一、数控机床的基本概念 二、国内外数控机床发展概况 三、数控机床的发展趋势 STEP—NC 传统数控系统结构与STEP—NC系统结构的比较 * 数控加工编程及操作 几个基本概念 数控技术（Numerical Control，简称NC）:指用数字、字母和符号对某一工作过程进行可编程的自动控制技术； 数控系统：指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成的系统，是数控技术的载体； 计算机数控系统（CNC）：指以计算机为核心的数控系统； 数控机床：是指应用数控技术对机床加工过程进行控制的机床。 数控技术是一种采用计算机对机械加工过程中各种控制信息进行数字化运算、处理，并通过高性能的驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的高技术。当前已有大量机械加工装备采用了数控技术，其中最典型而且应用面最广的是数控机床。 数控高速铣削加工 高效 、高精度 、高的表面质量 、可加工高硬材料 五轴车铣中心 多轴联动、复合加工 五轴加工中心 慢走丝线切割技术 加工精度可达到±1.5μm， 加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。 精密坐标磨床 成型磨床 数控光学曲线磨床 精密磨削、微细加工技术 三坐标数控测量 1952年，美国Parsons公司和MIT合作研制了世界上第一台三坐标数控机床，其控制系统由电子管组成。1955年，在Parsons专利的基础上，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来，这是一台实用化的数控机床。??? 从1952年至今，数控机床按数控系统的发展经历了五代。第一代：1955年 数控系统以电子管组成，体积大，功耗大。第二代：1959年 以晶体管组成，广泛采用印刷电路板。利来国际第三代：1965年 采用小规模集成电路。体积小，功耗低，可靠性有了提高。 第四代：1970年 采用小型计算机取代专用计算机，其部分功能由软件实现。具有价格低，可靠性高和功能多等特点。第五代：1974年 以微处理器为核心，价格低，体积小，实现真正意义上机电一体化。现在的数控系统都是以微处理器为核心的系统，其性能随着CPU的不断升级而不断提高。 表现形式：小型计算机数控（CNC）；微机数控系统（MNC）；经济型数控（ENC）；加工中心（MC）；自适应控制系统（AC）；计算机群控系统（DNC）；柔性制造系统（FMS）；计算机集成制造系统（CIMS）。 柔性制造系统（FMS） 计算机集成制造系统（CIMS） 高速、高效、高精度、多功能、高可靠性 网络化、智能化 数控系统开放化 STEP—NC 并联机床 现代数控技术的发展具有下列一些特点： 高速、高效、高精度、多功能、高可靠性 高速加工(High Speed Machining，HSM)被认为是21世纪机加工艺中最重要的手段。优点：加工时间减少约60％ ～80％ ，进给速度提高5～10倍，材料去除率提高3～5倍，刀具耐用度提高70％，切削力减少约30％，表面粗糙度Ra max可达8～1 0um，工件温升低，热变形、热膨胀减小。国外高档数控机床的快进速度可达120m／min，加速度达2g以上， 主轴转速已达100000r／min，换刀时间则少于0.4s。 MOV1 MOV2 为提高数控机床的加工精度，在控制精度方面采取很多措施，例如：提高系统最小分辨率；缩短采样插补周期；伺服系统采用全数字交流伺服；采用各种先进的控制算法，提高伺服系统的跟踪精度，甚至实现零误差跟踪。目前，普通级数控机床的加工精度已提高到5um，精密级加工中心则达到1um，超精密加工精度已开始进入纳米级，其加工精度一般小于lOnm。 五轴联动加工和复合加工机床快速发展。采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。 五轴联动加工 复合加工机床 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。 实例：FANUC的CNC控制系统15i／150i。这是一台具有开放性，4通道、最多控制轴数为24轴、最多联动轴数为24轴、最多可控制4个主轴的CNC系统。 系统可通过光纤与PC机连接，采用Window兼容软件和开发环境。功能以高速、超精为核心，并具有智能控制。特别适合於加工航空机械零件，汽车及家电的高精零件，各种模具和复杂的需5轴加工的零件。 网络数控就是通过网络、Internet/Intranet将制造单元和控制部件相连，或将制造过程所需资源（如加工程序、机床、工具、检测监控仪器等）共享。 现代化生产系统呈现分散化、网络化制造的特点。在网络制造的模式下，数控机床就成了网络中的一个节点，这就要求数控系统具有联网通讯的能力，因此，网络化也是数控系统的研究热点之一。 网络化、智能化 数控系统的网络化，将满足生产线、制造企业、制造系统对信息集成的需要，也为实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟制造、并行工程等提供了有利条件。目前正在发展的基于PC的第6代数控系统，可以充分利用PC的联网能力，大大增强了数控机床的网络化功能。 数控系统的智能化就是应用各种人工智能的方法和技术去控制制造过程。具有智能的数控系统可以更深入地解决加工中的技术问题，优质高效地完成加工任务。随着当今科学技术的发展，智能化已渗透到数控系统的各个方面。智能数控系统不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面更为友好，智能化的伺服系统能自动识别负载并自动优化调整参数，故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。 数控系统开放化 封闭体系结构的数控系统已经不能适应现代化生产的变革，不适应未来车间面向任务和定单的生产模式。因此，开放式数控系统应运而生。开放式数控系统具有模块化、标准化、平台无关性、可二次开发、适应网络操作等特点，它面向机床厂家和最终用户，使其可以自由地选择数控装置、驱动装置、伺服电机等数控系统的各个构成要素，并可方便地将自己的技术诀窍和特殊应用集成到控制系统中，快速组成不同品种、不同档次的数控系统。 目前开放式数控的一个具体表现就是发展基于PC的数控系统，也就是第6代数控系统。 基于PC的开放式数控系统基本有3种结构形式： (1)PC嵌入CNC型 (2)CNC嵌入PC型 (3)全软件CNC型 STEP（Standard for the Exchange of Product model date，ISO 10303）意为产品模型数据转换标准。 传统数控系统一直沿用G、M代码(ISO 6983)对工件进行编程加工。这种编程方法的本质特征是面向加工过程，具有很大的局限性，如包含的产品信息不完整、加工信息不能向上游系统反馈、兼容性差、编程困难等。这在一定程度上限制了CNC系统的开放性和智能化发展。 为此，国际上正在研究和制定一种新的基于产品模型数据转换标准STEP的数控系统标准ISO14649，其目的是提供一种中性机制，能够描述产品全生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程产品信息的标准化。 使用STEP—NC可减少加工信息容易丢失的问题，实现双向数据流动，能够保存所做的修改，使零件程序和优化的加工描述及时地反馈到设计部门(CAD)，以便设计部门及时进行数据更新，以便获得完整、连贯的加工过程数据文件。 CAD数据（普通格式） CAD数据（STEP格式） CAM系统 CAM系统（包含工艺信息） 后置处理器 NC控制器 STEP-NC接口 STEP-NC控制器 传统加工 基于STEP-NC 设计阶段 加工阶段 ISO6983 ISO6983以及扩展部分 单向 *

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