數控技術讀書報告【摘要】半個世紀以來，以計算機為主導和核心的信息技術，通過電視、現代通信等提高了人類生活的質量，還促使生產力飛速向前發展，開創了人類文明史、生產史的新紀元。信息技術的飛速發展直接導致了知識經濟的到來。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統機床產生了質的變化。【關鍵字】數控系統發展過程發展趨勢概述從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統，到現在已走過了半個世紀歷程。隨著電子技術和控制技術的飛速發展，當今的數控系統功能已經非常強大，與此同時加工技術以及一些其他相關技術的發展對數控系統的發展和進步提出了新的要求。數控技術和數控裝備是制造工業現代化的基礎，是一個國家經濟發展和綜合國力的體現，而數控系統是數控技術和數控裝備的核心。近年來，國內外數控系統在柔性、精確性、可靠和集成性等方面取得了飛速的發展，許多理論與技術問題得到了較好的解決。我國的數控產業經過了10余年的攻關，在許多關鍵技術和核心技術上，已達到國外先進水平，擁有了具有我國版權的數控系統。數控系統的技術發展近年來十分迅猛，國外各大數控系統公司如FANUC、SIEMENS、A-B、MITSUBISHI、YASKAWA等紛紛進入我國市場，競爭異常激烈，我國的數控產業所面臨的形勢非常嚴峻。市場的競爭歸根到底是技術的競爭，研究現代數控技術的發展方向，建立與發展符合我國國情的技術體系和數控產品，才能進一步擴大數控機床的市場份額，使我國的數控技術和數控產業在整個國際大市場中擁有一定的地位數控系統數控系統及相關的自動化產品主要是為數控機床配套。數控機床是以數控系統為代表的新技術對傳統機械制造產業的滲透而形成的機電一體化產品：數控系統裝備的機床大大提高了零件加工的精度、速度和效率。數控系統的發展數控(NC)階段早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數控系統，被稱為硬件連接數控(HARD-WIREDNC)，簡稱為數控(NC)。隨著元器件的發展，這個階段歷經了三代，即1952年的第一代——電子管；1959年的第二代——晶體管；1965年的第三代——小規模集成電路。計算機數控(CNC)階段到1970年，通用小型計算機業已出現并成批生產。其運算速度比50～60年代有了大幅度的提高，比專門“搭”成的專用計算機成本低、可靠性高。于是將它移植過來作為數控系統的核心部件，從此進入了計算機數控。1974年微處理器被應用于數控系統。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕(故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控)，不如采用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。1990年，PC機的性能已發展到很高的階段，從8位、16位發展到32位，可以滿足作為數控系統核心部件的要求，而且PC機生產批量很大，價格便宜，可靠性高。數控系統從此進入了基于PC的階段。數控系統近50年來經歷了兩個階段六代的發展。只是發展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價格極為昂貴、應用很不方便(主要是編程困難)等極為關鍵的問題。因此，即使在工業發達國家，數控機床大規模地得到應用和普及，也是在70年代末80年代初以后的事。即數控技術經過了近30年的發展才走向普及應用的。數控（計算機數控）階段也經歷了三代。即1970年的第四代——小型計算機；1974年的第五代——微處理器和1990年的第六代——基于PC我國數控系統技術的發展我國從1958年起，由一些科研院所、高等學校和少數機床廠起步，進行數控系統的研制和開發。由于受到當時國產電子元器件水平低、部門經濟等因素的制約，未能取得較大的進展。在改革開放以后，我國數控技術才逐步取得實質性的進展。經過“六五”(1981～1985年)的引進國外技術，“七五”(1986～1990年)的消化吸收和“八五”(1991～1995年)國家組織的科技攻關和正在進行的“九五”(1996～2000年)國家組織的產業化攻關，才使得我國數控系統技術有了質的飛躍。在20余年間，數控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現在三大方面：培訓一批設計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數控系統配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯動加工的數控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依靠國外技術支撐，不能獨立發展，基本上處于從仿制走向自行開發階段，與日本數控機床的水平差距很大。現在我國的數控系統已經實現了從進口到出口的轉折。數控系統的發展趨勢數控系統將來發展的主要目標為，進一步減低價格，增加可靠性，拓寬功能，提高操作舒適性，提高集成性，提高系統的柔性和開放性，減小體積，提高數控機床的生產能力。1、數控標準的引入

隨著NC成為機械自動化加工的重要設備，在管理和操作之間，都需要有統一的術語、技術要求、符號和圖形，即有統一的標準，以便進行世界性的技術交流和貿易。NC技術的發展，形成了多個國際通用的標準：即ISO國際標準化組織標準、IEC國際電工委員會標準和EIA美國電子工業協會標準等。最早制訂的標準有NC機床的坐標軸和運動方向、NC機床的編碼字符、NC機床的程序段格式、準備功能和輔助功能、數控紙帶的尺寸、數控的名詞術語等。這些標準的建立，對NC技術的發展起到了規范和推動作用。最近，ISO基于用戶的需要和對下一個5年間信息技術的預測，又在醞釀推出新標準“CNC控制器的數據結構”。它把AMT(先進制造技術)的內容集中在兩個主要的級別和它們之間的連接上：第一級CAM，為車間和它的生產機械：第二級是上一級，為數據生成系統，由CAD、CAP、CAE和NC編程系統及相關的數據庫組成。2、伺服技術的發展伺服裝置是數控系統的重要組成部分。20世紀50年代初，世界第一臺NC機床的進給驅動采用液壓驅動。由于液壓系統單位面積產生的力大于電氣系統所產生的力(約為20:1)，慣性小、反應快，因此當時很多NC系統的進給伺服為液壓系統。70年代初期，由于石油危機，加上液壓對環境的污染以及系統笨重、效率低等原因，美國GETTYS公司開發出直流大慣量伺服電動機，靜力矩和起動力矩大，性能良好，FANUC公司很快于1974年引進并在NC機床上得到了應用。從此，開環的系統逐漸被閉環的系統取代，液壓伺服系統逐漸被電氣伺服系統取代。

電伺服技術的初期階段為模擬控制，這種控制方法噪聲大、漂移大。隨著微處理器的采用，引入了數字控制。它有以下優點：①無溫漂，穩定性好。②基于數值計算，精度高。③通過參數對系統設定，調整減少。④容易做成ASIC電路。對現代數控系統，伺服技術取得的最大突破可以歸結為：交流驅動取代直流驅動、數字控制取代模擬控制、或者稱為軟件控制取代硬件控制。20世紀90年代，許多公司又研制了直線電動機，由全數字伺服驅動，剛性高，頻響好，因而可獲得高速度。3、自動編程的采用編程的方法有手工編程和自動編程兩種。據統計分析，采用手工編程，一個零件的編程時間與機床加工之比，平均約為30:1。為了提高效率，必須采用計算機或程編機代替手工編程。自動編程需要有自動化編程語言，其中麻省理工學院研制的APT語言是最典型的一種數控語言，它大大地提高了編程效率。從70年代開始出現的圖象數控編程技術有效地解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示、交互設計、修改及刀具軌跡生成、走刀過程的仿真顯示、驗證等，從而推動了CAD和CAM向一體化方向發展。4、DNC概念的引入及發展DNC概念從“直接數控”到“分布式數控”的變化，其內涵也發生了變化。“分布式數控”表明可用一臺計算機控制多臺數控機床。這樣，機械加工從單機自動化的模式擴展到柔性生產線及計算機集成制造系統。從通信功能而言，可以在CNC系統中增加DNC接口，形成制造通信網絡。網絡的最大特點是資源共享，通過DNC功能形成網絡可以實現：①對零件程序的上傳或下傳。②讀、寫CNC的數據。③PLC數據的傳送。④存貯器操作控制。⑤系統狀態采集和遠程控制等。5、可編程控制器的采用在20世紀70年代以前，NC控制器與機床強電順序控制主要靠繼電器進行。60年代出現了半導體邏輯元件，1969年美國DEC公司研制出世界上第一臺可編程序控制器PLC。PLC很快就顯示出優越性：設計的圖形與繼電器電路相似，形象直觀，可以方便地實現程序的顯示、編輯、診斷、存貯和傳送：PLC沒有繼電器電路那種接觸不良，觸點熔焊、磨損、線圈燒斷等缺點。因此很快在NC機床上得到應用。目前，在NC機床上指令執行時間可達到0.085μs/步，最大步數為32000步。而且，使用PLC還可以大大減少系統的占用空間，提高系統的快速性和可靠性。6、傳感器技術的發展一臺NC系統與機械連結在一起時，它能控制的幾何精度除受機械因素的影響外，閉環系統還主要取決于所采用的傳感器，特別是位置和速度傳感器，如可測量直線位移和旋轉角度的直線感應同步器和圓感應同步器、直線和圓光柵、磁尺、利用磁阻的傳感器等。這些傳感器由光學、精密機械、電子部件組成，一般分辨率為0.01～0.001mm，測量精度為±0.02～0.002mm/m，機床工作臺速度為20m/min以下。隨著機床精度的不斷提高，對傳感器的分辨率和精度也提出了更高的要求。于是出現了具有“細分”電路的高分辨率傳感器，比如FANUC公司研制的編碼器通過細分可做到分辨率為10-7r。利用它構成的高精度數控系統為超精控制及加工創造了條件。7、微處理器的應用新一代數控系統廣泛采用多微處理機系統。大量采用大規模集成電路和三維高密度焊接的印制電路板，是系統小型化、經濟、可靠。中、高檔數控系統趨向于采用記憶PC機的硬件構成形式，通過這種形式使應用PC軟件、PC工具和PC硬件成為可能。這樣做的優點在于，硬件方面，由于PC機市場大，導致PC組件價格低廉，從而使基于PC機的數控系統價格降低；軟件方面，PC軟件功能強，且容易接受和推廣，數控系統中集成數據庫，可以實現方便的工藝、校正、診斷和刀具等數據的存儲。8、開放型技術的產生新一代數控系統應是開放式數控系統。開放式數控系統要求引用標準組件，應用開放的模塊化結構來構成系統的硬、軟件，是系統便于組合、擴展和升級，并且應使系統的硬件和軟件相互分離，是系統能提供柔性的、以適應地控制功能。開放式數控系統具有外部開放性和內部開放性。外部開放性反映在外部接口具有統一性和標準性，如一致的數控編程器、統一的通信接口、統一的伺服控制接口和通用的操作控制接口。內部開放性是內部數控核心控制功能軟件和附加的可選功能軟件在系統中易于集成，并易為用戶所掌握。五、總結目前，我國的機床工業正從生產大國逐漸變為機床強國，主要體現在數控機床產品的技術水平和質量不斷發展及提高。其中，特別是數控系統和數控機床的可靠性不斷提高。由于對產品結構進行了調整，新的數控產品不斷涌現，如多坐標聯動、高速、高精等數控機床的研制成功。北京發那科機電有限公司作為一家中國國內的數控系統制造和銷售企業，有必要為我國機床工業的發展提供更加可靠、功能更多的數控產品以滿足我國機床工業的需要。參考文獻：[1]文廣.馬宏偉《數控技術的現狀和發展趨勢》2002[2]周德儉《使用PC的開放式計算機數控系統——CNC的發展方向.機電一體化》1997[3]黃金秋《.基于開放式結構的高性能數控系統的研制.制造技術與機床》1998[4]章富元方江龍湯季安《中國機械工程》2001[5]郭