1 數控系統的組成

　　是由系統程序、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系統大都采用體積小，成本低，功能強的微處理機。系統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、系統參數、零件程序顯示、機床狀態及報警，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的靈魂，整個CNC裝置的活動均依靠系統軟件來指揮。

　　2 數控系統的發展趨勢

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

　　2.1 性能發展方面

　　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、高分辨率檢測元件、交流數字伺服系統、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、智能化和納米化發展，匯合而成的新一代數控機床。

　　2.1.2 柔性化

　　數控系統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。同一群控系統能根據不同生產流程，自動進行信息流動態調整，發揮群控系統的功能。

　　2.1.3 多軸化

　　多軸聯動加工，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，對數控系統軟件進行二次開發，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、前饋控制等方面發展。如編程專家系統故障診斷專家系統，當系統出了故障時，診斷、維修等實現智能化。

　　2.2 功能發展方面

　　2.2.1 用戶界面圖形化

　　用戶界面是數控系統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。如最近廈門創壹軟件有限公司開發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，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 體系結構的發展方面

　　2.3.1 集成化

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

　　2.3.2 模塊化

　　實現數控系統的集成化和標準化，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。

　　2.4 智能化、開放式新一代數控系統

　　2.4.1 智能化

　　自動編程、加工過程智能監控、在線檢測等。今后的數控系統將計算機智能技術，網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態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、自動感知加工系統的內部狀態及外部環境，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。

　　2.4.2 開放式

　　開放式體系結構使數控系統有更好的柔性、適應性、通用性、擴展性，并向網絡化、智能化方向發展。目前開放式數控系統主要有三種形式：1)全升、下降十個動作組成。系統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的基礎，基于OpenGL和Visual C++的虛擬加工系統框架的設計與研究為創建更加完善逼真的虛擬加工系統打下了一定的基礎。本人只是對虛擬加工系統框架上做了初步的研究。由于系統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。因此該系統還有不足之處，要建立功能完善的虛擬加工系統還需要進一步的研究。