一概述PPT課件

1 第一章概述 制造業(yè)先進制造技術(shù)數(shù)字化制造技術(shù) 數(shù)字化 制造技術(shù) 上層 信息和下層技術(shù) 其主體 數(shù)控 計算機數(shù)控技術(shù) 數(shù)控 NC 數(shù)控技術(shù) 指用數(shù)字化信息 數(shù)字量及字符 發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術(shù) 計算機數(shù)控 CNC 用計算機實現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能 數(shù)字控制系統(tǒng)計算機數(shù)控系統(tǒng) 被控對象 各種生產(chǎn)過程或設(shè)備 數(shù)控機床 計算機數(shù)控機床 數(shù)控機床 集機械制造 計算機 微電子 現(xiàn)代控制及精密測量等多種技術(shù)于一體典型的機電一體化產(chǎn)品 2 第一節(jié)數(shù)控機床 一 CNC系統(tǒng) 1 組成 核心 CNC裝置由三部分組成 1 計算機硬件 I O接口電路 位置控制電路 軟件 管理和控制軟件 譯碼 刀具補償 速度處理 插補計算 位置控制等 2 PLC接收加工程序的開關(guān)功能信號 機床面板及機床側(cè)的開關(guān)量信號邏輯處理完成輸出控制功能 實現(xiàn)各功能及操作方式的聯(lián)瑣 3 即 機床電氣設(shè)備 主軸 刀具 工件 液壓 氣動 冷卻 潤滑系統(tǒng) 倍率開關(guān) 并實現(xiàn)各種狀態(tài)指示 故障報警以及通信 附加軸控制 3 接口上位機的通信 I O設(shè)備 機床之間信號往來的I O 主軸驅(qū)動裝置控制主軸的旋轉(zhuǎn)運動 實現(xiàn)在寬范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào) 并在每種速度下都能提供切削所需的功率 I O設(shè)備 零件加工程序 簡單的 一般的 高級的 進給驅(qū)動裝置控制機床各坐標軸的切削進給運動 提供切削過程中所需的轉(zhuǎn)矩 并可任意調(diào)節(jié)運動速度 位置控制系統(tǒng) 驅(qū)動裝置 驅(qū)動部件和速度控制單元主 直流 交流主軸電機 進給 功率步進電機 電液脈沖電機 交 直流伺服電機 4 2 CNC系統(tǒng)的基本功能 位置控制系統(tǒng)輸入 插補 伺服控制 1 輸入 2 插補 脈沖增量法每次插補運算結(jié)束產(chǎn)生一個進給脈沖步進電機驅(qū)動的開環(huán) 數(shù)字增量法將采樣結(jié)果與插補生成的指令數(shù)據(jù)進行比較 求得誤差信號 進而得出軸進給速度指令直流 交流伺服電機驅(qū)動的位置采樣控制系統(tǒng) 3 伺服控制 位置進給脈沖 進給速度指令變換和放大伺服電機的轉(zhuǎn)動 3 CNC系統(tǒng)的基本工作過程 CNC系統(tǒng)的主要任務 對刀具和工件的相對位置進行控制 完成各種曲線輪廓的加工 5 二 主機 機床 高自動化 高效率 大功率 高精度 高速度 高可靠性 FMC FMS 機械結(jié)構(gòu)應具有的特點 1 高剛度和高抗振性 靜剛度和固有頻率 1 彎曲和轉(zhuǎn)矩負載巧妙的設(shè)計和布局的合理安排 2 合理布置筋板較小的質(zhì)量下 3 加配重和液壓平衡系統(tǒng)來平衡負載減少有關(guān)零部件的靜力變形 4 增大動剛度改善阻尼特性 填阻尼材料阻尼涂層間斷焊縫 5 鋼板焊接結(jié)構(gòu) 聚合物混凝土 大理石 制作機床大件 2 小的機床熱變形 熱對稱結(jié)構(gòu)及熱平衡措施散熱 風冷 液冷強冷熱位移補償 6 3 高效率 無間隙 低摩擦傳動 進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置和元件 高靈敏度 低摩擦阻力 無間隙及高壽命導軌 塑料滑動 滾動 靜壓 進給系統(tǒng) 滾珠絲桿副 靜壓蝸桿 蝸母條及預加載雙齒輪 齒條結(jié)構(gòu) 4 簡化的機械傳動結(jié)構(gòu) 交 直流主軸電機伺服電機 二 優(yōu)點 1 異型復雜零件2 一機多用 3 減少專用工裝卡具 提高刀具壽命4 加工質(zhì)量 一致性 5 加工周期短6 在制品數(shù)量少 7 適應性 靈活性8 可實現(xiàn)精確的成本計算和生產(chǎn)進度安排 9 減輕勞動強度 工人數(shù)量10 軟件誤差補償 優(yōu)化控制 11 實現(xiàn)柔性自動加工的重要設(shè)備 是發(fā)展柔性生產(chǎn)和計算機輔助制造的基礎(chǔ) 7 第二節(jié)數(shù)控機床的分類 一 能控制刀具與工件間相對運動的軌跡 1 點位控制 PointtoPointControl 或位置控制 PositioningControl 2 輪廓控制 ContouringControl 二 伺服系統(tǒng)的控制方式 1 開環(huán)控制 OpenloopControl 2 閉環(huán)控制 ClosedloopControl 3 半閉環(huán)控制 Semi ClosedloopControl 8 4 開環(huán)補償性控制 OpenloopControlwithCompersation 5 半閉環(huán)補償型控制 Semi ClosedloopControlwithCompersation 三 加工方式 1 金屬切削車 鉆 銑 鏜 磨和加工中心 2 金屬成型折彎機 彎管機 回轉(zhuǎn)頭壓力機 3 特種加工線切割機 點火花加工機床及激光切割機 4 其他數(shù)控火焰切割機床 三坐標測量機 能較好地解決丟步或過沖 9 四 按照CNC裝置的功能水平分類 高 中 低 經(jīng)濟型 大體上可從 分辨率 進給速度 伺服系統(tǒng) 同時控制軸數(shù) 通信功能 顯示功能 有無PLC及主CPU 分辨率 0 1110 進給速度15 10015 24 15 伺服系統(tǒng)伺服電機驅(qū)動 閉 半閉環(huán)控制步進的開環(huán) 同時控制軸數(shù)3 52 3直線 通信功能MAP網(wǎng)卡 可進網(wǎng)RS 232 RS422或DNN通信接口無或RS 232C 顯示功能三維圖形CRT LCD字符 圖形字符顯示 有無PLC有無 主CPU16 32 64位8 16 10 第三節(jié)數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展 一 數(shù)控機床的出現(xiàn)與發(fā)展 機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)合理 性能 精度和效率日趨提高對機床提出了高性能 精度與自動化要求 對單件小批量產(chǎn)品 通用機床自動化程度不高 特別是有曲線 曲面輪廓組成的復雜零件靠模和仿形機床或借助劃線和樣板用手工操作精度和效率 對大批大量的產(chǎn)品 為解決高產(chǎn)優(yōu)質(zhì) 多用專用生產(chǎn)設(shè)備 工藝裝備 自動化機床 自動生產(chǎn)線 自動化車間 生產(chǎn)準備周期長 產(chǎn)品改型不易新產(chǎn)品的開發(fā)周期增長 為解決上述問題并保證質(zhì)量出現(xiàn)了數(shù)字控制機床 52年P(guān)ARSONS與MIT三坐標數(shù)控銑插補裝置 脈沖乘法器 真空管 59年晶體管印制版電路 65年小規(guī)模集成電路 硬接線 普通 數(shù)控系統(tǒng) NC系統(tǒng) 計算機數(shù)控 CNC 系統(tǒng)小型計算機代替專用硬接線 以控制軟件實現(xiàn)數(shù)控功能 二 我國數(shù)控機床的發(fā)展概況 5880年代86 9091 應用了電子計算機 自動控制 伺服驅(qū)動 精密檢測與新型機械結(jié)構(gòu) 11 起步于58年60年代末70年代初 研制出一些晶體管式的數(shù)控系統(tǒng) 品種 數(shù)量少 穩(wěn)定性 可靠性差 只在一些復雜 特殊零件的加工中使用 80年代初 從日 德 美等引進一些先進的CNC裝置及主軸 進給伺服系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù) 使CNC系統(tǒng)性能比較完善 穩(wěn)定性和可靠性都比較好 數(shù)控機床在質(zhì)量 性能及水平上有了一個飛躍 到85年 進入了實用階段 品種達80多種 86 90 通過實施國家重點科技公關(guān)項目 柔性制造技術(shù)及設(shè)備開發(fā)研究 重點科技開發(fā)項目 數(shù)控機床引進技術(shù)消化吸收 推動了數(shù)控機床的發(fā)展 91年以來 從日 德 美等購進CNC系統(tǒng) 在開發(fā) 設(shè)計 制造具有自主版權(quán)的中 高檔CNC系統(tǒng) 已覆蓋車 銑 鏜銑 鉆 磨 加工中心及齒輪機床 折彎機 火焰切割機 柔性制造單元等 品種達300多種 中 低檔CNC系統(tǒng)達小批量生產(chǎn)能力 12 三 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅猛發(fā)展和計算機集成制造系統(tǒng)的興起和不斷成熟 要求數(shù)控機床向更高速度 更高精度 更高可靠性及更完善的功能方向發(fā)展 1 高速 高精度32位和多微處理器交流數(shù)字伺服系統(tǒng) 伺服電機的位置 速度及電流環(huán)都實現(xiàn)了數(shù)字化 現(xiàn)代控制理論 實現(xiàn)了不受機械負荷變動影響的高速響應伺服驅(qū)動 補償功能 2 可靠性模塊化 通用化和標準化大 超大規(guī)模集成電路 專用芯片 混合式集成電路 3 長時間 連續(xù)的自動加工各種類型的監(jiān)控 檢測裝置 實現(xiàn)了工件的自動檢測和刀具的監(jiān)控 4 自動程序編制技術(shù)強的存儲 運算功能 把很多自動編程功能植入CNC系統(tǒng) 小型工藝數(shù)據(jù)庫 在線零件程序編制功能 自動選擇最佳刀具及切削用量 5 更高的通信功能MAP工業(yè)控制網(wǎng)絡或類似網(wǎng)絡 13 第四節(jié)FMC FMS及CIMS 一 FMC FlexibleManufacturingCell 加工中心有自動換刀的一次裝夾進行多工序加工 可使加工自動而連續(xù)地進行提高了生產(chǎn)率和加工精度 FMC是在加工中心的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 增加了托盤自動交換裝置或機器人 刀具和工件自動測量裝置 加工過程監(jiān)測裝置 FMC進行的所有操作都由單元計算機來控制 但工件 刀具由操作者裝卸 在具有足夠的被加工工件及相應的數(shù)控加工程序 具有足夠的加工所有工件所需刀具的條件下 單元能在無人看管的情況下將事先存放的工件加工完 柔性制造單元是一種在人的參與尖刀最低的情況下 能連續(xù)運轉(zhuǎn) 對同一工件族內(nèi)不同的工件進行自動化加工的最小單元 14 1 托盤存儲庫式 2 機器人直接搬運式加工中心 數(shù)控機床 機器人及工件傳輸系統(tǒng) 二 FMS FlexibleManufacturingSystem FMC可作為獨立使用的加工生產(chǎn)設(shè)備 也可作為柔性制造系統(tǒng)或柔性自動線的基本組成模塊 兩種構(gòu)成形式 以托板交換為特征組成環(huán)形回轉(zhuǎn)式托板庫 15 FMS公認的特征 1 多臺制造設(shè)備 2 連接設(shè)備的物料運輸系統(tǒng) 3 由計算機進行高度自動的多級控制與管理 FMS根據(jù)其特點分類 1 隨機FMS對不同類型零件可進行隨機順序加工 2 序列FMS系統(tǒng)在一個時期加工一批零件 可很快調(diào)整加工新的一批 1 定義 特征 分類 美國國家標準局 由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備 具有換刀裝置的加工中心 歐共體機床工業(yè)委員會 是一個自動化制造系統(tǒng) 能以最少人的干預 加工任一范圍的零件族工件 系統(tǒng)含有調(diào)度生產(chǎn)和產(chǎn)品通過系統(tǒng)路徑的功能 也具有產(chǎn)生報告和系統(tǒng)操作數(shù)據(jù)的手段 16 3 專用FMS專門用于有限的幾種零件的加工 4 工程FMS按用戶的技術(shù)要求進行設(shè)計和安裝 5 模塊化FMS采用不同廠商的標準設(shè)備 由FMC一步步向FMS發(fā)展 2 FMS的柔性 主要指對產(chǎn)品的柔性 即是一種可很容易地在一定范圍內(nèi)從一種零件的加工更換為另一種零件的加工具體體現(xiàn)在 1 隨機加工能力同時加工一個以上零件的能力 并當工件在品種 類型 要求或數(shù)量方面有變化時 都能很好地適應 2 容忍故障能力如出現(xiàn)局部故障 能重新選擇工件路徑并繼續(xù)加工 17 3 工作和生產(chǎn)能力的柔性系統(tǒng)可在無人照管的情況下運行 各項工作在時間上可靈活 4 生產(chǎn)綱領(lǐng)的柔性系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕?jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)的增加而容易地 模塊化地擴展 3 FMS的組成計算機控制系統(tǒng)和機械系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)FMS計算機系統(tǒng) 負責各個設(shè)備和工作站活動的協(xié)調(diào) 網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫 負責連接FMS計算機和各工作站 各設(shè)備的控制裝置 其應具有的基本功能 1 數(shù)據(jù)分配向FMS內(nèi)的各種設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù) 2 協(xié)調(diào)FMS內(nèi)設(shè)備的各種活動通過協(xié)調(diào) 使物料傳輸系統(tǒng)能及時滿足加工設(shè)備對被加工零件毛胚的需求 使各設(shè)備能達到盡可能高的利用率 18 3 提供友好的人機界面以便對系統(tǒng)進行操作 監(jiān)視 控制和輸入數(shù)據(jù) 4 故障處理系統(tǒng)發(fā)生故障后 使系統(tǒng)具有再啟動和繼續(xù)運行的條件 機械系統(tǒng)加工設(shè)備 傳輸系統(tǒng)和存儲裝置 4 FMS的效益 優(yōu)點 能按裝配作業(yè)配套要求及時安排所需零件的加工 實現(xiàn)及時生產(chǎn) 從而減少毛坯和在制品的庫存量及相應的流動資金占有量 縮短生產(chǎn)周期 提高設(shè)備利用率 減少設(shè)備數(shù)量和廠房面積 減少直接勞動力 19 二 CIMS ComputerIntegratedManufacturingSystem CIM 是運用系統(tǒng)工程的整體優(yōu)化的觀點 將現(xiàn)代信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合起來綜合運用 從信息技術(shù)和組織上將生產(chǎn)全過程的各個工作系統(tǒng)和信息系統(tǒng)連接起來 以有效地提高企業(yè)對市場需求的響應能力