数控技术:多学科交叉的综合技术,现代机床装备的核心与灵魂
数控技术是一门综合技术,它集合了计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代化机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科,近年在应用领域发展得十分迅速。它是为了适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的,它是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础,它是现代机床装备的灵魂和核心。目前它采用的是计算机实现数字程序控制的技术,这种技术通过计算机,依据事先存贮的控制程序,执行对设备运动轨迹的控制功能,以及对外设操作时序的逻辑控制功能。采用计算机替代原先由硬件逻辑电路组成的数控装置,输入操作指令的存贮能通过计算机软件完成,处理能通过计算机软件完成,运算能通过计算机软件完成,逻辑判断等各种控制机能的实现也能通过计算机软件完成,处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置,伺服驱动装置驱动电机,电机带动设备运行,或者伺服驱动装置驱动液压执行元件,液压执行元件带动设备运行。加工中心专业制造
数控技术是制造业的重要基础,数控技术及装备是发展新兴高新技术和尖端工业所需的最基本装备,马克思曾说过各种经济时代的区别在于怎样生产以及用什么劳动资料生产而非生产什么,制造技术是人类最基本的生产资料,数控技术是当今先进制造技术的最核心技术。因此,机械制造的竞争其实 就是数控技术的竞争。
九十年代以来计算机技术发展日新月异,数控技术的发展趋势也随之改变,已从8位机发展到奔腾时代,其速度功能比8位机快了几百倍,这使得在通用微机上以软件方式可以实现各种数控功能,数控技术发生了深刻变化,PC机上丰富的软件资源、良好的人机界面,是其他数控技术无法比拟的。
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数控技术功能发展方向是用户界面图形化,用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口,因为每个用户对界面的要求不同,所以对用户界面开发的工作量极大,这成为计算机软件研制中最困难的部分之一,当前,虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。
科学计算可视化,能够用于高效处理数据,还能用于解释数据,它让信息交流从以往的文字和语言表达,转变为可直接使用图形、图像、动画等信息。可视化技术与虚拟环境技术相互结合,促使数控技术迈入了一个全新领域,像虚拟样机技术、无图纸设计等。这既能缩短设计产品的周期,又能提高产品质量,还能降低产品成本。在数控技术领域,可视化技术被应用于CAD的动态处理与显示,还被用于CAM的动态处理和显示,以及加工过程的可视化演示等 。
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插补方法呈现多样化,其中包括直线插补,圆弧插补,圆柱插补,螺纹插补,多项式插补等 。补偿功能也多种多样,有间隙补偿,垂直度补偿,象限误差补偿,温度补偿,半径补偿等等 。
多媒体技术,是将多媒体技术和声像技术以及通信技术融合在一起,从而让计算机具备综合处理声音信息的能力,具备综合处理文字信息的能力,具备综合处理图像信息的能力,还具备综合处理视频信息的能力 。
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就目前国内数控技术而言,所生产的数控产品在外观方面,与国外存在一定差距,在性能方面,与国外存在一定差距,在可靠性方面,与国外存在一定差距。国外企业为占领中国市场,凭借强大资金,对我国能生产的产品进行低价销售,对我国不能生产的产品进行高价销售。在国外数控企业的多重压力下,我国数控处处受制于人,永远落在其他发达国家后面。但是随着计算机技术不断发展,在传统数控技术领域,我国处于相对落后状况,所以开放式数控为我国数控发展提供了良好契机,只有加强并重点扶持开放性数控的研究与应用,我国数控才有壮大的可能性,才能在未来市场竞争中占据不败之地。
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加工过程采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式,这种模式易于把计算机实时智能技术融于一体,易于把网络技术融于一体,易于把多媒体技术融于一体,易于把CAD\CAM融于一体,易于把自适应控制融于一体,易于把动态等高新技术融于一体,进而构成严密的制造过程闭环控制体系,最终实现集成化、智能化、网络化。基于PC的第六代方向发展具备开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点,更多数控系统厂家会走上这条道路,至少采用PC机作为其前端机,用以处理人机界面、编程和联网通信等问题。
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计算机硬件实现了标准化和模块化,软件模块化、开放化技术也日益成熟,在此情况下,数控技术开始进入开放化阶段,开放式数控系统具备更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国实施了战略发展计划,欧共体实施了战略发展计划,日本等国也实施了战略发展计划,它们还进行了开放式体系结构数控系统规范的研究和制定,其中包括OMAC、OSACA、OSEC,世界3个最大的经济体在短期内制定了几乎相同的科学计划,世界3个最大的经济体在短期内制定了几乎相同的技术规范,这预示了数控技术一个新的变革时期的来临。我国于2000年开始了中国ONC数控系统规范框架的研究与制定工作。开放式数控系统的开发方法如下:首先,依据要开发设备的工作特点,确定伺服电机的类型。其次,确定要控制电机的轴数。然后,确定电机的工作模式。最后,根据输入输出开关量的数量等特点,选择合适的运动控制。其次依据设备工作过程中的载货情形,计算出各轴运动所需的最大扭矩,计算出各轴运动所需的驱动功率,在考虑安全系数和安装空间的条件下,分别选定轴电机,分别选定驱动器,分别选定减速器。依据连接运动控制器接线端子排列说明,按照电机驱动器控制信号接线说明,妥善连接控制器与驱动器间的模拟或脉冲信号控制线、编程码反馈信号线,接着把设备轴的正负开关与控制器连线板相连,必要时连接零位开关,再将操作面板的开关、指示灯与运动控制器接线端子排上的通用数字输出/输入端相连。启动运动控制器的调试软件,控制各轴的电机运动,控制数字输出/输入端口的工作状态,检验接线的准确性,应用Xest中的动态响应测试功能,测试各轴的动态响应特性,选择合理的控制参数,最后进行应用软件的开发。
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