數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡稱，英文名稱為（Numerical Control System），根據(jù)計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統(tǒng)。通過利用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和開關量。

概述

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)簡稱，英文名稱為Numerical ControlSystem，早期是由硬件電路構成的稱為硬件數(shù)控（Hard NC），1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡稱，英文名稱為（Numerical Control System），早期是由硬件電路構成，稱為硬件數(shù)控（Hard NC），1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)。計算機數(shù)控（Computerized Numerical Control，簡稱CNC）系統(tǒng)是用計算機控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據(jù)計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統(tǒng)。通過利用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和開關量。

發(fā)展

當前智能制造的快速發(fā)展,使得數(shù)控技術的開放性與智能化的特點更為明顯,我國對于數(shù)控技術也愈發(fā)重視,這將有效推進國內(nèi)工業(yè)制造的自動化與智能化。闡述了我國數(shù)控技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,分析了國內(nèi)數(shù)控技術發(fā)展水平與智能制造技術相較國際先進技術的現(xiàn)有差距。數(shù)控技術的發(fā)展是一個國家制造能力與水平的體現(xiàn),結合大數(shù)據(jù)和人工智能,數(shù)控技術成為智能制造的重要基石,數(shù)控技術的創(chuàng)新與突破是實施智能制造工程的重要保障。

目前我國正處于工業(yè)化中期，即從解決短缺為主逐步向建設經(jīng)濟強國轉變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產(chǎn)、建材、機械、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎的高增長行業(yè)發(fā)展勢頭強勁，構成了對機床市場尤其是數(shù)控機床的巨大需求。根據(jù)《中國數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展前景與投資預測分析報告前瞻》所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，我國機床消費額從2002年起已經(jīng)連續(xù)8年排名世界第一。2009年，中國機床消費額大于世界排名第二位的日本和第三位的德國消費額之和。據(jù)國家發(fā)展改革委副主任張國寶于《在數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展座談會上的講話》介紹，未來若干年內(nèi)，我國數(shù)控機床市場需求量將繼續(xù)以年均10-15%的速度增長，市場潛力巨大。隨著中國制造業(yè)升級，中國現(xiàn)有普通機床也亟需改造升級，因此，數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)市場空間廣闊，具備進一步發(fā)展的巨大潛力。

“十二五”期間，隨著國民經(jīng)濟快速的發(fā)展，汽車、船舶、工程機械、航天航空等行業(yè)將為我國機床行業(yè)提供巨大的需求，前瞻網(wǎng)預計到2015年我國各類數(shù)控機床及數(shù)字化機械所需數(shù)控系統(tǒng)需求將達到25萬臺套以上 - 不包含進口機床所配套的數(shù)控系統(tǒng)，產(chǎn)品結構也逐漸向中、高檔轉化，其中高檔數(shù)控系統(tǒng)所占比率將提升至10%左右，中檔數(shù)控系統(tǒng)所占比重提升至50%左右。而根據(jù)國家科技重大專項之一《高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備》要求，到2020年，國產(chǎn)中、高檔數(shù)控機床用的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)市場占有率達到60%以上;國內(nèi)中高端數(shù)控系統(tǒng)市場有12萬臺的替代空間，未來行業(yè)空間巨大。

構成

目前世界上的數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，形式各異，組成結構上都有各自的特點。這些結構特點來源于系統(tǒng)初始設計的基本要求和工程設計的思路。例如對點位控制系統(tǒng)和連續(xù)軌跡控制系統(tǒng)就有截然不同的要求。對于T系統(tǒng)和M系統(tǒng)，同樣也有很大的區(qū)別，前者適用于回轉體零件加工，后者適合于異形非回轉體的零件加工。對于不同的生產(chǎn)廠家來說，基于歷史發(fā)展因素以及各自因地而異的復雜因素的影響，在設計思想上也可能各有千秋。例如，美國Dynapath系統(tǒng)采用小板結構，便于板子更換和靈活結合，而日本FANUC系統(tǒng)則趨向大板結構，使之有利于系統(tǒng)工作的可靠性，促使系統(tǒng)的平均無故障率不斷提高。然而無論哪種系統(tǒng)，它們的基本原理和構成是十分相似的。

一般整個數(shù)控系統(tǒng)由三大部分組成，即控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)和位置測量系統(tǒng)。控制系統(tǒng)按加工工件程序進行插補運算，發(fā)出控制指令到伺服驅動系統(tǒng)；伺服驅動系統(tǒng)將控制指令放大，由伺服電機驅動機械按要求運動；測量系統(tǒng)檢測機械的運動位置或速度，并反饋到控制系統(tǒng)，來修正控制指令。這三部分有機結合，組成完整的閉環(huán)控制的數(shù)控系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)主要由總線、CPU、電源、存貯器、操作面板和顯示屏、位控單元、可編程序控制器邏輯控制單元以及數(shù)據(jù)輸入/輸出接口等組成。最新一代的數(shù)控系統(tǒng)還包括一個通訊單元，它可完成CNC、PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊和外部高次網(wǎng)絡的連接。伺服驅動系統(tǒng)主要包括伺服驅動裝置和電機。位置測量系統(tǒng)主要是采用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。

1、硬件結構

數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控裝置、輸入/輸出裝置、驅動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成，這四部分之間通過I/O接口互連。

數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其軟件和硬件來控制各種數(shù)控功能的實現(xiàn)。

數(shù)控裝置的硬件結構按CNC裝置中的印制電路板的插接方式可以分為大板結構和功能模塊（小板）結構；按CNC裝置硬件的制造方式，可以分為專用型結構和個人計算機式結構；按CNC裝置中微處理器的個數(shù)可以分為單微處理器結構和多微處理器結構。

（1）大板結構和功能模板結構?

1）大板結構

大板結構CNC系統(tǒng)的CNC裝置由主電路板、位置控制板、PC板、圖形控制板、附加I/O板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路版，其它電路板是小板，插在大印制電路板上的插槽內(nèi)。這種結構類似于微型計算機的結構。

2）功能模塊結構

（2）單微處理器結構和多微處理器結構

1）單微處理器結構

在單微處理器結構中，只有一個微處理器，以集中控制、分時處理數(shù)控裝置的各個任務。

2）多微處理器結構

隨著數(shù)控系統(tǒng)功能的增加、數(shù)控機床的加工速度的提高，單微處理器數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足要求，因此，許多數(shù)控系統(tǒng)采用了多微處理器的結構。若在一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器，每個微處理器通過數(shù)據(jù)總線或通信方式進行連接，共享系統(tǒng)的公用存儲器與I/O接口，每個微處理器分擔系統(tǒng)的一部分工作，這就是多微處理器系統(tǒng)。

2、軟件結構

CNC軟件分為應用軟件和系統(tǒng)軟件。CNC系統(tǒng)軟件是為實現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件，也叫控制軟件，存放在計算機EPROM內(nèi)存中。各種CNC系統(tǒng)的功能設置和控制方案各不相同，它們的系統(tǒng)軟件在結構上和規(guī)模上差別很大，但是一般都包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。

（1）輸入數(shù)據(jù)處理程序

它接收輸入的零件加工程序，將標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進行補償計算，或為插補運算和速度控制等進行預計算。通常，輸入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理三項內(nèi)容。

（2）插補計算程序

CNC系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類、起點、終點等進行運算。根據(jù)運算結果，分別向各坐標軸發(fā)出進給脈沖。這個過程稱為插補運算。進給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅動工作臺或刀具作相應的運動，完成程序規(guī)定的加工任務。

CNC系統(tǒng)是一邊插補進行運算，一邊進行加工，是一種典型的實時控制方式，所以，插補運算的快慢直接影響機床的進給速度，因此應該盡可能地縮短運算時間，這是編制插補運算程序的關鍵。

- 3速度控制程序

速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，以保預定的進給速度。在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而造成驅動系統(tǒng)失步。

- 4管理程序

管理程序負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等為加工過程服務的各種程序進行調度管理。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。

- 5診斷程序

診斷程序的功能是在程序運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出故障的類型。也可以在運行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（CPU、存儲器、接口、開關、伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。

分類

1、按被控機床的運動軌跡分類

（1）點位控制數(shù)控系統(tǒng)

控制工具相對工件從某一加工點移到另一個加工點之間的精確坐標位置,而對于點與點之間移動的軌跡不進行控制，且移動過程中不作任何加工。這一類系統(tǒng)的設備有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標鏜床和數(shù)控沖床等。

（2）直線控制數(shù)控系統(tǒng)

不僅要控制點與點的精確位置，還要控制兩點之間的工具移動軌跡是一條直線，且在移動中工具能以給定的進給速度進行加工，其輔助功能要求也比點位控制數(shù)控系統(tǒng)多，如它可能被要求具有主軸轉數(shù)控制、進給速度控制和刀具自動交換等功能。此類控制方式的設備主要有簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等。

（3）輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)

這類系統(tǒng)能夠對兩個或兩個以上坐標方向進行嚴格控制，即不僅控制每個坐標的行程位置，同時還控制每個坐標的運動速度。各坐標的運動按規(guī)定的比例關系相互配合，精確地協(xié)調起來連續(xù)進行加工，以形成所需要的直線、斜線或曲線、曲面。采用此類控制方式的設備有數(shù)控車床、銑床、加工中心、電加工機床和特種加工機床等。

2、按伺服系統(tǒng)分類

按照伺服系統(tǒng)的控制方式，可以把數(shù)控系統(tǒng)分為以下幾類：

（1）開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

這類數(shù)控系統(tǒng)不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進電動機為驅動元件，如圖3所示。CNC裝置輸出的指令進給脈沖經(jīng)驅動電路進行功率放大，轉換為控制步進電動機各定子繞組依此通電／斷電的電流脈沖信號，驅動步進電動機轉動，再經(jīng)機床傳動機構 - 齒輪箱，絲杠等帶動工作臺移動。這種方式控制簡單，價格比較低廉，被廣泛應用于經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中。

（2）半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

位置檢測元件被安裝在電動機軸端或絲杠軸端，通過角位移的測量間接計算出機床工作臺的實際運行位置 - 直線位移，并將其與CNC裝置計算出的指令位置 - 或位移相比較，用差值進行控制，其控制框圖如圖4所示。由于閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)，由這些環(huán)節(jié)造成的誤差不能由環(huán)路所矯正，其控制精度不如閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)，但其調試方便，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性，因此在實際應用中，這種方式被廣泛采用。

（3）全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，用以檢測機床工作臺的實際運行位置 - 直線位移，并將其與CNC裝置計算出的指令位置 - 或位移相比較，用差值進行控制。這類控制方式的位置控制精度很高，但由于它將絲杠、螺母副及機床工作臺這些大慣性環(huán)節(jié)放在閉環(huán)內(nèi)，調試時，其系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)很難達到。

3、按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類

（1）經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)

又稱簡易數(shù)控系統(tǒng)，通常僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件，采用的微機系統(tǒng)為單板機或單片機系統(tǒng)，如：經(jīng)濟型數(shù)控線切割機床，數(shù)控鉆床，數(shù)控車床，數(shù)控銑床及數(shù)控磨床等。

（2）普及型數(shù)控系統(tǒng)

通常稱之為全功能數(shù)控系統(tǒng)，這類數(shù)控系統(tǒng)功能較多，但不追求過多，以實用為準。

（3）高檔型數(shù)控系統(tǒng)

指加工復雜形狀工件的多軸控制數(shù)控系統(tǒng)，且其工序集中、自動化程度高、功能強、具有高度柔性。用于具有5軸以上的數(shù)控銑床，大、中型數(shù)控機床、五面加工中心，車削中心和柔性加工單元等。

工作流程

1、輸入：零件程序及控制參數(shù)、補償量等數(shù)據(jù)的輸入，可采用光電閱讀機、鍵盤、磁盤、連接上級計算機的DNC接口、網(wǎng)絡等多種形式。CNC裝置在輸入過程中通常還要完成無效碼刪除、代碼校驗和代碼轉換等工作。

2、譯碼：不論系統(tǒng)工作在MDI方式還是存儲器方式，都是將零件程序以一個程序段為單位進行處理，把其中的各種零件輪廓信息 - 如起點、終點、直線或圓弧等、加工速度信息 - F代碼和其他輔助信息 - M、S、T代碼等按照一定的語法規(guī)則解釋成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用單元。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發(fā)現(xiàn)語法錯誤便立即報警。

3、刀具補償：刀具補償包括刀具長度補償和刀具半徑補償。通常CNC裝置的零件程序以零件輪廓軌跡編程，刀具補償作用是把零件輪廓軌跡轉換成刀具中心軌跡。目前在比較好的CNC裝置中，刀具補償?shù)墓ぜ€包括程序段之間的自動轉接和過切削判別，這就是所謂的C刀具補償。

4、進給速度處理：編程所給的刀具移動速度，是在各坐標的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據(jù)合成速度來計算各運動坐標的分速度。在有些CNC裝置中，對于機床允許的最低速度和最高速度的限制、軟件的自動加減速等也在這里處理。

5、插補：插補的任務是在一條給定起點和終點的曲線上進行“數(shù)據(jù)點的密化”。插補程序在每個插補周期運行一次，在每個插補周期內(nèi)，根據(jù)指令進給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段。通常，經(jīng)過若干次插補周期后，插補加工完一個程序段軌跡，即完成從程序段起點到終點的“數(shù)據(jù)點密化”工作。

6、位置控制：位置控制處在伺服回路的位置環(huán)上，這部分工作可以由軟件實現(xiàn)，也可以由硬件完成。它的主要任務是在每個采樣周期內(nèi)，將理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制伺服電動機。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調整、各坐標方向的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機床的定位精度。

7、I/0處理：I/O處理主要處理CNC裝置面板開關信號，機床電氣信號的輸入、輸出和控制 - 如換刀、換擋、冷卻等。

8、顯示：CNC裝置的顯示主要為操作者提供方便，通常用于零件程序的顯示、參數(shù)顯示、刀具位置顯示、機床狀態(tài)顯示、報警顯示等。有些CNC裝置中還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動態(tài)圖形顯示。

9、診斷：對系統(tǒng)中出現(xiàn)的不正常情況進行檢查、定位，包括聯(lián)機診斷和脫機診斷。

應用舉例

常用的數(shù)控系統(tǒng)有發(fā)那科、西門子、三菱、廣數(shù)、華中等數(shù)控系統(tǒng)。

1、發(fā)那科（FANUC）系統(tǒng)簡介

NUC系統(tǒng)是日本富士通公司的產(chǎn)品，通常其中文譯名為發(fā)那科。FANUC系統(tǒng)進入中國市場有非常悠久的歷史，有多種型號的產(chǎn)品在使用，使用較為廣泛的產(chǎn)品有FANUC0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在這些型號中，使用最為廣泛的是FANUC0系列。

系統(tǒng)在設計中大量采用模塊化結構。這種結構易于拆裝、各個控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC系統(tǒng)設計了比較健全的自我保護電路。

PMC信號和PMC功能指令極為豐富，便于工具機廠商編制PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。系統(tǒng)提供串行RS232C接口，以太網(wǎng)接口，能夠完成PC和機床之間的數(shù)據(jù)傳輸。

FANUC系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作界面友好，系統(tǒng)各系列總體結構非常的類似，具有基本統(tǒng)一的操作界面。FANUC系統(tǒng)可以在較為寬泛的環(huán)境中使用，對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應性很強。

鑒于前述的特點，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)擁有廣泛的客戶。使用該系統(tǒng)的操作員隊伍十分龐大，因此有必要了解該系統(tǒng)的一些軟、硬件上的特點。

我們可以通過常見的FANUC0系列了解整個FANUC系統(tǒng)的特點。

（1）剛性攻絲

主軸控制回路為位置閉環(huán)控制，主軸電機的旋轉與攻絲軸（Z軸）進給完全同步，從而實現(xiàn)高速高精度攻絲。

（2）復合加工循環(huán)

復合加工循環(huán)可用簡單指令生成一系列的切削路徑。比如定義了工件的最終輪廓，可以自動生成多次粗車的刀具路徑，簡化了車床編程。

（3）圓柱插補

適用于切削圓柱上的槽,能夠按照圓柱表面的展開圖進行編程。

（4）直接尺寸編程

可直接指定諸如直線的傾角、倒角值、轉角半徑值等尺寸，這些尺寸在零件圖上指定，這樣能簡化部件加工程序的編程。

（5）記憶型螺距誤差補償可對絲杠螺距誤差等機械系統(tǒng)中的誤差進行補償，補償數(shù)據(jù)以參數(shù)的形式存儲在CNC的存儲器中。

（6）CNC內(nèi)裝PMC編程功能

PMC對機床和外部設備進行程序控制

（7）隨機存儲模塊

MTB - 機床廠可在CNC上直接改變PMC程序和宏執(zhí)行器程序。由于使用的是閃存芯片，故無需專用的RAM寫入器或PMC的調試RAM。

2、西門子（SINUMERIK）數(shù)控系統(tǒng)簡介

西門子（SINUMERIK）數(shù)控系統(tǒng)是德國西門子公司的產(chǎn)品。西門子憑借在數(shù)控系統(tǒng)及驅動產(chǎn)品方面的專業(yè)思考與深厚積累，不斷制造出機床產(chǎn)品的典范之作，為自動化應用提供了日趨完美的技術支持。SINUMERIK不僅意味著一系列數(shù)控產(chǎn)品，其力度在于生產(chǎn)一種適于各種控制領域不同控制需求的數(shù)控系統(tǒng)，其構成只需很少的部件。它具有高度的模塊化、開放性以及規(guī)范化的結構，適于操作、編程和監(jiān)控。主要包括：控制及顯示單元、PLC輸入/輸出單元（PP）、PROFIBUS總線單元、伺服驅動單元、伺服電機等部分。

主要數(shù)控系統(tǒng)類型有：

（1）SINUMERIK802S/C系統(tǒng)

SINUMERIK802S/C系統(tǒng)專門為低端數(shù)控機床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型CNC控制系統(tǒng)。802S/C兩個系統(tǒng)具有同樣的顯示器，操作面板，數(shù)控功能，PLC編程方法等，所不同的只是SINUMERIK802S帶有步進驅動系統(tǒng)，控制步進電機，可帶3個步進驅動軸及一個±10V模擬伺服主軸；SINUMERIK802C帶有伺服驅動系統(tǒng),它采用傳統(tǒng)的模擬伺服±10V接口,最多可帶3個伺服驅動軸及一個伺服主軸。

（2）SINUMERIK802D系統(tǒng)

該系統(tǒng)屬于中低檔系統(tǒng)，其特點是：全數(shù)字驅動，中文系統(tǒng)，結構簡單 - 通過PROFIBUS連接系統(tǒng)面板、I/O模塊和伺服驅動系統(tǒng)，調試方便。具有免維護性能的SINUMERIK802D核心部件-控制面板單元（PCU）具有CNC、PLC、人機界面和通訊等功能，集成的PC硬件可使用戶非常容易地將控制系統(tǒng)安裝在機床上。

（3SINUMERIK840D/810D/840Di系統(tǒng)

840D/810D是幾乎同時推出的，具有非常高的系統(tǒng)一致性，顯示/操作面板、機床操作面板、S7-300PLC、輸入/輸出模塊、PLC編程語言、數(shù)控系統(tǒng)操作、工件程序編程、參數(shù)設定、診斷、伺服驅動等許多部件均相同。

SINUMERIK810D是840D的CNC和驅動控制集成型，SINUMERIK810D系統(tǒng)沒有驅動接口，SINUMERIK810DNC軟件選件的基本包含了840D的全部功能。

采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線結構西門子840Di系統(tǒng)，全PC集成的SINUMERIK840Di數(shù)控系統(tǒng)提供了一個基于PC的控制概念。

- 4SINUMERIK840C系統(tǒng)

SINUMERIK840C系統(tǒng)一直雄居世界數(shù)控系統(tǒng)水平之首，內(nèi)裝功能強大的PLC135WB2，可以控制SIMODRIVE611A/D模擬式或數(shù)字式交流驅動系統(tǒng)，適合于高復雜度的數(shù)控機床。

3、三菱（MITSUBISHI）數(shù)控系統(tǒng)簡介

1873年，三菱造船廠更名為三菱商會。三菱開始涉足采礦、造船、銀行、保險、倉儲和貿(mào)易。隨后，又經(jīng)營紙、鋼鐵、玻璃、電氣設備、飛機、石油和房地產(chǎn)。現(xiàn)在，三菱建立了一系列的企業(yè)，在日本工業(yè)現(xiàn)代化的過程中扮演著舉足輕重的角色。三菱電機自動化一直致力于為客戶在工業(yè)自動化、電力控制及其他相關業(yè)務上提供專業(yè)產(chǎn)品設備和解決方案，產(chǎn)品被廣泛應用于機械、冶金、電力等多個領域?！　?/p>

三菱數(shù)控系統(tǒng)的技術特點　　

- 1M64A/M64SMCNC控制器　　標準配備了RISC64位CPU（與M64相比，整體性能提高了1.5倍）；高速高精度機能對應，尤為適合模具加工；內(nèi)藏對應全世界主要通用的12種多國語言操作界面；可對應內(nèi)含以太網(wǎng)絡和IC卡界面；內(nèi)藏波形顯示功能，工件位置坐標及中心點測量功能；緩沖區(qū)修正機能擴展：可對應IC卡/計算機鏈接B/DNC/記憶/MDI等模式；簡易式對話程序軟件（使用APLC所開發(fā)之Magicpro-NAVIMILL對話程序）；可對應Windows95/98/2000/NT4.0/Me的PLC開發(fā)軟件；特殊G代碼和固定循環(huán)程序，如G12/13、G34/35/36、G37.1等。　　

（2EZMotion-NCE60　　內(nèi)含64位CPU的高性能數(shù)控系統(tǒng)，采用控制器與顯示器一體化設計，實現(xiàn)了超小型化；伺服系統(tǒng)采用薄型伺服電機和高分辨率編碼器（131,072脈沖/轉），增量/絕對式對應；由參數(shù)選擇車床或銑床的控制軟件，簡化維修與庫存；全部軟件功能為標準配置；標準具備1點模擬輸出接口，用以控制變頻器主軸；可使用三菱電機MELSEC開發(fā)軟件GX-Developer，簡化PLC梯形圖的開發(fā)；可采用新型2軸一體的伺服驅動器MDS-R系列，減少安裝空間；開發(fā)伺服自動調整軟件，節(jié)省調試時間及技術支援之人力。　　

（3）MELDASC6　　滿足生產(chǎn)線部件加工要求，提高了可靠性，縮短了故障時間；對應多種三菱FA網(wǎng)絡：MELSECNET/10、以太網(wǎng)和CC-LINK，實現(xiàn)了以10M/100Mbps的速度進行高速、大容量的數(shù)據(jù)通訊，進一步提高生產(chǎn)線的加工效率；NC內(nèi)藏PLC機能強化：GX-Developer對應；指令種類充實；多個PLC程序同時運行；運行中PLC程序修改；多系統(tǒng)PLC接口信號配置等；專機用PLC指令擴充：增加了ATC、ROT、TSRH、DDBA、DDBS指令，簡化了PLC程序設計；數(shù)控功能強化、多軸、多系統(tǒng)對應。

隨著我國綜合國力和科技與經(jīng)濟水平的不斷進步,各行各業(yè)進入了發(fā)展的新時代?；ヂ?lián)網(wǎng)技術、信息技術以及計算機技術的發(fā)展,促進了數(shù)控技術在相關領域的應用。數(shù)控技術是數(shù)控銑床的一項核心技術。加強數(shù)控銑床對數(shù)控技術的應用及優(yōu)化,有助于全面提升我國數(shù)控銑床行業(yè)及機械加工制造水平,從而為我國新工業(yè)的發(fā)展奠定基礎。

發(fā)展趨勢

1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19世紀末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學院進行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎。數(shù)控技術是與機床控制密切結合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。

現(xiàn)在，數(shù)控技術也叫計算機數(shù)控技術，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成。

數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。

1、高速、高精加工技術及裝備的新趨勢

效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。

在轎車工業(yè)領域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。

2、數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結構發(fā)展

20世紀90年代以來，由于計算機技術的飛速發(fā)展，推動數(shù)控技術更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機豐富的軟、硬件資源開發(fā)開放式體系結構的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結構使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、可擴展性，并可以較容易的實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡化。近幾年許多國家紛紛研究開發(fā)這種系統(tǒng)，如美國科學制造中心 - NCMS與空軍共同領導的“下一代工作站/機床控制器體系結構”NGC，歐共體的“自動化系統(tǒng)中開放式體系結構”O(jiān)SACA，日本的OSEC計劃等。開放式體系結構可以大量采用通用微機技術，使編程、操作以及技術升級和更新變得更加簡單快捷。開放式體系結構的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶可以根據(jù)這些開放的資源進行的系統(tǒng)集成，同時它也為用戶根據(jù)實際需要靈活配置數(shù)控系統(tǒng)帶來極大方便，促進了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應用，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。同時，這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級而升級，而結構可以保持不變。

3、數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展

現(xiàn)在，實際用于工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類型，分別代表了數(shù)控技術的不同發(fā)展階段，對不同類型的數(shù)控系統(tǒng)進行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結構向開放體系結構發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展的趨勢。

傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC0系統(tǒng)、MITSUBISHIM50系統(tǒng)、SINUMERIK810M/T/G系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結構的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領了制造業(yè)的大部分市場。但由于開放體系結構數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。

“PC嵌入NC”結構的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、SINUMERIK840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是一些數(shù)控系統(tǒng)制造商將多年來積累的數(shù)控軟件技術和當今計算機豐富的軟件資源相結合開發(fā)的產(chǎn)品。它具有一定的開放性，但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結構復雜、功能強大，價格昂貴。

“NC嵌入PC”結構的開放式數(shù)控系統(tǒng)　它由開放體系結構運動控制卡和PC機共同構成。這種運動控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強的運動控制和PLC控制能力。它本身就是一個數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨使用。它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS平臺下自行開發(fā)構造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開放結構運動控制卡被廣泛應用于制造業(yè)自動化控制各個領域。如美國DeltaTau公司用PMAC多軸運動控制卡構造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機的MELDASMAGIC64構造的MAZATROL640CNC等。

SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)　這是一種最新開放體系結構的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的CNC軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部I/O之間的標準化通用接口。就像計算機中可以安裝各種品牌的聲卡和相應的驅動程序一樣。用戶可以在WINDOWSNT平臺上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，因而最有生命力。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的OpenCNC、德國PowerAutomation公司的PA8000NT等。

4、數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展

智能化是21世紀制造技術發(fā)展的一個大方向。隨著人工智能在計算機領域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學習控制、自適應控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)裙δ埽胰藱C界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅動和智能化進給伺服裝置，能自動識別負載并自動優(yōu)化調整參數(shù)。

世界上正在進行研究的智能化切削加工系統(tǒng)很多，其中日本智能化數(shù)控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。

5、數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡化方向發(fā)展

數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化，主要指數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡連接和網(wǎng)絡控制。數(shù)控系統(tǒng)一般首先面向生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，然后再經(jīng)由因特網(wǎng)通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet技術。

隨著網(wǎng)絡技術的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數(shù)字制造的概念。數(shù)字制造，又稱“e-制造”，是機械制造企業(yè)現(xiàn)代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內(nèi)用戶在進口數(shù)控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。

數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化進一步促進了柔性自動化制造技術的發(fā)展，現(xiàn)代柔性制造系統(tǒng)從點 - 數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床、線 - FMC、FMS、FTL、FML向面 - 工段車間獨立制造島、FA、體 - CIMS、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng)的方向發(fā)展。柔性自動化技術以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標，同時注重加強單元技術的開拓、完善，數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。

6、數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展

隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡化應用的日趨廣泛，數(shù)控系統(tǒng)的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率在P - t＝99%以上，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對某一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1 - 數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于10萬小時。如果對整條生產(chǎn)線而言，可靠性要求還要更高。

當前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅動裝置達30000小時以上，但是，可以看到距理想的目標還有差距。

7、數(shù)控系統(tǒng)向復合化方向發(fā)展

在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此，復合功能的機床成為近年來發(fā)展很快的機種。

柔性制造范疇的機床復合加工概念是指將工件一次裝夾后，機床便能按照數(shù)控加工程序，自動進行同一類工藝方法或不同類工藝方法的多工序加工，以完成一個復雜形狀零件的主要乃至全部車、銑、鉆、鏜、磨、攻絲、鉸孔和擴孔等多種加工工序。

普通的數(shù)控系統(tǒng)軟件針對不同類型的機床使用不同的軟件版本，比如Siemens的810M系統(tǒng)和802D系統(tǒng)就有車床版本和銑床版本之分。復合化的要求促使數(shù)控系統(tǒng)功能的整合。目前，主流的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)商都能提供高性能的復合機床數(shù)控系統(tǒng)。

8、數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)展

由于在加工自由曲面時，3軸聯(lián)動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，進而對工件的加工質量造成破壞性影響，而5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，因此，各大系統(tǒng)開發(fā)商不遺余力地開發(fā)5軸、6軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，隨著5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的成熟和日益普及，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當前的一個開發(fā)熱點。

最近，國外主要的系統(tǒng)開發(fā)商在6軸聯(lián)動控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進展，在6軸聯(lián)動加工中心上可以使用非旋轉刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時尚難實用化。

電子技術、信息技術、網(wǎng)絡技術、模糊控制技術的發(fā)展使新一代數(shù)控系統(tǒng)技術水平大大提高，促進了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進了現(xiàn)代制造技術的快速發(fā)展。數(shù)控機床性能在高速度、高精度、高可靠性和復合化、網(wǎng)絡化、智能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進步?，F(xiàn)代制造業(yè)正在迎來一場新的技術革命。