1 數控系統(tǒng)的組成

　　是由系統(tǒng)程序、輸入輸出設備、通信設備、數控裝置、可編程控制器、伺服驅動裝置和測量裝置等組成。數控裝置是數控系統(tǒng)的核心，數控裝置有兩種類型：一是完全由硬件邏輯電路的專用硬件組成的數控裝置即NC裝置;二是由計算機硬件和軟件組成的計算機數控裝置即CNC裝置。由于計算機技術的不斷發(fā)展，尤其是微處理器和微型計算機應用于數控裝置后，現在NC裝置已逐步被CNC裝置所取代。

　　數控系統(tǒng)的硬件除了一般計算機具有的CPU、EPROM、RAM接口外，還具有數控位置控制器、手動數據輸入(MDA)接口、視頻顯示(CRT或LCD)接口和PLC接口等。所以CNC裝置是一種專用計算機。目前CNC系統(tǒng)大都采用體積小，成本低，功能強的微處理機。系統(tǒng)主要由微機及其相應的I/O設備、外部設備、機床控制及其I/O通道組成。

　　數控系統(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、零件程序顯示、機床狀態(tài)及報警，故障診斷等。控制軟件由譯碼、插補運算、刀具補償、速度控制、位置控制等軟件組成。

　　系統(tǒng)程序存于計算機內存儲器。所有的數控功能基本上都依靠該程序來實現。硬件是軟件活動的物理基礎。而軟件則是整個系統(tǒng)的靈魂，整個CNC裝置的活動均依靠系統(tǒng)軟件來指揮。

　　2 數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

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

　　2.1 性能發(fā)展方面

　　2.1.1 高精高速高效化速度

　　效率、質量是先進制造技術關鍵的性能指標，是先進制造技術的主體。若采用高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)、高分辨率檢測元件、交流數字伺服系統(tǒng)、配套電主軸、直線電機等技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。在今后的幾年，超精密數控機床正在向精密化、高速化、智能化和納米化發(fā)展，匯合而成的新一代數控機床。

　　2.1.2 柔性化

　　數控系統(tǒng)采用新一代模塊化設計，功能覆蓋面更寬，可靠性更強，可滿足不同用戶的需求。同一群控系統(tǒng)能根據不同生產流程，自動進行信息流動態(tài)調整，發(fā)揮群控系統(tǒng)的功能。

　　2.1.3 多軸化

　　多軸聯(lián)動加工，零件在一臺數控機床上一次裝夾后，可進行自動換刀、旋轉主軸頭、旋轉工作臺等操作，完成多工序、多表面的復合加工，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

　　用戶可根據自己的需要，對數控系統(tǒng)軟件進行二次開發(fā)，用戶的使用范圍不再受生產商的制約。

　　2.1.5 實時智能化

　　在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、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)，當系統(tǒng)出了故障時，診斷、維修等實現智能化。

　　2.2 功能發(fā)展方面

　　2.2.1 用戶界面圖形化

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

　　2.2.2 科學計算可視化

　　信息交流已不再局限于用文字和語言表達，可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術可用于CAD/CAM、參數自動設定、刀具補償、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)的數控機床虛擬實現技術，用可視化3D技術展示了對數控機床的故障診斷與維修等功能。

　　2.2.3 插補和補償多樣化

　　插補方式有直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、多項式插補等。補償功能有垂直度補償、間隙補償、圓弧插補時過象限的誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、刀具半徑補償、溫度補償等。

　　2.2.4 高性能的內置PLC

　　數控系統(tǒng)內裝高性能的PLC，可直接用梯形圖或高級語言編程，可在線調試和在線編輯修改，建立自己的應用程序。

　　2.2.5 多媒體技術應用

　　計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控系統(tǒng)，應用多媒體技術對各種信息可進行綜合化，智能化處理。

　　2.3 體系結構的發(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，提高數控系統(tǒng)的集成電路密度和軟硬件運行速度及系統(tǒng)的可靠性。

　　2.3.2 模塊化

　　實現數控系統(tǒng)的集成化和標準化，將CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，構成不同檔次的數控系統(tǒng)。

　　2.4 智能化、開放式新一代數控系統(tǒng)

　　2.4.1 智能化

　　自動編程、加工過程智能監(jiān)控、在線檢測等。今后的數控系統(tǒng)將計算機智能技術，網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程，即稱為智能閉環(huán)控制體系，這種技術是利用傳感器獲得適時的信息，以增強制造者取得最佳產品的能力;智能數控系統(tǒng)通過對影響加工精度和效率的物理量進行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實現最佳目標的智能決策，對進給速度、切削深度、坐標移動、主軸轉速等工藝參數進行實時控制，使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。

　　2.4.2 開放式

　　開放式體系結構使數控系統(tǒng)有更好的柔性、適應性、通用性、擴展性，并向網絡化、智能化方向發(fā)展。目前開放式數控系統(tǒng)主要有三種形式：1)全升、下降十個動作組成。系統(tǒng)漫游是通過操縱鍵盤實現用戶在三維場景中的任意漫游，通過鍵盤用戶可以靈活、準確地對場景進行全方位的觀察。鍵盤漫游的過程就是通過鍵盤連續(xù)不斷地改變視點位置或視線方向并渲染場景的過程。利用OpenGL輔助函數庫中gluLookAt()函數，通過鍵盤改變相應的參數來實現場景的漫游效果，場景漫游圖如圖1所示。

　　圖1. 加工線場景漫游圖

　　3 結束語

　　虛擬場景構造是虛擬加工系統(tǒng)的基礎，基于OpenGL和Visual C++的虛擬加工系統(tǒng)框架的設計與研究為創(chuàng)建更加完善逼真的虛擬加工系統(tǒng)打下了一定的基礎。本人只是對虛擬加工系統(tǒng)框架上做了初步的研究。由于系統(tǒng)中的機床模型外觀與實際機床外觀還有一定的出入;虛擬設備還沒有和實際機床進行網絡通訊;搬運小車導軌等虛擬加工線中的一些必要設備等，同時只是對加工線的動態(tài)幾何仿真做了比較深入的研究，對設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)還需要進一步的研究。