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数控技术发展趋势——智能化数控系统1 国内外数控系统发展概况随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。2 数控技术发展趋势1 性能发展方向(1)高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。(3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。(4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。2 功能发展方向(1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟(2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等 
数控车削编程中常遇问题的思考【摘要】为了更好的运用数控技术，合理编程，现将数控车床编程指令中意思相近，功能相似，格式参数较多，轨迹复杂的指令加以分析。文章介绍了它们的异同点，难点，以便于合理运用。【关键词】数控车削；数控系统；编程指令；分析；运动轨迹数控机床以其优越性逐步取代普通机床，专用机床，运用在工业加工领域中。数控系统是由译码、刀补、插补、界面等相对独立的任务所组成的实时多任务系统。它把编程人员输入的数控程序，转变为数控机床的运动。运动轨迹完全取决于输入的程序。程序是由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。作为主体的程序内容是编程人员根据各个零件的外形差异，用数控指令编写。每个指令都有着自己的运动轨迹。一、数控车削编程中，指令的使用（华中系统）（一）G00和G01的区别，如何正确使用G00是快速点定位指令。功能是使刀具以点位控制方式，从刀具当前所在点以各轴设定的最高允许速度（乘以进给修调倍率）快速移动到定位目标点。G01是直线插补指令。功能是作直线轮廓的切削加工运动。有时也作很短距离的空行程运动。这两个指令都可以使刀具从当前所在点移到定位目标点。所以，在实际运用中，容易将它们混淆使用。为了正确的运用G00和G01，就要找出它们的不同之处，加以区分。首先，G00指令的格式中不带F参数。它的快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定。故在执行G00指令时，由于各个轴以各自速度移动，根据实际情况的不同，各轴到达终点的先后次序也会有所不同，因而联动直线轴的合成轨迹有时是直线，有时是折线。为此，运行G00指令时，要先搞清楚刀具运动轨迹，避免刀具与工件或夹具发生碰撞。G01指令格式中带F参数，刀具以联动的方式，按F规定的合成进给速度，运行到达终点。它的联动直线轴的合成轨迹始终为直线。其次，使用的场合不同。G00适用场合一般为加工前的快速定位或加工后的快速退刀。正确运行过程中，始终不与工件接触。G01一般作为直线轮廓的切削加工运动。有时也作很短距离的空行程运动，以防止G00指令在短距离高速度运动时可能出现的惯性过冲现象。（二）G02和G03方向的判断G02，G03分别为顺时针圆弧插补和逆时针圆弧插补。判断圆弧是用G02加工还是G03加工的方法是：站在垂直于圆弧所在平面（插补平面）的坐标轴的正方向进行观察判断。如图1所示。图1：圆弧插补G02/G03方向的规定数控车床加工回转体零件，只需标出X轴 和Z轴。故它的插补平面为XOZ平面。我们根据右手笛卡儿坐标系原理，可以表示出Y坐标轴。Y轴的方向为垂直于X轴和Z轴，箭头指向朝里。根据判断方法可以得出：图1中的（a）圆弧起点到圆弧终点是顺时针方向，用G02加工；图1中的（b）圆弧起点到圆弧终点是逆时针方向，用G03加工。（三）粗车复合循环G71指令运动轨迹的确定G71是粗车复合循环指令。它的指令格式为：G71 U(△d) R(e) P(ns) Q(nf) X( △u) Z(△w) F(f) T(T) S(s) 这个指令参数教多，分别表示：△d—切削深度、e—退刀量、 ns—精加工路线的第一个程序段顺序号、nf—精加工路线的最后一个程序段顺序号、△u/2—Z轴方向保留的精加工余量、△w—X轴方向保留的精加工余量。在执行含有G71指令的程序段时，刀具粗加工的运动轨迹取决于程序段N（ns）～N（nf）给定的精加工轨迹和刀具执行G71指令前的所在位置（循环起点）。如图2所示，图2：内/外径粗车复合循环A为循环起点，A→A′→B′→B为精加工编程轨迹。在进行G71粗加工前，为了保证X轴和Z轴方向的精加工余量，系统将循环起点A的坐标值分别在X轴和Z轴方向加上对应的精加工余量求得C点。把刀具先由A点位移到C点，再进行粗加工复合循环。粗加工路线和加工次数由系统根据指定的精加工路线和粗加工的切削深度、退刀量，自动计算得出。由此可见，在执行G71指令时，系统早已将精加工程序段进行扫描，译码并确定其轮廓。要注意的地方就是，在编写精加工程序时， 刀具从A→A′之间的程序段在Z轴方向不能产生位移。并且循环起点A必须是工件外一点。 /////数控加工的特点数控加工，也称之为NC(N帅ericalConb01)加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有二点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：1)提高生产效率；(2)不需要熟练的机床操作人员；(3)提高加工精度并且保持加工质量(4)可以减少工装卡具：(5)容易进行加工过程管理；(6)可以减少检查工作量；(7)可以降低废、次品率；(8)便于设计加工变更，加工设定柔性强(9)容易实现操作过程的自动化，一人可以操作多台机床；(10)操作容易，极大减轻体力劳动强度。随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造(CAD／CAM)系统的质量。CAD／CAM已成为促进国民经济发展的关键技术，是实现制造技术现代化的必由之路。如何进行数控加工程序的编制是影响数控加工效率及质量的关键，传统的手工编程方法复杂、烦琐，易于出错，难于检查，难以充分发挥数控机床的功能。在模具加工中，经常遇到形状复杂的零件，其形状用自由曲面来描述，采用手工编程方法基本上无法编制数控加工程序。近年来，由于计算机技术的迅速发展，计算机的图形处理功能有了很大增强，基于CAD／CAM技术进行图形交互的自动编程方法日趋成熟
