专业数控切割系统未来走向

一、专业数控切割系统未来走向

1、 继续向开放式、基于PC的第六代方向发展  

该发展趋势有以下几大特点：

1)  基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。

2)  提高机床的重构能力。

3)  可以提供更好的数控系统二次开发能力。

4)  提高系统的易学性，从而加快系统的普及。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。

5)  该功能的实现使得远程通讯，远程诊断，远程监控和维修成为可能。

2 高精度和高速度的发展方向

高速度和高精度两者的关系是相互相成的，往往只有在高速度的情况下才能够提供高精度的加工工艺过程，而高速度离开了高精度也没有任何意义。高速度和高精度是现在在质量要求高、产品加工复杂和效率高的当前社会背景下的必然发展趋势。

3、智能化

  应用自适应控制技术

 数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。

引入专家系统指导加工

 将熟练工人和专业的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。

 引入故障诊断专家系统

 智能化数字伺服驱动装置

 可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。

二、 数控系统发展的相应技术支持

1、 开放性所要求的技术

1)  STEP-NC的推广——统一、灵活且易于理解的数据接口

STEP-NC是为了解决传统的ISO 6983标准(G、M代码)不适应开放性和智能化发展需要的问题而提出来的。

STEP - NC是为CNC系统重新定义的数据标准，它在STEP标准的基础上，以面向对象的形式将产品的设计信息与制造信息联系起来。STEP - NC 定义了一个新的STEP 应用协议(AP -238)作为CAM与CNC之间的数据交换规范。AP -238涵盖了产品从概念到成品(零件)全过程所需的全部信息，其中包括三维几何信息(AP - 214) 、工艺信息(如铣、车、放电加工等) 、检测信息(AP - 219)等。

基于STEP - NC的数控程序废弃了传统的数控程序中直接对坐标轴和刀具动作进行编程的做法，而是采用ISO 10303的数据格式和面向特征的编程原则，它以工作步骤作为加工流程的基本单位，将特征与技术信息联系到一起。每个工作步骤只定义一种操作(“干什么”、“如何干”等，但只能用一种刀具和一种策略)。

2) 现场总线技术

现场总线（如CAN总线、Profibus总线、USB总线和PCI总线等）作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场与控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。 它不仅是一个底层网络，而且还是一种开放式新型全分布控制系统。现场总线技术的应用可以提高系统的开放性、模块化和可重构的特性。现场总线在技术上有如下一些特点:

a。 系统的开放性。

开放性是指对相关标准的一致、公开性，并强调对标准的共识与遵从。 一个具有总线功能的现场总线控制系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可把来自不同开放式CNC 系统的特定供应商的产品按自己的需要组成大小随意的系统。

b。 互操作性与互用性。

互操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。 而互用性则意味着不同生产厂家的遵从同一规范的设备可进行互换。

c。 现场设备的智能化与功能自治性。

它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能下载到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，也就是说现场设备具有单独完成某些功能的能力。

d。系统结构的高度分散性。

由于现场设备本身可完成自动控制的基本功能，使得现场总线能构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。 从根本上改变了现有DCS 集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。

e。对现场环境的适应性。

工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。在现代制造企业中，由于机械加工工艺的多样性和加工零件的复杂性，使得数控机床的规格、品种多样，性能差异极大，控制参数复杂，调试操作繁琐。

3) 网络通信技术的应用

网络通信技术的应用，可以提高数控系统之间的交互能力和互操作性，同时方便数控系统接入车间管理系统，以融入生产企业的管理系统，提高生产管理的实效性。

2、高精度和高速度的技术要求

1)  机械系统——刚性好，可控性强，摩擦系数小

只有在刚性较好的机械系统支持下，数控机床才可能得到较高的精度。同时机械系统的本身特性要求能够感知和控制，这样就可以通过控制系统对机械系统产生的某些误差进行补偿和控制，如温度补偿、振动控制和刚性补偿等等。

2) 驱动技术

在数控系统中，驱动元件是数控系统中重要的组成部分，其性能直接影响整个系统的性能。常用的伺服驱动部件有以下几种类型:步进电动机及其驱动装置、直流伺服电动机及其驱动装置、交流伺服电动机及其驱动装置、同步内装伺服电机、直线电动机及其驱动装置、陶瓷电动机及其驱动装置、力矩电动机等。

驱动元件的选择主要考虑的是驱动元件的功率、可控性、定位精度等参数。在实际应用中我们可以采用适当的驱动元件来减少中间机械结构的复杂程度，从而降低精度控制难度，尤其是在高精度的场合，如果机械结构过于复杂，高精度和高速度是很难实现的。

3) 传感技术

数控系统的高精度都是依靠全闭环的控制结构来实现的。在这种结构中，系统的精度主要决定于传感器的精度和控制策略。例如用于加工纳米级的数控系统要求伺服电机的转角反馈达到千万分之一转的精度，这就是依靠传感器来实现。

当前，随着数控系统的加工精度的提高，数控系统需要提高其对精度的控制能力，其着眼点就是采用较高精度的传感器来反馈相关信息。例如高精度位置传感器来反馈各个轴的位置情况，高精度圆光栅来精确反馈电机的位置情况。

4)  软件控制技术

在数控系统的控制模型中，控制策略是协调机床各个动作的中枢，该部分实现的好坏直接影响到整个机床的加工精度。在这里，需要控制模型支持的是保证位置精度、速度平稳、控制振动和各种补偿策略的算法。

3，智能化

数控系统的智能化功能有：工件的自动装卸、自动报警、仿真、学习功能、刀具管理和人性化接口等。

1) 软件和计算机技术

其中包括实时数据库和相关智能算法的支持。

2) 现代传感技术机器视觉和触觉传感器的研究和应用。

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