数控系统的国内外发展及应用现状.docx

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数控系统的国内外发展及应用现状

数控技术大作业

题目数控系统的国内外发展及应用现状

专业

学　　号

学生

指导教师　　

提交日期2012年5月21日

摘要

数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。

数控系统已经实现纳米插补与控制技术，并广泛地运用机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，数控系统本身也从封闭转向开放式，并朝着高速、高精度化、网络化、环保化的方向发展。

关键词：

数控系统开放式研究现状发展趋势

数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统。

从1952年美国麻省理工学院研制出第1台实验性数控系统，到现在已走过了半个世纪。

数控系统也由第一代电子管的硬联接数控发展到第五代MPCNC的软联接数控。

数控系统已经实现纳米插补与控制技术，并广泛地运用机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，数控系统本身也从封闭转向开放式，并朝着高速、高精度化、网络化、环保化的方向发展。

一、国外数控系统现状

国外数控系统发展总体趋势如下：

1.新一代数控系统向OG化和开放式体系结构方向发

展。

2.驱动装置向交流、数字化方向发展。

3.增强通信功能，向网络化发展。

4.数控系统在控制性能上向智能化发展。

在国际市场，德国、美国、日本等几个国家基本掌控了中高档数控系统。

国外的主要数控系统制造商有西门子（Siemens）、发那克（FANUC）、三菱电机（MitsubishiElectric）、海德汉（HEIDENHAIN）、博世力士乐（BoschRexroth）、日本大隈（Okuma）等。

下面对几个主要系统进行功能介绍与应用分析。

1.美国A-B公司

美国Allen-Bradley（简称A-B公司），在首先推出CNC系统7300系统后，80年代又开发出8200，8400，8600系列。

其中A-B8600系列是适用于各种加工设备的柔性CNC系统，通过软硬件的不同配置可派生出四个类型和三种不同档次的产品。

四种类型是8600T/车床，8600TC/车床和车削中心，8600MC/铣床和加工中心，8600CP通用型（可用于机器人等）；三种不同档次是8605,8610-10,8650-20。

下面对8650-20进行详细介绍

●8600系统为多主式,主从结构的多微处理器CNC装置，主系统微处理器有两种规格，即标准（CPU用8086/处理器用8087）和高速（CPU用80286/处理器用8028）的两种，轴控制的CPU为8086，高速数据通道n模块用CPU为80186。

●系统的轴控制功能最多具有17个轴控制能力，即一个主轴控制，16个伺服轴控制，其中8个点到点的轴，8个插补轴，16个伺服轴中有10个轴可联动（其中8个插补轴，2个点到点轴）。

●带有直线和旋转运动及圆弧插补，可在任何平面上作圆弧插补，在轮廓加工中，可自动控制进给率，自动补偿反向误差，可进行软件行程限位、刀具补偿和刀具寿命管理等。

●反馈装置可以编码器、旋转变压器或同步感应器来实现反馈，具有所有模式的自动加减速控制。

●CRT有显示字符和图形的功能，根据定义可对存储装置的目录显示、零件程序及输人的原始偏置值显示、毛坯余量显示，不仅可以用图形显示程序，还可用图形显示输人、输出信号的状态。

●8600系列在较强的软、硬件支持下，具有多组程序处理能力，可并行执行最多到5组的零件程序。

●用ASSET高级语言扩属了零件程序，能将系统的变量、文件、键盘、显示及串行接口等系统信息引人到零件程序编制环境中。

●具有多种编程方法:

●蓝图（即零件图纸）直接编程；（b）几何工艺语言（GTL）编程；（c）参数化编程，是一种独特的强有力编程工具，可将任何加工顺序作为用户加工环来设计和编程，只给定变数的值即可编制出相似形状工件的程序。

●具有联接到厂级的宽带通信系统的能力，还带小型DNC接口，远程I/O功能，高速数据通道。

●CNC系统配置的SIPROM（顺序程序）高级语言可很方便地实现梯形图编制，是一个自动编程器。

2.日本FANUC公司

日本FANUC公司是专门生产数控系统及设备的较有影响的厂家，其数控系统销售额占世界的50%，它研制开发了大量新产品并一直处于数控领域的重要位置。

FANUC在70年代中后期生产的CNC装置主要有FSS,FS7，FSZ，FS3，FS6，FS9等，大多数是单微处理机和专用芯片（大规模集成电路）相结合的模块化结构，其中FS7CPU为位片式微处理器构成，FSSCPU是单板机结构，FS6，FS3的CPU是8086，FS9是数控/仿形（NC/TC）联合控制。

在轴控制能力上，从标准的三轴（X、Y、Z）过渡到多轴控制（如FS9最多可控制15根轴）操作显示功能，由一般的键盘操作过渡到以功能软键操作及菜单驱动，开始有了图形显示功能及人机会话功能，这些数控系统都带有内装式PLC控制，大多数系统己配置了RS-232C标准的串行通信接口，完成数据输入/输出和传送，自诊断功能也逐步加强，从只有故障分类报警到能诊断出故障的内容等等。

在80年代FANUC生产和推出的CNC装置主要有F0、F10/11/12/15，F00/100/110/120，FS15/150，F0Mate等，这些都是典型现代数控系统，其中F0Mate是F0派生产品，它与F0比较是一种功能简单、结构更紧凑的经济型系统，而F00/100/110/120/150系统是在F10/11/12/15系列的基础上，增加了MMC（ManMachineController一人机交互界面）是CNC、PMC（可编程机床控制器）、MMC三位一体的CNC系统。

（1）FANUC系统0系列即F0系列是结构紧凑的可组成面板装配式的CNC装置，当选择了FANUC的各种强电模块时，易于成为一种交钥匙系统。

（2）FANUC系统10/11/12系列的CNC系统有很多品种，可适用于各种机床，从规格上看,M型CNC型装置用于铣、镗床和加工中心，T型用于车床，TT型用于双刀架车床，F型是有对话功能的CNC装置。

（3）FANUC，FS15系列是较新的32位CNC装置，已具有AI（人工智能）功能的CNC装置。

其特点如下：

●FS15系列采用的是模块式，多主总线（FANUCBUS）结构，为一个多微处理器控制系统，所用主CPU是68020，还有一个子CPU（SUBCPU），此外在PMC、轴控制、图形控制、通信及自动编程等功能中也均有各自的CPU。

●FS15可构成最小至最大系统，可控制2-15根轴，还有PMC的轴控制功能，适用于大型机床、复合机床的多轴控制和多系统控制。

●因采用32位高速多主总线和32位微处理器，能实现很高的加工速度（设定单位在0.0001mm时进给速度可达24m/min）及实现连续微小程序段的高速加工（当NC语句输人下3轴联动时，高速规格是4ms每程序段相当于15m/min进给）。

●与上位计算机之间可实现数据信息的高速传送，有通信专用微处理器和RS422接口及远程缓冲功能。

●FS15带内装式PMC（型号为FANUCPMC-N）在系统和PMC之间设有很大的窗口供用户编制软件。

●FS15系列还增加了64位RISC精简指令微处理器，使加工速度提高4倍。

3.德国SIEMENS公司

德国SIEMENS（西门子）公司，也是世界上有名的数控生产家，自从70年代中和日本FANUC公司合作开发了典型的C尺公系统7以后，在70年代末期，还开发了SINUMERIK8和6系统，80年代又推出了SINUMERIK3系统（初期）、SINUMERIK810和820系统（中期）及SINUMERIK850和880系统（末期）等。

SIEMENS公司SINUMERIKCNC系统的这些产品，概括地说有以下这些特点：

主要采用了模块化结构,模块均为印刷电路板。

在一种CNC系列中，选用的是标准硬件模块，并在一种硬件上配置了多种软件，使用户既可选择不同模块又可具有多种工艺类型来满足多种机床的需求。

具有与上位计算机通信的功能，易于进人柔性制造系统（FMS）。

都带有可编程控制器，一般是用SIMATICS5系列，并用Steps编程语言。

有人机对话功能及多种语言显示（主要是欧洲语言）。

选择RS-232C串行通信口或20mA电流环作数据传递，有很强的扩展性。

此外，西门子公司这七个系列产品可归纳成以下四种类型的CNC装置，代表了西门子公司四个时期数控系统的发展水平。

（1）SINUMERIK8适配各种机床，通常8ME/8M/8MC及Sprint8M/Sprint8ME/Sprint8M-C用于铣、锉、钻及加工中心，而带Sprint系列又有蓝图编程功能的8MC/8MCE/8MCE-C用于大型镗铣床，8T/Sprint8T用于车床。

（2）SINUMERIK3亦有多种型号，用于控制各种机床（3T-车床，3M-铣床，3TT-双刀架4轴车床，3G-磨床，3N-冲剪机床），当3T系统借助于TRANSMIT（转换）功能，可使一般的CNC车床成为一个车削中心,在一台机床上就能一次完成车、钻、锉、铣的切削。

（3）SINUMERIK810/820是一种用于小型机床的数控系统，分别有M型（用于镗、铣床及加工中心，T型用于车床、G型用于磨床）等，此外810系列有810T/810TE、810M/810ME、810G/810GE等CNC装置。

（4）SINUMERIK850/880是SINUMERIK推出的最新CNC产品，它适用于高自动化水平机床及FMS，这一系列包括850M、850T、880M、880T等型号规格。

SIEMENS公司的850/880系统，是多微处理机结构的典型，有如下特点：

●主CPU为80386多微处理器系统，由多种CPU（如数控中用CPU、通信用CPU、伺服用CPU及PLC用CPU等，这些CPU除通信CPU外，还均能扩至CPU2~4）组成。

●这类系统有很强的通信功能，可进入FMS与CIMS的系统中进行通信。

●850/880系统在部分印刷电路板上，采用了先进的表面安装技术（如存储器模块）。

●尤其在多轴控制上（最多控制轴数20~30个，可实现16个工位联动控制），PLC及编程方面具有特色，在通信（适应FMS和CIMS需要有通道结构，用了通信中央处理单元）方面有很强的数据管理、传递和处理能力，最后还有功能较强的PLC，并可扩展到2~4个，既可满足各种机床与CNC之间大量的信息交换又显著地提高了信息传递速度。

二、国内数控系统现状

随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。

经过几十年的发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。

国内数控系统基本占领了低端数控系统市场，在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。

其中，武汉华中数控股份有限公司、北京机电院高技术股份有限公司、北京航天数控系统有限公司和上海电气（集团）总公司等已成功开发了五轴联动的数控系统，分别应用于数控加工中心、数控龙门铣床和数控铣床。

近期，武汉重型机床集团有限公司应用华中数控系统，成功开发了CKX5680控七轴五联动车铣复合加工机床。

国内主要数控系统生产基地有华中数控、航天数控、广州数控和上海开通数控等。

1.华中数控

华中“世纪星“数控系统在功能和配置方面远优于国外普及型数控系统。

特别是在多轴（9轴）联动、三维图形显示、动态仿真、大容量程序内存、双向螺距补偿、汉字界面、网络功能、开放体系结构、TFT彩色薄形显示器等配置方面，已达到国外高档系统（如FANUC-18、SIMENSE-840）的水平。

众所周知，国外的高档数控系统价