機牀數字控制系統的發展論文

摘 要：

數控機牀的核心就是CNC系統（簡稱數控系統），從自動控制的角度看，數控系統就是一種軌跡控制系統，即其本質上是以多執行部件（各運動軸）的位移量為控制對象並使其協調運動的自動控制系統，是一種配有專用操作系統的計算機控制系統。

關鍵詞：

數字控制系統 發展 CNC

1、數控系統的發展史

自從20世紀50代世界上第一台數控機牀問世至今已經歷50餘年。數控機牀經過了2個階段和6代的發展歷程。

第2階段是軟件數控（CNC）：第4代1970年的小型計算機，中小規模集成電路;第5代1974年的微處理器，大規模集成電路。

常見的電子管是真空式電子管：不管是二極，三極還是更多電極的真空式電子管，它們都具有一個共同結構就是由抽成接近真空的玻璃（或金屬，陶瓷）外殼及封裝在殼裏的燈絲，陰極和陽極組成。直熱式電子管的燈絲就是陰極，三極以上的多極管還有各種柵極。以電子管收音機為例，這種收音機普遍使用五六個電子管，輸出功率只有1瓦左右，而耗電卻要四五十瓦，功能也很有限。打開電源開關，要等1分多鐘才會慢慢地響起來。如果用於數控機牀可想而知其耗電量、控制速度。

晶體管是用來控制電路中的電流的重要元件。1956年，晶體管是由貝爾實驗室發明的，榮獲諾貝爾物理學獎，創造了企業研發機構有史以來因技術發明而獲諾貝爾獎的先例，晶體管的發明對今後的技術革命和創新具有重要的啟示意義。晶體管的發明，終於使由玻璃封裝的、易碎的真空管有了替代物。同真空管相同的是，晶體管能放大微弱的電子信號;不同的是，它廉價、耐久、耗能小，並且幾乎能夠被製成無限小。

晶體管是現代科技史上最重要的發明之一，究其原因有三個方面。第一，它取代了電子管，成為電子技術的最基本元件，原因是性能好、體積小、可靠性大和壽命長。第二，它是微電子技術革命的發動者，而信息時代至今的發展就是由微電子技術、光子技術和網絡技術三次技術革命組成的，所以它的出現成為報曉信息時代的使者。第三，晶體管是集成電路和芯片的組成單元， 也是光電器件和集成光路的基本組成單元，更是網絡技術的基礎，只不過光電子晶體管是微電子晶體管的演變或發展罷了。由於這三方面的原因，晶體管的發明在信息科技的迅速發展中起了決定性的重要作用，它的.意義遠遠超出了一種元器件的發明範圍，而成為揭開現代技術新領域和變革幾乎各種技術基礎的關鍵。所以晶體管發明過程中的突出特點，對於其他科技的產生和發展有重要的參考和啟示意義。

小規模集成電路：晶體管誕生後，首先在電話設備和助聽器中使用。逐漸地，它在任何有插座或電池的東西中都能發揮作用了。將微型晶體管蝕刻在硅片上製成的集成電路，在20世紀50年代發展起來後，以芯片為主的電腦很快就進入了人們的辦公室和家庭。

2、計算機數控（CNC）階段（1970年~現在）

到1970年，通用小型計算機業已出現併成批生產。於是將它移植過來作為數控系統的核心部件，從此進入了計算機數控（CNC）階段（把計算機前面應有的"通用"兩個字省略了）。

到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件——運算器和控制器，採用大規模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。

到1974年微處理器被應用於數控系統。這是因為小型計算機功能太強，控制一台機牀能力有富裕（故當時曾用於控制多台機牀，稱之為羣控），不如採用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由於微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。

到了1990年，PC機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發展到很高的階段，可以滿足作為數控系統核心部件的要求。數控系統從此進入了基於PC的階段。最常用的形式：CNC嵌入PC型，在PC內部插入專用的CNC控制卡。

CNC與NC相比有許多優點，最重要的是：CNC的許多功能是由軟件實現的，可以通過軟件的變化來滿足被控機械設備的不同要求，從而實現數控功能的更改或擴展，為機牀製造廠和數控用户帶來了極大的方便。

3、結語

總之，計算機數控階段也經歷了三代。即1970年的第四代——小型計算機;1974年的第五代——微處理器和1990年的第六代——基於PC（國外稱為 PC—BASED）。基於PC的運動控制器，目前最流行的是PMAC。（PMAC（Program Multiple Axises Controller）是美國delta tau 公司生產製造的多軸運動控制卡）。