数控技术的发展趋势

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专用数控技术介绍


一、数控技术是制造业的重要基础
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。因此，专家们预言: 机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国防现代化的重要战略物质；是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
根据国民经济发展和国家重点建设工程的具体需求，设计制造“高、精、尖”重大数控装备，打破国外封锁，掌握数控装备关键技术，创出中国数控机床品牌，提高市场占有率是全面提升我国基础制造装备的核心竞争力的关键所在。

二、数控技术的发展趋势
早期的数控系统采用穿孔纸带传送加工程序，由专用数控装置读入加工代码、进行识别、储存和计算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统。70年代中期小型计算机出现。由于其较低的价格，高超的数据处理和输入输出功能，使它迅速应用到数控机床的控制系统中，出现所谓计算机数控(CNC)和直接数控(DNC)系统。九十年代以来，计算机技术的发展日新月异，通用计算机从8位机，已发展到奔腾时代。其速度和功能已比当年的8位机快了几百倍。使得在通用微机上以软件方式可以实现各种数控功能，数控技术发生了深刻变化。PC机上的丰富软件资源、友好的人机界面，是其它数控系统所无法比拟的。基于微机的开放式数控系统已成为世界数控技术的发展潮流，以PC机为

平台的数控技术的应用范围迅速扩大。
随着科学技术的不断发展，数控技术的发展越来越快，数控机床朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。但最主要的发展趋势就是采用“PC＋运动控制器”的开放式数控系统，它不仅具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。美国将其称为新一代的工业控制器，日本称其将带来第三次工业革命。

三、中国数控的出路
纵观目前我国的数控市场，我国数控产品在性能、外观、可靠性方面与国外产品有一定差距，特别是国外企业有雄厚的资金，加上外国企业为占领中国市场，对我国能够生产的数控系统压价销售，而对我国未能生产的数控系统，不仅高价而且附加许多限制。在国外数控企业采用技术封锁和低价倾销的双重策略下，中国数控产业经历了坎坷的历程，我国曾花巨资引进西门子和FANUC的技术，并希望在此基础上吸收消化，开发我国自己的数控技术。如北京密云所引进了FANUC的数控系统，可是，FANUC卖给我们的都是即将过时的落后技术。我国引进后，尚未来得及吸收消化和批量生产，FANUC即宣布停止生产该系统的生产，并将性能价格比更好、质量更高、体积更小的数控系统推向中国市场。这种总是跟在别人后面走的做法，必然受人制约，永远落在后面。中国数控出路何在？
随着计算机技术日新月异的发展，基于微机的开放式数控是数控技术发展的必然趋势。在传统数控技术方面，我国处于相对落后的状态，开放式数控为我国数控产业的发展提供良好的契机，加强和重点扶持开放性数控技术的研究和应用，我国的数控产业才有发展壮大可能，才有可能在未来的市场竞争中立于不败之地。
福州大学机械工程及自动化学院坚持以加速用信息化带动工业化，促进制造业结构调整和优化升级，建设福建高水平的先进装备为宗旨，围绕制造业企业信息化、制造数字化、控制智能化和装备现代化的发展趋势及需求，大力加强开放式数控技术的研究和开发，力争为我省适应经济全球化与信息化的挑战提供先进制造技术和装备。

四、开放式数控系统的特点、构成和开发方法
1、开放式数控系统具有如下显著的优点
★技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制，是传统数控装置的换代产品；
★结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用不同场合、不同功能需求的控制系统，可明显缩短新产品的研制开发周期；
★操作简单，在P

C机上经简单编程即可实现运动控制，而不需要专门的数控软件。
★将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好。
★可扩展性好，可通过预留插入用户专用软件的接口的方式或提供用户API和编程规范，供用户编制自己的专用模块的方式，简便地实现系统的扩展。

2、开放式数控系统的构成
开放式数控系统的构成如下图所示



图2 PC－NC模式开放数控系统的构成

3、开放式数控系统的开发方法
第一步：选择运动控制器
1.根据要开发设备的工作特点，确定伺服电机的类型。
2.确定要控制的电机轴数和电机工作模式。
3.确定位置检测、反馈模式，选择是否采用光电编码器或光栅尺。
4.确定输入输出开关量的数量。
5.根据以上内容，选择合适的运动控制器
第二步：选择伺服电机及驱动器
1.根据设备工作过程的静、动载荷情况，分别计算满足各轴运动所需的最大扭矩和驱动功率。而后，在考虑一定的安全系数和安装空间的条件下，分别选定各轴电机、驱动器和相应的减速器。
2.对所选定的电机、驱动器和减速器，一般会有多个公司提供相关的标准化产品。用户可据自己的情况进行选购。
第三步：连接运动控制器、驱动器、电机与设备
1.按照运动控制器接线端子排列说明和电机驱动器控制信号接线说明，首先将控制器与驱动器间的模拟或脉冲控制信号线、编码器反馈信号线妥善连接，然后将设备各轴的正负向行程开关与控制器接线板相连。必要时时还需连接零位开关。
2.将操作面板的开关、指示灯与运动控制器接线端子排上的通用数字I/O端子相连。
3.启动运动控制器调试软件，对各轴的电机运动、及数字I/O端口的工作状态进行控制，检验接线的正确性。
4.应用调试环境程序MCtest中的动态响应测试功能，测试、分析设备各轴的动态响应特性，选择合理的控制参数。
第四步：进行应用软件开发
1.设计各轴工作过程控制流程图。
2.根据用户所选的应用软件开发语言如Borland C++或Visual C++语言，选择合适操作系统环境（Windows95/98/2000，DOS）的相应动态连接库DLL，掌握运动控制器命令函数的调用方法。
3.编写设备控制的应用程序。





鞋楦专用数控机床介绍

鞋楦是各种鞋设计和制造的依托，是鞋的母体，是制鞋过程中不可取代的重要模具。


传统的鞋楦制造方法是手工制作母楦后，以母楦为模板在鞋楦仿形

加工机床上进行加工，由于机械级放只是一种近似，通常同一系列不同规格的鞋楦制造需采用多种母楦，造成母楦制备困难、制造周期长、成本高，而且母楦制造误差将直接影响鞋楦的制造精度，进而影响鞋的质量。



在当今人们对穿着追求美观、舒适并具有个性化的时代，传统的鞋楦制造方法不能适应鞋类市场“小批量多品种”的需要、严重影响了制鞋企业产品的质量和竞争力。鞋楦制造装备数控化是市场的必然选择。福州大学机械工程及自动化学院与福州锦达机械有限公司合作PC－NC开放模式研制的数控鞋楦加工装备获得了成功。
由于鞋楦是由非圆曲线和曲面组成的复杂自由曲面形状的形体，鞋楦数控加工程序的编制十分复杂，借助鞋楦专用测量机，将鞋楦曲面加工的刀轨细分为由微小三维直线段构成的空间曲线后再编写加工程序，这样可极大地简化鞋楦加工数控程序的编写。整个数控鞋楦加工装备由测量机、CAD/CAM软件和数控刻楦机三个功能模块组成。
测量部分是鞋楦CAD/CAM系统的基础，它为鞋楦CAD/CAM系统提供母楦原始的三维数据、楦底长L、前翘高e1、后根高e2和B＋C的值，B、C分别为前翘和后根至测量中心的距离。
鞋楦CAD软件包具有对测量（母楦）数据按加工要求进行级放；对级放后的数据进行光顺处理；对光顺处理后的数据进行插值、鞋楦图形显示和加工模拟仿真等功能。
鞋楦CAM以鞋楦CAD处理后的数据为基础，按照加工工艺要求进行加工工艺过程设计和加工数据处理，根据鞋楦的三维轮廓数据以及数控刻楦机的铣刀旋转包络面，逐个计算在加工时每个刀位点处铣刀需移动的距离、速度以及楦体转动的速度，然后把这些数据按规定的格式生成加工数据文件，最终为数控刻楦机提供鞋楦加工数据。
数控刻楦机在加工程序的控制下，通过调用鞋楦CAD/CAM模块生成的加工数据文件实现鞋楦自动加工。数控刻楦机是鞋楦CAD/CAM系统的最终输出设备，也是整个系统中最关键的一环 ,它的工作可靠性直接影响到所加工鞋楦的质量。




如图3所示，数控刻楦机采用立式布置和三轴联动加工方式。加工时待加工的坯楦沿纵向固定在Ｃ轴上并在Ｃ轴伺服电机的驱动下作以Ｃ轴为中心的变速旋转运动；Z轴伺服电机驱动工作台作自下而上的运动。由于C轴每转动一周，Z轴移动一个导程的位移，故可通过电子齿轮的方式为C轴与Z轴的运动建立这种严格的数学关系。X轴伺服电机驱动刀具滑台沿垂直于C轴回转中心的方向作往复运动。因此，Ｘ轴和Z轴两轴的联动驱动刀架滑动工作台带动高速旋转的刀盘在Ｘ－Z平面上作

自由运动。通过X、Z和C轴的联动，可实现刀具中心相对于坯楦按测量和级放获得的鞋楦轮廓数据作变直径螺旋线运动，切除多余的材料从而获得所需的鞋楦；为保证切削表面的光洁度，通常在一个直径为80mm圆盘的边沿上均匀地嵌入三把刀碗直径为30mm左右的铣刀，刀盘以 9000～12000r/min的转速高速旋转。

本系统采用NC+PC模式的开放式数控体系结构，通过模块化设计，系统具有配置灵活、兼容性好和对加工产品适应性强的特点，具体特点如下：
★ 采用三轴联动工作方式。
★ 应用软件采用图标和全汉字操作界面，具有系统状态、提示及帮助等功能。同时采用菜单与键盘输入相结合的输入方式，使其功能紧凑、交互简洁。
★ 应用软件具有简洁的轨迹生成手段，可对生成的代码进行校验，具有线框、曲面形式的图形加工仿真功能。
★可接收三维扫描数据并实现自动编程加工。
本系统采用交流伺服电机作为驱动部件，采用装于主轴上的脉冲编码器构成半闭环位置控制系统。产品精度高，反馈器件的密封性好，工作稳定可靠，几乎无需维修，具有较高的性价比。投入市场后，获得了良好的经济效益。
★ 采用三轴联动工作方式。


拟提供的服务
服务项目
福州大学机械工程及自动化学院以研究、开发高水平的先进装备为宗旨，围绕制造业企业信息化、制造数字化、控制智能化和装备现代化的发展趋势及需求，坚持以加速我省用信息化带动工业化，促进制造业结构调整和优化升级，竭诚为福建适应经济全球化与信息化的挑战提供强有力的支撑。
福州大学机械工程及自动化学院可为用户提供CAD /CAM技术培训，数控系统软、硬件开发，机械设计制造，精密安装调试和精密测量，机床数控化改造，设计、制造专用数控装备等服务。
合作形式
双方协商
设施条件
福州大学机械工程及自动化学院相关专业实验室面积共有1000余米2和1000余万元的设备资产。拥有英国DENFORD公司的CIMS系统、加工中心、五维激光测量系统（5D/6DASP）、三坐标测量机、PRO/ENGINEER、MASTER CAM、SOLIDEDGE和SOLIDWORK等高、中端CAD/CAM软件五十余套、拥有60台微机的局域网络及绘图机、数控系统、伺服系统等研究用设备多套。
科技人员状况
福州大学机械工程及自动化学院有教授 人、副教授 人、讲师 人、 这支队伍已稳定地合作多年，是一支善于攻关的团结队伍。这支科研队伍在机械制造工艺、刀具、机床、机电一体化、数控检测和计算机控制等多学科方面具有综合技术优势。