1 數(shù)控系統(tǒng)的組成

　　是由系統(tǒng)程序、輸入輸出設(shè)備、通信設(shè)備、數(shù)控裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置等組成。數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，數(shù)控裝置有兩種類型：一是完全由硬件邏輯電路的專用硬件組成的數(shù)控裝置即NC裝置;二是由計(jì)算機(jī)硬件和軟件組成的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置即CNC裝置。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用于數(shù)控裝置后，現(xiàn)在NC裝置已逐步被CNC裝置所取代。

　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件除了一般計(jì)算機(jī)具有的CPU、EPROM、RAM接口外，還具有數(shù)控位置控制器、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入(MDA)接口、視頻顯示(CRT或LCD)接口和PLC接口等。所以CNC裝置是一種專用計(jì)算機(jī)。目前CNC系統(tǒng)大都采用體積小，成本低，功能強(qiáng)的微處理機(jī)。系統(tǒng)主要由微機(jī)及其相應(yīng)的I/O設(shè)備、外部設(shè)備、機(jī)床控制及其I/O通道組成。

　　數(shù)控系統(tǒng)的軟件分為管理軟件和控制軟件兩種。管理軟件用來管理零件程序的輸入、輸出、刀具位置、系統(tǒng)參數(shù)、零件程序顯示、機(jī)床狀態(tài)及報(bào)警，故障診斷等。控制軟件由譯碼、插補(bǔ)運(yùn)算、刀具補(bǔ)償、速度控制、位置控制等軟件組成。

　　系統(tǒng)程序存于計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器。所有的數(shù)控功能基本上都依靠該程序來實(shí)現(xiàn)。硬件是軟件活動(dòng)的物理基礎(chǔ)。而軟件則是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，整個(gè)CNC裝置的活動(dòng)均依靠系統(tǒng)軟件來指揮。

　　2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

　　從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來看，數(shù)控系統(tǒng)正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發(fā)展，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

　　2.1 性能發(fā)展方面

　　2.1.1 高精高速高效化速度

　　效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)關(guān)鍵的性能指標(biāo)，是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。若采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)、高分辨率檢測(cè)元件、交流數(shù)字伺服系統(tǒng)、配套電主軸、直線電機(jī)等技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在今后的幾年，超精密數(shù)控機(jī)床正在向精密化、高速化、智能化和納米化發(fā)展，匯合而成的新一代數(shù)控機(jī)床。

　　2.1.2 柔性化

　　數(shù)控系統(tǒng)采用新一代模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面更寬，可靠性更強(qiáng)，可滿足不同用戶的需求。同一群控系統(tǒng)能根據(jù)不同生產(chǎn)流程，自動(dòng)進(jìn)行信息流動(dòng)態(tài)調(diào)整，發(fā)揮群控系統(tǒng)的功能。

　　2.1.3 多軸化

　　多軸聯(lián)動(dòng)加工，零件在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上一次裝夾后，可進(jìn)行自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)等操作，完成多工序、多表面的復(fù)合加工，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。

　　2.1.4 軟硬件開放化

　　用戶可根據(jù)自己的需要，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，用戶的使用范圍不再受生產(chǎn)商的制約。

　　2.1.5 實(shí)時(shí)智能化

　　在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等方面發(fā)展。如編程專家系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出了故障時(shí)，診斷、維修等實(shí)現(xiàn)智能化。

　　2.2 功能發(fā)展方面

　　2.2.1 用戶界面圖形化

　　用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)話接口，圖形用戶界面要適合各種用戶包括非專業(yè)用戶的使用，通過窗口和萊單進(jìn)行操作，可實(shí)現(xiàn)圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤、仿真和快速編程等功能。

　　2.2.2 科學(xué)計(jì)算可視化

　　信息交流已不再局限于用文字和語言表達(dá)，可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息。可視化技術(shù)可用于CAD/CAM、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償、顯示及加工過程的可視化仿真等。如最近廈門創(chuàng)壹軟件有限公司開發(fā)的數(shù)控機(jī)床虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)，用可視化3D技術(shù)展示了對(duì)數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修等功能。

　　2.2.3 插補(bǔ)和補(bǔ)償多樣化

　　插補(bǔ)方式有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、多項(xiàng)式插補(bǔ)等。補(bǔ)償功能有垂直度補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償、圓弧插補(bǔ)時(shí)過象限的誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)取?/P>

　　2.2.4 高性能的內(nèi)置PLC

　　數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能的PLC，可直接用梯形圖或高級(jí)語言編程，可在線調(diào)試和在線編輯修改，建立自己的應(yīng)用程序。

　　2.2.5 多媒體技術(shù)應(yīng)用

　　計(jì)算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控系統(tǒng)，應(yīng)用多媒體技術(shù)對(duì)各種信息可進(jìn)行綜合化，智能化處理。

　　2.3 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方面

　　2.3.1 集成化

　　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路，及專用集成電路芯片，提高數(shù)控系統(tǒng)的集成電路密度和軟硬件運(yùn)行速度及系統(tǒng)的可靠性。

　　2.3.2 模塊化

　　實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化，將CPU、存儲(chǔ)器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。

　　2.4 智能化、開放式新一代數(shù)控系統(tǒng)

　　2.4.1 智能化

　　自動(dòng)編程、加工過程智能監(jiān)控、在線檢測(cè)等。今后的數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程，即稱為智能閉環(huán)控制體系，這種技術(shù)是利用傳感器獲得適時(shí)的信息，以增強(qiáng)制造者取得最佳產(chǎn)品的能力;智能數(shù)控系統(tǒng)通過對(duì)影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測(cè)、建模、提取特征、自動(dòng)感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)進(jìn)給速度、切削深度、坐標(biāo)移動(dòng)、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過程處于最佳狀態(tài)。

　　2.4.2 開放式

　　開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的柔性、適應(yīng)性、通用性、擴(kuò)展性，并向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)主要有三種形式：1)全升、下降十個(gè)動(dòng)作組成。系統(tǒng)漫游是通過操縱鍵盤實(shí)現(xiàn)用戶在三維場(chǎng)景中的任意漫游，通過鍵盤用戶可以靈活、準(zhǔn)確地對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行全方位的觀察。鍵盤漫游的過程就是通過鍵盤連續(xù)不斷地改變視點(diǎn)位置或視線方向并渲染場(chǎng)景的過程。利用OpenGL輔助函數(shù)庫中g(shù)luLookAt()函數(shù)，通過鍵盤改變相應(yīng)的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的漫游效果，場(chǎng)景漫游圖如圖1所示。

　　圖1. 加工線場(chǎng)景漫游圖

　　3 結(jié)束語

　　虛擬場(chǎng)景構(gòu)造是虛擬加工系統(tǒng)的基礎(chǔ)，基于OpenGL和Visual C++的虛擬加工系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)與研究為創(chuàng)建更加完善逼真的虛擬加工系統(tǒng)打下了一定的基礎(chǔ)。本人只是對(duì)虛擬加工系統(tǒng)框架上做了初步的研究。由于系統(tǒng)中的機(jī)床模型外觀與實(shí)際機(jī)床外觀還有一定的出入;虛擬設(shè)備還沒有和實(shí)際機(jī)床進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊;搬運(yùn)小車導(dǎo)軌等虛擬加工線中的一些必要設(shè)備等，同時(shí)只是對(duì)加工線的動(dòng)態(tài)幾何仿真做了比較深入的研究，對(duì)設(shè)備的加工過程中的物理仿真研究較少。因此該系統(tǒng)還有不足之處，要建立功能完善的虛擬加工系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的研究。