PCU的软件被称作 HMI,HMI有分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入 式 HMI,而PCU50和PCU70则装载高级HMI. 2.OP OP单元一般包括一个10.4〞TFT显示屏和一个NC键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的OP单元，如：OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031最为常用。 3.MCP MCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同，目前，有车床版MCP和铣床版MCP两种。对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6，用MCP后面的S3开关设定。 对于SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术，传输速率为187.5k/秒，OP单元为这个总线构成的网络中的一个节点。为提高人机交互的效率，又有OPI （Operator Panel Interface）总线，它的传输速率为1.5M/秒。 ●数控及驱动单元 1.NCU数控单元 SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯它由一个COM CPU板. 一个 PLC CPU板和一个DRIVE板组成。 根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为 NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2（12轴），NCU573.2（31轴）等若干种，同