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CNC控制器的發(fā)展趨勢
（作者未知） 2009/7/31
摘要：數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。本文概述數(shù)控機(jī)床控制器的發(fā)展趨勢。隨著信息技術(shù)(1T)和制造技術(shù)(MT)的發(fā)展，出現(xiàn)了更多功能、更高性能的控制器，諸如多坐標(biāo)、多系統(tǒng)(通道)的控制；具有高精、高速、5軸加工功能和復(fù)雜加工、數(shù)控復(fù)合機(jī)床、進(jìn)網(wǎng)通信、高可靠性和安全性等功能。為了增加操作和使用系統(tǒng)的可操作性和可移植性，控制器開放已經(jīng)成為潮流。數(shù)字制造要求數(shù)控系統(tǒng)建立在一個(gè)全新的信息技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上，容易利用網(wǎng)絡(luò)傳遞加工制造信息，進(jìn)行CAD／CAM與CNC一體化的加工制造。這就出現(xiàn)了STEP—NC新型的數(shù)控系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控，發(fā)展趨勢，功能，性能，開放性，STEP—NC
數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代加工車間最重要的裝備。它的發(fā)展是信息技術(shù)(1T)與制造技術(shù)(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果。最近20年來，信息技術(shù)的急劇發(fā)展大大激發(fā)和增加了制造系統(tǒng)的上層智能功能；下一個(gè)20年，智能將延伸到工廠的車間底層，控制器將具有更高性能和更多功能；由于控制器的柔性，單臺機(jī)床將變得更加靈活和精巧；可以廣泛地進(jìn)行通信；方便地進(jìn)行集成和重構(gòu)；對過程進(jìn)行測量，預(yù)示結(jié)果，診斷故障，避免事故；并按照科學(xué)的模式進(jìn)行加工，達(dá)到最佳的生產(chǎn)效率。下面是一些關(guān)于控制器最新的發(fā)展情況。
1.CNC控制器的性能進(jìn)一步提高、具有更多功能1．1多坐標(biāo)、多系統(tǒng)控制
比如FANUC最新的高檔控制器11S30i—MODELA系統(tǒng)，最大控制系統(tǒng)數(shù)為10個(gè)系統(tǒng)(通道)，最多軸數(shù)和最大主軸配置數(shù)為40軸，其中進(jìn)給軸32軸，主軸為8軸，最大同時(shí)控制軸數(shù)為24軸／系統(tǒng)。最大PMC系統(tǒng)為3個(gè)系統(tǒng)。最大I／O點(diǎn)數(shù)為4096點(diǎn)／4096點(diǎn)，PMC基本命令速度為25ns。最大可預(yù)讀程序段：1000段。這是當(dāng)前世界配置最高的數(shù)控系統(tǒng)。由于具有多軸多系統(tǒng)配置，因此特別適合大型自動(dòng)機(jī)床，復(fù)合機(jī)床，多頭機(jī)床等的需要。
1．2高精、高速加工功能
這是CNC系統(tǒng)最重要的功能，由于有了這個(gè)功能，使制造技術(shù)(MT)大大地向前發(fā)展了。數(shù)控機(jī)床采用計(jì)算機(jī)控制，可以保證加工的零件具有很高的精度重復(fù)性。但為了得到一定的功能，輸入控制器的信號要經(jīng)過一系列處理，不可避免地要失真、延時(shí)。因此在高速加工時(shí)，要保持高的加工精度就要采取一定的措施減少失真、延時(shí)。高精、高速的加工，除了機(jī)械設(shè)計(jì)和制造要保證能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)外，對CNC系統(tǒng)的要求主要是處理速度快、控制精度高。采用前饋控制，以補(bǔ)償由于伺服滯后所產(chǎn)生的誤差，提高加工精度。適當(dāng)控制進(jìn)給率和采用恰當(dāng)?shù)募訙p速曲線可以減少加減速滯后所產(chǎn)生的誤差�！扒罢啊笨刂圃诔绦驁�(zhí)行前對運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理和多段緩沖，從而控制刀具按高速運(yùn)動(dòng)，而且誤差很小。對于機(jī)床平滑運(yùn)行的高精度輪廓控制，采用對指令形式的實(shí)時(shí)識別，可以最佳地控制速度、加速度和加加速度，因而使加工總是保持在最佳狀態(tài)。為了防止擾動(dòng)，開發(fā)數(shù)字濾波器的技術(shù)，以消除機(jī)械的諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。高精進(jìn)給和主軸的伺服系統(tǒng)對高速、高精和高效十分重要。目前主要從以下幾方面提高其性能。減少電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器以及控制單元的大小，提高編碼器的分辨率；直線移動(dòng)軸可以來用直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；減少機(jī)械傳動(dòng)鏈，提高剛度，提高精度。當(dāng)主軸電機(jī)采用同步電機(jī)時(shí)，它非常適用于齒輪機(jī)床的系統(tǒng)，齒輪機(jī)床有時(shí)需要很低的主軸速度，但精度很高。比如，F(xiàn)ANUC伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)體積小，采用高增益控制，伺服電機(jī)是無齒槽效應(yīng)的電機(jī)，帶有1．6xlo’脈沖／轉(zhuǎn)分辨率的編碼器。伺服控制采用交流數(shù)字伺服控制，具有很高電流檢測精度，采用相應(yīng)的硬件，可以產(chǎn)生所謂“納米控制”，也就是在系統(tǒng)檢測分辨率為1嶺m時(shí)，插補(bǔ)分辨率可以達(dá)到1nm；它使在CNC內(nèi)部的計(jì)算誤差最小化，每次內(nèi)部計(jì)算以納米或更小的單位，大大提高了加工的質(zhì)量。對于控制直線電機(jī)，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器以避免直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械帶來的多點(diǎn)諧振特性，聯(lián)合這些功能，機(jī)床刀具的運(yùn)動(dòng)就可以準(zhǔn)確地按照著指令執(zhí)行。對于加工具有自由曲面的模具，會在程序段之間出現(xiàn)條紋，為了解決這個(gè)問題，F(xiàn)ANUC開發(fā)了“納米平滑”功能，圓整CNC指令的公差，以“納米”為單位評估原始曲線，并對其進(jìn)行NURBS插補(bǔ)。這些性能滿足了機(jī)床“高速高精”以及“低速高精”的要求。
1．35軸加工和復(fù)雜加工功能
由于5軸加工工藝合理，相對于3維曲面加工，它可以充分利用刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行切削，在復(fù)雜形狀的高速高精加工中可以提高效率，提高光潔度。因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。5軸加工的機(jī)械其配置主要有刀具旋轉(zhuǎn)方式、工作臺旋轉(zhuǎn)方式和這兩種的混合方式。因此5軸加工功能要能滿足各種配置的要求。根據(jù)5軸加工的特點(diǎn)，把它們，比如TCP(刀具中心控制)，刀具半徑補(bǔ)償?shù)裙δ�，�?yīng)用到不同機(jī)械配置的5軸加工機(jī)床。
1．4數(shù)控復(fù)臺功能（未完，下一頁）
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