數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)的自動(dòng)化產(chǎn)品主要是為數(shù)控機(jī)床配套,。數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透而形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品：數(shù)控系統(tǒng)裝備的機(jī)床大大提高了零件加工的精度、速度和效率,。這種數(shù)控的工作母機(jī)是國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一,。

數(shù)值控制（簡(jiǎn)稱“數(shù)控”或“NC”）的概念是把被加工的機(jī)械零件的要求，如形狀,、尺寸等信息轉(zhuǎn)換成數(shù)值數(shù)據(jù)指令信號(hào)傳送到電子控制裝置,，由該裝置控制驅(qū)動(dòng) 機(jī)床刀具的運(yùn)動(dòng)而加工出零件。而在傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)械加工中,，這些過(guò)程都需要經(jīng)過(guò)人工操縱機(jī)械而實(shí)現(xiàn),，很難滿足復(fù)雜零件對(duì)加工的要求，特別對(duì)于多品種,、小批量 的零件,，加工效率低、精度差,。

1952年,，美國(guó)麻省理工學(xué)院與帕森斯公司進(jìn)行合作，發(fā)明了世界上臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床,?？刂蒲b置由2000多個(gè)電子管組成，約一個(gè)普通實(shí)驗(yàn)室大小,。伺服機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)小伺服馬達(dá)改變液壓馬達(dá)斜盤角度以控制液動(dòng)機(jī)速度,。其插補(bǔ)裝置采用脈沖乘法器。這臺(tái)NC機(jī)床的研制成功標(biāo)志著NC技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)和機(jī)械制造的一個(gè)新的,、數(shù)值控制時(shí)代的開(kāi)始,。

軟件的應(yīng)用

在1970年的芝加哥展覽會(huì)上，*展出了由小型機(jī)組成的CNC數(shù)控系統(tǒng),。大約在同時(shí),，英特爾公司發(fā)明了微處理器。1974年,，美,、日等國(guó)相繼研制出以微處理器為核 心的CNC，有時(shí)也稱為MNC,。它運(yùn)用計(jì)算機(jī)存貯器里的程序完成數(shù)控要求的功能,。其全部或部分控制功能由軟件實(shí)現(xiàn)，包括譯碼,、刀具補(bǔ)償,、速度處理,、插補(bǔ)、 位置控制等,。采用半導(dǎo)體存貯器存貯零件加工程序,，可以代替打孔的零件紙帶程序進(jìn)行加工，這種程序便于顯示,、檢查,、修改和編輯，因而可以減少系統(tǒng)的硬件配 置,，提高系統(tǒng)的可靠性,。采用軟件控制大大增加了系統(tǒng)的柔性，降低了系統(tǒng)的制造成本,。

數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的引入

隨著NC成為機(jī)械自動(dòng)化加工的重要設(shè)備,，在管理和操作之間，都需要有統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ),、技術(shù)要求,、符號(hào)和圖形，即有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),，以便進(jìn)行世界性的技術(shù)交流和貿(mào) 易,。NC技術(shù)的發(fā)展，形成了多個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)：即ISO標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn),、IEC電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和EIA美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)等,。***早制訂的標(biāo)準(zhǔn) 有NC機(jī)床的坐標(biāo)軸和運(yùn)動(dòng)方向、NC機(jī)床的編碼字符,、NC機(jī)床的程序段格式,、準(zhǔn)備功能和輔助功能、數(shù)控紙帶的尺寸,、數(shù)控的名詞術(shù)語(yǔ)等,。這些標(biāo)準(zhǔn)的建立，對(duì) NC技術(shù)的發(fā)展起到了規(guī)范和推動(dòng)作用,。ISO基于用戶的需要和對(duì)下一個(gè)5年間信息技術(shù)的預(yù)測(cè),，又在醞釀推出新標(biāo)準(zhǔn)“CNC控制器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”。它把 AMT（*制造技術(shù)）的內(nèi)容集中在兩個(gè)主要的級(jí)別和它們之間的連接上：級(jí)CAM,，為車間和它的生產(chǎn)機(jī)械：第二級(jí)是上一級(jí),，為數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)，由 CAD,、CAP,、 CAE和NC編程系統(tǒng)及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)組成。

伺服技術(shù)的發(fā)展

伺服裝置是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分,。20世紀(jì)50年代初,，世界臺(tái)NC機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng),。由于液壓系統(tǒng)單位面積產(chǎn)生的力大于電氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的 力（約為20:1）,，慣性小,、反應(yīng)快，因此當(dāng)時(shí)很多NC系統(tǒng)的進(jìn)給伺服為液壓系統(tǒng),。70年代初期,，由于石油危機(jī)，加上液壓對(duì)環(huán)境的污染以及系統(tǒng)笨重,、效率低等原因,，美國(guó)GETTYS公司開(kāi)發(fā)出直流大慣量伺 服電動(dòng)機(jī)，靜力矩和起動(dòng)力矩大,，性能良好,，F(xiàn)ANUC公司很快于1974年引進(jìn)并在NC機(jī)床上得到了應(yīng)用。從此,，開(kāi)環(huán)的系統(tǒng)逐漸被閉環(huán)的系統(tǒng)取代,，液壓伺 服系統(tǒng)逐漸被電氣伺服系統(tǒng)取代。

電伺服技術(shù)的初期階段為模擬控制,，這種控制方法噪聲大,、漂移大。隨著微處理器的采用,，引入了數(shù)字控制,。它有以下優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)溫漂，穩(wěn)定性好,。②基于數(shù)值計(jì) 算,，精度高。③通過(guò)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)定,，調(diào)整減少,。④容易做成ASIC電路。對(duì)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng),，伺服技術(shù)取得的突破可以歸結(jié)為：交流驅(qū)動(dòng)取代直流驅(qū)動(dòng),、數(shù)字 控制取代模擬控制、或者稱為軟件控制取代硬件控制,。20世紀(jì)90年代,，許多公司又研制了直線電動(dòng)機(jī)，由全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng),，剛性高,，頻響好，因而可獲得高速 度,。

自動(dòng)編程的采用

編程的方法有手工編程和自動(dòng)編程兩種,。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,，采用手工編程，一個(gè)零件的編程時(shí)間與機(jī)床加工之比,，平均約為30:1,。為了提高效率，必須采用計(jì)算機(jī)或 程編機(jī)代替手工編程,。自動(dòng)編程需要有自動(dòng)化編程語(yǔ)言,，其中麻省理工學(xué)院研制的APT語(yǔ)言是***典型的一種數(shù)控語(yǔ)言，它大大地提高了編程效率,。從70年代開(kāi)始 出現(xiàn)的圖象數(shù)控編程技術(shù)有效地解決了幾何造型,、零件幾何形狀的顯示、交互設(shè)計(jì),、修改及刀具軌跡生成,、走刀過(guò)程的仿真顯示、驗(yàn)證等,，從而推動(dòng)了CAD和 CAM向一體化方向發(fā)展,。

DNC概念的引入及發(fā)展

DNC概念從“直接數(shù)控”到“分布式數(shù)控”的變化，其內(nèi)涵也發(fā)生了變化,。“分布式數(shù)控”表明可用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床,。這樣，機(jī)械加工從單機(jī)自動(dòng)化的模式 擴(kuò)展到柔性生產(chǎn)線及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),。從通信功能而言,，可以在CNC系統(tǒng)中增加DNC接口，形成制造通信網(wǎng)絡(luò),。網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是資源共享,，通過(guò)DNC功 能形成網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)：①對(duì)零件程序的上傳或下傳。②讀,、寫CNC的數(shù)據(jù),。③PLC數(shù)據(jù)的傳送。④存貯器操作控制,。⑤系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等,。

可編程控制器的采用

在20世紀(jì)70年代以前，NC控制器與機(jī)床強(qiáng)電順序控制主要靠繼電器進(jìn)行,。60年代出現(xiàn)了半導(dǎo)體邏輯元件,，1969年美國(guó)DEC公司研制出世界上臺(tái)可編程序 控制器PLC。PLC很快就顯示出*性：設(shè)計(jì)的圖形與繼電器電路相似,，形象直觀,，可以方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯,、診斷,、存貯和傳送：PLC沒(méi)有繼電器 電路那種接觸不良,，觸點(diǎn)熔焊、磨損,、線圈燒斷等缺點(diǎn),。因此很快在NC機(jī)床上得到應(yīng)用。在NC機(jī)床上指令執(zhí)行時(shí)間可達(dá)到0.085?s/步,，步數(shù) 為32000步,。而且，使用PLC還可以大大減少系統(tǒng)的占用空間,，提高系統(tǒng)的快速性和可靠性。

傳感器技術(shù)的發(fā)展

一臺(tái)NC系統(tǒng)與機(jī)械連結(jié)在一起時(shí),，它能控制的幾何精度除受機(jī)械因素的影響外,，閉環(huán)系統(tǒng)還主要取決于所采用的傳感器，特別是位置和速度傳感器,，如可測(cè)量直線 位移和旋轉(zhuǎn)角度的直線感應(yīng)同步器和圓感應(yīng)同步器,、直線和圓光柵、磁尺,、利用磁阻的傳感器等,。這些傳感器由光學(xué)、精密機(jī)械,、電子部件組成,，一般分辨率為0.01～0.001mm，測(cè)量精度為±0.02～0.002mm/m,，機(jī)床工作臺(tái)速度為20m/min以下,。隨著機(jī)床精度的不斷提高，對(duì)傳感器的分辨率 和精度也提出了更高的要求,。于是出現(xiàn)了具有“細(xì)分”電路的高分辨率傳感器,，比如FANUC公司研制的編碼器通過(guò)細(xì)分可做到分辨率為10-7r。利用它構(gòu)成 的高精度數(shù)控系統(tǒng)為超精控制及加工創(chuàng)造了條件,。