數(shù)控技術(shù)讀書報(bào)告范文3-數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展-發(fā)展趨勢

數(shù)控技術(shù)讀書報(bào)告【摘要】半個世紀(jì)以來，以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)和核心的信息技術(shù)，通過電視、現(xiàn)代通信等提高了人類生活的質(zhì)量，還促使生產(chǎn)力飛速向前發(fā)展，開創(chuàng)了人類文明史、生產(chǎn)史的新紀(jì)元。信息技術(shù)的飛速發(fā)展直接導(dǎo)致了知識經(jīng)濟(jì)的到來。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。【關(guān)鍵字】數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展過程發(fā)展趨勢概述從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了半個世紀(jì)歷程。隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，與此同時(shí)加工技術(shù)以及一些其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展對數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步提出了新的要求。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國力的體現(xiàn)，而數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備的核心。近年來，國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)在柔性、精確性、可靠和集成性等方面取得了飛速的發(fā)展，許多理論與技術(shù)問題得到了較好的解決。我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了10余年的攻關(guān)，在許多關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)上，已達(dá)到國外先進(jìn)水平，擁有了具有我國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展近年來十分迅猛，國外各大數(shù)控系統(tǒng)公司如FANUC、SIEMENS、A-B、MITSUBISHI、YASKAWA等紛紛進(jìn)入我國市場，競爭異常激烈，我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)所面臨的形勢非常嚴(yán)峻。市場的競爭歸根到底是技術(shù)的競爭，研究現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向，建立與發(fā)展符合我國國情的技術(shù)體系和數(shù)控產(chǎn)品，才能進(jìn)一步擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床的市場份額，使我國的數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)在整個國際大市場中擁有一定的地位數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)的自動化產(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。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)控(NC)階段早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控(HARD-WIREDNC)，簡稱為數(shù)控(NC)。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代——電子管；1959年的第二代——晶體管；1965年的第三代——小規(guī)模集成電路。計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。其運(yùn)算速度比50～60年代有了大幅度的提高，比專門“搭”成的專用計(jì)算機(jī)成本低、可靠性高。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控。1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕(故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控)，不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。1990年，PC機(jī)的性能已發(fā)展到很高的階段，從8位、16位發(fā)展到32位，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機(jī)生產(chǎn)批量很大，價(jià)格便宜，可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。數(shù)控系統(tǒng)近50年來經(jīng)歷了兩個階段六代的發(fā)展。只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價(jià)格極為昂貴、應(yīng)用很不方便(主要是編程困難)等極為關(guān)鍵的問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，數(shù)控機(jī)床大規(guī)模地得到應(yīng)用和普及，也是在70年代末80年代初以后的事。即數(shù)控技術(shù)經(jīng)過了近30年的發(fā)展才走向普及應(yīng)用的。數(shù)控（計(jì)算機(jī)數(shù)控）階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代——小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代——微處理器和1990年的第六代——基于PC我國數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展我國從1958年起，由一些科研院所、高等學(xué)校和少數(shù)機(jī)床廠起步，進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的研制和開發(fā)。由于受到當(dāng)時(shí)國產(chǎn)電子元器件水平低、部門經(jīng)濟(jì)等因素的制約，未能取得較大的進(jìn)展。在改革開放以后，我國數(shù)控技術(shù)才逐步取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。經(jīng)過“六五”(1981～1985年)的引進(jìn)國外技術(shù)，“七五”(1986～1990年)的消化吸收和“八五”(1991～1995年)國家組織的科技攻關(guān)和正在進(jìn)行的“九五”(1996～2000年)國家組織的產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)，才使得我國數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)有了質(zhì)的飛躍。在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過利用國外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大?，F(xiàn)在我國的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從進(jìn)口到出口的轉(zhuǎn)折。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢數(shù)控系統(tǒng)將來發(fā)展的主要目標(biāo)為，進(jìn)一步減低價(jià)格，增加可靠性，拓寬功能，提高操作舒適性，提高集成性，提高系統(tǒng)的柔性和開放性，減小體積，提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)能力。1、數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的引入

隨著NC成為機(jī)械自動化加工的重要設(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國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)和EIA美國電子工業(yè)協(xié)會標(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)范和推動作用。最近，ISO基于用戶的需要和對下一個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)容集中在兩個主要的級別和它們之間的連接上：第一級CAM，為車間和它的生產(chǎn)機(jī)械：第二級是上一級，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。2、伺服技術(shù)的發(fā)展伺服裝置是數(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NC機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動采用液壓驅(qū)動。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機(jī)，靜力矩和起動力矩大，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。

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)動取代直流驅(qū)動、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機(jī)，由全數(shù)字伺服驅(qū)動，剛性高，頻響好，因而可獲得高速度。3、自動編程的采用編程的方法有手工編程和自動編程兩種。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用手工編程，一個零件的編程時(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。自動編程需要有自動化編程語言，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，從而推動了CAD和CAM向一體化方向發(fā)展。4、DNC概念的引入及發(fā)展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”表明可用一臺計(jì)算機(jī)控制多臺數(shù)控機(jī)床。這樣，機(jī)械加工從單機(jī)自動化的模式擴(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。5、可編程控制器的采用在20世紀(jì)70年代以前，NC控制器與機(jī)床強(qiáng)電順序控制主要靠繼電器進(jìn)行。60年代出現(xiàn)了半導(dǎo)體邏輯元件，1969年美國DEC公司研制出世界上第一臺可編程序控制器PLC。PLC很快就顯示出優(yōu)越性：設(shè)計(jì)的圖形與繼電器電路相似，形象直觀，可以方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存貯和傳送：PLC沒有繼電器電路那種接觸不良，觸點(diǎn)熔焊、磨損、線圈燒斷等缺點(diǎn)。因此很快在NC機(jī)床上得到應(yīng)用。目前，在NC機(jī)床上指令執(zhí)行時(shí)間可達(dá)到0.085μs/步，最大步數(shù)為32000步。而且，使用PLC還可以大大減少系統(tǒng)的占用空間，提高系統(tǒng)的快速性和可靠性。6、傳感器技術(shù)的發(fā)展一臺NC系統(tǒng)與機(jī)械連結(jié)在一起時(shí)，它能控制的幾何精度除受機(jī)械因素的影響外，閉環(huán)系統(tǒng)還主要取決于所采用的傳感器，特別是位置和速度傳感器，如可測量直線位移和旋轉(zhuǎn)角度的直線感應(yīng)同步器和圓感應(yīng)同步器、直線和圓光柵、磁尺、利用磁阻的傳感器等。這些傳感器由光學(xué)、精密機(jī)械、電子部件組成，一般分辨率為0.01～0.001mm，測量精度為±0.02～0.002mm/m，機(jī)床工作臺速度為20m/min以下。隨著機(jī)床精度的不斷提高，對傳感器的分辨率和精度也提出了更高的要求。于是出現(xiàn)了具有“細(xì)分”電路的高分辨率傳感器，比如FANUC公司研制的編碼器通過細(xì)分可做到分辨率為10-7r。利用它構(gòu)成的高精度數(shù)控系統(tǒng)為超精控制及加工創(chuàng)造了條件。7、微處理器的應(yīng)用新一代數(shù)控系統(tǒng)廣泛采用多微處理機(jī)系統(tǒng)。大量采用大規(guī)模集成電路和三維高密度焊接的印制電路板，是系統(tǒng)小型化、經(jīng)濟(jì)、可靠。中、高檔數(shù)控系統(tǒng)趨向于采用記憶PC機(jī)的硬件構(gòu)成形式，通過這種形式使應(yīng)用PC軟件、PC工具和PC硬件成為可能。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，硬件方面，由于PC機(jī)市場大，導(dǎo)致PC組件價(jià)格低廉，從而使基于PC機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)價(jià)格降低；軟件方面，PC軟件功能強(qiáng)，且容易接受和推廣，數(shù)控系統(tǒng)中集成數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)方便的工藝、校正、診斷和刀具等數(shù)據(jù)的存儲。8、開放型技術(shù)的產(chǎn)生新一代數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)是開放式數(shù)控系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)要求引用標(biāo)準(zhǔn)組件，應(yīng)用開放的模塊化結(jié)構(gòu)來構(gòu)成系統(tǒng)的硬、軟件，是系統(tǒng)便于組合、擴(kuò)展和升級，并且應(yīng)使系統(tǒng)的硬件和軟件相互分離，是系統(tǒng)能提供柔性的、以適應(yīng)地控制功能。開放式數(shù)控系統(tǒng)具有外部開放性和內(nèi)部開放性。外部開放性反映在外部接口具有統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)性，如一致的數(shù)控編程器、統(tǒng)一的通信接口、統(tǒng)一的伺服控制接口和通用的操作控制接口。內(nèi)部開放性是內(nèi)部數(shù)控核心控制功能軟件和附加的可選功能軟件在系統(tǒng)中易于集成，并易為用戶所掌握。五、總結(jié)目前，我國的機(jī)床工業(yè)正從生產(chǎn)大國逐漸變?yōu)闄C(jī)床強(qiáng)國，主要體現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量不斷發(fā)展及提高。其中，特別是數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的可靠性不斷提高。由于對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，新的數(shù)控產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，如多坐標(biāo)聯(lián)動、高速、高精等數(shù)控機(jī)床的研制成功。北京發(fā)那科機(jī)電有限公司作為一家中國國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)制造和銷售企業(yè)，有必要為我國機(jī)床工業(yè)的發(fā)展提供更加可靠、功能更多的數(shù)控產(chǎn)品以滿足我國機(jī)床工業(yè)的需要。參考文獻(xiàn)：[1]文廣.馬宏偉《數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢》2002[2]周德儉《使用PC的開放式計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)——CNC的發(fā)展方向.機(jī)電一體化》1997[3]黃金秋《.基于開放式結(jié)構(gòu)的高性能數(shù)控系統(tǒng)的研制.制造技術(shù)與機(jī)床》1998[4]章富元方江龍湯季安《中國機(jī)械工程》2001[5]郭