林君泓《数控技术》大作业2.doc

《 数 控 技 术 》 课 程 （ 2013）大 作 业院 （系） 机电工程学院专 业 机械设计制造及其自动化姓 名 林君泓学 号 1100800130班 号 1008106任课教师 韩振宇完成日期 2013 年 5 月 8 日哈尔滨工业大学机电工程学院2013 年 5 月I说 明一、大作业应包括下列主要内容：1. 目录；2. 题目 1 的要求（精简版）与报告；3. 题目 2 的要求（精简版）与报告；4. 题目 3 的要求（精简版）与报告；5. 其他内容二、注意事项：1. 报告可以打印，也可以手写，手写的请扫描后粘贴入 word 文件中，形成电子文档；2. 调研部分，不要为了凑字数，而撰写大量无关内容字数不重要，重要的是对调研内容的自我总结；3. 在大作业的最后，如果愿意，可以谈一下对课程的感受和建议；4. 报告的电子版请以班级为单位，刻录在光盘中交给任课教师三、报告请用 A4 纸双面打印，左侧装订，统一交给任课教师，以备检查四、此说明页请勿删除II目 录1 数控系统发展过程和趋势 ……………………………………………………11.1 数控系统的发展过程 ……………………………………………………11.2 数控系统的发展趋势 ……………………………………………………32 国外和国内数控系统功能介绍与应用分析 ……………………………………32.1 国外数控系统功能介绍与应用分析 ………………………………………32.2 国内数控系统功能介绍与应用分析 ………………………………………53 国内数控系统与国外知名数控系统比较 ……………………………………63.1 中高档、中低档数控系统的综合比较 ……………………………………63.2 高档数控系统国内外综合比较 ………………………………………………73.3 我国数控系统与国外相比存在的差距 ……………………………………84 对课程的感受和建议 …………………………………………………………8参考文献 ……………………………………………………………………81摘 要数控系统是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵的关键零件、要求精密复制的零件。

数控系统的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备本文为对数控系统国内外发展及应用现状的调研报告，通过工厂实地调研，搜索资料和采访资生学者、老师的调研进行的自我总结，包括目前数控系统的发展趋势、国内外先进数控系统的介绍、国内外数控系统的对比等等关键词：数控系统；数控机床；发展过程；发展趋势；国内外对比调研报告——数控系统的国内外发展及应用现状（第二作业）林君泓 学号：1100800130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。

1 数控系统发展过程和趋势1.1 数控系统的发展过程为了满足多品种、小批量的自动化生产，并适应随着科学技术和社会生产的不断发展所要求越来越高的机械产品的质量和生产率，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床数控机床就是在这样的背景下产生与发展起来的它极其有效地提高了产品质量，大大提高了生产率，并为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具六年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上在美国诞生了第一台数控机床从此，传统机床产生了质的变化近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展21.1.1 数控(NC)阶段(1952-1970 年)早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称为数控(NC)随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952 年第一代——电子管;1959年第二代——晶体管;1965 年第三代——小规模集成电路。

分别阐释如下：1955 年，该类机床进入实用化阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用这时数控机床的控制系统(专用电子计算机)采用了电子管，其体积庞大，功耗高此种机床仅在一些军事部门中用于加工普通机床难以加工的形状复杂的零件这是第一代数控系统1959 年晶体管出现，电子计算机应用了晶体管器件和印制电路板，从而使机床数控系统跨入了第二代1965 年，数控装置开始采用小规模集成电路，使数控装置的体积减小、功耗降低及可靠性提高，但它仍然是硬件逻辑数控系统数控系统发展到第三代以上三代，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1.1.2 计算机数控(CNC)阶段1970 年，美国芝加哥国际机床展览会首次展出用小型计算机控制的数控机床，这是世界上第一台计算机数字控制(CNC)的数控机床数控系统进入第四代20 世纪 70 年代初，随着微处理机的出现，美、日、德等国都迅速推出了以微处理机为核心的数控系统，这样组成的数控系统，称为第五代数控系统，即 MNC 系统。

在近 20 多年内，生产中实际使用的数控系统大多为第五代数控系统，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美国首先推出了基于个人计算机的数控系统，即 PCNC 系统，它被划入所谓的第六代数控系统目前，世界主要工业发达国家的数控机床已进入批量生产阶段，如美国、日本、德国、法国等，其中日本发展最快1977 年时，日本年产数控机床35400 多台，到 1985 年，日本产数控机床约为 50000 台，数控化率约为 70%，居世界第一位我国 1958 年试制成功第一台电子管数控机床，并从 1965 年开始研制晶体管数控系统，到 20 世纪 70 年代初曾研究出数控劈锥铣床、非圆插齿机、数控立铣床、数控车床、数控镗床、数控磨床和加工中心等这一时期国产数控系统的稳定性、可靠性问题尚未得到很好地解决，因而也限制了国产数控机床的发展。

而数控线切割机床由于其结构简单、价格低廉、使用方便，得到了较快的发展，据资料统计，1973～1979 年期间，我国共生产数控机床 4108 台，而其中数控线切割机床就占了 86%左右1.2 数控系统的发展趋势从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了五十多年的历程近 10 年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快进过我查阅多篇论文资料，总结后得出结论，总体上讲，目前世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面：① 向高速、高效、高精度、高可靠性方向发展② 向模块化、智能化、柔性化、网络化和集成化方向发展③ 向 PC—based 化和开放性方向发展④ 出现新一代数控加工工艺与装备，机械加工向虚拟制造的方向发展⑤ 信息技术(IT)与机床的结合，机电一体化先进机床将得到发展⑥ 纳米技术将形成新发展潮流，并将有新的突破⑦ 节能环保机床将加速发展，占领广大市场2 国外和国内数控系统功能介绍与应用分析2.1 国外数控系统功能介绍与应用分析2.1.1 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 CNCFANUC 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4（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2.1.2 西门子 SINUMERIK 840DSINUMERIK 840D 是西门子公司 20 世纪 90 年代推出的高性能数控系统它保持西门子前两代系统 SINuMERIK 880 和 840C 的三 CPU 结构：人机通信CPU(MMC-CPU)、数字控制 CPU(NC-CPU)和可编程逻辑控制器 CPU(PLC-CPU)三部分在功能上既相互分工，又互为支持。

在物理结构上，NC-CPU 和 PLC-C P U合为一体，合成在 NCU(Numerical Control Unit)中，但在逻辑功能上相互独立SINUMERIK 840D 的特点主要包括：(1)数字化驱动在 SINUMERIK 840D 中，数控和驱动的接口信号是数字量，5通过驱动总线接口，挂接各轴驱动模块2)轴控规模大最多可以配 31 个轴，其中可配 10 个主轴3)可以实现五轴联动SINUMERIK 840D 可以实现 X、Y、Z、A、B 五轴的联动加工，任何三维空间曲面都能加工4)操作系统视窗化.SINUMERIK 840D 采用 Windows95 作为操作。