[b]机床数控技术的发展趋势 [/b]
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　添加时间：2007-5-8  
 
为了在越来越激烈的全球巿场竞争中立于不败之地，各工业发达国家均投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，并相继提出了多种全新的制造模式。如集成制造、柔性制造、智能制造、数字制造、网络制造等，其目标不外乎提高制造的效率和精度，以及增加加工的适应性和降低生产成本。 

数控机床(系统)作为现代制造系统的关键基础单元，其功能的强弱和性能的好坏决定着上述制造模式的成败。为适应日益复杂的制造过程，数控技术正在发生根本性变革。在体系结构方面，数控系统已基本上实现由专用型封闭式结构模式向通用型开放式结构模式的转型，并向基于PC的全数字化体系结构发展；在网络化基础上，数控系统可方便地与CAD/CAM集成为一体，数控机床的联网运行，使得车间网络化监控、维护与管理变成了现实；在数控系统的高速、高精、高效控制方面，也采取了很多措施，如高速下的平滑控制算法、提高系统的快速响应能力、提高反馈和控制环节的数据分辨率等，获得了不错的效果；在智能化控制方面，通过采样加工过程中影响产品加工质量的外部变量，实现了加工参数的自动修正、调节与补偿，有效提高了CNC的工作效率。 本文结合近两年来作者所在国家数控系统工程技术研究中心和武汉华中数控股份有限公司参观汉诺威EMO2005和芝加哥IMTS2006的观感，以及我们长期以来对数控技术发展动态的关注，对上述数控技术的发展趋向作一探讨。 

一、数控系统体系结构向基于PC的全数字化开放体系结构方向发展 

1 基于PC的开放式数控系统已得到广泛认可，具有强大的生命力 

从两次机床展上可以看到，著名厂商的高档数控系统都以基于PC的开放数控系统为主流。 

SINUMERIK 840Di sl是基于PC的数控系统，其软件系统[MMC(人机通信)软件系统、NC(数字控制)软件系统、PLC(可编程逻辑控制)软件系统和通信及驱动接口软件]中的MMC软件系统采用Windows NT或XP操作系统。机床制造商可以按照自己的特殊操作方式和理念，利用Windows技术改变人机界面(HMI)。其开放式系统理念的一个重要特点是，可以在数控核心部分，使用标准的开发工具对用户指定的系统循环和功能宏进行调整。 

FANUC 16i/18i/21i/30i系列是具有网络功能的超小型、超薄型高档CNC系统，其硬件结构采用CNC内建PC型式，NC卡完成高实时性要求的数控运算和PLC控制功能，PC完成操作界面、编程、数据管理、网络等相对弱实时性要求功能。操作系统采用Windows 2000/XP或Windows CE。备有C语言执行程序、嵌入式宏执行程序等各类功能。CNC系统与主计算机的连接接口采用高速串行总线(HSSB)。FANUC 300i/310i/320i系列采用Windows CE作为操作系统，并提供动态链接库函数供用户二次开发。 

HEIDENHAIN公司推出的最新一代TNC控制器iTNC 530采用全新的微处理器结构，具有非常强大的计算能力，可控制12轴，控制器本身包含主机单元和控制单元两个部分。主机单元采用Intel处理器以及AGP图形显示卡，并带有各类数据通信接口(Ethernet/RS232/RS422/USB等)，是典型的基于PC的系统，如图1所示。
 
 
图1 基于PC的iTNC 530系统

FAGOR公司最高档数控系统CNC8070是CNC技术与PC技术的结晶，是与PC兼容的数控系统，采用Pentium CPU，可运行WINDOWS和 MS-DOS，可控制16轴+3电子手轮+2主轴，可运行VISUAL BASIC，VISUAL C++，程序段处理时间<1ms，PLC可达1024输入点/1024输出点，执行时间1ms/1k指令，具有以太网、CAN、SERCOS通讯接口，可选用±10V模拟量接口。 

能在基于PC的体系结构上设计出世界顶级数控系统，说明基于PC结构的开放数控系统具有很强的生命力。 

 
图2 FANUC CNC单元与伺服单元和I/O的连接

2 全数字化是未来数控系统发展的必然趋势 

全数字化不仅包括数控单元到伺服接口以及伺服系统内部是数字的，而且还应该包括测量单元的数字化。因此，现场总线、编码器到伺服的数字化接口、驱动单元内部三环(位置环、速度环及电流环)数字化，是数控系统全数字化的重要标志。 

1) 编码器到伺服的接口数字化也必将获得发展 

编码器到伺服驱动的数字化接口虽然只在Heidenhain的系统中得以实现，但作为全数字化数控系统的必要构成环节，未来将获得更多发展。图3所示为Heidenhain通过EnDae2.2协议连接的编码器和伺服驱动。 

 
图3 Heidenhain以EnDae2.2协议连接编码器和伺服

2) 驱动单元三环全数字化是全数字化的重要内容 

三环(位置环/速度环/电流环)数字化是全数字化的重要内容。HEIDENHAIN iTNC 530控制单元最新的设计中集成了控制系统所有伺服控制回路(位置环/速度环/电流环)，所有伺服计算都在DSP(数字信号处理器)中完成。测量组件的反馈均集成在控制单元上，包含位置反馈和速度反馈。 

3 多通道软件体系结构是适应整合数控机床的不二选择 

针对制造业对整合数控机床(即融合工业机器人、影像处理系统和精密物料搬运各项功能的机械，不仅能完成通常的加工功能，而且还具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动误差补偿、自动诊断和联网等功能)的巿场需求，各著名数控系统厂纷纷将多轴(包括多主轴)多通道控制、轴同步控制、轴叠加控制、轴混合控制、信道协同等功能列为新的研究点。同步控制可以令不同通道的运动轴按照某种时序关系或某种条件达到同步，混合控制可让一个轴的混合命令在各通道之间进行交换，阀加控制能把一个轴的移动命令叠加到属于另一通道的另一个轴上去。 

如Fanuc 30i系统，具有10通道，八根主轴，可控进给轴数达32根，可联动控制进给轴数达24个，能同时运行十个独立的数控加工程序，具有轴同步、混合、叠加控制等功能。基于此系统，FANUC公司推出了四个搬运机器人、一套天车输送线、外加两部六腿切削加工机器人的整合加工系统。整个系统动作协调、有序，衔接顺畅，体现了典型的多通道数控系统的特徵。 

二、网络化功能已从单一的数据传输向网络监控、维护与管理方向发展 

1 以太网接口已成为数控系统与外部计算机联网通讯的主要选择，零件程序等数据文件的快速网络传输已成为数控系统的基本功能 

著名系统厂的数控系统均具备强大的网络功能，并将以太网接口作为数控系统的基本配置或选择配置，实现与外部计算机的联网通讯。 

SIEMENS 840D采用SINDNC软件模块可将SINUMERIK系统快速、简单和经济地添加到标准的以太网网络中，并与Windows PC和UNIX工作站之间建立稳定的连接，还可以使用标准CF卡进行程序与数据的传输。集成的以太网功能保证了数控系统文档与计算机之间的快速传输，其满量程的传输速率是标准串行口的100倍。