數(shù)控技術(shù)_緒論

1、高等學校機電類 工程教育 系列規(guī)劃教材 數(shù) 控 技 術(shù) 固定翼固定翼旋翼旋翼撲翼撲翼 愛普生公司 高7厘米，螺旋槳直徑 約13厘米，體重為8.9克 加利福尼亞州的 錫米谷航空環(huán)境公司 加州理工大學伯克利分校 幾類微小型飛行器 數(shù)字化時代 In the Future 前言 In the Future 機器人表演騎自行車 機器人ASIMO在行走 川仁光男造個5歲阿童木 機器 人 數(shù)字化時代 前言 工程背景 制造業(yè)是各種產(chǎn)業(yè)的支柱，直接影響到一個國家的經(jīng)濟發(fā)展和綜合國力， 關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。 數(shù)控技術(shù)是集計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技 術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)及機電技術(shù)于一體的一

2、門交叉學科，是現(xiàn)代制造技術(shù) 的基礎。 數(shù)控技術(shù)的應用已成為衡量一個國家工業(yè)化程度和技術(shù)水平的重要標志。 發(fā)展數(shù)控技術(shù)是當前制造工業(yè)技術(shù)改造、技術(shù)更新的必由之路。 前言 又歇工了！ 工作任務太重了！ 干不完的活，累人。 先進工具在哪里？ 機床這幾天又沒開 動，誤工了，等著 罰款吧！ 數(shù)控加工的現(xiàn)狀 國外數(shù)控機床在兩班制工作下開動率達到 60% 70%， 國內(nèi)許多用戶往往只能達到20%30%。 據(jù)國外統(tǒng)計,手工編程時，一個零件的編程時間 與機床實際加工時間之比約為301，而數(shù)控機床不能開 動的原因中有20%30%是由于加工程序一時編制不出而 耽擱的。 據(jù)報載，國內(nèi)數(shù)控技術(shù)人員缺口為60萬。 前言

3、典型數(shù)控加工制造過程 產(chǎn)品設計與造型產(chǎn)品設計與造型 機床加工各種操作機床加工各種操作 數(shù)字化代碼數(shù)字化代碼 伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng) 脈沖群脈沖群 S S總總 = N= N* *LL Internet 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 前言 基本常識 程序編程 數(shù)控系統(tǒng) 插補原理 伺服系統(tǒng) 機床結(jié)構(gòu) 故障診斷 發(fā)展趨勢 前言 1 緒論 2 數(shù)控機床的程序編制 3 計算機數(shù)控系統(tǒng) 4 插補原理與刀具補償技術(shù) 5 數(shù)控機床的驅(qū)動與位置控制 6 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)與部件 7 數(shù)控機床的故障診斷 8 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 前言 主要參考書 馬宏偉.數(shù)控技術(shù)(課內(nèi)教材)，高等院校機電類工程教育系列 規(guī)劃教材，北京：電子工業(yè)出版

4、社，2010.4 葉培華.數(shù)字控制技術(shù)，北京：清華大學出版社，2002.2 趙玉剛.數(shù)控技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社，2003.8 廖效果.數(shù)控技術(shù)，湖北：湖北科學技術(shù)出版社，2000.7 周濟等.數(shù)控機工技術(shù)，北京：國防工業(yè)出版社，2002.1 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)（第2版），北京：國防工 業(yè)出版社，2005.1 有關數(shù)控技術(shù)方面的國內(nèi)、外科技期刊。 前言 第1章 緒 論 數(shù)控機床的分類 數(shù)控技術(shù)的應用與發(fā)展 概述 第1章 緒 論 【內(nèi)容提示】以制造自動化底層設備數(shù)控機床為主要研究對象，介紹 數(shù)控相關的基本概念、組成及基本原理、分類和發(fā)展趨勢。 【學習方法】在學習過程中，緊密結(jié)合課程

5、上機、實驗或者實踐環(huán)節(jié)加深 對數(shù)控系統(tǒng)關鍵技術(shù)和功能的認識和理解。 第1章 緒 論 1. 基本概念 數(shù)字控制(Numerical Control, NC) 數(shù)字控制一種自動控制技術(shù)，數(shù)字控制相對于模擬控 制而言，其控制信息是數(shù)字量，其特點： 可用不同字長表示不同的精度信息，表達信息準確。 可進行邏輯運算、數(shù)字運算，也可進行復雜的信息處理。 具有邏輯處理功能，可用軟件來改變信息處理的方式或過程，而 不用改動電路或機械機構(gòu)，因而具有柔性化。 數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。 1.1 概述 第1章 緒 論 計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numeri

6、cal Control,CNC) 以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控技術(shù)（Numerical Control Technology） 采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。 數(shù)字控制。機床數(shù)控系統(tǒng)和工業(yè)機器人控 制內(nèi)容主要是軌跡控制。 數(shù)字控制機床（簡稱數(shù)控機床） 數(shù)控技術(shù)應用的經(jīng)典例子。 較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性 的、高效能的自動化機床，代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向。 1.1 概述 第1章 緒 論 2. 數(shù)控加工原理 金屬切削機床加工零件的要求： 操作者根據(jù)圖紙要求、手動控制機床操作系統(tǒng)，不斷改 變刀具與工件相對運動參數(shù)（位置、速度等）

7、，使刀具 從工件上切除多余材料，最終獲得符合技術(shù)要求的尺寸、 形狀、位置要求和表面質(zhì)量的零件。 1.1 概述 第1章 緒 論 2. 數(shù)控加工原理 將加工過程所需的及(如主 軸變速、工件夾緊、進給、啟停、刀具選擇、冷卻液供給 等)步驟用程序數(shù)字化的代碼(按照國際或國家，甚至 廠家所制訂的數(shù)字和文字編碼規(guī)則)來表示出來，由計算機 數(shù)控裝置對上述信息進行處理和運算，然后由數(shù)控系統(tǒng)按 照零件程序的要求控制機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)刀具與工 件間要求的機械動作，自動完成加工任務。 知識點：插補：獲得一個曲線的種類、起點、終點以及速度后，根據(jù)給 定的數(shù)字函數(shù)，如線性函數(shù)、圓函數(shù)或高次曲線函數(shù)，在理想的軌跡或

8、輪廓上的已知點之間，進行數(shù)據(jù)點的密化，確定一些中間點。 1.1 概述 第1章 緒 論 實現(xiàn)數(shù)控加工的數(shù)控設備要具備下述要求： 接受零件圖樣加工要求的信息，并按照一定的數(shù)字模 型進行插補運算，實時地向務坐標軸發(fā)出速度控制指 令及切削用量的數(shù)字控制計算 具有快速響應，并具有足夠功率的： 有能滿足上述加工要求的 1.1 概述 第1章 緒 論 3.數(shù)控機床的組成 知識點：數(shù)控機床一般由程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、機床本 體和其他輔助裝置組成。 1.1 概述 第1章 緒 論 程序載體 人和數(shù)控機床聯(lián)系的媒介物。 (也稱控制介質(zhì)、輸入 介質(zhì)、信息載體) 穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤或其他可以儲存代碼的

9、載體 ， 有些直接集成在CAD/CAM中或連接上級計算機的DNC(直接數(shù)控)輸 入 。 程序格式（編碼標準）：EIA & ISO 1.1 概述 第1章 緒 論 數(shù)控裝置 數(shù)控機床的核心部分，也是區(qū)別于普通機床最重要的 特征之一。 數(shù)控裝置完成加工程序的輸入、編輯及修改，實現(xiàn)信 息存儲、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、代碼交換、插補運算以及各種控 制功能。 大多數(shù)具有網(wǎng)絡通信功能，可以實現(xiàn)加工程序的高速、 可靠傳輸和加工狀態(tài)的實時反饋，以保證加工資源和 加工信息的共享。 1.1 概述 第1章 緒 論 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動 部件的運動，包括信號放大和驅(qū)動元件。 幾個進給軸實現(xiàn)聯(lián)動可

10、以完成點位、直線、平面曲 線，甚至具有空間曲線特征的復雜零件加工。 伺服驅(qū)動系統(tǒng)性能好壞直接決定加工精度、表面質(zhì) 量和生產(chǎn)率。 脈沖當量 相對于每個脈沖信號，機床移動部 件的位移，常見的有：0.01mm，0.005mm， 0.001mm 1.1 概述 第1章 緒 論 1.1 概述 第1章 緒 論 機床本體 機床本體包括床身、主軸、進給機構(gòu)、刀架及自動換刀裝 置等，是自動地完成各種切削加工的機械部分。 與傳統(tǒng)的機床相比，數(shù)控機床本體設計的特點： 采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結(jié)構(gòu)。 廣泛采用高性能的主軸伺服驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動裝置。 采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件

11、。 輔助裝置 保證充分發(fā)揮數(shù)控機床功能所必需的配套裝置。 包括氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，回轉(zhuǎn) 工作臺和數(shù)控分度頭，防護，照明等各種輔助裝置。 1.1 概述 第1章 緒 論 機床本體 機床本體包括床身、主軸、進給機構(gòu)、刀架及自動換 刀裝置等，是自動地完成各種切削加工的機械部分。 與傳統(tǒng)的機床相比，數(shù)控機床本體設計的特點： 采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結(jié)構(gòu)。 廣泛采用高性能的主軸伺服驅(qū)動和進給伺服驅(qū)動裝置。 采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部 件。 目前已模塊化生產(chǎn)，分為六大塊： 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控刀架和轉(zhuǎn)臺 刀庫和機械手高速防護罩 滾動部件 主軸單元 1.

12、1 概述 第1章 緒 論 輔助裝置 保證充分發(fā)揮數(shù)控機床功能所必需的配套裝置。 包括氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，回轉(zhuǎn) 工作臺和數(shù)控分度頭，防護，照明等各種輔助裝置。 知識點：數(shù)控系統(tǒng)的認識。 從自動控制的角度自動控制的角度來看，計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、速 度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件(各運動軸)的位移 量、速度為控制對象并使其協(xié)調(diào)運動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操 作系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)。 從外部特征外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專 用）兩大部分組成的。 1.1 概述 第1章 緒 論 4.數(shù)控機床的特點 能

13、加工普通機床難以完成或不能加工的復雜零件加 工。 數(shù)控加工可以獲得更高的加工精度和質(zhì)量。 具有更高的生產(chǎn)效率。 具有廣泛的適用性和較大的靈活性。 監(jiān)控功能強，具有故障診斷的能力。 可實現(xiàn)較精確的成本核算和生產(chǎn)進度安排。 1.1 概述 第1章 緒 論 5. 數(shù)控機床的適用范圍 通用機床多適用于零件結(jié)構(gòu)不太復雜、生產(chǎn)批量較小的 場合。 專用機床適用于生產(chǎn)批量很大的零件。 數(shù)控機床最適宜批量小、加工精度要求高、結(jié)構(gòu)形狀復 雜的零件，或需要多次改型設計的零件。 1.1 概述 第1章 緒 論 數(shù)控技術(shù)現(xiàn)已廣泛應用于各類機床及非金屬切削機床，據(jù)不完全統(tǒng)計已有400多個品種規(guī)格?？梢园凑斩喾N 原則來進行分類

14、： 按運動軌跡分類 點位控制、直線控制與輪廓(連續(xù)軌跡)控制 按伺服系統(tǒng)控制方式分類 開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng) 按功能水平來劃分：高、中、低經(jīng)濟型)三類 按工藝用途分類： 金屬切削類、金屬形成類、特種加工等數(shù)控機床。 1.2 數(shù)控機床的分類 第1章 緒 論 點位控制類： 點-點位置精確控制，保證的是定位精度； 特點：控制刀具對工件的點位，而對它們定位過程的運 動軌跡及移動速度沒有嚴格要求。 適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量 機。 A B （1）按運動軌跡分類 第1章 緒 論 直線控制類： 位置控制+速度和路線控制，只能沿某個坐標軸方向（平 行或45）切削加工； 具有2-3

15、個坐標軸，同時可控的坐標只有1個； 具有刀具半徑補償功能、刀具長度補償功能、主軸轉(zhuǎn)速 控制功能。 （1）按運動軌跡分類 第1章 緒 論 輪廓控制（連續(xù)控制）類： 每點的位置+速度+路線控制，可對2坐標或2坐標以上坐 標軸進行控制； 特點：控制刀具對工件的點位，而對它們定位過程的運 動軌跡及移動速度沒有嚴格要求。 適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工 曲線和曲面的機床?，F(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的 這種數(shù)控系統(tǒng)。 （1）按運動軌跡分類 第1章 緒 論 無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取 決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度； 一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件

16、； 具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低 廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合 得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。 （1）按伺服系統(tǒng)控制方式分類 知識點：開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置， 信號流是單向的（數(shù)控裝置進給系統(tǒng)）， 故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 p開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 第1章 緒 論 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝 置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢 測，不是直接檢測運動部件的實際位置。 （2）按伺服系統(tǒng)控制方式分類p半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 第1章 緒 論 （2）按伺服系統(tǒng)控制方式分類p半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此

17、可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系 統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。 由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消 除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤 差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因 而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應用。 第1章 緒 論 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接 對運動部件的實際位置進行檢測。 （2）按伺服系統(tǒng)控制方式分類p閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 第1章 緒 論 從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、 間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性 和間隙都是非

18、線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定， 使閉環(huán)系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試都相當困難。 該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、 超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。 （2）按伺服系統(tǒng)控制方式分類p閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 第1章 緒 論 多軸聯(lián)動數(shù)控機床 知識點：多軸聯(lián)動數(shù)控機床多軸聯(lián)動數(shù)控機床機床同時運動的軸數(shù)。聯(lián)動軸數(shù)越 多，機床加工對象表面就更復雜，數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復雜。 數(shù)控機床按聯(lián)動軸數(shù)分：2軸聯(lián)動（平面曲線） 3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀） 4軸聯(lián)動（空間曲面） 5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面） 。 第1章 緒 論 （3）按功能水平分類 低、中、高檔的界限是相對的，尚沒有一個確切的定義， 不同時期

19、的劃分標準有所不同。 從目前的發(fā)展水平來看，大體可從下面幾個方面來區(qū)分: 第1章 緒 論 （4）按工藝用途分類 切削加工類：數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中 心、數(shù)控齒輪加工機床、FMC等。 金屬成型類：數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖壓機等。 特種加工類：數(shù)控線切割機、火焰切割機、電火花加工 機、 激光加工機等。 非加工設備類：數(shù)控測量機、自動繪圖機、工業(yè)機器人 等。 知識點：加工中心加工中心一種帶有自動換刀裝置的數(shù)控機床，以工件 為中心，能實現(xiàn)工件在一次裝夾后自動地完成多種工序的加工。 常見加工中心：鏜銑類加工中心以加工箱體類零件為主 車削中心各種回轉(zhuǎn)體類零件加工。 美國HASS高速立五

20、軸機床 Starrag-Heckert公司五軸加工中心 汽輪機加工和壓縮機葉片上幾乎所 有的部位都在其上加工 五軸加工五軸加工 龍門五軸加工中心(沈陽) 五軸加工 線切割機床 電火花機床 等離子火焰切割機 半導體激光打標機 數(shù)控卷簧機 數(shù)控彎管機 多工位數(shù)控沖床 第1章 緒 論 1.3 數(shù)控技術(shù)的應用與發(fā)展 第1章 緒 論 1、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢 在汽車、拖拉機等大量生產(chǎn)的工業(yè)部門中，大都采 用自動機床、組合機床和自動線。但這種設備的第一次 投資費用大，生產(chǎn)準備時間長，這與改型頻繁、精度要 求高、零件形狀復雜的艦船和宇航，以及其他國防工業(yè) 的要求不相適應。如果采用仿形機床，則要制造靠模，

21、 不僅生產(chǎn)周期長，精度亦受限制。 第1章 緒 論 數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生 第二次世界大戰(zhàn)以后，美國為了加速飛機工業(yè)的發(fā)展， 要求革新一種樣板加工的設備。 1948年，美國帕森斯 (Parsons)公司在研制加工直升飛機葉片輪廓檢查用樣板 的機床時，提出了數(shù)控機床的初始設想。 1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學院（M.I.T） 研制成功了世界上第一臺三坐標數(shù)控機床。 第1章 緒 論 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程 半個多世紀以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效 率不斷提高。數(shù)控機床發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段和八代： p在體系結(jié)構(gòu)上，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了三個階段： 1952-1970：NC（硬線數(shù)控） 1970

22、- ：CNC（計算機數(shù)控） 1994- ：PC-NC（PC數(shù)控） p從硬件角度看，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了八代發(fā)展： NC（以電子管、晶體管和小規(guī)模集成電路應用為標志 ） CNC（以小型計算機、微機、超大規(guī)模集成電路、32位微 機應用于數(shù)控系統(tǒng)為標志 ） PC-NC（借助PC機豐富的軟硬件資源 ） 第1章 緒 論 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 融合了PC的CNC基于PC的CNC n利用通用PC可以制造出廉 價的NC n因作為NC的控制功能較 低，故無法做到高速、高精 度的控制。 PC部與CNC部的融合 Fanuc, Vickers, Siemens PC 伺服系統(tǒng) 1997年左右 CNC部PC部 伺服系統(tǒng) + 現(xiàn)

23、在被稱之為 開放式CNC的數(shù)控系統(tǒng) 1998年 伺服系統(tǒng) 融合了PC的CNC 現(xiàn)在的CNC 伺服系統(tǒng) CNC 今后仍會作為特定機械的CNC繼續(xù)生存 根據(jù)客戶希望作成畫面。 各種電腦通訊功能。 大容量存儲需求。 豐富的軟硬件資源 現(xiàn)代制造對PC-NC的期望： 第1章 緒 論 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 運行高速化 加工高精化 體系開放化 控制智能化 功能復合化 交互網(wǎng)絡化 第1章 緒 論 運行高速化 高速CPU芯片 主軸高速化，采用電主軸 采用全數(shù)字交流伺服 機床動、靜態(tài)性能的改善 典型參數(shù)： 在分辨率為1m時，快進速度達240m/min，可獲得復 雜型面的精確加工 加速度達2g 主軸轉(zhuǎn)速已達200,0

24、00rpm 換刀速度少于1 s 第1章 緒 論 加工高精化 高精度包括高進給分辨率、高定位精度和重復定位精度、高動態(tài) 剛度、高性能閉環(huán)交流數(shù)字伺服系統(tǒng)等。 采用的提高精度的措施： 提高機械的制造和裝配精度； 采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單 位精細化； 采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度； 位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法； 采用反向間隙補償、螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)； 設備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術(shù)。研究表明， 綜合誤差補償技術(shù)的應用可將加工誤差減少6080 第1章 緒 論 加工高精化 高精度包括高進給分辨率、高定位精度和重復

25、定位精度、高動態(tài) 剛度、高性能閉環(huán)交流數(shù)字伺服系統(tǒng)等。 采用的提高精度的措施： 提高機械的制造和裝配精度； 采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單 位精細化； 采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度； 位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法； 采用反向間隙補償、螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)； 設備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術(shù)。研究表明， 綜合誤差補償技術(shù)的應用可將加工誤差減少6080 第1章 緒 論 體系開放化 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的特點： 由生產(chǎn)廠家支配價格和結(jié)構(gòu)，各種接口不能通用。 功能集成停止在微電子技術(shù)的應用上，而不是針對開放式生產(chǎn) 環(huán)境和功能。 對

26、于不同的產(chǎn)品，操作、維護方法都必須進行相應的培訓。 對于使用者，控制器成為黑盒子無法自行修改更新。 為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，數(shù)控系統(tǒng)需要具有： 開放性：可重構(gòu)性、可維護性、允許用戶進行二次開發(fā)系統(tǒng) 模塊化：具有平臺無關性； 接口協(xié)議：可傳遞性、可移植性 語言統(tǒng)一化：中性語言NML： FADL、OSEL 第1章 緒 論 體系開放化 開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念 數(shù)控系統(tǒng)可以在統(tǒng)一的運行平臺上開發(fā)，面向機床廠家和 最終用戶，通過改變、增加或剪裁數(shù)控功能，形成系列化，并 可方便地將用戶的特殊應用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快 速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)。概念結(jié)構(gòu)如圖： 第1章 緒 論 控制智能

27、化 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(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實現(xiàn)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(zhuǎn)速等 工藝參數(shù)進行實時控制，使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。 具體體現(xiàn)在以下幾個方面： 加工過程自適應控制技術(shù) 加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇 智能故障診斷與自修復技術(shù) 智能化交流伺服驅(qū)動裝置 智能4M數(shù)控系統(tǒng) 第1章 緒 論 u加工過程自適應控制技術(shù) 監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓 等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別，以辯識出刀具的受 力、磨損以及破損狀態(tài)，機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并根據(jù)這些狀 態(tài)實時

28、修調(diào)加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進給速度）和加工指令，使設 備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以 及設備運行的安全性。 日本牧野在電火花NC系統(tǒng)Makino_Mce20中，用專家系統(tǒng) 代替人進行加工過程監(jiān)控； 以色列的外置式力自適應控制器； 意大利Mandelli公司的可編程功率自適應控制系統(tǒng)。 Mitsubishi Electric 公司的用于數(shù)控電火花成型機床的基于 模糊邏輯的自適應控制器（Miracle Fuzzy）； p控制智能化 第1章 緒 論 將工藝專家或技工的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能 方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇 器”

29、，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達到提高編程效率和加工工 藝水平，縮短生產(chǎn)準備時間的目的。 u加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇 控制智能化 第1章 緒 論 智能故障診斷技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應用現(xiàn)代智能方法（AI、 ES、ANN等），實現(xiàn)故障快速準確定位的技術(shù)。 智能故障自修復技術(shù)：指能根據(jù)診斷確定故障原因和部位，以自動 排除故障或指導故障的排除技術(shù)。智能自修復技術(shù)集故障自診斷、 故障自排除、自恢復、自調(diào)節(jié)于一體，并貫穿于加工過程的整個生 命周期。 智能故障診斷技術(shù)在有些日本、美國公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中已有應 用，基本上都是應用專家系統(tǒng)實現(xiàn)的。 智能化自修復技術(shù)還在研究之中。 u 智能故障診斷與自修

30、復技術(shù) 控制智能化 第1章 緒 論 目前已開始研究能自動識別電機及負載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對 控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。 u智能化交流伺服驅(qū)動裝置 PMAC自動整定軟件 控制智能化 (PMAC Auto Tuning Pro) 第1章 緒 論 u智能4M數(shù)控系統(tǒng) 在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速 檢測和快速響應的有效途徑，將 測量(Measurement)、 建模(Modelling)、 加工(Manufacturing)、 機器操作(Manipulator) 四者（即4M）融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進測量、 建模、加工、裝夾、操作一體化的4M

31、智能系統(tǒng)。 p控制智能化 第1章 緒 論 功能復合化 功能復合化指在一臺設備能實現(xiàn)多種工藝手段加工的方法。 常見復合加工機床： 鏜銑鉆復合加工中心（ATC）、 五面加工中心（ATC，主軸立臥轉(zhuǎn)換）； 車銑復合車削中心（ATC，動力刀頭）； 銑鏜鉆車復合復合加工中心（ATC，可自動裝卸車刀架）； 銑鏜鉆磨復合復合加工中心（ATC，動力磨頭）； 可更換主軸箱的數(shù)控機床組合加工中心； 第1章 緒 論 交互網(wǎng)絡化 數(shù)控設備是組成柔性自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的最基本單位。數(shù)控技術(shù) 是柔性制造自動化技術(shù)中最重要的基礎技術(shù)，是柔性自動化技術(shù)核 心。 吳祖育 支持網(wǎng)絡通訊協(xié)議，既滿足單機需要，又能滿足FMC、FMS、C

32、IMS對基層 設備集成要求的數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是形成“全球制造”的基礎單元。 網(wǎng)絡資源共享。 數(shù)控機床的遠程（網(wǎng)絡）監(jiān)視、控制。 數(shù)控機床的遠程（網(wǎng)絡）培訓與教學（網(wǎng)絡數(shù)控） 數(shù)控裝備的數(shù)字化服務（數(shù)控機床故障的遠程（網(wǎng)絡）診斷、 遠程維護、電子商務等）。 第1章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) p現(xiàn)代制造技術(shù)MMT(Modern Manufacturing Technology)又稱先 進制造技術(shù)AMT(Advanced Manufacturing Technolog) 隨著市場需求個性化與多樣化，現(xiàn)代制造系統(tǒng)正向精密化、 柔性化、網(wǎng)絡化、虛擬化、智能化、集成化、全球化的方向 發(fā)展。 第1

33、章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) p當前先進制造系統(tǒng)的發(fā)展特點： 信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合； CAD/CAM/CAE 一體化； 加工制造技術(shù)向著超精密、超高速以及發(fā)展新一代制造裝備 的方向發(fā)展，如： 目前加工精度達到0.025m，表面粗糙度達0.045m， 已進入納米級加工時代； 主軸的最高轉(zhuǎn)速可達到4000050000rmin； 新型加工設備：并聯(lián)機床（六腿機床） 工藝研究由經(jīng)驗走向定量分析 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來越多的應用 第1章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) p從單機數(shù)控加工到計算機集成制造系統(tǒng) 在所有品種的機床實現(xiàn)單機數(shù)控化的同時，現(xiàn)代制造系統(tǒng)進 一步加

34、快了向FMC、FMS及CIMS全面發(fā)展的步伐。 （1）柔性制造技術(shù)： 1967年英國莫林斯(molins)公司 強調(diào)管理技術(shù)和制造技術(shù)的有機集合 已成為現(xiàn)代先進制造技術(shù)的統(tǒng)稱。 第1章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) 柔性制造技術(shù)：以數(shù)控技術(shù)為核心，集自動化技術(shù)、信息 技術(shù)和制作加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立 的工程設計、制造、經(jīng)營管理等過程，在計算機及其軟件 和數(shù)據(jù)庫的支持下，構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的有機系統(tǒng)。 柔性制造技術(shù)解決了近百年來中小批量和中大批量多 品種加工自動化的問題，并很好地適應了產(chǎn)品不斷迅 速更新的需求。 高效、靈活的特性使柔性制造技術(shù)成為實施敏捷制造 (Agil

35、e Manufacturing, AM) 、并行工程(Concurrent Engineering, CE)、精益生產(chǎn)(Lean Production, LP)和 智能制造系統(tǒng)的基礎。 第1章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) 柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，一般認為凡是側(cè)重于 柔性，適應于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù) 都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為： 柔性制造系統(tǒng)(Flexible manufacturing System, FMS ) 柔性制造單元(Flexible manufacturing Cell, FMC) 柔性制造線(Flexible manufact

36、uring Line, FML) 柔性制造工廠(Flexible manufacturing Factory, FMF) 的 第1章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) （2）計算機集成制造系統(tǒng) (Computer Integrated Manufacturing System，CIMS) 在計算機網(wǎng)絡和分布式數(shù)據(jù)庫的支持下，全面實現(xiàn)生 產(chǎn)決策、產(chǎn)品設計、市場預測直到銷售的整個生產(chǎn)活動的 自動化，從而獲得更高的整體效益，縮短產(chǎn)品開發(fā)制造周 期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。 美國的J. Harrington于l973年首次提出的。 自動化制造技術(shù)發(fā)展的更高階段。 CIMS是工廠自動化的發(fā)展方向和未

37、來制造業(yè)工廠的模式。 第1章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) （2）計算機集成制造系統(tǒng) CIMS一般劃分為如下四個功能子系統(tǒng)和兩個支撐子系統(tǒng)： 汽 車 生 產(chǎn) 制 造 示 意 圖 FMS體系結(jié)構(gòu)CIMS體系結(jié)構(gòu) 第1章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) 四個功能子系統(tǒng)： 管理信息子系統(tǒng)，以MRPII為核心，包括預測、經(jīng)營決策、 各級生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術(shù)準備、銷售、供應、財務、成本、 設備、人力資源的管理信息功能。 產(chǎn)品設計與制造工程自動化子系統(tǒng)，通過計算機來輔助產(chǎn) 品設計、制造準備以及產(chǎn)品測試，即CAD/CAPP/CAM階段。 制造自動化或柔性制造子系統(tǒng)，是CIMS信息流和物料流的 結(jié)合點

38、，是CIMS最終產(chǎn)生經(jīng)濟效益的聚集地，由數(shù)控機床、 加工中心、清洗機、測量機、運輸小車、立體倉庫、多級 分布式控制計算機等設備及相應的支持軟件組成。根據(jù)產(chǎn) 品工程技術(shù)信息、車間層加工指令，完成對零件毛坯的作 業(yè)調(diào)度及加工制造。 質(zhì)量保證子系統(tǒng)，包括質(zhì)量決策、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的 采集、質(zhì)量評價、生產(chǎn)加工過程中的質(zhì)量控制與跟蹤功能。 第1章 緒 論 2、數(shù)控技術(shù)與現(xiàn)代制造系統(tǒng) 兩個輔助子系統(tǒng)： 計算機網(wǎng)絡 企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，支持CIMS各子系統(tǒng)的開放型網(wǎng)絡通信系 統(tǒng)。采用標準協(xié)議可以實現(xiàn)異機互聯(lián)、異構(gòu)局域網(wǎng)和多種網(wǎng) 絡的互聯(lián)。 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)，支持CIMS各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和信息 集成，覆蓋了企業(yè)全部數(shù)據(jù)信息，在邏輯上是統(tǒng)一的， 在物理上是分布式的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。 第1章 緒 論 思考題： 1-1 數(shù)控機床由哪些部分組成？各有什么作用？ 1-2 數(shù)控機床適合加工什么樣的零件？ 1-3 加工中心與普通數(shù)控機床的區(qū)別是什么？ 1-4 解釋點位控制、直線控制、輪廓控制機床？有何特點及應用？ 1-5 簡述開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別。 1-6 現(xiàn)代制造系統(tǒng)的發(fā)展與數(shù)控技術(shù)的關系如何？ 1-7 FMC有什么特點？有那些類型？ 1-8什么是FMS？由哪幾部分組成？ 1