引言 e_+`%A+-  
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數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)的自動(dòng)化產(chǎn)品主要是為數(shù)控機(jī)床配套。數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透而形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品：數(shù)控系統(tǒng)裝備的機(jī)床大大提高了零件加工的精度、速度和效率。這種數(shù)控的工作母機(jī)是國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。 e| (jv<~r  
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數(shù)值控制(簡稱“數(shù)控”或“NC”)的概念是把被加工的機(jī)械零件的要求，如形狀、尺寸等信息轉(zhuǎn)換成數(shù)值數(shù)據(jù)指令信號(hào)傳送到電子控制裝置，由該裝置控制驅(qū)動(dòng)機(jī)床刀具的運(yùn)動(dòng)而加工出零件。而在傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)械加工中，這些過程都需要經(jīng)過人工操縱機(jī)械而實(shí)現(xiàn)，很難滿足復(fù)雜零件對加工的要求，特別對于多品種、小批量的零件，加工效率低、精度差。 sJX/YGHt  
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1952年，美國麻省理工學(xué)院與帕森斯公司進(jìn)行合作，發(fā)明了世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床。控制裝置由2000多個(gè)電子管組成，約一個(gè)普通實(shí)驗(yàn)室大小。伺服機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)小伺服馬達(dá)改變液壓馬達(dá)斜盤角度以控制液動(dòng)機(jī)速度。其插補(bǔ)裝置采用脈沖乘法器。這臺(tái)NC機(jī)床的研制成功標(biāo)志著NC技術(shù)的開創(chuàng)和機(jī)械制造的一個(gè)新的、數(shù)值控制時(shí)代的開始。 5j`"@C5;O  
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現(xiàn)代CNC系統(tǒng)的功能、性能大大提高，故障率已降至0.01次/(月·臺(tái))。以FANUC公司為例，1991年開發(fā)成功的FS15系統(tǒng)與1971年開發(fā)的FS220系統(tǒng)相比，體積只有后者的十分之一，而加工精度提高了10倍，加工速度提高了20倍，可靠性提高了30倍以上�，F(xiàn)在，NC技術(shù)已成為先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。 g/so3F%v .  
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NC技術(shù)的發(fā)展已有50多年歷史，它是在多種技術(shù)交叉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。這里主要介紹十種關(guān)鍵技術(shù)。 __c:$7B/4U  
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1 電子元件技術(shù)的發(fā)展 a J[VX)"J  
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微電子技術(shù)的發(fā)展，對數(shù)控技術(shù)起著極大的推動(dòng)作用。日本FANUC公司在1956年開始采用電子管研究NC，1959年就采用鍺晶體管組成NC，1963年采用硅晶體管研制出FS220、FS240等系統(tǒng)，1969年又采用中小規(guī)模IC更新了FS220、FS240等系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代，開始采用3SI推出了FS5、FS7、FS3、FS6、FS0、FS18、FS16、FS20、FS21、FS15等一系列CNC系統(tǒng)，從4位的位片機(jī)(FS7)到16位的8086(FS6)和32位的80486(FS0)。1996年，F(xiàn)ANUC采用最新專用芯片352Pin的微電子工藝BGA封裝及采用MCM工藝生產(chǎn)的微處理器，推出了小型化高性能的i系列數(shù)控系統(tǒng)，大小只有原有系統(tǒng)的1/4，大大減小了占用的空間，提高了系統(tǒng)的性能及可靠性。 N10'./c K  
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2 軟件的應(yīng)用 0\wMlV`F  
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在1970年的芝加哥展覽會(huì)上，首次展出了由小型機(jī)組成的CNC數(shù)控系統(tǒng)。大約在同時(shí)，英特爾公司發(fā)明了微處理器。1974年，美、日等國相繼研制出以微處理器為核心的CNC，有時(shí)也稱為MNC。它運(yùn)用計(jì)算機(jī)存貯器里的程序完成數(shù)控要求的功能。其全部或部分控制功能由軟件實(shí)現(xiàn)，包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)、位置控制等。采用半導(dǎo)體存貯器存貯零件加工程序，可以代替打孔的零件紙帶程序進(jìn)行加工，這種程序便于顯示、檢查、修改和編輯，因而可以減少系統(tǒng)的硬件配置，提高系統(tǒng)的可靠性。采用軟件控制大大增加了系統(tǒng)的柔性，降低了系統(tǒng)的制造成本。 RMDs~  
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3 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的引入 Z;XR%n8  
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隨著NC成為機(jī)械自動(dòng)化加工的重要設(shè)備，在管理和操作之間，都需要有統(tǒng)一的術(shù)語、技術(shù)要求、符號(hào)和圖形，即有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以便進(jìn)行世界性的技術(shù)交流和貿(mào)易。NC技術(shù)的發(fā)展，形成了多個(gè)國際通用的標(biāo)準(zhǔn)：即ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)、IEC國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和EIA美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)等。最早制訂的標(biāo)準(zhǔn)有NC機(jī)床的坐標(biāo)軸和運(yùn)動(dòng)方向、NC機(jī)床的編碼字符、NC機(jī)床的程序段格式、準(zhǔn)備功能和輔助功能、數(shù)控紙帶的尺寸、數(shù)控的名詞術(shù)語等。這些標(biāo)準(zhǔn)的建立，對NC技術(shù)的發(fā)展起到了規(guī)范和推動(dòng)作用。最近，ISO基于用戶的需要和對下一個(gè)5年間信息技術(shù)的預(yù)測，又在醞釀推出新標(biāo)準(zhǔn)“CNC控制器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”。它把AMT(先進(jìn)制造技術(shù))的內(nèi)容集中在兩個(gè)主要的級(jí)別和它們之間的連接上：第一級(jí)CAM，為車間和它的生產(chǎn)機(jī)械：第二級(jí)是上一級(jí)，為數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)，由CAD、CAP、CAE和NC編程系統(tǒng)及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫組成。 <\?ySto  
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4 伺服技術(shù)的發(fā)展 +Bv{A3E9  
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伺服裝置是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分。20世紀(jì)50年代初，世界第一臺(tái)NC機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)。由于液壓系統(tǒng)單位面積產(chǎn)生的力大于電氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的力(約為20:1)，慣性小、反應(yīng)快，因此當(dāng)時(shí)很多NC系統(tǒng)的進(jìn)給伺服為液壓系統(tǒng)。70年代初期，由于石油危機(jī)，加上液壓對環(huán)境的污染以及系統(tǒng)笨重、效率低等原因，美國GETTYS公司開發(fā)出直流大慣量伺服電動(dòng)機(jī)，靜力矩和起動(dòng)力矩大，性能良好，F(xiàn)ANUC公司很快于1974年引進(jìn)并在NC機(jī)床上得到了應(yīng)用。從此，開環(huán)的系統(tǒng)逐漸被閉環(huán)的系統(tǒng)取代，液壓伺服系統(tǒng)逐漸被電氣伺服系統(tǒng)取代。 8iD_md_[  
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電伺服技術(shù)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(shù)字控制。它有以下優(yōu)點(diǎn)：①無溫漂，穩(wěn)定性好。②基于數(shù)值計(jì)算，精度高。③通過參數(shù)對系統(tǒng)設(shè)定，調(diào)整減少。④容易做成ASIC電路。對現(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、或者稱為軟件控制取代硬件控制。20世紀(jì)90年代，許多公司又研制了直線電動(dòng)機(jī)，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。 N7%Jy?-+  
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5 自動(dòng)編程的采用 N{iBVl  
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編程的方法有手工編程和自動(dòng)編程兩種。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用手工編程，一個(gè)零件的編程時(shí)間與機(jī)床加工之比，平均約為30:1。為了提高效率，必須采用計(jì)算機(jī)或程編機(jī)代替手工編程。自動(dòng)編程需要有自動(dòng)化編程語言，其中麻省理工學(xué)院研制的APT語言是最典型的一種數(shù)控語言，它大大地提高了編程效率。從70年代開始出現(xiàn)的圖象數(shù)控編程技術(shù)有效地解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示、交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成、走刀過程的仿真顯示、驗(yàn)證等，從而推動(dòng)了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。 Gu~y/CE'  
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6 DNC概念的引入及發(fā)展 b#P,  
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DNC概念從“直接數(shù)控”到“分布式數(shù)控”的變化，其內(nèi)涵也發(fā)生了變化�！胺植际綌�(shù)控”表明可用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。這樣，機(jī)械加工從單機(jī)自動(dòng)化的模式擴(kuò)展到柔性生產(chǎn)線及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。從通信功能而言，可以在CNC系統(tǒng)中增加DNC接口，形成制造通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)是資源共享，通過DNC功能形成網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)：①對零件程序的上傳或下傳。②讀、寫CNC的數(shù)據(jù)。③PLC數(shù)據(jù)的傳送。④存貯器操作控制。⑤系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等。 ~.AUy%$_g+  
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7 可編程控制器的采用 d7^:z%Eb|  
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