數控機床是現(xiàn)代加工車間最重要的設備。它的發(fā)展是信息技術和制造技術相結合的結果。近20年來，信息技術的飛速發(fā)展極大地刺激和增加了制造系統(tǒng)的上層智能功能。未來20年，智能化將延伸到工廠底層，數控系統(tǒng)性能更高，功能更多；由于數控系統(tǒng)的靈活性，單個機床會變得更加靈活和精致；可以廣泛傳播；方便集成和重新配置；測量過程，預測結果，診斷故障，避免事故；并按照科學的方式進行加工，以達到最佳的生產效率。以下是關于數控系統(tǒng)的一些最新進展。

1.數控機床數控系統(tǒng)進一步改進，功能更多

1.1多坐標多系統(tǒng)控制

比如FANUC最新的高檔數控系統(tǒng)11S30i—MODEL A系統(tǒng)，控制系統(tǒng)最大數量為10個系統(tǒng)(通道)，最大軸數和最大軸數配置為40軸，其中進給軸為32軸，主軸為8軸，最大同時控制軸數為24軸/系統(tǒng)。最大PMC系統(tǒng)是3個系統(tǒng)。最大I/o點數為4096/4096，PMC的基本命令速度為25ns。最大預讀程序段:1000段。這是世界上配置最高的數控系統(tǒng)。多軸多系統(tǒng)配置，特別適合大型自動化機床、復合機床、多頭機床等的需要。

1.2高精度和高速加工功能

這是數控系統(tǒng)最重要的功能。有了這一功能，制造技術有了很大的發(fā)展。數控機床由計算機控制，可以保證加工出的零件具有較高的精度和重復性。但是為了得到某種功能，輸入到數控系統(tǒng)的信號要經過一系列的處理，不可避免的會產生失真和延遲。因此，在高速加工中，為了保持較高的加工精度，必須采取一定的措施來減少變形和時間延遲。高精高速加工，除了機械設計制造要保證目標能夠實現(xiàn)外，對數控系統(tǒng)的要求主要是高加工速度和高控制精度。采用前饋控制補償伺服滯后引起的誤差，提高加工精度。通過控制進給速度和采用合適的加減速曲線，可以減小加減速滯后引起的誤差?！扒罢啊笨刂圃诔绦驁?zhí)行前對運動數據進行計算、處理和緩沖，從而控制刀具高速運動，誤差很小。對于機床平穩(wěn)運行的高精度輪廓控制，指令形式的實時識別可以最好地控制速度、加速度和加加速度，使加工始終保持在最佳狀態(tài)。為了防止干擾，采用數字濾波技術消除機械諧振，提高伺服系統(tǒng)的位置增益。高精度進給和主軸伺服系統(tǒng)對高速、高精度和高效率至關重要。目前主要從以下幾個方面提升其性能。減小電機、驅動器和控制單元的尺寸，提高編碼器的分辨率；直線運動軸可以由直線伺服電機驅動；減少機械傳動鏈，提高剛性和精度。當主軸電機采用同步電機時，非常適用于齒輪機床。齒輪機床有時需要很低的主軸轉速，但精度很高。例如，F(xiàn)ANUC伺服電機被設計成具有小體積和高增益控制。伺服電機是一個無齒槽電機，帶有1.6 X10 '脈沖/旋轉分辨率編碼器。伺服控制采用交流數字伺服控制，電流檢測精度高。采用相應的硬件可以產生所謂的“納米控制”，即當系統(tǒng)的探測分辨率為1脊m時，插值分辨率可以達到1nm；它最大限度地減少了數控機床中的計算誤差，每次內部計算都以納米或更小的單位進行，大大提高了加工質量。為了控制直線電機，設計了數字濾波器以避免直接驅動電機引起的多點諧振。結合這些功能，機床的運動可以準確地按照指令進行。加工具有自由曲面的模具時，程序段之間會出現(xiàn)條紋。為了解決這個問題，F(xiàn)ANUC開發(fā)了“納米平滑”功能，將數控機床指令的公差四舍五入，以“納米”為單位評估原始曲線，并用NURBS進行插值。這些性能符合機床“高速高精”和“低速高精”的要求。

1.3五軸加工和復雜加工功能

由于五軸加工工藝合理，與三維曲面加工相比，可以充分利用刀具的最佳幾何形狀進行切削，在復雜形狀的高速高精加工中可以提高效率和平整度。因此應用越來越廣泛。5.軸類加工機械的配置主要包括刀具旋轉模式、工作臺旋轉模式以及這兩種模式的混合。因此，5軸加工功能應該能夠滿足各種配置的要求。根據五軸加工的特點，將TCP(刀具中心控制)和刀具半徑補償等功能應用于不同機械配置的五軸加工機床。

1.4 數控機床復雜功能

為了提高生產率，開發(fā)和制造數控復合加工機床已成為數控機床的發(fā)展趨勢。復合機床是指在同一臺機床上可以加工多道工序，如車、銑、錘等。在一臺機床上。比如要在圓柱體的表面上車削一個圓柱體，錘打L，在圓柱面上銑凹槽，這些都要求在同一臺數控機床上完成。這將大大提高生產率。因此，對于數控復合機床，白線需要增加可用于復合加工功能的控制系統(tǒng)。比如銑床需要增加螺旋錐線功能、螺旋線功能、三維圓弧功能、刀具中心點控制等。此外，刀具補償功能還需要車削和銑削兩種功能。此外，這種機床經常需要高速加工。

1.5網絡接入通信功能

為了通過PC機或數控系統(tǒng)本身集中監(jiān)控和管理多臺機床，系統(tǒng)需要通過網絡進行通信。以便傳送程序并監(jiān)控處理狀態(tài)。此外，網絡功能還可以傳輸維護數據，對系統(tǒng)進行遠程控制、操作和診斷。傳輸CAD/CAM數據。通過現(xiàn)場通信網絡功能，數控機床可以在數控機床和伺服裝置之間、數控機床和I/O數控系統(tǒng)之間傳輸控制、監(jiān)測和診斷數據。目前主要采用以太網和現(xiàn)場總線。隨著科技的發(fā)展，無線技術的應用也出現(xiàn)了。

無線技術可以讓信息到達幾乎任何地方。

1.6高可靠性和安全特性

數控系統(tǒng)和數控機床一起工作在底層車間，承受著溫度、濕度、振動、油霧、粉塵等惡劣環(huán)境，同時要求連續(xù)工作；所以對可靠性的要求特別高?，F(xiàn)代數控系統(tǒng)的可靠性除了可靠性設計和制造技術的措施外，主要采取以下措施:①采用光纖，減少電纜連接。例如，F(xiàn)ANUC的數控系統(tǒng)通過光纖連接數控和伺服放大器，以串行高速的方式將大量數據從數控傳輸到多個伺服放大器。②利用ECC(糾錯碼)傳輸數據，隨著軟件高速處理大量數據，對微處理器、存儲器、LSI的處理速度也要求大大提高。當這些安裝在數控機床印制板上的高速電子元件高速讀寫和傳輸數據時，ic驅動的信號波形變得滯后。在這種情況下，如果不采用模擬電路處理，數字信號就不能正確傳輸。此外，當最新的電子元件由低電壓供電時，電路的低噪聲電阻的工作范圍減小。因此，數控電路將采用更先進的糾錯碼來傳輸數據。ECC是領先的高可靠性技術。通過向數據添加ECC來傳輸各種類型的數據，系統(tǒng)更加可靠。②采用雙重止回安全(雙重止回Sa缸Y)措施?！半p重檢測安全”符合歐洲安全標準(EN 954-1)。其原理是在數控機床中嵌入多個處理器，對伺服電機、主軸電機和與安全相關的I/O信號進行冗余監(jiān)控，利用緊急停止和相關I/O電路使系統(tǒng)安全運行和停止。

2數控系統(tǒng)的開啟

數控機床出現(xiàn)后，廠家希望能打開數控系統(tǒng)的黑匣子，部分或完全替代機床設計者和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經驗和操作技能輸入數控系統(tǒng)。同時，他們也希望它能具有圖形交互、診斷等功能。這就要求商用數控系統(tǒng)具有友好的人機界面和面向用戶的開發(fā)平臺。要求數控數控系統(tǒng)是透明的，以便機床制造商和最終用戶可以自由地執(zhí)行自己的想法。因此，開放式數控系統(tǒng)應運而生。

IEEE開放系統(tǒng)技術委員會將“開放架構”定義為:“開放系統(tǒng)執(zhí)行的應用程序可以運行在許多廠商的不同平臺上；它可以與其他系統(tǒng)的應用程序進行互操作，并與用戶進行交互和協(xié)作(1EEElo03.0)?！币韵滦阅苤笜艘部捎糜谠u估數控系統(tǒng)的開放性。比如應用模塊為AM: ①可移植性:在保持應用模塊(AM)功能的同時，無需任何改動即可應用于不同平臺。②擴展性:不同的am可以在一個平臺上運行，不會發(fā)生沖突。③互操作性:AM相互協(xié)作工作，可以根據定義相互交換數據。④可擴展性:根據用戶的需求，可以對AM的功能、性能和硬件規(guī)模進行擴展和收縮。

開放式結構數控系統(tǒng)(oAC)使數控系統(tǒng)供應商、機床制造商和最終用戶能夠從靈活敏捷的生產中獲得更多利潤。

易。其主要目標是在標準化環(huán)境中采用開放接口，以方便操作、降低成本和增加靈活性。這種系統(tǒng)能力被廣泛接受。軟件可以重復使用，用戶可以根據給定的配置設計數控系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)的開放式體系結構是一個高度復雜的系統(tǒng)，因為它對實時性和可靠性有嚴格的要求。其特點是基于PC，互聯(lián)的關鍵結構是系統(tǒng)組件和接口。系統(tǒng)組件由軟件模塊和硬件模塊組成。在一個開放的系統(tǒng)中，每個組件和接口也可以實現(xiàn)制造過程中增加智能的優(yōu)勢。對于控制的復雜性，這些系統(tǒng)的硬件和軟件是基本的工具。控制接口可以分為兩組:內部接口和外部接口。

①外部接口:這些接口將系統(tǒng)與監(jiān)控單元、子單元和用戶連接起來。它們可以分為編程接口和通信接口。與NC PI' C的編程接口采用國家或國際標準，如RS-274、DIN66025或IEC6L131-3。通信接口也受到標準的強烈影響?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)，如SERCOS、P凹肋us或Device Net，用作傳動和I/O的接口。I、AN (LocalArea Network)網絡主要是基于以太網和TCP/IP接口與監(jiān)控系統(tǒng)。

②內部接口:用于部件之間的交互和數據交換，構成控制系統(tǒng)的核心。在這方面，一個重要的表現(xiàn)就是支持實時機制。為了獲得可重構和自適應的控制，控制系統(tǒng)的內部結構基于平臺的概念。因為特殊硬件的細節(jié)在軟件組件中是無法知道的，所以主要目標是在軟件組件之間建立一個可定義但靈活的通信方法。應用編程接口(APl)確保了這些需求?？刂葡到y(tǒng)的所有功能被分成幾個包，模塊化軟件組件通過定義的API相互交互。

根據1999年美國機器人產業(yè)論壇的信息，美國機器人的總裝機系統(tǒng)是機器人本身價值的3-5倍，即如果有一個1億美元的機器人市場，相當于增加了20-40億美元的附加值，如果其中25%是因為軟件集成的原因，則認為如果通過標準化開發(fā)和應用采用開放式架構數控系統(tǒng)，將減少50%。那么，采用開放式數控系統(tǒng)后，每年可以節(jié)省2.5億到5億美元的潛在價值。

目前，開放式數控系統(tǒng)結構主要有三種形式:

①基于PC的數控系統(tǒng)，以PC為基礎，開發(fā)數控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳輸數據，控制坐標軸電機的運動。這種系統(tǒng)有時被稱為軟NC，易于全方位開放。

②嵌入式PC:這種系統(tǒng)的基本結構是:數控機床十PC主板，即在傳統(tǒng)PC機上插入一塊數控機床板，數控機床主要運行基于坐標軸運動的實時控制，或者數控機床作為數控功能運行，PC板作為用戶的人機界面平臺。

③PC X 數控機床:目前主流數控系統(tǒng)廠商認為數控系統(tǒng)最重要的性能是可靠性，不允許出現(xiàn)PC死機的現(xiàn)象。系統(tǒng)功能首先追求的還是高精高速加工。此外，這些廠商長期以來生產了大量的數控系統(tǒng)；系統(tǒng)結構的改變將對其原有系統(tǒng)的維護服務和可靠性產生不良影響。所以開放式結構并不是主要產品，原來的數控系統(tǒng)還是大量生產的。為了增加開放性，主流數控系統(tǒng)廠商往往在不改變原系統(tǒng)基本結構的情況下增加一塊PC板，并提供鍵盤使用戶能夠將PC與數控機床連接起來，大大提高了人機界面的功能，如FANUC的150i/160i/180i/210J系統(tǒng)。一些制造商也稱這種裝置為融合系統(tǒng)。由于其工作可靠、接口開放，越來越受到機床廠商的青睞。成為數控技術的發(fā)展方向

3步數控

它以STEP為基礎，將STEP擴展到NC，形成“STEP-NC”。開發(fā)和推廣該標準的主要目的是通過標準的個性文件實現(xiàn)不同CAx系統(tǒng)之間的數據交換。目前，企業(yè)之間的專業(yè)分工越來越明顯。一個汽車裝配廠往往有數百個零件供應商。這些企業(yè)可能采用不同的CAD系統(tǒng)，數據交換的工作量非常大。CAD系統(tǒng)之間不宜采用點對點的交換方式。只有把數據用統(tǒng)計表表示，用統(tǒng)計表文件格式輸入輸出數據，才有可能實現(xiàn)大量的數據交換。STEP的架構可以概括為ExPRESS的語言(ExPRESS是一種信息建模語言)，有三層(應用層、邏輯層、物理層)。也可以認為STEP的核心是工程定義的數據庫。這些定義可以形成不同的應用協(xié)議，用于各行業(yè)所需的產品模塊。數據庫包括幾何、拓撲、公差、關系、屬性、裝配、配置和其他特征。并且在需要時可以不斷添加新的產品模塊。

數控數控系統(tǒng)數據模型(以下簡稱STEP-NC)是數控從CAM到數控機床的數據模型，解決了目前數控程序缺乏通用性和可移植性的問題。使用“STEP-NC”產品模型數據作為直接機床的輸入已經具有實際意義。這個“step-NC”是一個沒有g代碼和M代碼，沒有后置處理的NC。ISol4649標準的目標是:(1)改善CAD/CAM系統(tǒng)與數控機床數控系統(tǒng)之間的連接；確?！皊tep-NC”可以在CAD/CAM之間傳輸數據。采用面向對象的工作步驟概念代替刀具運動，改進IS06893的不足。步驟對應于過程的高級特征和參數。數控機床可以把工作步驟分析成坐標的移動和刀具的動作。(2)數據模塊必須包括所有復雜程度(從加工期間指示的CAD幾何數據到具有離散值的簡單軸運動)。(3)數控程序可以放在新開發(fā)的數控數控系統(tǒng)上，但也可能放在支持和改進現(xiàn)有數控數控系統(tǒng)的單獨的高級系統(tǒng)(包括各種網絡)上。(4)數控程序新標準將為機床操作人員提供更多的靈活性、功能、統(tǒng)計表的編程定義以及相關控制和幾何過程的修正。(5)新標準允許山地車的操作員由于其特殊的機床和技術而執(zhí)行特殊的功能。(6)為最終用戶的新標準提供統(tǒng)一的編程，更快更便宜的程序準備，以及由于統(tǒng)一的編程格式而帶來的低成本。(7)后處理少，標準化多。在數控編程層面，CAD/CAM系統(tǒng)與數控系統(tǒng)之間的數據交換將更加方便。