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数控系统的分类
数控设备的数据处理和控制电路以及伺服系统，统称为数控系统。目前，数控设备的品种齐全，规格繁多。为了研究的方便起见，可以从不同的角度对数控设备进行分类，常见的有以下几种分类方法：
1按能控制的运动轨迹分
(1)点位控制
仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不
作控制要求；运动过程中不进行任何加工。
适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。
(2)连续控制
又称为轮廓控制，具有控制几个进给轴同时协调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。
适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。
2.按伺服系统的控制方式分
(1)开环控制系统
如图1通常以步进电机为驱动元件。输入进给指令为脉冲形式。
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申进电动机
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图1开环控制系统
没有位置测量装置，信号流是单向的(数控装置-进给系统) ，故系统稳定性好。
无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其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。
一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉
等优点，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。
(2)半闭环控制系统
如图2所示，
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图2半闭环控制系统
半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。
半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。
由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。
半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC 机床中得到了广泛应用。
(3)闭环控制系统如图3所示
图3半闭环控制系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实
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放大电路［
际位置进行检测。从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。
由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、冈『性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。
该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
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10 BEGIN PGM MAXXTRON-TEST MM 紅字是程式名 11 BLK FORM Z X-60. Y-50. 工件大小 12 BLK FORM X60. Y50. 13 L Z0. R0F8000 M91 M31 回Z軸機械座標0mm位置 14 CYCL DEF 247 DATUM SETTING Q339=1座標系宣告 ; DATUM NUMBER 15 ; 16 CYCL DEF DATUM SHIFT 座標系偏移 17 CYCL DEF 18 CYCL DEF 19 CYCL DEF 20 ; 21 ; TOOL TYPE : BALLNOSED 刀具型式 22 ; TOOL ID : 1 刀號 23 ; TOOL DIA. 6. LENGTH 30. 刀直徑與刀長 24 ; 25 TOOL CALL 1 Z S12000 DL+ DR+ 呼叫1號刀轉速12000 26 ; Q1= 350 ; PLUNGE FEEDRATE 緩降進給 Q2= 3500 ; CUTTING FEEDRATE 切削進給 Q3= 5000 ; SKIM FEEDRATE 快速位移
27 ; 28 CYCL DEF TOLERANCE 高速高精度宣告 29 CYCL DEF 公差 30 CYCL DEF :0 精修模式 31 L M3 主軸正轉 32 ; 33 TCH PROBE 583 TOOL SETTING LEN ~ 測刀程式 Q350=+3 ;MEASURING TYPE ~ Q361=+3 ;NUMBER OF MEASURINGS ~ Q362=+ ;SCATTER TOLERANCE ~ Q359=+0 ;ADD. LENGTH CORRECT 34 ; 35 ; TOOLPATH : 1 36 ; 開始加工 37 L FMAX 207033 L FMAX 結束加工 207034 M05 主軸停止 207035 L Z0. R0 F8000 M91 回Z軸機械座標0mm位置207037 L M30 207038 END PGM MAXXTRON-TEST MM
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
金属零件的喷丸处理页脚内容II
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
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 ３．1.２ＦANUC 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
第一节指令详解 一、FANUC系统准备功能表 表4-1FANUC0iMATE-TB数控系统常用G代码（A类）一览表
二、FANUC0iMATE-TB编程规则 1．小数点编程：在本系统中输入的任何坐标字（包括X、Z、I、K、U、W、R等）在其数值后须加小数点。即X100须记作X100.0。否则系统认为所坐标字数值为100× 0.001mm＝0.1mm。 2．绝对方式与增量方式：FANUC-0T数控车系统中用U或W表示增量方式。在程序段出现U即表示X方向的增量值，出现W即表示Z方向的增量值。同时允许绝对方式与增量混合编程。注意与使用G90和G91表示增量的系统有所区别。 3．进给功能：系统默认进给方式为转进给。 4．程序名的指定：本系统程序名采用字母O后跟四位数字的格式。子程序文件名遵循同样的命名规则。通常在程序开始指定文件名。程序结束须加M30或M02指令。 5．G指令简写模式：系统支持G指令简写模式。 三、常用准备功能代码详解 1．直线插补（G01） 格式：G01X（U）Z（W）F 说明：基本用法与其它各系统相同。此处主要介绍G01指令用于回转体类工件的台阶和端面交接处实现自动倒圆角或直角。 ⑴圆角自动过渡：
——格式：G01XRF G01ZRF ——说明：X 轴向Z 轴过渡倒圆（凸弧）R 值为负，Z 轴向X 轴过渡倒圆（凹弧）R 值为正。 ——程序示例： O4001 N10T0101 N20G0X0Z1.S500M03 N30G1Z0F0.2 N40G1X20.R-5. N50G1Z-25.R3. N60G1X30.5 N70G28X120.Z100. N80M30 ⑵直角自动过渡： ——程式：G01XCF G01ZCF ——说明：倒直角用指令C ，其符号设置规则同倒圆角。 ——程序示例： O4002 N10T0101 N20G0X0Z1.S500M03 N30G1Z0F0.2 N40G1X20.C-2. 图4-1-1圆角自动过渡过
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
数控机床的选型 随着现代制造技术的发展，企业选用数控设备已是大势所趋。目前市面上的数控设备可谓琳琅满目，如何才能既经济又合理地选择到适合本企业的数控设备，一直是人们关注的话题。为此，我们就数控机床的选型问题向北京机床研究所邀稿，本文完全从技术的角度对选型中应注意的问题进行了全面的论述，限于篇幅，我们将分两期刊载。 对一个制造企业来说，提高生产能力往往从生产经管、制造工艺、生产设备等方面入手进行技术改造，而这几部分内容又是互为影响和制约的。在技改中对生产设备、数控机床的更新、维修、采购等的选择上必须考虑到要在什么样环境下使用、如何经管、怎样能达到最好的经济效果等问题。 选择制造设备是要为制造某一些产品服务的，选择的设备可能用于产品零件的一部分工序加工、也可能用于全部工序加工。制造水平的高低首先取决于工艺过程的设计，它将决定用什么方法和手段来加工，从而也决定了对使用设备的基本要求，这也是对生产进行技术组织和经管的依据。设备选择的基本要求确定后还要根据市场上能提供什么样技术水平的装备来选择，针对大部分中小批量生产的制造企业，选择数控机床来替代旧机床或增强生产能力已是发展趋势。 比较普通和数控两类机床的性能，数控机床具有加工复杂形面零件能力强、适应多种加工对象（柔性强）；加工质量、精度和加工效率高；适应CAD/CAM联网、适合制造加工信息集成经管；设备的利用率高、正常运行费用低等特点。 选择数控机床是一个综合性技术问题，现在无论国内还是国外，都能生产提供多种多样的设备。数控机床经几十年发展已演变出一个庞大家族群，能完成各种各样的加工制造要求。如何从品种繁多、价格昂贵的设备中选择适用的设备，如何使这些设备在制造中充分发挥作用而且又能满足企业以后的发展，如何正确、合理地选购与主机配套的附件、工具、软件技术、售后技术服务等，使采购的设备能达到较好的投入比……这些问题都是广大采购者必须考虑，并逐一要处理好的问题。 一、确定典型加工工件“族”
当前，机床行业正向高速和高精方向发展，同时，零件高的表面质量也是广大用户追求的目标，尤其在航空、航天、船舶以及模具加工等领域。另一方面，数控机床也朝人性化方向发展，不断追求易操作性。这就对数控系统提出了很高要求，比如系统的运行速度、多轴/五轴功能、高速高精以及高表面质量特性、好的可维护性以及好的人机操作界面等。下文结合海德汉iTNC530控制系统对这一些典型的特性进行简要地介绍。图1为海德汉提供的全套数字系统iTNC 530。 图1 海德汗iTNC530控制系统 1 数控系统的高速、高精和高表面质量特性 1.1好的硬件设计理念 硬件设计的好坏决定控制系统能否适合于高速、高精以及高表面质量加工。iTNC 530采用全新的微处理器结构，具有非常强大的计算能力。控制器本身包含了主机单元（MC）和控制单元（CC）两个部分： 1.1.1主机单元（MC） 采用了奔腾IIII-800芯片、133MHz总线频率，并带有各类数据通讯接口（Ethernet/RS232 /RS422/USB等），这是进行所有计算、屏幕显示和数据通讯的的保证。海德汉的控制系统所有的实时任务均在自己开发的实时操作系统（HEROS）下完成，而且海德汉也可提供带双处理器的主计算机，它既可以保证系统的实时计算和稳定性能，同时又能满足用户对Windo ws应用程序的需求。 1.1.2控制单元（CC） 最新的设计中集成了控制系统的所有伺服控制回路（位置环/速度环/电流环），所有的伺服计算都在DSP（数字信号处理器）中完成。测量元件的反馈均集成在CC上，包含位置反馈和速度反馈。其优势在于：保证伺服计算快速和实时要求，减小各伺服回路周期，减少各个回路间的通讯延迟，可在位置回路实现高增益，实现高速和高表面质量加工，并可很好地控制直接驱动（直线电机和力矩电机）。 1.1.3好的伺服控制和高速控制能力 针对复杂的曲面，如果要实现高速、高精和高表面质量加工，在具备好的硬件基础上控制系统软件也必须具有好的伺服性能以及高速性能。 在强大硬件的支持下，iTNC 530采用了全数字化技术，在其控制软件中运用了最新的技术及其独特的算法才使得它成为用于高速铣削加工的最佳选择。iTNC 530能保持系统平衡，实现短的程序段处理时间（0.5ms）和短的各控制回路周期以及各类插补（直线/圆弧/螺旋线/样条），其独特的Jerk（加加速）控制技术可防止机床震动，其程序预读功能（256段）和轮廓上的优化控制技术能让机床既能保持高速运行，又能保持轮廓精度和表面质量。iTN C 530可实现高速主轴控制，目前海德汉提供的主轴转速可达40000转/分。同时，iTNC 53 0可实现各种误差补偿，包括线性和非线性轴误差、反向间隙、圆周运动的方向尖角、热膨胀及粘滞摩擦。 1.2 加加速控制（突变控制）及过滤器 1.2.1 加加速控制（Jerk）
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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 3.1.2 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
数控机床选型指南 一、确定典型加工工件 1、箱体类零件应选择卧式加工中心 2、板类零件应选择立式加工中心 3、轴类零件应选择车削加工中心 二、选择数控机床规格 1、机床工作台面积应大于典型零件尺寸以便于安装夹具 2、机床行程应大于典型零件加工范围以便于出刀 3、机床工作台承重能力应大于零件和夹具的重量 4、主电机功率：主电机功率越大，其每分钟可切除的金属 余量就越多，表明机床切削能力越强，刚性也越高。 三、选择机床的精度 1、应统一使用ISO标准衡量机床的定位和重复定位精度值 2、机床的重复定位精度反映了该控制轴在行程内任意定 位点的定位稳定性，这是衡量该控制轴能否稳定可靠的 基本指标 3、零件在单轴上移动加工两孔的孔距精度约为机床单轴 定位精度的2倍左右，双轴移动则为机床单轴定位精度 的3倍左右
四、数控系统的选择 1、铣削应选择铣床系统，车削应选择车削系统，钻削应选 择钻削系统 2、进口系统性能稳定价格高，国产系统可靠性差价格低 3、系统基本功能都已固化，都必须选择，特殊选项价格特 别贵，可根据实际需要适当选择，如FANUC 0I MC 铣 床系统中图形显示功能、自动编程软件、刀具测量系统、 工件测量系统、以太网接口及通讯功能可增加成本二十 多万元 五、估算工时和节拍 1、选择机床时必须做可行性分析：一年内该机床能加工出 多少典型零件 2、根据典型零件确定数控机床加工工序的内容，根据准备 给机床配置的刀具种类和数量来确定切削用量，并计算 每道工序的切削时间及相应的辅助时间，一般换刀时间 按10秒计算 六、刀库的选择及刀柄的配置 1、刀库容量越大，价格越贵，故障率也越高，加工中心50% 以上的故障都与刀库有关 2、在立加上选用20把刀左右刀具容量的刀库、在卧加上 选用40把刀左右刀具容量的刀库基本上能满足要求 3、根据典型零件要加工的工序内容确定刀柄的种类和数
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。
姜堰中等专业学校 《机床数控系统》试题及答案1 一、选择题（每题2分，共20分） 1、数控机床的组成部分包括( B ) A．输入输出装置、光电阅读机、PLC装置、伺服系统、多级齿轮变速系统、刀库 B．输入输出装置、CNC装置、伺服系统、位置反馈系统、机械部件 C．输入输出装置、PLC装置、伺服系统、开环控制系统、机械部件 D．输入输出装置、CNC装置、多级齿轮变速系统、位置反馈系统、刀库 2、计算机数控系统的优点不包括( C ) A．利用软件灵活改变数控系统功能，柔性高 B．充分利用计算机技术及其外围设备增强数控系统功能 C．数控系统功能靠硬件实现，可靠性高 D．系统性能价格比高，经济性好 3、机床数控系统是一种( C ) A．速度控制系统B．电流控制系统C．位置控制系统D．压力控制系统4、半闭环控制系统的传感器装在( A ) A．电机轴或丝杠轴端B．机床工作台上C．刀具主轴上 D．工件主轴上5、步进电动机多相通电可以( A ) A．减小步距角B．增大步距角C．提高电动机转速D．往往能提高输出转矩 6、用光栅位置传感器测量机床位移，若光栅栅距为0.01mm，莫尔条纹移动数为1000个，若不采用细分技术则机床位移量为( C ) A．0.1mm B．1mm C．10mm D．100mm 7、所谓开环的数控伺服系统是指只有( B ) A．测量实际位置输出的反馈通道B．从指令位置输入到位置输出的前向通道C．开放的数控指令D．位置检测元件 8、FANUC 0i系列数控系统操作面板上用来显示图形的功能键为（ C ）。 A PRGRM B OPR/ALARM C AUX/GRAPH D OFFSET 9．数控系统所规定的最小设定单位就是（ C ）。 A 数控机床的运动精度 B 机床的加工精度 C 脉冲当量 D 数控机床的
数控系统的国内外发展 及应用现状
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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 3.1.2 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
1国内外四种数控系统功能介绍与应用分析 3.1 FANUC 数控系统简介 FANUC 公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家，该公司自60 年代生产数控系统以来，已经开发出40 多种的系列产品。FANUC 公司目前生产的数控装置有F0、F10/F11/F12、F15、F16、F18 系列。F00/F100/F110/F120/F150系列是在F0/F10/F12/F15 的基础上加了MMC 功能，即CNC、PMC、MMC 三位一体的CNC。 FANUC公司数控系统的产品特点如下： （1）结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构。 （2）采用专用LSI，以提高集成度、可靠性，减小体积和降低成本。 （3）产品应用范围广。每一CNC 装置上可配多种上控制软件，适用于多种机床。 （4）不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等。 （5） CNC 装置体积减小，采用面板装配式、内装式PMC（可编程机床控制器）。 （6）在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能： 插补功能：除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、样条插补等。 切削进给的自动加减速功能：除插补后直线加减速，还插补前加减速。 补偿功能：除螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿线性度补偿以及各新的刀具补偿功能。 故障诊断功能：采用人工智能，系统具有推理软件，以知识库为根据查找故障原因。 （7） CNC 装置面向用户开放的功能。以用户特订宏程序、MMC 等功能来实现。 （8）支持多种语言显示。如日、英、德、汉、意、法、荷、西班牙、瑞典、挪威、丹麦语等。 （9）备有多种外设。如FANUC PPR， FANUC FA Card，FANUC FLOPYCASSETE，FANUC PROGRAM FILE Mate 等。 （10）已推出MAP（制造自动化协议）接口，使CNC 通过该接口实现与上一级计算机通信。 （11）现已形成多种版本。 FANUC 系统早期有3 系列系统及6 系列系统，现有0 系列、10/11/12 系列、15、16、18、21 系列等，而应用最广的是FANUC 0 系列系统。 3.2西门子数控系统简介 西门子数控系统是一个集成所有数控系统元件（数字控制器，可编程控制器，人机操作界面）于一体的操作面板安装形式的控制系统。所配套的驱动系统接口采用西门子公司全新设计的可分布式安装以简化系统结构的驱动技术，这种新的驱动技术所提供的DRIVE-CLiQ接口可以连接多达6轴数字驱动。外部设备通过现场控制总线PROFIBUS DP连接。这种新的的驱动接口连接技术只需要最少数量的几根连线就可以进行非常简单而容易的安装。SINUMERIK802D sl为标准的数控车床和数控铣床提供了完备的功能，其配套的模块化结构的驱动系统为各种应用提供了极大的灵活性。性能方面经过大大改进的工程设计软件（Sizer，Starter）可以帮助用户完成从项目开始阶段的设计选型，订货直到安装调试全部过程中的各项任务。