第一章緒論

1.1機(jī)床的數(shù)控化改造

1.1.1機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的現(xiàn)狀目前，關(guān)于機(jī)床改造方面的報(bào)道比較多，其方法多種多樣，具體表現(xiàn)在:1.根據(jù)用戶的需求可以選擇不同的數(shù)控系統(tǒng)。2.根據(jù)要求可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性數(shù)控化改造，也可以進(jìn)行智能化數(shù)控機(jī)床改造。不管哪種形式的數(shù)控改造，最基本的思路是要滿足用戶的基本使用需求。但目前對(duì)車(chē)床的數(shù)控化改造，主要是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控化改造。在改造過(guò)程中，主要沿用系統(tǒng)供應(yīng)商提供的外部接線要求進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)，沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究，不能結(jié)合實(shí)際應(yīng)用解決當(dāng)前同類(lèi)機(jī)床存在的問(wèn)題，比如:現(xiàn)在的機(jī)床普遍采用正邏輯控制，當(dāng)限位保護(hù)電路，如發(fā)生電路開(kāi)路或接觸不良時(shí)，不會(huì)立即報(bào)警，容易造成事故。針對(duì)目前同類(lèi)數(shù)控機(jī)床使用中存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的研究和分析系統(tǒng)特性，在改造機(jī)床時(shí)所有限位保護(hù)電路均采用負(fù)邏輯，如發(fā)生電路開(kāi)路或接觸不良時(shí)會(huì)立即報(bào)警，防止意外事故發(fā)生；設(shè)定了特殊的限位控制裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。這一技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。另外，我們知道車(chē)床加工的主要任務(wù)是承擔(dān)軸類(lèi)、套類(lèi)、盤(pán)類(lèi)等零件的加工。成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的4個(gè)要素，采用傳統(tǒng)的非數(shù)控生產(chǎn)方式只有達(dá)到一定閉值的大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述4個(gè)方面的統(tǒng)一。但在當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，企業(yè)為主導(dǎo)的賣(mài)方市場(chǎng)已轉(zhuǎn)向以市場(chǎng)需求為中心用戶為主導(dǎo)的買(mǎi)方市場(chǎng)，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)壽命大大縮短，這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境；其次，衡量企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。為此，發(fā)展柔性結(jié)構(gòu)體系的數(shù)控制造裝備及制造系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)在快速多變的市場(chǎng)環(huán)境中對(duì)用戶驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)需求作出靈活、快速響應(yīng)的關(guān)鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的柔性化是指當(dāng)產(chǎn)品的品種的需求發(fā)生變化時(shí)，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟(jì)性的前提下，實(shí)現(xiàn)及時(shí)轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。同時(shí)，持續(xù)地提高經(jīng)濟(jì)加工精度也是適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)主要目標(biāo)。因而作為評(píng)定數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)效能的基本指標(biāo)也將由傳統(tǒng)的工作精度和切削能力改為用高效柔性和高精化的程度來(lái)衡量。高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境下的兩個(gè)最主要的要求，即產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提高。如何達(dá)到上述要求，進(jìn)一步提高其生產(chǎn)的柔性化，達(dá)到操作的簡(jiǎn)便易行，在改造過(guò)程中利用成組技術(shù)，來(lái)把單件多品種生產(chǎn)轉(zhuǎn)變成變品種的批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)共用化的程序存入系統(tǒng)，減少編程的麻煩，提高了加工效率。這一創(chuàng)新思路是目前市場(chǎng)上沒(méi)有的，該技術(shù)己申請(qǐng)專(zhuān)利。同時(shí)采用無(wú)級(jí)變速方式，使其轉(zhuǎn)速提高到2000r/min，實(shí)現(xiàn)了高速化。

1.1.2機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性1．宏觀看改造的必要性宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達(dá)20.8％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。2．微觀看改造的必要性

微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。

可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。

由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。

可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。

由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。

加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。

可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。及我國(guó)加入WTO，今后幾年我國(guó)機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。2005年出口創(chuàng)匯達(dá)到12億美元。1.2.1.4國(guó)外數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)一是利用二進(jìn)制數(shù)學(xué)方式輸入，加工過(guò)程可任意編程，主軸及進(jìn)給速度可按加工工藝需要變化，且能實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，易加工雜曲面。對(duì)于加工對(duì)象具有“易變、多變、善變”的特點(diǎn)．換批調(diào)整方便可實(shí)現(xiàn)雜件多品種中小批柔性生產(chǎn)，適應(yīng)社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求。但價(jià)格較昂貴，需要正確分析其使用的經(jīng)濟(jì)合理性。二是利用硬件與軟件相結(jié)合。能實(shí)現(xiàn)信息反饋補(bǔ)償、自動(dòng)和減速等功能，可進(jìn)一步提高機(jī)床的加工精度、效率和自動(dòng)化程度。三是以電子控制為主的機(jī)電一體化機(jī)床充分發(fā)揮了微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)特有的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，可較容易地組成各種先進(jìn)制造系統(tǒng)，如FMS、FTL、FA，甚至將來(lái)的CIMS，能最大限度地提高工業(yè)生產(chǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率。1.2.1.5國(guó)際對(duì)中國(guó)機(jī)械工業(yè)的沖擊外資對(duì)我國(guó)機(jī)械工業(yè)的結(jié)構(gòu)沖擊主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1、部分行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)有可能受到?jīng)_擊在以下行業(yè)將表現(xiàn)得更為突出：一是在國(guó)內(nèi)處于市場(chǎng)成長(zhǎng)期、外方掌握專(zhuān)有技術(shù)并處于壟斷地位的技術(shù)密集型行業(yè)，如燃?xì)廨啓C(jī)、直流輸電關(guān)鍵設(shè)備、半喂入式水稻聯(lián)合收割機(jī)、機(jī)電一體化的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)附配件等；二是單靠有限市場(chǎng)難以發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力、迫切需要全球市場(chǎng)支撐的行業(yè)，如高壓開(kāi)關(guān)、大型變壓器、高檔科學(xué)儀器、高檔數(shù)控系統(tǒng)、智能化工業(yè)控制系統(tǒng)等；三是國(guó)內(nèi)外制造成本相差較大、外方享有明顯的品牌優(yōu)勢(shì)、在華設(shè)廠可以在世界市場(chǎng)獲取豐厚利潤(rùn)的勞動(dòng)密集型或易于流通的裝配型產(chǎn)品行業(yè)，如照相機(jī)、復(fù)印機(jī)、部分工業(yè)和民用儀表、高品質(zhì)低壓電器等。2、工程成套行業(yè)將面臨更嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)隨著服務(wù)貿(mào)易領(lǐng)域?qū)ν忾_(kāi)放，實(shí)力雄厚的國(guó)外公司可能更積極地到國(guó)內(nèi)舉辦由其控制的、以工程承包為主要業(yè)務(wù)的工程公司，以其母公司產(chǎn)品為后盾，以熟悉國(guó)內(nèi)情況的中方雇員為業(yè)務(wù)骨干，與我內(nèi)資企業(yè)展開(kāi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。3、我國(guó)機(jī)械工業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新的積極性有可能被抑制由于外資在華機(jī)械企業(yè)主要承擔(dān)制造車(chē)間的角色，技術(shù)來(lái)源主要依靠其母公司，而原本就實(shí)力有限的內(nèi)資企業(yè)在完全開(kāi)放的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中堅(jiān)持自行研制開(kāi)發(fā)將冒很大風(fēng)險(xiǎn)，為了節(jié)省投入，提高產(chǎn)品的形象，多數(shù)內(nèi)資企業(yè)將盡可能與外方合作，采用國(guó)際同行的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。4、處于幼稚期的自主產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)環(huán)境趨于嚴(yán)峻由于國(guó)外企業(yè)將更加不愿轉(zhuǎn)讓技術(shù)，更愿意通過(guò)在華舉辦由他們控制的企業(yè)來(lái)與內(nèi)資機(jī)械企業(yè)爭(zhēng)奪中國(guó)用戶的訂單，國(guó)內(nèi)用戶也有了更多的便利采購(gòu)?fù)赓Y產(chǎn)品，從而部分處于成長(zhǎng)初期的重要產(chǎn)品自主產(chǎn)業(yè)的培育壯大將更困難。

1.2.2數(shù)控技術(shù)1.1.2.1數(shù)控技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1

開(kāi)放結(jié)構(gòu)的發(fā)展數(shù)控技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在，已有近50年的歷史。按照電子器件的發(fā)展可分為五個(gè)發(fā)展階段：電子管數(shù)控，晶體管數(shù)控，中小規(guī)模IC數(shù)控，小型計(jì)算機(jī)數(shù)控，微處理器數(shù)控；從體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，可分為以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件及軟件組成的CNC數(shù)控系統(tǒng)，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)裝備的機(jī)床大大提高了加工精度、速度和效率。人類(lèi)發(fā)明了機(jī)器，延長(zhǎng)和擴(kuò)展人的手腳功能：當(dāng)出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)以后，制造廠家逐漸希望數(shù)控系統(tǒng)能部分代替機(jī)床設(shè)計(jì)師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能放進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)也希望系統(tǒng)具有圖形交互、診斷功能等。首先就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)這個(gè)界面和平臺(tái)開(kāi)放而自由地執(zhí)行和表達(dá)自己的思路。這就產(chǎn)生了開(kāi)放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床制造商可以在該開(kāi)放系統(tǒng)的平臺(tái)上增加一定的硬件和軟件構(gòu)成自己的系統(tǒng)。目前，開(kāi)放系統(tǒng)有兩種基本結(jié)構(gòu)：(1)CNC+PC主板：把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機(jī)器中，PC板主要運(yùn)行實(shí)時(shí)控制，CNC主要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制。(2)PC+運(yùn)動(dòng)控制板：把運(yùn)動(dòng)控制板插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制用，而PC機(jī)主要作非實(shí)時(shí)控制。開(kāi)放結(jié)構(gòu)在90年代初形成；對(duì)于許多熟悉計(jì)算機(jī)應(yīng)用的系統(tǒng)廠家，往往采用第(2)方案。但目前主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家認(rèn)為數(shù)控系統(tǒng)最主要的性能是可靠性，象PC機(jī)存在的死機(jī)現(xiàn)象是不允許的。而系統(tǒng)功能首先追求的仍然是高精高速的加工。加上這些廠家長(zhǎng)期已經(jīng)生產(chǎn)大量的數(shù)控系統(tǒng)：體系結(jié)構(gòu)的變化會(huì)對(duì)他們?cè)到y(tǒng)的維修服務(wù)和可靠性產(chǎn)生不良的影響。因此不把開(kāi)放結(jié)構(gòu)作為主要的產(chǎn)品，仍然大量生產(chǎn)原結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。為了增加開(kāi)放性，主流數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家往往采用(1)方案，即在不變化原系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一塊PC板，提供鍵盤(pán)使用戶能把PC和CNC聯(lián)系在一起，大大提高了人機(jī)界面的功能比較典型的如FANUC的150/160／180／210系統(tǒng)。有些廠家也把這種裝置稱為融合系統(tǒng)(fusionsystem)。由于它工作可靠，界面開(kāi)放，越來(lái)越受到機(jī)床制造商的歡迎。2

軟件伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)伺服技術(shù)是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分。廣義上說(shuō)，采用計(jì)算機(jī)控制，控制算法采用軟件的伺服裝置稱為“軟件伺服”。它有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)無(wú)溫漂，穩(wěn)定性好。(2)基于數(shù)值計(jì)算，精度高。(3)通過(guò)參數(shù)對(duì)設(shè)定，調(diào)整減少。(4)容易做成ASIC電路。70年代，美國(guó)GATTYS公司發(fā)明了直流力矩伺服電機(jī)，從此開(kāi)始大量采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。開(kāi)環(huán)的系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)的系統(tǒng)取代。但直流電機(jī)存在以下缺點(diǎn)：(1)電動(dòng)機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速、環(huán)境條件受到限制；(2)換向器、電刷維護(hù)不方便。交流異步電機(jī)雖然價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但早期由於控制性能差，所以很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，1971年，德國(guó)西門(mén)子的Blaschke發(fā)明了交流異步機(jī)的矢量控制法；1980年，德國(guó)人Leonhard為首的研究小組在應(yīng)用微理器的矢量控制的研究中取得進(jìn)展，使矢量控制實(shí)用化。從70年代末，·數(shù)控機(jī)床逐漸采用異步電機(jī)為主軸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。如果把直流電機(jī)進(jìn)行“里翻外”的處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子，轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測(cè)出磁極位置，這就構(gòu)成了永磁無(wú)刷電機(jī)。這種電機(jī)具有良好的伺服性能。從80年代開(kāi)始，逐漸應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置上。為了實(shí)現(xiàn)更高的加工精度和速度，90年代，許多公司又研制了直線電機(jī)。它由兩個(gè)非接觸元件組成，即磁板和線卷滑座：電磁力直接作用于移動(dòng)的元件而無(wú)需機(jī)械連接，沒(méi)有機(jī)械滯后或螺距周期誤差，精度完全依賴于直線反饋系統(tǒng)和分級(jí)的支承，由全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)，剛性高，頻響好，因而可獲得高速度。但由于它的推力還不夠大，發(fā)熱，漏磁及造價(jià)也影響了它的廣—泛應(yīng)用。對(duì)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)，伺服技術(shù)取得的最大突破可以歸結(jié)為：交流驅(qū)動(dòng)取代直流驅(qū)動(dòng)、數(shù)字控制取代模擬控制、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制。這兩種突破的結(jié)果產(chǎn)生了交流數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝置。由于電力電子技術(shù)及控制理論、微處理器等微電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟件運(yùn)算及處理能力的提高，特別是DSP的應(yīng)用，使系統(tǒng)的計(jì)算速度大大提高，采樣時(shí)間大大減少。這些技術(shù)的突破，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強(qiáng)。大大推動(dòng)了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。3

CNC系統(tǒng)的連網(wǎng)數(shù)控系統(tǒng)從控制單臺(tái)機(jī)床到控制多臺(tái)機(jī)床的分級(jí)式控制需要網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信；網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是進(jìn)行通信，共享信息。這種通信通常分三級(jí)：(1)工廠管理級(jí)。一般由以太網(wǎng)組成。(2)車(chē)間單元控制級(jí)。一般由DNC功能進(jìn)行控制。通過(guò)DNC功能形成網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件程序的上傳或讀、寫(xiě)CNC的數(shù)據(jù)：PLC數(shù)據(jù)的傳送；存貯器操作控制；系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等。更高檔次的DNC還可以對(duì)CAD／CAM/CAPP以及CNC的程序進(jìn)行傳送和分級(jí)管理。CNC與通信網(wǎng)絡(luò)連系在一起還可以傳遞維修數(shù)據(jù)，使用戶與NC生產(chǎn)廠直接鴀?通信：進(jìn)而，把制造廠家連系一起，構(gòu)成虛擬制造網(wǎng)絡(luò)。(3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車(chē)間單元控制級(jí)及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設(shè)備單機(jī)及I／0控制、連線控制、通信連網(wǎng)、在線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)等功能，保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務(wù)，并將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層，向工廠級(jí)提供數(shù)據(jù)。同時(shí)也可接受工廠管理層下達(dá)的生產(chǎn)管理及調(diào)度命令并執(zhí)行之。因此，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車(chē)間級(jí)是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化及CIMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)大多是基于PLC的分布式系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備與控制器之間的連接是一對(duì)一，即一個(gè)I/0點(diǎn)對(duì)設(shè)備的一個(gè)測(cè)控點(diǎn)。所謂I／0接線方式為傳遞4—20ma(模擬量信息)或24VDC(開(kāi)關(guān)量信息)。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：信息集成能力不強(qiáng)、系統(tǒng)不開(kāi)放、可集成性差、專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng)、可靠性不易保證、可維護(hù)性不高?，F(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線是面向：工廠底層自動(dòng)化及信息集成的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主要特點(diǎn)為：它是數(shù)控系統(tǒng)通信向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的延伸、數(shù)字化通信取代4—20ma模擬信號(hào)、應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化(可編程或可參數(shù)化)：它集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、參數(shù)化及故障診斷為一體：由于現(xiàn)場(chǎng)總線具有開(kāi)放性、互操作性、互換性、可集成性，因此是實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備層信息集成的關(guān)鍵技術(shù)。它對(duì)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本非常重要。目前在工業(yè)上采用的現(xiàn)場(chǎng)總線有Profibus-DP，SERCOS，JPCN-1，Deviconet，CAN，hterbus—>S，Marco等。有的公司還有自己的總線，比如FANUC的FSSB，I／OLINK(相當(dāng)于JPCN—>1)，YASKAW^的MOTIONLINK等。目前比較活躍的是Prof主bus-DP，為了允許更快的數(shù)據(jù)傳送速度，它由0S工的七層結(jié)構(gòu)省去3-7層構(gòu)成。西門(mén)子最新推出802D的伺服控制就是由Profibus-DP控制的。4

功能不斷發(fā)展和擴(kuò)大NC技術(shù)經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展，已經(jīng)成為制造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。這里以FANUC最先進(jìn)的CNC控制系統(tǒng)15i／150i為例說(shuō)明系統(tǒng)功能的發(fā)展。這是一臺(tái)具有開(kāi)放性，4通道、最多控制軸數(shù)為24軸、最多聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為24軸、最多可控制4個(gè)主軸的CNC系統(tǒng)。其快移速度與分辨率關(guān)系如下表1-1。

表1-1快移速度與分辨率快速移動(dòng)速度m／min分辨率L1m24011000．1100．01l0．001它的技術(shù)特點(diǎn)反映了現(xiàn)代NC發(fā)展的特點(diǎn)：a

.開(kāi)放性：系統(tǒng)可通過(guò)光纖與PC機(jī)連接，采用Window兼容軟件和開(kāi)發(fā)環(huán)境。功能以高速、超精為核心，并具有智能控制。特別適合於加工航空機(jī)械零件，汽車(chē)及家電的高精零件，各種模具和復(fù)雜的需5軸加工的零件。15i／150主具有高精納米插補(bǔ)功能；即使系統(tǒng)的沒(méi)定編程單位為1um，通過(guò)納米插補(bǔ)也可提供給數(shù)字伺服以lnm為單位的指令，平滑了機(jī)床的移動(dòng)量，提高了加工表面光潔度，大大減少加工工表面的誤差。當(dāng)分辨率為0.00lmm時(shí)，快速可達(dá)240m/min速度；系統(tǒng)還具有高速高精加工的智能控制功能：(1)預(yù)計(jì)算出多程序段刀具軌跡，并進(jìn)行預(yù)處理。(2)智能控制，計(jì)及機(jī)床的機(jī)械性能，可按最佳的允許進(jìn)給率和最大的允許加速度使機(jī)床的功能得到最大的發(fā)揮。以便降低加工時(shí)間，提高效率，同時(shí)提高加工精度。(3)系統(tǒng)可在分辨率為1nm時(shí)工作，適用於控制超精機(jī)械。b.高級(jí)復(fù)雜的功能：15i／150i可進(jìn)行各種數(shù)學(xué)的插補(bǔ)，如直線、圓弧、螺旋線、漸開(kāi)線、螺旋漸開(kāi)線、樣條等插補(bǔ)。也可以進(jìn)行NURBS(Nonuniformrat主ona!Bspline)插補(bǔ)。采用NURBS插補(bǔ)可以人人減少NC程序的數(shù)據(jù)輸入量，減少加工時(shí)間，特別適用模具加工。NURBS插補(bǔ)不需任何硬件。c.強(qiáng)力的聯(lián)網(wǎng)通信功能。適應(yīng)工廠自動(dòng)化需要，支持標(biāo)準(zhǔn)FA網(wǎng)絡(luò)及DNC的連接。（1）工廠干線或控制層通信網(wǎng)絡(luò)：由PC機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)控制多臺(tái)15i／150i組成的加工單元，可以傳送數(shù)據(jù)、參數(shù)等。(2)設(shè)備層通信網(wǎng)絡(luò)：15㈠150i采用I／0LINK(與日本標(biāo)準(zhǔn)JPCN—1相對(duì)應(yīng)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。（3）通過(guò)RS—485接口傳送I／0信號(hào)：或且也可采用Prellbus—DP(符合歐洲1標(biāo)準(zhǔn)EN50170)以12Mbps進(jìn)行高速通信。d.具有高速內(nèi)裝的PMC(有的廠商稱為PLC)，以減少加工的循環(huán)的時(shí)間：(1)梯形圖和順序程序由專(zhuān)用的PMC處理器控制，這種結(jié)構(gòu)可進(jìn)行快速大規(guī)模順序控制。(2)基本PMC指令執(zhí)行時(shí)間為：0．085ps；最大步數(shù)：32，000步。(3)可以用C語(yǔ)言編程；32位的C語(yǔ)言處理器可作為實(shí)時(shí)多任務(wù)運(yùn)行；它與梯形圖計(jì)算的PMC處理器并行工作。(4)可在PC機(jī)上進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。e.

先進(jìn)的操作：性和維修性。(1)具有觸摸面板，容易操作。(2)可采用存儲(chǔ)卡改變輸入輸出。1.1.2.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車(chē)、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：1.

高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì)

效率、質(zhì)量是