哈工大数控技术课大作业.doc

数控技术课程大作业院 （系）机电工程学院专 业 机械制造及其自动化姓 名学 号班 号 完成日期 哈尔滨工业大学机电工程学院第一作业：加工中心零件加工编程一、目的和要求本作业通过给定一台数控机床具体技术参数和零件加工工艺卡，使学生对数控机床具体参数、加工能力和加工工艺流程有直观了解和认识。同时，锻炼学生解决实际加工问题的能力。1了解加工中心的具体技术参数，加工范围和加工能力；2了解实际加工中，从零件图纸分析到制定零件加工工艺过程； 3按照加工工艺编写指定的工序的零件数控加工程序。 二、数控机床设备    （1）机床结构     主要由床身、铣头、横进给、升降台、冷却、润滑及电气等部分组成。XKJ325-1数控铣床配用GSK928型数控系统，对主轴和工作台纵横向进行控制，用户按照加工零件的尺寸及工艺要求，先编成零件的加工程控，最后完成各种几何形状的加工。   （2）机床的用途和加工特点     本机床适用于多品种中、小批量生产的零件，对各种复杂曲线的凸轮、孔、样板弧形糟等零件的加工效能尤为显著；该机床高速性能好，工作稳定可靠，定位精度和重复精度较高，不需要模具就能确保零件的加工精度，减少辅助时间，提高劳动生产率。   （3）加工中心的主要技术参数     数控机床的技术参数，反映了机床的性能及加工范围。表1 TH5640D立式加工中心的主要技术参数名称参数工作台工作台尺寸mm 400×550T型槽mm 18H8允许负载kg 600 主轴主轴锥孔No BT40主轴直径mm 85 主周转速(标准型/高速型)rpm 22.5-2250/45-4500 主轴电机kw 5.5/7.5 行程移动范围mm 1000×500×470主轴端面至工作台面距离mm150-620(380-850)主轴中心线至立柱面mm 510 进给切削进行速度mm/min1-4000 快速移动速度m/min15/10 刀库 刀库容量把20(24) 刀具尺寸/重量mm/kg80×300/8 换刀时间s 气液动7S凸轮3S 加工能力钻孔能力mm 32 镗孔能力mm 80 攻丝能力mmM24 铣削能力Cm3/min100 位置精度定位精度mm±0.005重复定位精度mm±0.003其它 气源气压L/min,bay250 5-7机床重量(净重/毛重)T 7.5/8.5 机床外型尺寸mm 2756×2696×3000包装箱尺寸mm 3840×2545×3080三、加工工艺制订（一）加工零件加工图1零件，材料HT200，毛坯尺寸长*宽*高为170×110×50mm，试分析该零件的数控铣削加工工艺、如零件图分析、装夹方案、加工顺序、刀具卡、工艺卡等，编写加工程序和主要操作步骤。图1 加工零件图（二）工艺分析（1） 零件图工艺分析。该零件主要由平面，孔及外轮廓组成，平面与外轮廓的表面粗糙度要求Ra6.3，可采用铣粗精铣方案。（2） 确定装夹方案。根据零件的特点，加工上表面，60外圆及其台阶面和孔系时选用平口虎钳夹紧；铣削外轮廓时，采用一面两孔的定位方式，即以底面，40H和13孔定位。（3） 确定加工顺序。按照基面先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序，即粗加工定位基准面（底面）60外圆及其台阶面孔系加工外轮廓铣削精加工底面并保证尺寸40。（ 4）刀具的选用加工中心刀具通常由刃具和刀柄两部分组成,刃具有面加工用的各种铣刀和孔加工用的各种钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀及丝锥等，刀柄要满足机床主轴自动松开和夹紧定位，并能准确地安装各种刃具和适应换刀机械手的夹持等要求。主要是刀具的长度和直径的选择，如加工孔依据其深度和孔径选择。表2 刀具选择产品名称或代号零件名称端盖图号序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面刀具半径备注1T0120硬质合金端面铣刀1铣削上、下表面162T0212硬质合金端面立铣刀1铣削外园及其台阶面83T0338钻头1钻40底孔4T0440镗孔刀1镗40内孔5T0513钻头1钻2×13螺孔6T0622×14锪钻12×22锪孔7T078硬质合金端面立铣刀1铣削外轮廓编制审核批准日期 （5）切削用量的选择该材料，铣削平面、60外圆及其台阶面和外轮廓时可留0.5MM的精加余量，其余一次走完粗铣。确定主轴转速时，可先查确削用量手册，硬质合金铣刀加工铸铁（190260HB）时的速度为4590m/min,取Vc=70m/min,根据铣刀直径和公式计算主轴转速，并填入工序卡片中。确定进给速度时，根据铣刀齿数、主轴转速、和切削用量手册中给出的每齿进给量，计算进给速度并填入工序卡片中。拟订数控铣削加工工序卡片如表3。把零件加工顺序，采用的刀具和切削用量等参数编入数控加工工序卡片中，以指导编程加工操作。表3   数控加工工序卡片单位名称产品名称或代号零件名称零件图号数控铣削加工实例端盖工序号程序编号夹具名称使用设备车间平口虎钳和一面两销TH5640D加工中心工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm1粗铣定位基准面（底面）T01125硬质合金端面铣刀50020042粗铣上表面T0120硬质合金端面铣刀50020053精铣上表面T0120硬质合金端面铣刀10001000.54粗铣60外园及其台阶面T0212硬质合金端面立铣刀50020055精铣60外园及其台阶面T0212硬质合金端面立铣刀6001000.56钻40H7底孔T0338钻头40050197粗镗40H7内孔表面T0440镗孔刀4001000.88精镗40H7内孔表面T0440镗孔刀9001000.29钻2×13螺孔T0513钻头500506.510用2×22锪孔T0622×14锪钻3502004.511粗铣外轮廓T078硬质合金端面立铣刀8002001112精铣外轮廓T078硬质合金端面立铣刀12001002213粗铣定位基面至尺寸40T0120硬质合金端面铣刀5001000.2编制审核批准年 月 日第一页四、要完成的程序编写任务坐标原点：40圆的圆心处为工件编程X、Y轴原点坐标，Z轴原点坐标在精铣后的工件上表面。刀具补偿：刀具补偿号自定。作业中画出加工工件和坐标系。（1）编写精铣60外圆工序（仅工序5中60外圆，台阶不管）加工程序；（2）编写工序610加工程序；（3）编写工序12精铣外轮廓加工程序。五、加工工件和坐标系六、所编写的程序(一).精铣60外圆工序加工程序N5 G92 X0 Y0 Z50; 设定工件坐标系N10 G90 G00 Z250 T02 M06; 绝对坐标编程，快速运动到换刀点换T02端面立铣刀N15 G43 Z3 H02; 快速运动到参考平面进行刀具长度补偿N20 G42 X30.0 Y0 D02; 快速运动到外圆轮廓上方进行刀具半径补偿N25 S600 M03; 主轴正转N30 G01 Z-18 F100; 进给速度运动到外圆底部N35 G03 X30 Y0 R-30 F100；铣外圆N40 G00 Z50 G40 G49 M05; 快速返回初始平面N45 X0; 快速返回起始点N50 M30; 程序结束(二).工序610加工程序N5 G92 X0 Y0 Z50; 设定工件坐标系N10 G90 G00 Z250 T03 M06; 绝对坐标编程，快速运动到换刀点换T0338钻头N15 G43 Z50 H03; 快速运动到初始平面进行刀具长度补偿N20 S400 M03; 主轴正转N25 G98 G81 X0 Y0 Z-43 R3 F50; 定位钻40底孔返回初始平面N30 M05；主轴停N35 G00 G49 Z250 T04 M06; 快速运动到换刀点，取消刀具长度补偿，换T04镗孔刀N40 G43 Z50 H04; 快速运动到初始平面进行刀具长度补偿N45 S400 M03; 主轴正转N50 G99 G85 X0 Y0 Z-43 R3 F100; 粗镗40底孔返回R平面N55 S900; 主轴速度变为900N60 G98 G76 X0 Y0 Z-43 R3 F100; 精镗40底孔返回初始平面N65 M05; 主轴停N70 G00 G49 Z250 T05 M06; 快速运动到换刀点，取消刀具长度补偿，换T0513钻头N75 G43 Z50 H05; 快速运动到初始平面进行刀具长度补偿N80 S500 M03; 主轴正转N85 G98 G81 X60 Y0 Z-43 R-15 F50; 定位钻右侧13孔返回初始平面N90 X-60; 定位钻左侧13孔返回初始平面N95 G00 X0 M05; 快速返回初始点，主轴停N100 G49 Z250 T06 M06; 快速运动到换刀点，取消刀具长度补偿，换T0622锪钻N105 G43 Z50 H06; 快速运动到初始平面进行刀具长度补偿N110 S350 M03; 主轴正转N115 G98 G82 X60 Y0 Z-30 R-15 P300 F200; 定位锪右侧22孔返回初始平面N120 X-60; 定位锪左侧22孔返回初始平面N125 G00 X0 M05; 快速返回初始点，主轴停N130 G49; 取消刀具长度补偿N135 M30; 程序结束(三).工序12精铣外轮廓加工程序N5 G92 X0 Y0 Z50.0; 设定工件坐标系N10 G90 G00 Z250.0 T7 M06; 绝对坐标编程，快速运动到换刀点换T07铣刀N15 G43 Z50 H07; 快速运动到初始平面进行刀具长度补偿N20 G42 X67.858 Y18.392 D07; 快速运动到加工起始点上方进行刀具半径补偿N25 Z-15; 快速运动到Z-15N30 S1200 M03; 主轴正转N35 G01 Z-43 F100; 进给速度运动到外轮廓底部N40 X11.786 Y47.588; 铣右上方直线段N45 G03 X-11.786 R30; 逆时针铣上方圆弧N50 G01 X-67.858 Y18.392; 铣左上方直线段N55 G03 Y-18.392 R20; 逆时针铣左侧圆弧N60 G01 X-11.786 Y-47.588; 铣左下方直线段N65 G03 X11.786 R30; 逆时针铣下方圆弧N70 G01 X67.858 Y18.392; 铣右下方直线段N75 G03 Y-18.392 R20; 逆时针铣右侧圆弧N80 G00 Z50.0 M05; 快速返回初始平面，主轴停N85 G40 G49 X0 Y0; 快速返回起始点取消刀具半径长度补偿N90 M30; 程序结束第二作业 调研报告数控系统的国内外发展及应用现状一、目的数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，是数控机床的关键技术所在。早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。计算机数控（Computerized numerical control，简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统是根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。CNC系统由数控程序输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。CNC系统的核心是CNC装置。请以课堂所学习的知识为基础，对数控系统的国内外发展及应用现状进行调研，并提交调研报告。二工作量与要求1. 对数控系统的发展过程和趋势进行总结；2. 分别对国外和国内各至少两种数控系统进行功能介绍与应用分析；3. 对国内数控系统与国外知名数控系统进行比较，并总结存在的差距；4. 报告需用计算机打印，手工签名，格式请参照本科生毕业论文要求（见教务处网站），总字数不少于5000字。调研报告数控系统的国内外发展及应用现状机电工程学院：王新春 学号：1110810907摘 要： 本文对数控系统的发展过程和趋势进行总结；分别对国外和国内的几种数控系统进行功能介绍与应用分析；对国内数控系统与国外知名的数控系统进行比较，并总结存在的差距。关键词：数控系统，发展过程，应用现状，国内外对比一、引言数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，是数控机床的关键技术所在。CNC系统是根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。因此，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。二、数控系统的发展过程和趋势(一)数控系统的三个阶段1946年第一台计算机在美国诞生，1952年第一台数控机床也在美国诞生。自此，数控技术紧跟着电子技术和计算机技术的发展而发展。近50多年来，数控技术经历了3个阶段6个时代的发展历程。数控技术发展的第一个阶段称为NC阶段，这个阶段的数控技术发展又经历了3个时代，即电子管时代、晶体管时代和中小规模集成电路时代。以上三代都属于硬件逻辑数控系统，称为NC系统。由于点位控制的数控系统比轮廓控制的数控系统要简单得多，在该阶段，点位控制的数控机床得到大发展。有资料统计，到1966年，世界上实际使用的6000台数控机床中，85%是点位控制的数控机床。第二个发展阶段称为CNC阶段。1970年小型计算机开始用于数控系统，这是第4代数控系统；1974年微处理器开始用于数控系统，数控系统发展到第5代。迄今为止，在生产中使用的数控系统大多数都是第5代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。第三个发展阶段称为ONC阶段。从20世纪90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，个人计算机(PC)的发展尤为突出，无论是其软、硬件还是外围器件，都得到了迅速的发展，计算机采用的芯片集成化程度越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大、中型机上才能实现的功能现在微型机上就可以实现。在美国首先出现了在PC机平台上开发的数控系统，就是所谓开放式数控系统，即第6代数控系统。(二)数控系统的时间顺序数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下： 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。1949年，帕森斯公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现智能化，网络化制造。现在，数控技术也叫计算机数控技术（Computerized Numerical Control 简称：CNC），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。（二）数控系统的发展趋势1.高速化数控机床向高速度发展的主要目的是提高生产率。(1)主轴转速：近些年来，数控机床的主轴转速普遍提高。中、小型加工中心的主轴最高转速大部分提高到5000-6000r/min，有的数控机床已经达到4000r/min;(2) 提高进给速度：一般的加工中心，进给速度可达1-2m/min,快速移动速度已达33m/min，逐步靠近50m/min;(3) 缩短辅助时间：缩短辅助时间包括缩短换刀时间、刀具移近或离开工件的时间及工件装卸时间等。目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。2.高精度化高精度并不仅仅是指数控机床对工件的加工速度要高要快，生产的产品精度更高，而且也要求数控机床在工件加工的整个过程中都要高速运转、精确定位，以减少工件在准备、加工、转运、收储等各个环节占用的时间，综合提高工厂的生产效率，降低生产成本。更高精度的机械产品在实际使用中会带来更多的益处，如减少运转过程中的摩擦和发热，降低能源损耗，使整机运转更加平稳可靠，减少故障出现的几率等等。为了实现高速高精度的目标，自动化产品厂商们加大了技术投入和开发力度，研发了更多的自动化产品应用于数控机床，如直线电机、电主轴、更高线数的编码器、精度更高更稳定的光栅尺等等，这些自动化产品为数控机床实现高速高精度功能提供了强有力的支持。3.复合化当今的机械加工更趋向于高精度、多品种、小批量、低成本、短周期和复杂化的加工，复合加工是数控机床的一个重要技术发展方向。复合功能使数控机床显著提高了工件成品的生产速度，能够大大消除散列工序加工过程中的运输、装夹及等待时间，使加工周期大大缩短并降低加工车间的在制品数量。工件在机床上只有一次装夹定位，既减少了加工辅助时间，又提高了工件的加工精度。显然，复合加工机床对自动化产品的要求更高。复合功能的实现依赖于针对工件和刀具的实时检测与智能判断、数据运算、刀具管理及系统控制。高灵敏度的探针、高速处理芯片、体积更小、响应速度更快的传感器和执行器等自动化产品和技术在机床上将会得到更为广泛的应用。4.信息化目前，具有网络化功能的自动化产品在数控机床中得到大量应用，这也是自动化产品和技术飞速发展的动力之一。数控系统生产商已经在系统中集成网络接口，来满足和适应生产加工的快速化、信息化、网络化的要求，而国内使用信息化、网络化机床的用户也正在从中获得巨大的收益。因此，数控机床应具备并实现语音、图形、视频和文本的通信功能。通过网络信息的共享，生产计划调度部门可以实时监控机床工作状态和加工进度，向网络信息的其他使用部门传递共享信息，在网络上观察加工过程、统计报表、跟踪生产进度、查看故障报警、在线诊断及帮助排除故障等功能。5.绿色化节能减排是当今社会的热点，低碳环保是当今时代的主题。全球范围内都在提倡绿色经济、低碳经济，这样的发展趋势和环保要求同样在数控机床行业得到响应和实践。这就要求机床的制造材料要环保，可以回收利用，能够降低空运转功率，减少功率损耗，尽可能减少机床使用和工件加工过程中产生的各种废弃物，并保证这些废弃物不污染工作环境和自然环境。因此，自动化产品、数控系统和数控机床制造商们根据各自的研究成果，采用新的环保材料和生产工艺，改变产品结构和方式，研发新的技术手段，改进废弃物的回收方式等，把环保节能的绿色要求和指标嵌入到了数控机床中，以使数控机床对环境的影响降低到最小程度。三、国内外数控系统功能介绍与应用分析（一）国内数控系统1. 华中数控HNC-210AT数控装置该系列产品是华中数控系统中的高端产品，采用一体化模具设计，工程操作面板采用独立安装的形式。集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，支持远程I/O扩展功能，采用电子盘程序存储方式以及CF卡、USB盘、DNC、以太网等程序扩展及数据交换功能，8.4/TFT彩色液晶显示屏。最大控制轴数：3轴，主要应用于数控车床和车削加工中心。HNC-210AT数控装置主要特点包括：（1）可选配各种类型的脉冲接口式交流伺服驱动单元（闭环、半闭环）或步进驱动单元（开环）。（2）主轴单元可选配伺服主轴单元、变频主轴单元，编码器接口，带脉冲量接口。（3）汉字菜单、全中文界面、中文参数系统，故障监控、故障诊断与报警，历史故障记忆，能显示机床坐标系、工件坐标系、相对坐标系、实时跟踪误差、实时剩余进给量、指令位置、实际位置实时显示等，操作简便，易于操作者监控实时坐标动态。（4）加工图形显示和仿真（三维彩色图形实时动态显示刀具轨迹和零件形状）。（5）具有加工程序编辑功能,可全屏幕编辑、支持后台编辑功能（选件）。还提供高级编辑功能，如块定义、块操作（删除、拷贝、粘贴等）、行删除、查找、替换以及光标快速定位文件的头尾等功能.(6) 加工断点保存与恢复功能，程序跳段功能，选择停功能，可从指定的任意行运行加工。(7) 支持反向间隙补偿、单向螺距误差补偿和双向螺距误差补偿功能，补偿点数128点。(8)支持跟踪误差允差设定与报警、定位允差设定与报警功能，轮廓误差示波器。(9)小线段连续加工功能，特别适合于CAD/CAM设计的模具和零件加工。(10)支持手持单元（包含电子手轮、轴选择波段开关、倍率选择波段开关、使能开关、急停按钮、弹簧电缆等）。(11)具有USB接口可热插拔、硬盘接口，可装载和存储巨量加工程序。2. 广州数控GSK928TD车床数控系统GSK928TD 采用32位高性能CPU和超大规模可编程器件CPLD构成控制核心，实现级精度运动控制。在操作上沿袭了GSK928TE方便、简明、直观的界面风格，具有较强的功能及稳定的性能。在系统操作、安全、加工精度及加工效率方面具有突出特点。（1）功能十分丰富X、Z两轴联动，0.001mm插补精度、最高快速速度15m/min。圆弧加工的最大半径可达11米。加工性能高，系统输出脉冲平稳、均匀，工件表面纹路均匀细腻、衔接处无顿痕。高效加工及灵活的实时检测并行执行处理机制；程序段间过渡不占时间；辅助指令与定位指令可以同步执行。最大限度的安全措施：提供了多种有关安全方面的参数选项，确保安全使用；具有双重软限位保护功能(机床坐标软限位+刀尖坐标软限位)。具有反向间隙补偿、刀具长度补偿功能、C 型刀具半径补偿。具有电子齿轮功能，电子齿轮比（199999）/（199999）。具有灵活多样的帮助功能。（2）多个指令同步执行传统数控系统的指令是按顺序执行的，就算将多个指令写在同一程序段内，其实还是按一定的规则顺序执行的，称之为“顺序流程”。我们注意到，在实际加工工件时，有的辅助功能执行起来比较耗时，而多个没有顺序关系的辅助功能则可以同时执行，从而提高效率。928TD系统能够自动分析各指令之间的逻辑关系，自动将互不关联的各种辅助指令同时执行，从而大大提高效率，我们称之为“同步流程”。（3）输出脉冲平顺均匀在加工工件时，伺服电机运行在低频状态，数控系统输出的低频脉冲是否均匀至关重要，因为它直接影响到加工锥面、圆弧的精度和表面粗糙度。928TD系统着重于改善切削状态下输出脉冲的均匀性，均匀程度达到了微秒级；从而明显地改善了精切的精度和工件表面纹路问题。经过对球形端面的加工比较对照，加工面更加细腻。（二）国外数控系统1. FANUC 数控系统FANUC 公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家，该公司自60 年代生产数控系统以来，已经开发出40 多种的系列产品。FANUC 公司目前生产的数控装置有F0、F10/F11/F12、F15、F16、F18 系列。F00/F100/F110/F120/F150系列是在F0/F10/F12/F15 的基础上加了MMC 功能，即CNC、PMC、MMC 三位一体的CNC。FANUC公司数控系统的产品特点如下：（1） 结构上长期采用大板结构，但在新的产品中已采用模块化结构。（2） 采用专用LSI，以提高集成度、可靠性，减小体积和降低成本。（3） 产品应用范围广。每一CNC 装置上可配多种上控制软件，适用于多种机床。（4） 不断采用新工艺、新技术。如表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等。（5） CNC 装置体积减小，采用面板装配式、内装式PMC（可编程机床控制器）。（6） 在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能：插补功能：除直线、圆弧、螺旋线插补外，还有假想轴插补、极其坐标插补、圆锥面插补、指数函数插补、样条插补等。切削进给的自动加减速功能：除插补后直线加减速，还插补前加减速。补偿功能：除螺距误差补偿、丝杠反向间隙补偿之外，还有坡度补偿线性度补偿以及各新的刀具补偿功能。故障诊断功能：采用人工智能，系统具有推理软件，以知识库为根据查找故障原因。（7） CNC 装置面向用户开放的功能。以用户特订宏程序、MMC 等功能来实现。（8） 支持多种语言显示。如日、英、德、汉、意、法、荷、西班牙、瑞典、挪威、丹麦语等。（9） 备有多种外设。如FANUC PPR， FANUC FA Card，FANUC FLOPYCASSETE，FANUC PROGRAM FILE Mate 等。（10）已推出MAP（制造自动化协议）接口，使CNC 通过该接口实现与上一级计算机通信。（11）现已形成多种版本。FANUC 系统早期有3 系列系统及6 系列系统，现有0 系列、10/11/12 系列、15、16、18、21 系列等，而应用最广的是FANUC 0 系列系统。2.海德汉iTNC530数控系统海德汉iTNC530是一个多功能的，面向车间的铣、钻、镗等机床和加工中心的轮廓加工控制器。它具有集成的变频器实现数字驱动控制，使在很高的加工速度下仍保证很高的工件轮廓精度成为可能。具有如下显著特点：（1）该系统的数据处理时间比以前的TNC系列产品快8倍，所配备的“快速以太网”通讯接口能以100Mbit/s的速率传输程序数据，比以前快了10倍，新型程序编辑器具有大型程序编辑能力，可以快速插入和编辑信息程序段。机械师不必记忆G代码，只需要用组合键按键就可以编制线段、弧段、循环程序。（2）针对模具加工的复杂曲面，如果要实现高速、高精和高表面质量加工，必须具备好的硬件基础、良好的伺服性能及高速控制能力。（3）iTNC 530系统采用限制加加速值并利用过滤器对加加速度进行了光滑处理。高速进给时，如果任何一个轴突然换向会导致过高加速度和加加速，将造成机床结构产生振动。通过CNC实现速度、加速度和加加速平滑方案是降低或消除该影响的好方法。（4）在强大硬件的支持下，iTNC 530采用了全数字化驱动技术。其位置控制器、速度控制器和电流控制器全部实现数字控制。数字电机控制技术能获得非常高的进给速率。iTNC 530在同时插补多达5轴时，还能使转速高达40000r/min的数控主轴达到要求的切削速度。（5）该系统通用性好并适合五坐标控制，在需要优化刀具轨迹控制的情况下，其强大的控制能力可计算实际坐标系，因而简化了加工循环的编程。在脱线编制3D形状程序时，该系统可计算单台机床的几何结构，所以同一程序可用于不同的机床。四、国内数控系统与国外数控系统的比较及存在的差距（一）国外数控系统现状   国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（Mitsubishi Electric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（Bosch Rexroth）、日本大隈（Okuma）等。  1.CAD/CAM技术的应用  当前，为了使数控机床操作者更加便利地编制数控加工程序，解决复杂曲面的编程问题，国际数控系统制造商将图形化、集成化的编程系统作为扩展数控系统功能、提高数控系统人机互动性的主要途径。最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床加工提供了有力的支持，可以大幅地提高加工效率。ESPRIT、CIMATRON等一些著名CAM软件公司的产品除了具备传统的CAM软件功能模块，还开发了多任务编程、对加工过程的动态仿真等新的功能模块。2.纳米插补与控制技术已走向实用阶段  纳米插补将产生的以纳米为单位的指令提供给数字伺服控制器，使数字伺服控制器的位置指令更加平滑，从而提高了加工表面的平滑性。将“纳米插补”应用于所有插补之后，可实现纳米级别的高质量加工。在两年一届的美国芝加哥国际制造技术（机床）展览会（IMTS 2010）上，发那克就展出了30i/31i/32i/35i-MODEL B数控系统。除了伺服控制外，“纳米插补”也可以用于Cs轴轮廓控制；刚性攻螺纹等主轴功能。西门子展出的828D所独有的80bit浮点计算精度，可使插补达到很高的轮廓控制精度，从而获得很好的工件精度。此外，三菱公司的M700V系列的数控系统也可实现纳米级插补。 3.机器人使用广泛  未来机床的功能不仅局限于简单的加工，而且还具有一定自主完成复杂任务的能力。机器人作为数控系统的一个重要应用领域，其技术和产品近年来得到快速发展。机器人的应用领域，不仅仅局限于传统的搬运、堆垛、喷漆、焊接等岗位，而且延伸到了机床上下料、换刀、切削加工、测量、抛光及装配领域，从传统的减轻劳动强度的繁重工种，发展到IC封装、视觉跟踪及颜色分检等领域，大大提高了数控机床的工作效率。典型的产品有德国的KUKA，FANUC公司的M-1iA、M-2000iA、M-710ic。  4.智能化加工不断扩展  随着计算机领域中人工智能的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度也得到不断提高。应用自适应控制技术数控系统能够检测到过程中的一些重要信息，并自动调整系统中的相关参数，改进系统的运行状态；车间内的加工监测与管理可实时获取数控机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床状态，使相关维护提前，避免事故发生，保证其不稳定工况下生产的安全，减少机床故障率，提高机床利用率。应用先进的伺服控制技术，伺服系统能通过自动识别由切削力导致的振动，产生反向的作用力，消除振动。应用主轴振动控制技术，在主轴嵌入位移传感器，机床可以自动识别当前的切削状态，一旦切削不稳定，机床会自动调整切削参数，保证加工的稳定性。（二）国内数控系统现状国内数控系统基本占领了低端数控系统市场，在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。其中，武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司、北京航天数控系统有限公司和上海电气（集团）总公司等已成功开发了五轴联动的数控系统，分别应用于数控加工中心、数控龙门铣床和数控铣床。  随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。  国内的数字化交流伺服驱动系统产品也有了很大的发展，已能满足一般的应用，并能与进口产品竞争，占领了国内的大部分市场。伺服系统和伺服电机生产基地主要有兰州电机厂、华中数控、广州数控、航天数控和开通数控等。（三）国内数控系统与国外数控系统存在的差距（1）技术创新成分低、消化吸收能力不足目前我国数控技术的研究主要还是依照国外开发的一些模式按部就班地进行。真正创新的成分不多，对国外技术的依赖度较高，对所引进技术的消化依旧停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有完全形成产品自主开发能力和技术创新能力。技术引进是加快我国控技术发展的一条重要途径，但引进的技术要实现从根本上提高我国数控技术水平，必须进行充分的消化吸收。消化吸收的力度不强，不但无法摆脱对国外技术的依赖，而且还会造成对国外技术依赖性增强的反作用。 (2)技术创新环境不完善我国尚未形成有利于企业技术创新的竞争环境。企业技术创新的动力来源于对经济利益的追求和外部市场的竞争压力，其技术创新意识不强。企业还没有建立良好的技术创新机制，绝大部分企业的技术创新组织仍处于一种分散状态，很难取得高水平的科研成果。(3)产品可靠性、稳定性不高可靠性的指标一般采用平均无故障时间(MTBF，单位为h)，国外数控系统平均无故障时间在10 000 h以上，国产数控系统平均无故障时间仅为3 0006 000 h。这使得可靠性、稳定性上就与国外技术相差很大，必然影响产品的市场占有率。 (4)网络化程度不够我国数控技术的网络化程度不够，目前主要用于NC程序传送，采用纸带阅读器、串口通讯技术，其集成化、远程故障排除、网络化水平有限。(5)体系结构不够“开放” 大部分数控产品体系结构不够开放，用户接口不完善，少数具有开放功能的产品又不能形成真正的产品，只是停留在试验、试制阶段。用户不能根据自己的需要将积累的技术经验融入到系统中，无形中流失了很多对数控技术改进、创新和完善的资源。五、总结一方面，由于我国原有数控系统技术积累较