数控插补教学系统-数据采样算法设计.doc

1 绪论 数控技术是机械制造业中新兴的综合性技术，它集微电子和计算机技术、信息处理技术、精密检测技术、自动控制技术、光机电技术、网络通讯技术、等高新技术于一体，随着微电子和计算机技术的迅速发展，大大加快数控技术的发展和运用，使传统的制造业不断发生着巨大的变化。我国当前使用的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC 只能作为非智能的机床运动控制器[1]。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM 和CNC 之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的主轴转速、进给速率、刀具轨迹、刀具组合、工件材料、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM 中的设定量，因而影响CNC 的工作效率和产品加工质量。目前我国的数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期，也是由封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式过渡的关键时期[2]。对数控系统的发展趋势进行讨论，具有促进我国数控技术发展的重要意义。 1.1 数控技术的概念 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等2个重要技术指标，它直接关系到加工效率和产品质量。采用高速度、高精度数控技术可极大的提高现代制造业的效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。采用了高速CPU 芯片、RISC 芯片、多CPU 控制系统以及带高分辨率检测元件的交流数字伺服系统（日本交流伺服电机已有装上每转可生产100 万个脉冲的内藏式位置检测器，其位置检测精度可达0.01μm/脉冲），可以使机床的加工速度、加工精度和加工效率、质量大大提高。高效率和高质量是现代制造技术的发展关键，为此国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21 世纪的中心研究方向之一[4]。 柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，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。在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝和铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金配料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求[5]。 数控系统正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。一机多能的数控系统可以最大限度地提高设备地利用率，数控加工中心（Machining Centen）便使一种能实现多工序加工的加工机床。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；减少工序和辅助时间，大大提高了加工效率、质量数控机床的工艺复合化是指数控技术轴。 智能化成为当代数控系统发展的主要趋势。主要有自适应控制技术、人工智能专家诊断控制系统、引进模式识别控制技术。 网络化数控装备是近几年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。 由于传统的数控系统是专用封闭性数控系统,存在兼容性差、技术升级困难等弊端；越来越不适应现代生产系统日益开放的特点。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC（TheNext Generation Work-Station/Machine Conrol）计划、欧共体的OSACA（Open System Architecturefor Control within Automation Systems）、日本的OSEC （ Open System Environment forController）计划等。数控系统开放化已经成为数控系统的发展趋势。 1.2 数控插补技术发展现状 随着现代科技的发展，数控技术得到了很大的提高与发展，现在数控插补主要应用在模拟与仿真。在教学中经常利用各种编程语言模拟和仿真数控插补，可以轻松看出插补的过程，这样更加直观[6]。在数控系统中，可以通过编程将