現(xiàn)代數(shù)控關鍵技術

        數(shù)控裝備的高速度、高精度、高柔性和高自動化程度，向數(shù)控系統(tǒng)" target=_blank>數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅動系統(tǒng)提出了相應的要求，下面主要從數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅動系統(tǒng)方面介紹其關鍵技術。 

        1.高速化技術要實現(xiàn)數(shù)控設備高速化，首先要求數(shù)控系統(tǒng)能對由微小程序段構成的加工程序進行高速處理，以計算出伺服電機的移動量，同時要求伺服電機能高速度地作出反應。采用32位微處理器，是提高數(shù)控系統(tǒng)高速處理能力的有效手段。在數(shù)控設備高速化中，提高主軸轉速占有重要地位。主軸高速化的手段是直接把電機與主軸連接成一體，從而可將主軸轉速大大提高。采用直線電機技術來替代目前機床傳動中常用的滾珠絲杠技術，在提高輪廓加工速率的同時，提高了加速度。除不斷采用新型功能部件外，還需在以下幾個方面進行深入研究： 

        1)高速加工動力學建模及控制高速運動下的對象已經不能用純靜態(tài)的方法處理，數(shù)控問題也不再能歸結為幾何問題或靜力學問題。作為一個動態(tài)對象，它并不是“亦步亦趨”地跟隨所施加的控制，而力圖表現(xiàn)出它的“個性”；另一方面，所施加的控制必須充分顧及被控制對象的動態(tài)特性，才能得到預期的控制效果。因此，已經不能像傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)那樣，可以將控制系統(tǒng)與被控制對象分開來研究和制造，而必須作為一個整體來處理，研究其在高速狀態(tài)下的動力學問題，以及超高速運動控制條件下光、電信號的時滯影響及其消除的問題。在高速情況下，必須研究集數(shù)控系統(tǒng)與控制對象為一體的整體動力學建模、基于整體動力學模型的非線性控制策略、智能化控制方法等。 

        2)機電特性參數(shù)的辨識、分析與控制優(yōu)化高速控制的核心在于實現(xiàn)高加速度，為此需要使伺服機構處于最佳工作狀態(tài)，從而獲得系統(tǒng)最大運動加速度。因此，基于系統(tǒng)整體建模的加速度控制曲線選擇、伺服機電參數(shù)的辨識優(yōu)化、多軸增益的協(xié)調控制等是當前研究的熱點。 

        3)高速、高精插補運算和控制算法高速、高精插補是將復雜軌跡按控制規(guī)律分解成伺服控制指令。輪廓加工時，加工程序由巨量微小線段構成，高速加工除需保證微段程序連續(xù)執(zhí)行外，還需根據(jù)軌跡變化及時預測各軸狀態(tài)，實現(xiàn)高加速度運行要求。這就要求對微段程序的高速、高精插補、高速預處理，微段程序的加減速控制，超前G代碼預測(Lookahead)，復雜軌跡的直接插補以及高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗M行深入的研究。 

        4)面向高速高精加工的數(shù)控編程原理及方法 

        傳統(tǒng)的數(shù)控編程解決了中低速加工中的刀位軌跡生成問題，但是高速加工卻對數(shù)控編程從原理與方法上提出了更高的要求。為此．必須在研究高速加工工藝機理的基礎上，研究適用于高速高精加工的數(shù)控編程原理及方法。在這方面，高速加工工藝機理、高速加工工藝參數(shù)知識庫、基于高速加工非線性運動誤差補償?shù)牡段卉壽E規(guī)劃、加工程序平滑過渡、高速加工中進給速度優(yōu)化、基于STEP標準、面向加工特征的高級NC代碼語言等都是需要研究的內容。 

        2.高精度化技術提高數(shù)控機床" target=_blank>數(shù)控機床的加工精度，一般可通過減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用機床誤差補償技術來實現(xiàn)。在減少CNC系統(tǒng)控制誤差方面，通常采取提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，提高位置檢測精度的方法。然而在高速、高精加工的情況下，在線動態(tài)測量和補償存在著高精度與大量程幾何量之間的矛盾，是傳統(tǒng)檢測方法難以完成的。因此，需要研究新的測量和補償機理，即進行高精度、大量程幾何量的在線動態(tài)檢測原理研究，以及控制誤差的在線和實時檢測、預報和補償方法等研究，在位置伺服系統(tǒng)中采用前饋控制與非線性控制等方法。為解決在高速、高精加工中的小步長與大行程之間的矛盾，需要研究新的高速驅動原理及機構。在機床誤差補償技術方面，除采用齒隙補償、絲杠螺距誤差補償和刀具補償?shù)燃夹g外，近年來對設備熱變形誤差補償和空間誤差綜合補償技術的研究已成為世界范圍的研究課題。 

        3.智能化技術模糊數(shù)學、神經網絡、數(shù)據(jù)庫、知識庫、以范例和模型為基礎的決策系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等理論與技術的發(fā)展及其在制造業(yè)中的成功運用，為數(shù)控設備智能化水平的提高建立了可靠的技術基礎。智能化正成為數(shù)控設備研究及發(fā)展的熱點，目前采取的主要技術措施包括： 

        1)自適應控制技術提高加工效率是制造加工技術發(fā)展永恒追求的目標�，F(xiàn)在的數(shù)控機床對加工過程的控制還是開環(huán)控制，即它們只能忠實地執(zhí)行人們預先為它編好的加工程序，而對加工過程中工況的變化，缺乏相應的識別能力和足夠的自律控制能力。因此，零件的加工質量和加工效率強烈地依賴于工藝人員的經驗和知識。此外，加工狀況復雜多變，工藝人員為了確保安全往往選擇較保守的加工參數(shù)，使加工效率和質量的提高受到限制。同時，加工狀況(如刀具狀況、加工中的振動等)將直接影響設備加工的效率、質量和安全，這種情況在銑削加工大型零件(如加工大型水輪機葉片)時更是如此。因此，加工過程的自適應控制技術，對提高大型零件加工的效率，保障加工設備安全可靠運行是十分重要的。 

        加工過程的自適應控制技術是指數(shù)控裝備能檢測對自己有影響的信息，并自動連續(xù)調整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。如通過監(jiān)控切削過程中的刀具磨損、破損、切屑形態(tài)、切削力及零件的加工質量等，向數(shù)控系統(tǒng)反饋信息，通過將過程控制、過程監(jiān)控、過程優(yōu)化結合在一起，實現(xiàn)自適應調節(jié)，以提高加工精度和降低工件表面粗糙度，并保證加工設備安全。有資料表明，應用該技術在銑削加工時其效率可以提高30％左右。 

        2)專家系統(tǒng)技術將專家的經驗和切削加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存人計算機中，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)，提供經過優(yōu)化的切削參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于最優(yōu)和最經濟的工作狀態(tài)，從而達到提高編程效率和降低對操作人員的技術要求，大大縮短生產準備時間的目的。 

        3)故障自診斷技術故障診斷專家系統(tǒng)是診斷裝置發(fā)展的最新動向，它為數(shù)控設備提供了一個包括二次監(jiān)測、故障診斷、安全保障和經濟策略等方面在內的智能診斷及維護決策信息集成系統(tǒng)。 

        4)智能化交流伺服驅動技術目前已開始研究能自動識別負載，并自動調整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置，使驅動系統(tǒng)獲得最佳運行參數(shù)。 

        4.網絡化技術數(shù)控設備的網絡化技術是指能支持遠程監(jiān)視、診斷和控制，支持網絡制造資源共享、支持裝備參與網絡化環(huán)境下制造系統(tǒng)集成的技術。其主要技術內容有： 

        1)網絡環(huán)境下的數(shù)控裝備的集成技術研究網絡環(huán)境下的數(shù)控裝備網絡互連技術(包括裝備間的互連技術和裝備內部的互連技術)，網絡環(huán)境下的數(shù)字化制造裝備分布式協(xié)同處理技術和異構設備網絡集成技術等。 

        2)遠程操作、監(jiān)控與遠程診斷技術研究實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征提取、識別和融合，診斷知識的組織以及推理算法，實時可靠的通信協(xié)議及數(shù)據(jù)的共享標準等；網絡環(huán)境下數(shù)控裝備運行狀態(tài)的智能檢測、監(jiān)控和診斷技術；數(shù)控裝備的網絡全局調度技術、遠程設計編程技術及遠程操作技術等。 

        3)網絡管理技術的研究在網絡制造環(huán)境下，網絡除了用于傳輸加工程序、實現(xiàn)網絡操作和控制和遠程診斷外，更為重要的是進一步提高機床的生產率。為此需要研究網絡管理技術，即網絡生產管理系統(tǒng)，網絡CAD" target=_blank>CAD／CAM系統(tǒng)，面向網絡化制造環(huán)境的數(shù)控裝備的網絡安全機制與防范技術等。