第一讲现代数控发展方向和数控机床编程及加工

第一讲

现代数控的发展方向

哈尔滨工业大学机电学院

数控技术研究室

2023年4月15日第一讲现代数控技术的发展方向

数控技术总的发展趋势

当代，数控技术的典型应用是：单机，复合，FMC/FMS/CIMS

其发展方向是：高速度化高精度化高效加工、多功能化复合化开放化智能化极限制造数控（小型、高精密、大型数控）

STEP-NC数控标准的发展网络数控数控功能部件及数控刀具的发展目前的动向是:

开放式数控系统、高速加工系统、STEP-NC具体如下：

1.与IT融合，继续走开放式道路

当今加工设备和制造系统与IT融合正朝着网络化、高柔性、可重构、多功能、有特色的方向发展。要求数控系统能够重新装配、重新生成、在线扩充和远程修改，能够融入用户的工艺诀窍和经验。其有效途径就是走“开放式”道路。2.向STEP-NC体系方向发展

基于STEP-NC的数控系统是一种新型数控系统：

◆可以有效的解决复杂曲面插补、三维刀补、智能轨迹规划、加工过程实时化控制等传统数控系统的难题，

◆可以实现设计、制造、管理、控制的双向无缝连接。

◆STEP-NC的出现将引发数控技术领域的一场革命。3.向超高速方向发展

高速和超高速数控加工已成为国际上公认的先进制造技术之一，在国防民用各部门均有广泛应用。在汽车工业中，以高速高效数控加工取代多主轴组合机床；

在模具制造等行业以高速多坐标数控机床铣削淬硬钢，取消传统的淬火后研磨、研抛、电加工等低效率工艺，实现高硬度复杂表面零件的高速高效加工；

在航空、航天、军工等行业，以高速多坐标数控机床对飞行器等大型构件（机身、机翼等）进行整体加工，从而有效消除传统拼装机构所具有的种种弊病。

高速和超高速数控加工将是数控技术和数控产业的重要发展趋势之一。4.向超精方向发展人类认识世界和改造世界的能力正在向微小尺寸方向发展。在微观领域，要求微制造装备具有原子尺度的操作和加工能力。计算机CPU的制造是电子产品制造的制高点，要求其制造装备的精度达到纳米级。在宏观方面，大型天文望远镜镜片的表面形貌误差亦要求达到纳米级。这些纳米级的超精尖端设备如果没有超精的数控技术是制造不出来的。超精数控是数控技术另一个重要发展方向。5.向智能化方向发展

数控系统和装备的智能化，不仅有利于减轻操作者的体力和脑力劳动强度，而且更重要的是可以提高数控加工的质量和效率。智能化主要体现在以下几个方面：（1）智能编程在数控编程系统和数控系统软件中嵌入专家系统，建立知识库和工艺数据库，从而实现自动选择刀具、合理计算切削用量，确定最佳走刀路线，使数控加工实现最优化。（2）智能化自适应控制将人工智能技术与自适应技术相结合，通过在线检测切削力,切削温度、刀具磨损等参数，经计算机分析计算后发出控制信号，实时调整主轴转速、进给速度和背吃刀量，使数控加工系统处于最佳状态（3）加工过程智能化监控将人工智能技术与现代传感技术相结合，对加工过程的一些关键环节和因素进行智能化监控，如刀具磨损/破损的自动监控、主轴运行状态自动监控、高速加工安全性的自动监控等。（4）故障诊断智能化应用模糊数学、神经网络理论、专家系统技术等建立具有人工智能的故障诊断系统，实现对数控系统和机床故障的自动诊断，并自动或指导维修人员快速排出故障。（5）信息输入与操作智能化应用模式识别技术，进行图像和语音的识别，实现零件图形的智能化识别和理解，并按照操作者的语音命令自动控制加工过程。（6）智能寻位加工通过仿人智能途径主动感知工作信息、自动分析求解工件实际状态，进行位姿自适应加工，消除对精密夹具的依赖。

6.向网络化方向发展与IT融合的网络化通讯与网络化控制是数控技术的重要发展方向不仅适用Internet网、工业以太网等的整机和上层联网技术建有大的发展，而且使基于现场总线网络的执行层（伺服系统、主轴单元、PLC、机床传感器等）联网控制技术将出现新的突破。

7.进一步实现无图纸数控加工

CAD/CAM/CNC一体化，实现无图纸数字化制造。有二种方法◎一是CAD/CAM/CNC物理上的一体化（在一个控制系统上完成）。◎二是数控系统的联网功能，通过网络与CAD/CAM计算机进行高速信息交换，使得数控系统

直接获取设计和加工信息，从而实现逻辑上CAD/CAM/CNC的一体化。

无图纸的实物映射数控加工就是通过对实物零件和模型进行数字化信息提取，利用计算机对数字化信息进行处理，并生成NC程序控制机床运行，从而完成映射零件的加工。8.加速发展零传动数控驱动技术传统的由旋转伺服电机加机械传动装置的驱动系统，不能满足数控装备向高速、高精度发展的需要。出现新一代零传动驱动系统

直线伺服电机的直线进给零传动驱动系统

环形伺服电机的旋转进给零传动驱动系统

高速电主轴的零传动主运动

零传动驱动系统将得到进一步的快速发展，并加速普及应用。

9.研究开发新型主机结构和可重构数控机床随着数控系统复杂控制算法的发展，将进一步促进新结构数控机床的发展。如；

并联、串并联结构数控机床串并联数控机床具有高刚度，可获得大的旋转角和大工作空间

可重组数控机床为适应快速多变的市场，根据生产的要求，在现场对已有设备模块进行动态重组，并对数控系统进行重新配置，以满足构成新要求的制造装备。这种在可配置数控系统控制下的可重组制造装备，从制造过程的底层有效提高现代制造系统的敏捷性，将大有发展前途。10.实现数控装备的超复合化在传统加工中心和车削加工中心实现多工序复合的基础上，实

现更大跨度的超复合化，实现

车、铣、钻常规切削加工工序的复合

切削加工、激光加工、激光热处理等复合的万能加工中心

实现粗加工、半精加工、热处理、精加工等全部工序。11.由切削加工向非切削加工方向发展非切削数控加工需求激增，

在快速成型制造领域：成型精度、表面质量、机械强度等方面问题；

在模具制造、复杂零件制造；

基于飞秒激光的双（多）光子加工技术，

开创了超精细、无热损伤三维加工和处理的新领域；

塑料体积成形加工的数字控制。

新的数控标准STEP-NC，新的编程规范1.3

开放数控CNC控制器的发展趋势

1.4.1多坐标、多通道控制。以FANUC30i-MODELA系统为例：十个通道，40个轴（32个进给轴、8个主轴）日本叫多系统。

（SIEMENS840D等系统:一直是多通道的）

联动轴数最大24个/主轴8个。

3个PMC通道。最大I/O点数4096/4096PMC基本命令速度25ns。最大预读程序段：1000段。

(多通道系统适合大型自动机床、复合机床、多头机床的控制器)

高速高精、低速高精加工功能1.新功能前馈控补偿由于反馈滞后所产生的误差，提高加工精度。进给率和加减速曲线控制，拐角控制。减少加减速滞后所产生的误差。前瞻（前视）控制在程序执行前，对运动数据进行计算处理和多段缓冲，从而控制刀具以很小的误差进行高速运动。平滑运行的高精度轮廓控制、AI高精度/AI纳米轮廓控制对指令

的实时识别，最佳的控制速度、加速度、加加速度，使加工保持最佳状态。数字滤波器技术用以消除机械谐振，提高伺服系统的位置增益。高精高速进给伺服系统高精高速主轴伺服系统

高增益的驱动器、控制单元、电机；提高编码器的分辨率，1600万脉冲/转；直线伺服电机驱动，提高进给刚度；对于直线电机，设计数字滤波器以避免直接驱动机械带来的多点谐振。主轴采用交流同步伺服电机驱动时，高增益控制、无齿槽效应高分辨率电机，使主轴低速时转矩大、精度高；采用交流异步高分辨率伺服电机驱动时，高速度高精度。纳米控制（纳米级1-100nm）：在系统检测分辨率为1m时，插补分辨率为m。1m=1000nm。采取措施：CNC内部计算以纳

米或更小的单位计算，使误差最小化；高精度的交流数字伺服控

制；很高的电流检测精度；相应的硬件（RISC芯片）。纳米平滑功能：以纳米为单位评估原始曲线，圆整指令公差。

使加工自由曲面时，减小或消除程序段之间出现的条纹。

NURBS插补，样条插补。nm插补：80位浮点计算。2.NURBS插补简介

1）概述

高速加工CNC控制器具有NURBS插补功能，可以接受CAM软件传来的BURBS格式的刀位轨迹数据,进行BURBS插补加工。

在CAM软件的刀位轨迹计算时，直接输出定义NURBS曲线的“控制点”、“权重”、“节点矢量”，然后通过后处理译成机床CNC系统可识别的G代码，CNC以插补速率对原始的NURBS曲线进行插补加工。

常规的CAM后置处理提供二种插补：直线插补和圆弧插补，常用线性插补逼近。高速加工设备出现了NURBS曲线插补，这使CNC系统具备了能自动进行NURBS格式定义的加工域生成的能力。各种插补比较如下：

图4.4-1NURBS曲线的插补方式

公差CAD的NURBS曲线CAM的直线插补基于点集的直线插补基于NURBS的样条插补2）NURBS插补的优点：①与线性插补相比，CAM输出的NURBS插补的刀位文件大为缩短，只有其1/10～1/100。由于高速铣采用小的刀具、小的切削量和窄的公差带，如公差带设置为或更小，按照常规的插补方法，这个程序的长度会很大，可能达到100MB以上，许多机床的CNC控制器不能接受。②

NURBS插补比采用近似分段的直线和圆弧插补更为准确，刀位轨迹更加平滑。③

NURBS插补速率快，精度高。例如：GEFanucNURBS插补采样周期为1ms，加工处曲率半径为

50mm，产生的法向加速度为，以的高速进行加工。计算：一个插补周期的轮廓步长

L=fT=18.8m×1000/min×60×1000

插补误差e=(Ft)2/2/④改变高速切削的表面质量。得到平滑精确的表面，如采用内、外公差（Intol/Outtol）会到更加平滑的刀具轨迹。⑤NURBS插补可缩短加工时间。由于机床存在惯性，在用直线插补时，存在直线拐角处的拐角运动为了避免冲击，机床一般按平滑规律进行加减速处理。这样每到一拐角就要降低速度，然后再加速。而NURBS插补是光滑的，能在加速度允许的范围内以最大速度进行加工。有的专家认为：

提高数控加工质量、速度的最好办法之一是高速加工技术和

NURBS插补的结合3）NURBS格式输出的系统模型

NURBS插补由CAD---CAM---CNC的过程见下图：.

曲面模型

刀具轨迹曲线NURBS曲线NURBS格式输出：控制点、节点矢量、权重CNC机床NURBS插补CADCAMCNC图4.4-2NURBS格式输出的系统模型

4）NURBS插补指令的格式：G6.2PKXYZ-R.

在UG中，如果选择了NURBS选项后，要回答三个问题：①分段的NURBS曲线是否联接成一条曲线。②角度公差控制。两个NURBS曲线的切线的夹角，为了光滑选为5°

或更小。③拟合公差控制。目前支持NURBS功能的CNC系统有：FANUC系统的15B、16C、16iMA、18i、Seimens、Heidenhain、Makino、Fidia等。G6.2P4K0.X11.8986Y1.7906Z-1.9404R1.NURBS插补G代码NURBS曲线的阶数控制点坐标控制点矢量权图6-7FANUC系统NURBS指令格式5）非均匀有理B样条插补NURBS：G05P10000;…G06.2PKXYZRF;KXYZR;KXYZR;KXYZR;…KXYZR;K;…K;G01…G05P0西门子：A样条

B样条

C样条●●●●●●●●●●●权值小权值大●●●节点矢量变化大节点矢量变化小NURBS曲线曲线阶次P控制点X

Y

Z

B

C

：决定曲线位置权因子R：控制点的吸引力，越大越接近控制点节点矢量K：像水流一样，小时，短时间流速慢，大时急流关于NURBS

在CAD、CAM、CNC中的变换产生：

五轴加工和复杂加工功能；五轴加工工艺合理，对三维曲面加工可充分利用刀具的最佳几何形状进行切削，在复杂形状的高速高精加工中，可以提高效率提高光洁度。五轴加工的机械配置有刀具旋转方式、工作台旋转方式及它们的混合方式。五轴加工功能要满足各种配置。

功能为：刀具轴方向的长度补偿。五轴加工刀具半径补偿。三维圆弧插补，可以指定倾斜平面内的圆弧。五轴加工刀具中心点控制。倾斜加工指令。五轴加工用手动进刀。

1.4.4数控智能、环保、安全技术

1.智能

1）智能技术随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展,数控系统的智能化将不断提高。主要为：

①应用自适应控制（AdaptiveControl）技术数控系统检测加工过程中的一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。②引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律与特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。当前已开发出模糊逻辑控制和带自学习功能的人工神经网络的数控系统和其它数控加工系统。③引入故障诊断专家系统④智能化伺服驱动装置可以通过自动识别负载而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行状态。

2）智能技术应用

机床的智能化不仅可实现远程诊断、远程服务，而且使机床融合了信息技术和管理技术。①日本Mazak公司的Integrexe系列车铣中心为五轴联动（X、Y、Z、B、C）。可通过开放式CNC系统与公司的e塔式信息中心交换数据，从局域网下载零件图纸、加工程序，对零件加工过程进行监控、录像，以便对加工中心出现的问题进行检查分析。机床采用的信息技术为操作者和管理者提供了广泛支持。包括：显示生产进度（用CCD摄像头和特有的结构监控）、辅助操作者改善机床的操作、使机床由报警状态快速恢复正常、显示加工完成情况报告（通过移动）、机床报警通知、时间显示、加工完成时间、要求维护保养通知等等。机床还有指纹识别系统，机床可进行车、铣、钻、热处理、磨等加工。②意大利的板材加工线编程系统采用三维图像自动编程，并进行成型工艺仿真、监控机床的使用状况、预警维护保养。

还可以计算工时、成本、交货期，通过远程通讯解决用户编程中的难题。2.环保

环保节能的新理念

目前，全球范围内都在提倡绿色经济、低碳经济，这样的发展趋势和环保要求同样在数控机床行业得到响应和实践。所谓绿色机床，就是要求机床的制造材料要环保，可以回收利用；能够降低空运转功率，减少功率损耗；尽可能减少机床使用和工件加工过程中产生的各种废弃物，并保证这些废弃物不污染工作环境和自然环境

自动化产品、数控系统和数控机床制造商们根据各自的研究成果，采用新的环保材料和生产工艺，改变产品结构和方式，研发新的技术手段，改进废弃物的回收方式等，把环保节能的绿色要求和指标嵌入到了数控机床中，以使数控机床对环境的影响降低环境保护越来越受到重视。节地、节能、低噪声、干切削、无液压、免润滑（MQL－MinimumQuitLiquid）、是今后数控机床发展的新特点。机床普遍采用即坚固美观，又方便操作的全封闭活动罩门，防止切削液飞溅和形成油雾。安装油雾分离器使排除的只是不含油的雾。在切削加工中，作为重要环保措施的干切削，是指在加工过程中不使用或极少使用冷却润滑液。

干切削的技术措施：刀具采用耐热性和散热性良好的涂层材料。无润滑的解决办法是：采用润滑性能优异的涂层物质、设计有利于断屑和排屑的刀具形状和几何参数。许多机数控床实现了干切削，特别是齿轮加工机床很多都是干切削的。干式切削要解决的问题是刀具寿命、切屑的及时排走和价格问题。3.安全

安全分三个层次：操作者、机床和工件。人的安全是通过带电子锁的全封闭罩（甚至是防弹玻璃）和双手操作按钮来保证；在突然停电或遇突发故障时，刀具会迅速与工件分离，保证机床安全；工件的安全通过传感器和安全开关来保证。

复合数控功能

1.定义：

复合加工（工艺复合、工序复合）是指在同一机械上，可以进行多种工艺的加工。如一圆柱体各部位加工：在一台机床上车削外圆、镗内孔、铣圆柱面上的沟槽等，可提高生产率。该机床上要有进行复合加工功能的控制系统。如“车铣加工中心”、“铣车加工中心”的数控系统是铣、车等功能的复合。

2.车铣复合中心车铣复合中心是由车削中心衍生出的车铣复合中心。在数控车床的托板上增加大功率、高转速的电主轴动力头。电主轴头除了随托板作X、Z轴运动外，还作垂直于X、Z平面的Y轴运动和绕Y轴回转的B轴运动，从而达到了车铣复合。

奥地利WFL公司的Millturn系列“9轴数控车铣复合中心”是一种集车削中心、五轴加工中心、深孔钻和三坐标测量机的所有功能复合。整机可以进行车、铣、钻、镗、插、滚齿等各种操作。

“7轴两个五轴联动数控车床”该机结构为卧式双主轴、单刀塔。双面布置的两个主轴每个都可作C轴旋转和Z轴运动，刀塔作X轴Y轴运动和B轴旋转，刀塔上可配24把刀具。两个主轴头可分别与刀塔实现五轴联动。

“7轴排刀数控车床”其为卧式双主轴刀排式布局，双主轴均带C

轴控制，两个主轴分别配置动力刀排，实现七轴控制。

3.铣车中心铣车中心已系为主，带有车的功能。

瑞士的铣车中心是在立式加工中心上带棒料自动送料器，以棒料为坯料复合了车削功能。主轴最高转速为20230r/min，机床X、YZ、A、B等多轴可控。

德国的Stama、美国的Saas也有铣车中心。数控滚－磨机、蜗杆－成型磨齿机及集自动上下料、检测、刀具对中、磨齿及修正砂轮于一体的磨齿机均为复合机床。

复合数控机床还有：卧式镗铣和深孔钻的复合机床、板材冲和激光切割（或等离子切割、火焰切割）的复合机床。

数控网络通讯功能:以太网、现场总线、无线通讯

PC、CNC对多台机床进行集中监控和管理需要通过网络通信。传送程序，监控加工状态，传送维修数据、进行远程控制操作和诊断，传送CAD/CAM数据。现代的网络制造系统要求CNC系统有很强的网络通讯功能。

高可靠性、高安全性；采取措施：采用光纤通讯，减少电缆连接；采用纠错码（ECC）；采用双检措施：在CNC内嵌入多个处理器冗余的监控伺服电机、主轴电机、与安全相关的I/O信号，并使用急停与相关的I/O电路，使系统安全的运行和停止。

1.4.8

控制器的开放性（开放式数控系统）

前面已介绍，要注意几点：要保证实时性，不是现在的PC机拿来就能用。开放性和可靠性时是有矛盾的，注意解决它们之间的关系。开放是有层次的，按模块或组件，不能无限开放。

STEP-NC数控系统有两种方案：

一是：增加STEP-N程序的编译器、使用G代码二是：按STEP-NC标准设计开放式CNC系统，不使用G代码1.5伺服驱动技术的发展

全数字化伺服系统的组成通讯ASIC位置测量传感器位置实际值速度实际值电流实际值电流测量传感器Gatingunit通讯进给控制速度控制电流控制转换器驱动总线驱动模块EM1FT6电机编码器数字系统的进给控制1.5.2新发展的主要技术

伺服驱动技术是数控技术的重要组成部分。与数控装置相配合，伺服系统的静态和动态特性直接影响机床的位移速度，定位精度和加工精度。现在，直流伺服系统被交流数字伺服系统所取代；伺服电机的位置，速度及电流环都实现了数字化；并采用了新的控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统。前馈控制技术。过去的伺服系统，是把检测器信号与位置指令的差值乘以位置环增益作为速度指令。这种控制方式总是存在着跟踪滞后误差，这使得在加工拐角及圆弧时加工精度恶化。所谓前馈控制，就是在原来的控制系统上加上速度指令的控制方式，这样使伺服系统的跟踪滞后误差大大减小。2.机械静止摩擦的非线性控制技术。

对于一些具有较大静止摩擦的数控机床，新型数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性摩擦的非线性控制功能。

3.伺服系统的位置环和速度环（包括电流环）均采用数字闭环，软件计算、数字调解等。为适应不同类型的机床，不同精度和不同速度的要求预先调整加、减速性能或自动调整加、减速性能。

4.采用高分辨的位置检测装置。高分辨率的脉冲编码器，内有微处理器组成的细分电路，使得分辨率大大提高，增量位置检测为10000p/r

（脉冲数/每转）以上；绝对位置检测为1000000p/r、

16000000以上。

5.补偿技术得到了发展和应用。现代数控系统都具有补偿功能，可以对伺服系统进行多种补偿，如丝杠螺距误差补偿，齿侧间隙补偿、轴向运动误差补偿、空间误差补偿和热变形补偿等。

6.采用光栅尺的全闭环系统

7.矢量控制技术。

1.6数控技术最新发展状况

2023年美国芝加哥国际制造技术（机床）展览会（IMTS2023）

2023年上海机床展览会

JIMTOF2023日本国际机床展览会

2023CIMT第十二届中国国际机床展览会1.6.1发展特点

1.

更快更强的数控系统数控系统是数控机床的核心。近期推出了具有强大的运算和处理能力的新型数控系统。

●西门子公司推出了840Dsl和828D系统

●日本发那科FANUC公司开发了用于高档复合化机床的多通道多轴高速纳米CNCFANUC30i/31i/32i/35i

●三菱公司研制M700V系列CNC等。

这些新开发的数控系统均具有：

●模块化、开放、灵活和统一的结构

●可视化界面和网络集成功能

●多通道多数控轴功能，适用于所有工艺

●采用超高速处理器等高端硬件

●光纤传输技术大幅度提高数控系统的性能。

2.高速高精度的自动化部件

▣高速高精度不但要求加工速度高、精度高，而且要求在整个加工过程中都要高速运转、精确定位，减少工件在准备、加工、转运、收储等各个环节占用的时间，高速高精度的自动化部件可综合提高生产率，降低生产成本。

▣高精度产品在使用中会减少运转过程中的摩擦和发热，降低能源损耗，使整机运转更加平稳可靠，减少故障等

▣为了实现高速高精度，研发更高自动化产品：电主轴、直线电机、机器人、运输车、更高线数的编码器、精度更高更稳定的光栅尺等。

3.日渐成熟的复合加工技术

当今加工更趋向于高精度、多品种、小批量、低成本、短周期和复杂化的加工，复合加工是一个重要发展方向

复合功能的优点：

◈提高了工件成品的生产速度◈大大消除散列工序加工中的运输、装夹及等待时间使加工周期缩短并降低加工车间的在制品数量。

◈工件一次装夹定位，既减少了加工辅助时间，又提高了工件的加工精度。

复合功能的实现依赖于：◈对工件和刀具实时检测与智能判断、数据运算、刀具管理及系统控制。

◈高灵敏度的探针、高速处理芯片

◈体积更小、响应速度更快的传感器和执行器

4.智能的网络化技术

◑目前，网络化功能在数控机床中得到大量应用，在系统中集成网络接口，满足生产的快速化、信息化网络化的要求。◑数控机床实现语音、图形、视频和文本通信功能。通过网络信息的共享，生产计划调度部门可以实时监控机床工作状态和加工进度，向网络信息的其他使用部门传递共享信息，在网络上统计报表、跟踪生产进度、查看故障报警、在线诊断及帮助排除故障。

◑宁夏小巨人公司引进了日本山崎马扎克Mazak公司的信息网络技术，创建了国内第一座智能网络化机床制造工厂这是我国数控机床的信息化和网络化进程中的一个样板。

5.环保节能的新理念

◎目前，全球范围内都在提倡绿色经济、低碳经济环保和节能要求在数控机床行业得到响应和实践，把环保节能的绿色要求和指标嵌入到了数控机床中

◎所谓绿色机床，就是要求机床的制造材料要环保可以回收利用；能够降低空运转功率，减少功率损耗尽可能减少机床使用和工件加工过程中产生的各种废弃物，并保证这些废弃物不污染工作环境和自然环境

◎数控系统和数控机床制造商们采用新的环保材料和生产工艺，改变产品结构和方式，研发新的技术手段，改进废弃物的回收方式等使数控机床对环境的影响降低

1.7SINUMERIK840Dsl

1.7.1概述：

1.具有模块化、开放、灵活统一的结构，集成紧凑、高功率密度。适用所有工艺的全系列、中高端数控系统。

高效：高效地操作编程，便捷地安装、调试和设计

创新：创新的数控功能、通讯形式、操作方式和开放性

兼容：可继承原有的编程操作方式和机床界面，广泛的电机选择

2.SINUMERIK840Dsl用于：车削、钻削、铣削、磨削、剪切、冲压、激光加工工艺；高速高精切削；木材和玻璃加工；传送线和回转分度机等应用。也适合比较“吃功夫”的航空、汽车和模具制造等各种行业。既适合大批量生产也能满足单件小批量生产的要求

SINUMERIK840Dsl拓扑结构HMIPCUNCUDriveMotorsSINUNERIK840Dsl系统组成部件

组成：调节型电源（ALM）、NCU、PCU(TCU)、S120驱动系统【DSC（动态伺服控制）闭环位置控制技术】、各种电机。NCU：CNC、HMI、PLC（S7-300）、驱动闭环控制和通讯模块，集成于NCU中。

4.优势

◈操作的方便和舒适；考虑工艺流程和生产管理的需要用户界面基于HMI-Advanced与ShopMill或ShopTurn组合应用于铣削、车削、通用型；

◈工件和刀具测量功能、人性化的刀具管理、3D程序模拟、简明的刀具图形显示等功能简化了机床设置过程，缩短加工准备时间，提高生产和流程效率。

◈最优的网络集成功能

◈最佳的可视化界面和操作编程:

图形编程（小批量加工时，可迅速生成数控程序）

工步编程

高级语言编程

编程向导功能（ProgramGUIDE）

动态仿真功能操作人员不需要编程手册即可快速选择适当的加工方式，生成加工程序。◈控制系统和S120驱动集成了安全功能

安全制动、安全停车等功能

F-CPU或NCU之间的可靠通讯，

多达30个安全软撞块构成的工作区域限制和保护区域在机床操作中最大限度的确保人员和机床的安全。

1.7.2特点：

◆设计紧凑

CNC、HMI、PLC、驱动闭环控制和通讯模块集成于一个SINUMERIKNC单元(NCU)中

DRIVE-CLIQ通讯方式显著降低设备的布线成本，且组件间的距离可达100米◆开放、灵活

开放的HMI和NCK满足不同客户的个性化需求

基于以太网的通讯解决方案和强大的PLC/PLC通讯功能

SINAMICSS120驱动系统支持几乎所有类型的电机、极佳的动态性能和加工精度

基于DSC（动态伺服控制）闭环位置控制技术确保机床获得最佳的动态性能

能实现最优的表面加工质量

调节型电源模块（ALM）的受控直流链路，有效防止母线电压波动

◆简便的操作与编程

支持DIN、ISO语言编程和ShopMill/ShopTurn工步编程

一台NCU/PCU上可连接多达4个、距离远达100m

的分布式操作面板

Sinumerikoperate：集成、流行、友好的用户界面◆高度的安全性

安全集成功能确保操作者和机床的高度安全

多种功能确保数据安全：制造商循环加密、NCUPCU中集成防火墙功能、数控系统与工厂网络隔离等◆环境保护高效率，具有能耗管理、能量再生功能、自动无功功率补偿等

1.7.3功能：◆优化的数字一体化解决方案

10个方式组

10个通道

31个进给轴/主轴◆进给轴功能

加加速度控制（jerk）

跟随模式

用于倒圆和倒角的单独路径进给

固定点停止功能（traveltofixedstop）

可编程的同步轴功能（TRAIL）◆主轴功能

各种螺纹切削功能

自动换档

主轴定向

加工中主轴同步◆坐标变换

笛卡尔坐标点到点（PTP）移动

级联变换

一般变换◆同步动作

快速输入/输出

同步动作及高速辅助功能输出，包括3种同步功能

通过同步动作对进给轴和主轴进行定位

间隙控制

连续修整（平行修整，刀具偏置在线修改）

异步子程序

不同操作模式的覆盖功能◆编程支持

操作方便的程序编辑器

支持几何尺寸输入和循环编程

钻削、铣削和车削工艺循环

支持车床和铣床ShopTurn/ShopMill编程和操作◆刀具管理

刀具半径补偿

通过刀具编号换刀管理

TDI刀具管理功能◆监控功能

工作区域限制、限位开关监控、位置监控

2D/3D保护区域

主轴速度限制

安全检测持续监控（过温、电池、电压、存储器、风扇监控通过SolutionPartner，集成刀具监控和诊断◆补偿功能

基于速度的前馈控制

温度补偿

象限误差补偿

悬垂补偿

空间误差补偿(VCSplus)

减振功能VIBX◆PLC

集成SIMATICS7，兼容CPU317-2DP/319-3PN/DP

STEP7编程语言

经由PROFIBUSDP的分布式I/O◆驱动系统

SINAMICSS120书本型

SINAMICSS120装机装柜型

SINAMICSS120模块型1.8SINUMERIK828D

SINUMERIK828D特点

1.是一款紧凑型数控系统

2.应用车、铣工艺，可选水平、垂直面板布局和两级性能，能够满足不同安装形式和不同性能要求

3.独立的车削和铣削应用系统软件，可以尽可能多地预先设定机床功能，最大减少机床调试所需时间。

4.系统集成了智能的坐标转换

5.高效的刀具管理

6.80位浮点数纳米计算精度(NANOFP)等高级功能。

7.“精优曲面”控制技术，可以让模具制造获得最佳表面质量和最少加工时间。

8.SINUMERIK828D还可通过EasyMessage短信功能，将报警信息和维护信息以短信的形式发送给服务人员，从而把机床的待机时间压缩到最短。1.9FANUC30i/31i/32i/35i

1.FANUC数控系统系列：

FANUC3、6、0、10/11/12系列、15、16、18、21系列。

FANUC0i/0iA/B0iMate-C/D、

FANUC16i/18i/21i/20i/160i/180i/210i160is/180is/210is-MODELBFANUC30i/31i/32i/35i-MODALA/B：

FANUC0i-D/0iMate-D，0i-PD系列

PowerMotioni-MODELA

说明0i-D/0iMate-D系列：在功能上增加了控制轴数、新增USB接口，新增

FANUC

PICTURE功能、标配内置以太网等；

2.FANUC30i/31i/32i/35i-MODALA/B：

◆高速、高精加工的人工智能、纳米数控

◆控制功能：一般控制、5轴控制、多轴等

◆伺服调整刀具“ServoGuide”：追加了三维显示刀具轨迹的功能

功能说明：由5轴机床各轴的位置数据计算三维空间中刀具的位置并显示其轨迹（反馈轨迹）通过与由NC参数计算出的

轨迹（指令轨迹）比较，很容易就会得知工件的哪一

部分发生了较大误差由此便可缩短参数调整的时间

◆网络化、光纤通讯：CNC到主轴的信号线改为FSSB(法

那克伺服串行总线)光缆，极大提高了传输速度和抗

干扰性能◆界面可视化、增加触摸屏控制面板◆复合化、集成化

①FANUC

Series30i-MODELB：通道数：10个；最大控制轴数：40个(32个进给轴，8个主轴)；联动轴数：24个。该型号可实现多轴、先行控制等高性能数控功能。在同一时间实现多轴控制、多种加工过程控制，其5轴加工功能可完成复杂形状零件的精加工。

用于各种类型数控机床的控制②FANUC

Series31i-MODELB：通道数：4个；最大控制轴数：26个(20个进给轴，6个主轴)；联动轴数：4个。是FANUCCNC核心型号，具有国际先进水平、丰富的功能和超前的控制技术。

非常适用于高档加工中心

③FANUC

Series31i-MODELB5：通道数：4个；最大控制轴数：26个(20个进给轴，6个主轴)；联动轴数：5个。该型号除了具有31i-B的特点外，还可实现复杂形状零件高速高精度高质量5轴联动加工功能。

适用于高档5轴加工中心

④FANUC

Series32i-MODELB：通道数：2个；最大控制轴数：16个(10个进给轴，6个主轴)；联动轴数：4个。这是一种标准型号，带有足够的CNC功能

适用于标准数控车床和加工中心的控制

⑤FANUC

Series

35i-MODELB：通道数：4个最大控制轴数：20个(16个进给轴，4个主轴)

联动轴数：4个具有功能强大的PMC功能基本的CNC功能

该型号CNC用于传输线，还可以实现高速简单加工三菱电机（MITSUBISHI）数控系统

1.概述

M70V系列高速数控系统

M700V系列全纳米控制

数控系统用于机械加工、放电加工、微细加工、激光加工等。

近几年，三菱数控系统在市场上的占有率日益扩大

高速数控系统M70V系列(图)和全纳米控制的M700V系列为三菱最新产品。

2.M70V高速数控系列：

◆采用OMR-DD控制（高速同步攻丝），与多种混合驱动器直接补偿攻丝机用主轴电动机、伺服电动机的同步误差，从而实现最适控制。◆具有缩短加工时间、丰富的产品阵容、高速、支持攻丝机开发等特性。

◆适用于立式加工中心、车床及攻丝机等设备

3.M700V纳米控制系列：

◆通过全纳米控制实现高精度加工，支持先进加工控制技术的下一代超精密加工。

◆采用SSS快速感应系统控制，达到省时、提高精度加工表面平滑等目的。

◆在上述两个系列的数控系统中还内置了三菱的防工件碰撞软件，使加工更加安全、高效

编程技术的发展

发展:

由手工编程发展到自动编程；APT语言形式发展到交互CAD/CAM自动编程；专用软件自动编程；高级手工编程。此外还有：

1.脱机编程发展到在线编程传统的编程是脱机进行的。现代的CNC装置有很强的存储和运算能力，在线的以人机对话方式进行编程，并具有前后台功能。

2.会话式自动编程、蓝图编程和实物编程功能。

3.编程系统由只能处理几何信息发展到几何、工艺信息同时处理的新阶段。新型的CNC系统中装入了小型工艺数据库，使得在线编程过程中可以自动选择最佳切削用量和适合的刀具。

编程方法

1.手工编程具有机械加工技术中的特殊工艺和组合工艺方法的程序编制功能：具有圆切削、固定循环、图形循环、宏程序、子程序和参数编程等高级手工编程功能。

2.自动编程：专用软件自动编程、五坐标加工编程。

数控设备的机械结构技术发展

为适应数数控技术的发展，机械结构也发生了很大的变化。为缩小体积，减少占地面积，更多地采用机电一体化结构。为了提高自动化程度，而采用自动交换刀具，自动交换工件，主轴立、卧自动转换，工作台立、卧自动转换，主轴带C轴控制，万能回转铣头，以及“数控夹盘”，“数控回转工作台”，“动力刀架”和“数控夹具”等。

为了提高数控机床的动态特性，伺服系统和主机进行很好的机电匹配。同时主机也借助计算机进行模块化、优化设计。

设计思想的发展机床是工作母机，机床制造必须连续不断的开发新思想，满足用户对产品制造质量和效率日益提高地要求。单纯优化现有工艺和一再提高机床的功率是远远不够的。在新的驱动技术和运动学领域的新开发、轻型化的新材料、环保生产、机床安全、精度和测试技术、微型制造和微型装卸技术等方面的研究值得注意。机床的运动分配和运动设计已经打破传统的金切机床分类:

不管是工件旋转还是刀具旋转为主运动，只要工件和刀具之间有相对运动就行，并要求这种布置为最佳。

机床的动力头在同一台机床上有时作传统意义上的主轴使用，有时又作动力刀具的旋转轴使用。

在同一次装夹的情况下，上一工步工件旋转作为主运动，下一步则是工件的进给运动。以“完全加工”的理念进行工序复合和功能复合。

机床功能部件

1.

电主轴；

驱动、轴承、润滑、冷却、本体（动平衡、减轻重量）。电机：交流同步（额定转速下，横扭矩）、交流异步（高速性好）

2.

直接驱动：旋转直接驱动、直线直接驱动；

旋转直接驱动：力距电机，低速大扭矩。

直线直接驱动：直线电机，已解决漏磁和发热问题。加速度可达3个g

3.

滚动部件：滚珠丝杠副、直线滚动导轨；

精密自润滑滚珠丝杠，加速度可达2g。

4.

数控刀架；数控刀架形式多样（德国，意大利）刀架的控制和驱动采用伺服电机或液压系统，回转180°的时间已缩短到。刀架品种繁多，可以为各种数控车床、车削加工中心配套。

5.

摆角铣头；为数控铣床、加工中心、车铣中心等配套的各式各样铣头。车铣中心用的B轴铣头，可在210°角度范围内摆动进行高精度铣切加工；数控铣床、加工中心用的二坐标铣头能A、B轴（立、卧二用）摆角，可加工任意空间面。

6.二坐标数控转台；已有了二坐标数控转台，具有连续分度和鼠牙盘分度二种形式。它具有双耳轴，平台能倾转，转台上配备交换工作台接收装置。

7.

刀库；刀库容量增大，

大容量、刀位不动的“货架式”刀库用工业机器人取放刀具

“圆柱形立体刀库”（德国）在圆柱内可容纳500把刀，圆柱中心的工业机器人按程序预选、取放、并传递给机床主轴；

“框架式刀库”（瑞士）该刀库每个模块可容纳96把刀具，模块外形，可以层层叠加扩展容量。刀库内机械手按程序抓放刀后，先传递给一个作为“二传手”的接刀模块，再对机床换刀。

8.

棒料自动送料器

9.

润滑系统、排屑系统10.

高速多轴转塔头等

转塔头的主轴有2、3、6、8个等多种，转速最高可达12023～18000r/min，功率4～50kW。3.13数控技术最新发展方向总结高速、高精效化：采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统、高分辨率绝对式检测元件、交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等措施，提高机床的高速高精高效化。2.功能复合化和多轴化：

复合机床根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。

●工艺复合型机床：镗铣钻复合—加工中心、车铣复合中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；

●工序复合型机床：多面多轴联动加工的复合机床、双主轴车削中心等；以及减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工；数控机床的复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。

3.实时智能化：智能化是指工作过程智能化

♦

利用计算机、信息、网络等智能化技术，对加工过程配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统

♦

高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前反馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制等加工过程智能监控，

♦可以实现工件装夹定位自动找正刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断

♦零件装卸物流监控，自动进行补偿，调整自动换刀

♦智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理

4.驱动并联化：并联运动机床在机床主轴（一般为动平台）与机座（一般为静平台）之间采用多杆并联联接机构驱动

通过控制杆的长度获得相应自由度的运动可实现多坐标联动加工、装配和测量等，满足复杂特种零件的加工，具有机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。

5.柔性化：

数控系统本身的柔性，采用模块化设计，功能覆盖面大可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

6.用户界面图形化：

通过窗口和菜单操作，便于蓝图编程和快速编程，三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪仿真不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

7.科学计算可视化：

在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM

如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿、刀具管理数据的动态处理、显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

8.插补和补偿方式多样化：

◈多种插补方式：直线插、圆弧插、圆柱、空间椭圆曲面、螺纹、极坐标、2D+2螺旋、NANO、NURBS、样条插补(ABC样条)和多项式插补等；

◈多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿，象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

9.集成化：

采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。10.模块化：

硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化，根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，做成标准的系列化产品。11.网络化开放式闭环数控系统：

▼机床联网网络化可进行远程控制和无人化操作，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上；

▼基于光纤的串行通信网络化开放式闭环数控系统，充分利用网络信息技术,实现全球制造资源的共享,支持跨地区跨平台的全球制造；

▼远程故障诊断专家智能系统的应用，使数控系统具有在线技术和服务后援。在线服务可根据用户要求随时接通接受远程服务，发展成柔性制造单元和智能网络工厂

并进一步向制造系统可重组的方向发展。12.极端制造化：

◆指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术，是数控机床技术发展的重要方向。

◆重点研究微纳机电系统的制造技术、超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术，检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用，应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制；

◆IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床，极端制造领域的复合机床的研制