數(shù)控原理與數(shù)控機床許

1、課程(kchng)簡介(Introduction) 本課程介紹：數(shù)控機床控制(kngzh)原理 機床數(shù)控系統(tǒng)是一個普通的自動控制系統(tǒng)，人是一個天然的自動控制系統(tǒng)，他們之間的原理是相通的。加工程序（工作任務(wù)）數(shù)控裝置（大腦）反饋裝置（眼睛）伺服裝置（四肢）機床本體（被控對象）共五十四頁課程主要(zhyo)任務(wù)：三大項目通過對數(shù)控原理和典型數(shù)控系統(tǒng)的分析和介紹，使同學(xué)們了解數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測裝置、可編程控制器在數(shù)控機床上的功能(gngnng)和應(yīng)用，常見數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)特點。五大項目1、坐標軸位置的控制（CNC）2、主軸轉(zhuǎn)速的控制（SP）3、輔助裝置的控制（PLC）4、檢測裝置5、機床結(jié)構(gòu)

2、特點共五十四頁第1章 緒論(xln)1.1 機床(jchung)數(shù)字控制的基本概念1.2 數(shù)控系統(tǒng)的組成及分類1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展共五十四頁1.1 機床(jchung)數(shù)字控制的基本概念一、數(shù)控機床的概念數(shù)控（Numerical Control） 數(shù)字控制是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對控制對象的工作過程進行自動控制的一種方法。數(shù)控機床（NC Machine） 數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是一種程序控制系統(tǒng)(kn zh x tn)，它能自動完成信息的輸入、譯碼、邏輯運算，從而控制機床的運動和加工過程。共五十四頁數(shù)控程序（NC Program

3、） 輸入數(shù)控系統(tǒng)中的、使數(shù)控機床執(zhí)行一個確定的加工(ji gng)任務(wù)的、具有特定代碼和其它符號編碼的一系列指令。數(shù)控編程 生成用數(shù)控機床進行零件加工的數(shù)控程序的過程。數(shù)控加工 根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序，輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。共五十四頁二、數(shù)控技術(shù)的優(yōu)點和缺點優(yōu)點：1.加工精度高，重復(fù)精度高 缺點： 1.起點投資高 2.生產(chǎn)率高（23倍） 2.電子設(shè)備維護要求高 3.設(shè)備的柔性高 （適應(yīng)范圍廣） 3.操作(cozu)人員要求高 4.經(jīng)濟效益高 5.勞動強度降低 6.可加工很復(fù)雜的型面 數(shù)控技術(shù)不依附于數(shù)控機床，但它卻是

4、隨數(shù)控機床發(fā)展(fzhn)起來的，因此數(shù)控技術(shù)多指機床數(shù)控技術(shù)。共五十四頁數(shù)控機床綜合應(yīng)用(yngyng)了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感測量技術(shù)、光機電技術(shù)、精密機械的設(shè)計制造技術(shù)等各方面現(xiàn)代科技各方面的最新成果，是現(xiàn)代制造業(yè)的主要加工裝備，也是數(shù)控技術(shù)的重要應(yīng)用(yngyng)方面。數(shù)控機床是制造機器的機器，是先進的“母機”。共五十四頁1.2 數(shù)控系統(tǒng)的組成(z chn)及分類 數(shù)控機床由加工程序、輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助(fzh)控制裝置、反饋系統(tǒng)以及機床本體等部分組成。 數(shù)控機床的組成用框圖表示如下：一、數(shù)控機床的組成共五十四頁1.程序編制及程序載體 數(shù)控程序由數(shù)控機床自動加

5、工零件所需工作指令組成，包含(bohn)切削過程中所必需的機械運動、零件輪廓尺寸、工藝參數(shù)等加工信息。編制程序的工作可以人工進行，也可以在數(shù)控機床以外用計算機自動編程系統(tǒng)來完成。對于幾何形狀比較簡單的零件，程序段不多，可以采用手工編程；對于比較復(fù)雜特別是空間曲面零件，由于手工編程繁瑣而費時，且易出錯，需采用自動編程的方法。 常用的程序載體有穿孔紙帶、磁卡、磁盤、光盤等。程序載體我們稱它為控制介質(zhì)。共五十四頁 CNC機床在進行加工前，必須接受(jishu)由操作人員輸入的零件加工程序，然后才能根據(jù)輸入的加工程序進行加工控制，從而加工出所需的零件。在加工過程中，操作人員要向機床數(shù)控裝置輸入操作命令

6、，數(shù)控裝置要為操作人員顯示必要的信息，如坐標值、報警信號等。此外，輸入的程序有時并非全部正確，還需要編輯、修改和調(diào)試。以上工作都是機床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進行信息交流的過程，要進行信息交流，CNC系統(tǒng)中就必須具備必要的交互設(shè)備，即輸入輸出裝置。 輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號并傳送至數(shù)控裝置的存儲器。根據(jù)程序控制介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機、錄放機或軟盤驅(qū)動器。最早使用光電閱讀機對穿孔紙帶進行閱讀，之后大量使用磁帶機和軟盤驅(qū)動器。有些數(shù)控機床不用任何程序存儲載體，而是將程序清單的內(nèi)容通過數(shù)控裝置上的鍵盤，用手工的方式輸入。也可以用通信方式將數(shù)控程序由編程

7、計算機直接傳送至數(shù)控裝置。 2輸入輸出(shch)裝置共五十四頁3. 數(shù)控裝置（很可靠的計算機加數(shù)控軟件）數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，包括微型計算機、各種( zhn)接口電路硬件及相應(yīng)的軟件。它能完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及各種( zhn)控制功能。數(shù)控裝置接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令來控制機床的各個部分，并按程序要求實現(xiàn)規(guī)定的、有序的動作。 輸出：主運動信號(xnho)（速度、位置指令） 輔控信號（換刀、冷卻液和潤滑液的控制、主軸的起停、加緊和松開）輸入：位置、溫度、壓力等信號。共五十四頁數(shù)控裝置具備的功能有： 多坐標控制； 實現(xiàn)多種函

8、數(shù)的插補； 信息轉(zhuǎn)換功能，如英制/公制轉(zhuǎn)換、坐標轉(zhuǎn)換、絕對值/增量值轉(zhuǎn)換； 補償功能，如刀具半徑補償、長度(chngd)補償、傳動間隙補償、螺距誤差補償； 多種加工方式選擇，如可以實現(xiàn)各種加工循環(huán)、重復(fù)加工； 具有故障自診斷功能； 通信和聯(lián)網(wǎng)功能等。 多種程序輸入功能(人機對話、手動數(shù)據(jù)輸入、由上級計算機及其他計算機輸入設(shè)備的程序輸入），以及編輯和修改功能。顯示功能共五十四頁4伺服驅(qū)動裝置伺服驅(qū)動裝置包括主軸伺服驅(qū)動裝置和進給伺服驅(qū)動裝置兩部分。伺服驅(qū)動裝置由驅(qū)動電路和伺服電動機組成，并與機床上的機械傳動部件組成數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)和進給傳動系統(tǒng)。主軸伺服驅(qū)動裝置接收來自PLC的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速指令

9、，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動主軸電動機轉(zhuǎn)動。進給伺服驅(qū)動裝置在每個插補周期內(nèi)接收數(shù)控裝置的位移指令，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動進給電動機轉(zhuǎn)動，同時完成速度控制和反饋控制功能。根據(jù)所選電動機的不同，伺服驅(qū)動裝置的控制對象可以是步進電動機、直流伺服電動機或交流伺服電動機。伺服驅(qū)動裝置有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。由于主軸的運動(yndng)沒有進給軸的要求高，因此，有時普通數(shù)控車、銑床的主軸電機不是伺服電動機，而是普通電動機。 共五十四頁5輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接受數(shù)控裝置輸出的主運動換向、變速、起停、刀具的選擇和交換，以及其他輔助裝置動作等指令信號，經(jīng)過必要的編譯、邏輯判斷和運算，經(jīng)功率放大后直接驅(qū)動

10、相應(yīng)的驅(qū)動源，帶動機床的機械部件(bjin)，液壓、氣動裝置等完成相應(yīng)指令規(guī)定的動作，如工件的裝夾、刀具的更換、切削液的開關(guān)等一些輔助功能。它接收機床操作面板和來自數(shù)控裝置的指令，一方面通過接口電路直接控制機床的動作；另一方面通過伺服驅(qū)動裝置控制主軸電動機的轉(zhuǎn)動。 共五十四頁6.反饋系統(tǒng) 測量元件將數(shù)控機床各坐標軸的位移指令值檢測出來并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對反饋回來的實際位移值與設(shè)定值進行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達到設(shè)定值所需的位移量指令。7.機床本體 與傳統(tǒng)的機床比較，數(shù)控機床本體仍然由主傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺、輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及冷卻系

11、統(tǒng)等組成。但數(shù)控機床的整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和操作結(jié)構(gòu)等方面都發(fā)生了很大的改變。主要是為了滿足(mnz)數(shù)控系統(tǒng)對數(shù)控機床的要求。共五十四頁二、數(shù)控系統(tǒng)的分類(fn li) 1、按工藝用途分類 1) 金屬切削類數(shù)控機床這類數(shù)控機床如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控齒輪加工機床、加工中心等。盡管這些(zhxi)機床在加工工藝方面存在很大差異，具體的控制方法也各不相同，但它們都適合于單件、小批量和多品種的零件加工，具有很高的生產(chǎn)率和自動化程度。 共五十四頁2) 金屬成型類數(shù)控機床這類數(shù)控機床如數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖床等。3) 數(shù)控特種加工及其他類

12、型機床這類數(shù)控機床如數(shù)控線切割機床、數(shù)控火焰(huyn)切割機、數(shù)控三坐標測量機、數(shù)控電火花加工機床等。 共五十四頁2、按運動軌跡分類1）點位控制 這類機床只控制運動部件從一個位置到另一個位置的準確定位，不管中間的移動(ydng)軌跡如何，在移動(ydng)的過程中不進行切削加工，對兩點之間的移動(ydng)速度及運動軌跡沒有嚴格要求。但通常為了提高加工效率，一般先快速移動(ydng)，在以慢速接近終點。常見的有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控沖床等。 共五十四頁2）點位直線控制(kngzh) 這類機床的特點是運動部件不僅要實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確移動定位，而且能夠?qū)崿F(xiàn)平行坐標軸方向或45

13、的直線軌跡運動的直線切削加工運動。常見的有簡易數(shù)控車床。數(shù)控鏜銑床等。 共五十四頁3 ）輪廓控制 這類數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上的運動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關(guān)的控制，可以(ky)進行曲線或曲面的加工。 。 控制(kngzh)X、Y坐標控制Y、Z和Z、X坐標共五十四頁輪廓控制(kngzh)數(shù)控機床1.平面(pngmin)輪廓加工的數(shù)控機床2.空間輪廓加工的數(shù)控機床（1）2坐標聯(lián)動用“行切法”加工（2）2坐標半聯(lián)動加工（3）3坐標聯(lián)動加工（4）4坐標聯(lián)動加工（5）5坐標聯(lián)動加工共五十四頁1.3.3按伺服系統(tǒng)分類 1.開環(huán)數(shù)控機床開環(huán)控制數(shù)控機床的特點是其控制系統(tǒng)不帶反饋裝置，通常使用步進電機

14、作為伺服執(zhí)行機構(gòu)。開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行測量，也不進行誤差校正。開環(huán)系統(tǒng)僅適用與加工精度(jn d)要求不是很高的中小型數(shù)控機床。具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、調(diào)試方便等優(yōu)點，但通常輸出的扭矩值大小受到限制，而且當輸入的頻率較高時，容易產(chǎn)生失步，難以實現(xiàn)運動部件的控制。 共五十四頁開環(huán)控制機床(jchung)圖例共五十四頁2. 閉環(huán)數(shù)控機床這類機床帶有檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行測量。該系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內(nèi)的運動誤差，定位精度高，調(diào)節(jié)速度快。但調(diào)試工作比較困難，制造(zhzo)成本高。適用于精度要求很高的數(shù)控機床。 共五十四頁相比于開環(huán)數(shù)

15、控機床(jchung)，閉環(huán)數(shù)控機床(jchung)精度更高，速度更快，驅(qū)動功率更大，但是，這類機床(jchung)價格昂貴，對機床(jchung)結(jié)構(gòu)及傳動鏈依然提出了嚴格的要求。傳動鏈的剛度、間隙，導(dǎo)軌的低速運動特性，機床(jchung)結(jié)構(gòu)的抗振性等因素都會增加系統(tǒng)調(diào)試困難。閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)整得不好，很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。所以，閉環(huán)控制數(shù)控機床(jchung)主要用于一些精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床等。 共五十四頁3. 半閉環(huán)數(shù)控機床這類數(shù)控機床是在進給電動機的軸端安裝角位移測量元件，通過測量電動機軸的旋轉(zhuǎn)角位移并經(jīng)過一定(ydng)的換算來代替測量工作臺的直線位移。這類系

16、統(tǒng)未將絲桿螺母副、齒輪傳動副等傳動誤差包含在控制系統(tǒng)中，其精度介于開環(huán)和閉環(huán)之間，但調(diào)試卻比較方便，得到廣泛的應(yīng)用。共五十四頁1.3.4按控制系統(tǒng)功能水平分按控制系統(tǒng)的功能水平，可以把數(shù)控機床分為經(jīng)濟型、普及型、高級型三類，主要由技術(shù)參數(shù)、功能指標、關(guān)鍵部件的功能水平來決定。這些指標具體包括CPU性能、分辨率、進給速度、伺服性能、通信功能、聯(lián)動(lin dn)軸數(shù)等。1) 經(jīng)濟型數(shù)控機床這類數(shù)控機床通常為低檔數(shù)控機床，一般采用8位CPU或單片機控制，分辨率為10 m，進給速度為815 m/min，采用步進電機驅(qū)動。低檔數(shù)控機床最多聯(lián)動軸數(shù)為二軸或三軸，具有簡單CRT字符顯示或數(shù)碼管顯示功能，無

17、通信功能。 共五十四頁2) 普及型數(shù)控機床這類數(shù)控機床通常為中檔數(shù)控機床，一般采用16位或更高性能的CPU，分辨率在1 m以內(nèi)，進給速度為1524 m/min，采用交流或直流伺服電機驅(qū)動；聯(lián)動軸數(shù)為35軸；有較齊全的CRT顯示及很好的人機界面，大量采用菜單操作，不僅有字符(z f)，還有平面線性圖形顯示功能、人機對話、自診斷等功能；具有RS232或DNC接口，通過DNC接口，可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對幾臺數(shù)控機床進行控制。 共五十四頁3) 高級型數(shù)控機床這類數(shù)控機床通常為高檔數(shù)控機床，一般采用32位或64位CPU，并采用精簡指令集RISC作為中央處理單元，分辨率可達0.1

18、 m，進給速度為15100 m/min，采用數(shù)字化交流伺服電機驅(qū)動，聯(lián)動軸數(shù)在五軸以上，有三維動態(tài)圖形顯示功能。高檔數(shù)控機床具有高性能通信接口，具備聯(lián)網(wǎng)功能，通過采用MAP(制造自動化協(xié)議(xiy)等高級工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)或Ethernet (以太網(wǎng))，可實現(xiàn)遠程故障診斷和維修，為解決不同類型不同廠家生產(chǎn)的數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)和數(shù)控機床進入FMS(柔性制造系統(tǒng))和CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))等制造系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。共五十四頁上述這種分類方式?jīng)]有嚴格的界限，經(jīng)濟型數(shù)控是相對于標準數(shù)控而言的，在不同時期、不同國家的含義是不一樣的。區(qū)別于經(jīng)濟型數(shù)控，把功能(gngnng)比較齊全的數(shù)控系統(tǒng)稱為全功能(gngnn

19、g)數(shù)控，也稱為標準型數(shù)控。共五十四頁1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史從1952年世界上第一臺數(shù)控銑床問世至今50多年中，隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從硬線數(shù)控到計算機數(shù)控兩個階段和從電子管數(shù)控到基于個人計算機平臺的數(shù)控共五代的發(fā)展。(1) 1952年美國研制出第一代數(shù)控機床，其數(shù)控系統(tǒng)采用電子管、繼電器、模擬電路組成，體積(tj)龐大，價格昂貴。 共五十四頁(2) 1959年數(shù)控系統(tǒng)中開始廣泛采用晶體管和印刷電路板，數(shù)控系統(tǒng)跨入第二代。第二代數(shù)控系統(tǒng)體積縮小，成本有所下降。從1960年開始，其他一些工業(yè)國家如德國、日本等都陸續(xù)(lx)開發(fā)、生產(chǎn)并使

20、用了數(shù)控機床。共五十四頁(3) 1965年出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。第三代數(shù)控系統(tǒng)不僅體積小、功率消耗少，且可靠性提高，價格進一步下降。1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機床(sh kn j chun)聯(lián)結(jié)成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的柔性制造系統(tǒng)(FMS)；之后，美國、日本也相繼進行了開發(fā)和應(yīng)用。 以上這三代數(shù)控系統(tǒng)主要由電路的硬件和連線組成，稱為硬線數(shù)控系統(tǒng)，具有很多硬件和連線特點，電路復(fù)雜，可靠性不高。裝有這類數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為普通數(shù)控機床(NC)。共五十四頁(4) 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，小型計算機的價格急劇下降，小型計算機開始取代專用數(shù)控計算機，使數(shù)控系統(tǒng)進入了以小型

21、計算機化為特征的第四代，數(shù)控的許多功能(gngnng)由軟件程序來實現(xiàn)。1970年，這種系統(tǒng)首次出現(xiàn)在美國芝加哥國際機床展覽會上。 共五十四頁(5) 1974年，以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)問世，標志著數(shù)控系統(tǒng)進入第五代。30多年來，微處理器數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 （6） 1990年開始，數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)向基于pc機，進入到第六代。第四、五、六代(li di)數(shù)控系統(tǒng)主要由計算機硬件和軟件組成，通常稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC) ；又由于其利用存儲在存儲器里的軟件控制系統(tǒng)工作，因此也稱為軟件數(shù)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)容易擴大功能，柔性好，可靠性高。 共五十四頁數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(jnggu)

22、50多年的不斷發(fā)展，功能越來越完善，使用越來越方便，可靠性越來越高，性能價格比越來越好。以FANUC為例，1991年開發(fā)成功的FS15系統(tǒng)與1971年開發(fā)的FS220系統(tǒng)相比，體積只有后者的1/10，加工精度提高了10倍，可靠性提高了30倍以上。新一代數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平的提高，促進了數(shù)控機床性能的提高：數(shù)控機床的控制軸數(shù)已從單軸的點位控制、兩軸聯(lián)動發(fā)展到五軸以上的聯(lián)動；許多數(shù)控機床具有自適應(yīng)控制、自動檢測、軟件精度補償、自動換刀、自動交換工件、動態(tài)加工圖像顯示、現(xiàn)場編程、機床故障自診斷等功能；某些機床還帶有自動監(jiān)控刀具破損、磨損、切削振動、主軸功率超載監(jiān)控等裝置。共五十四頁2數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的

23、發(fā)展趨勢1) 高速化速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。高速切削可以減小切削深度，有利于克服機床振動、降低傳入零件的熱量及減小熱變形，從而提高(t go)加工精度，改善加工表面質(zhì)量。新一代高速數(shù)控機床的車削和銑削的切削速度已達到50008000 m/min以上，主軸轉(zhuǎn)速在30 000 r/min以上(有的高達100 000 r/min)，數(shù)控機床能在極短時間內(nèi)實現(xiàn)升速和降速，以保持很高的定位精度；工作臺的移動速度，在分辨率為1 m時，可達100 m/min以上，在分辨率為0.1 m時，可達240m/min以上；自動換刀時間在1秒以內(nèi)，工作臺交換時間在2.5秒以內(nèi)

24、，并且高速化的趨勢有增無減。共五十四頁目前，數(shù)控系統(tǒng)采用更高位數(shù)、頻率的處理器，以提高系統(tǒng)的運算速度；采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器機構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力；采用直線電機直接驅(qū)動工作臺的直線伺服進給方式，使其高速度和動態(tài)響應(yīng)特性相當優(yōu)越；為適應(yīng)超高速加工的要求，數(shù)控機床采用主軸電機與機床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)了變頻電動機與機床主軸的一體化；主軸電機的軸承采用磁浮軸承、液體動靜壓軸承或陶瓷(toc)滾動軸承等形式；目前陶瓷(toc)刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應(yīng)用。共五十四頁2) 高精度化數(shù)控系統(tǒng)帶有高精度的位置檢測裝置，并通過(tnggu)在線自動補償(實時補償)技術(shù)來消除或

25、減少熱變形、力變形和刀具磨損的影響，使加工一致性的精度得到保證，進一步提高了定位精度。普通數(shù)控加工的尺寸精度通?？蛇_5 m，精密級加工中心的加工精度通?？蛇_1 m，最高的尺寸精度可達0.01 m。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出新的要求。新材料、新零件的出現(xiàn)以及更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，是適應(yīng)現(xiàn)代科技必由之路。共五十四頁3) 多功能化數(shù)控機床的發(fā)展已經(jīng)模糊了粗、精加工工序的概念，加工中心的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的工序界限和分開加工的工藝規(guī)程。配有自動換刀機構(gòu)(刀庫容量可達100把以上)的各類加工中心，能在同一臺機床上同時實

26、現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工?，F(xiàn)代數(shù)控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同(b tn)部位進行不同(b tn)方式的切削加工，減少了在不同(b tn)數(shù)控機床間進行工序的轉(zhuǎn)換而引起的待工以及多次上下料等時間。近年來，又相繼出現(xiàn)了許多跨度更大的功能集中的超復(fù)合化數(shù)控機床。共五十四頁4) 智能化隨著人工智能在計算機領(lǐng)域中的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機理，使新一代數(shù)控系統(tǒng)具有自動編程、模糊控制、前饋控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償(bchng)、運動參數(shù)動態(tài)補償(bchng)等功能，而且人機界面極

27、為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更加完善。 共五十四頁5) 高柔性化數(shù)控機床在提高單機柔性化的同時，正朝著單元柔性化和系統(tǒng)柔性化方向發(fā)展。柔性制造系統(tǒng)(FMS)是一種在批量生產(chǎn)下，高柔性和高自動化程度的制造系統(tǒng)，它綜合了高效、高質(zhì)量及高柔性的特點，解決了長期以來中小批量以及中大批量、多品種(pnzhng)產(chǎn)品生產(chǎn)自動化的技術(shù)難題。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計算機集成系統(tǒng)的要求，數(shù)控系統(tǒng)具有遠距離串行接口，甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對多臺數(shù)控機床進行控制。共五十四頁6) 可靠性最大化數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的指標。數(shù)控系統(tǒng)繼續(xù)向高集成度方向發(fā)

28、展，以減少元器件的數(shù)量來提高可靠性，同時使系統(tǒng)更加小型化、微型化；利用多CPU的優(yōu)勢，實現(xiàn)(shxin)故障自動排除，增強可靠性。 此外，數(shù)控機床也在朝著模塊化、專門化、個性化方向發(fā)展。數(shù)控機床結(jié)構(gòu)模塊化，以適應(yīng)數(shù)控機床多品種、小批量加工零件的特點；數(shù)控功能專門化，以使機床性能價格比顯著提高；個性化也是近幾年來數(shù)控機床特別明顯的發(fā)展趨勢。共五十四頁3 先進制造系統(tǒng)(xtng)簡介 數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)(DNC系統(tǒng))是用一臺計算機直接控制多臺機床進行零件加工或裝備的系統(tǒng)，又稱群控系統(tǒng)，它在20世紀60年代末開始出現(xiàn)。在DNC系統(tǒng)中，基本保留了原來各數(shù)控機床的CNC系統(tǒng)，并與DNC系統(tǒng)的中央計

29、算機組成計算機網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了分級控制管理。DNC系統(tǒng)具有如下特點： 具有計算機集中處理和分時控制的能力； 具有現(xiàn)場自動編程和對零件程序進行編輯和修改的能力，使編程與控制相結(jié)合，而且零件程序存儲容量大； 具有生產(chǎn)管理、作業(yè)調(diào)度、工況顯示監(jiān)控和刀具(doj)壽命管理的能力。共五十四頁1) 間接型DNC系統(tǒng)間接型DNC系統(tǒng)配有集中管理和控制的中央計算機，并在中央計算機和數(shù)控機床的數(shù)控裝置之間加有通信接口，如圖1-8所示。各機床的數(shù)控裝置依然承擔(dān)著原來(yunli)的控制功能，中央計算機配備的大容量外存儲器中存放著每臺數(shù)控機床所需的零件加工計劃和加工程序，可適時調(diào)至計算機的內(nèi)存中。計算機根據(jù)需要以中斷方

30、式向發(fā)出請求的某臺數(shù)控機床的通信接口傳送所需的加工程序。間接型DNC系統(tǒng)比較容易建立，由于機床的數(shù)控裝置未簡化，硬件成本較高。共五十四頁2) 直接型DNC系統(tǒng)在直接型DNC系統(tǒng)中，數(shù)控機床不再配備數(shù)控裝置，只需配置一個簡單的機床控制器(Machine Control Unit，MCU)，用于數(shù)據(jù)傳輸、驅(qū)動控制(kngzh)和手工操作，原來由數(shù)控裝置完成的插補運算由中央計算機或接口電路完成，如圖1-9所示。直接控制型DNC系統(tǒng)的數(shù)控機床，其控制功能主要由計算機軟件執(zhí)行，所以靈活性大，適應(yīng)性強，可靠性也比較高，但是投資比較大。共五十四頁圖1-8 間接(jin ji)型DNC系統(tǒng) 共五十四頁 圖1-

31、9 直接(zhji)型DNC系統(tǒng) 共五十四頁 為滿足現(xiàn)代生產(chǎn)中的多品種、中小批量、產(chǎn)品更新?lián)Q代周期快的要求，出現(xiàn)許多先進制造方法和系統(tǒng)，概括起來主要(zhyo)有：1.柔性制造單元(FMC)2.柔性制造系統(tǒng)(FMS)3.計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)在這里，我們主要介紹一下FMC、FMS的定義以及它們的特點等。共五十四頁柔性(ru xn)制造單元（FMC）1. FMC的概念 柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell，簡稱FMC）由一臺或多臺數(shù)控設(shè)備，自動化物流存儲、傳輸和交換裝置，及一臺單元控制計算機組成。單元控制計算機協(xié)調(diào)和控制單元內(nèi)各設(shè)備的運行并與上級計算機通信。2. FMC的組成 一般情況下，F(xiàn)MC中存在著信息流、物流和加工三個子系統(tǒng)。信息流子系統(tǒng)包括