数控雕铣机是数控机床的一种。顾名思义，数控雕铣机不仅用于雕、也用于铣。雕刻机最大的特点是雕，如果工件加工硬度较大时，雕刻机就难以加工。而与雕刻机相比，数控雕铣机弥补了这一短板，它的主轴和进给伺服电机的功率更大，并且床身承受力也更大，在雕刻机的基础上多了铣的功能，可以更好的完成加工任务，例如它能够直接加工硬度在HRC60以上的材料，一次成型^[1]。但在其加工过程中需要注意的是要保持主轴的高速，最重要的是数控雕铣机的精度要求很高。雕铣机数控系统是数控雕铣机的控制核心^[2]，它对整个雕铣机的性价比和市场竞争力起到了关键性的作用，它的性能的好坏直接决定了数控雕铣机的加工精度和加工效率^[3]。不足的是目前国内使用的高档雕铣机数控系统大多都是从国外进口价格十分的昂贵；国内的一些雕铣机数控系统的功能相对单一、加工效率低、精度难以达到加工要求，缺少国产数控雕铣机的市场竞争力^[4]。

为了解决国内雕铣机数控系统的现状，开发出一套具有良好性价比的雕铣机数控系统是十分有意义的。对于数控雕铣系统的研究，国内已经有很多人做了相应的分析及研究。陈鹏以广州数控设备有限公司生产的GSK208D系列数控系统为例,介绍了如何在数控雕铣系统中通过增加同步控制及自动对刀功能来提高加工效率及加工精度的方法^[5]。台达公司，某雕铣机设备制造企业,为提升市场竞争力,计划开发一种新型的雕铣机,用于较小铣削量、小型模具的精加工^[6]。张运辉也针对市场上高速CNC雕铣机数控系统的需求,分析了高速CNC雕铣机数控系统进行设计的原则和方向。它的研究结果表明,将PC机应用于雕铣机数控系统将更利于满足用户对系统设备的性能需求^[7]。郑文岗，张志义等人提出并利用广州数控GSK990MA加工中心对雕铣机床进行控制改造。利用脉冲序列给主轴变频器发送0~10V模拟量信号,可更准确地控制主轴位置且能在面板实时监控;能实现某单轴的软、硬限位,既可以实现使用一个限位行开,也可以使用两个限位行开，最小位移控制单位可以通过参数的改变使精确度达到0.0001mm^[8]。黎浩炜，张礼兵等人为了减小系统模型建模误差,提高伺服系统的控制性能,提出一种在线实时的递推式最小二乘参数辨识方法。推导和构建了递推式最小二乘参数辨识数学模型,然后对三轴数控雕铣机床伺服系统模型参数进行在线辨识实验^[9]。袁红兵，谭鑫等人研究智能化要求对传统的加工设备进行数控化改造升级，开发了一个基于PC和运动控制卡的数控雕铣教学实验系统,具有运动控制卡参数设定^[10]。可见我国近几年对数控雕铣系统的研究也有了很多新的进展，但是他们的研究很少有人将雕铣机的硬件系统与软件开发结合进行分析，这也是我们需要系统研究的地方。

当然，在国外也有很多优秀人才对雕铣系统有了进步的认识并且取得了一些新的成就。Anton等人研究了机器人雕铣任务集成实验，描述机器人雕铣空间轨迹具体实施过程，推动数控雕铣领域的发展^[11]。Li Li等人研究了基于神经网络的雕铣零件切削参数，他们确定最佳切削参数是降低加工成本、提高表面质量的成形零件工艺规划中最重要的任务之一。提出了一种基于神经网络的多目标优化方法，用于对雕刻零件加工中的切削参数进行优化。提出了以主轴转速、进给速度、切削深度和路径间距为工艺参数，以加工时间、能耗和表面粗糙度为目标的优化数学模型。然后建立了预测切削参数的反向传播神经网络(BPNN)模型，并设计了实验对所建立的BPNN模型进行了验证和训练。最后给出了一个应用实例，通过与传统方法的比较，验证了该方法的有效性^[12]。Choudhary, Rohit等人将数控印制板和木材加工机床结合了数控雕铣机的规划和使用，使PCB(印刷电路板)和木材蚀刻机在一个单独的设置中。在目前的市场上制造PCB是非常昂贵的。他们沿着这些思路，将数控PCB机变为一种更有效的仪器，降低了机床的成本，但其性质却没有得到根本完善^[13]。

倍福致力于为实现基于PC 控制技术的开放式自动化系统，所生产的工业PC、现场总线模块、驱动产品和TwinCAT自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。其产品线既可作为独立的组件来使用，也可将它们集成到一个完整的控制系统中^[14]。并可以将不同的现场总线协议整合到一个控制器中,可以根据要求选择不同的总线系统,各种总线系统都采用统一的编程语言。倍福的产品组态灵活,功能强大,精确配置I/O点数,充分考虑用户整体方案综合成本,节省大量布线和空间,为用户提供完善满意的售前售后服务和技术支持^[15]!同时倍福推出的TwinCAT NC ，这是一款基于 PC 的运动控制软件，不但实现了NC与PLC的无缝集成，而且支持几乎所有的伺服驱动器接口：脉冲、模拟量、现场总线和以太网，帮助用户可以在伺服驱动器和电机的选择上拥有更多的自由^[16]。并且即使在脱离伺服驱动器和电机的条件下，开发人员也可以在任意计算机上模拟调试自己的PLC和NC程序^[17]。

综上所述，不论是国外还是国内机构，在数控雕铣系统集成与软件开发结合分析的案例较少，并且相应的控制系统及雕铣说明不够全面，智能化程度不高，PC端操作也不够便捷。所以现在雕铣机面临的问题是急需开发一套硬件及软件相适应的控制系统。这就是本课题需要解决的问题----将数控雕铣机的硬件系统与软件部分进行匹配性设计。

本毕业论文的内容就是对数控雕铣机内部硬件进行选型，并且实现控制传输功能，最后开发数控系统软件，完成集成调试，最终完成设计。