數(shù)控技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用太原理工大學(xué)董長雙一、前言

數(shù)控技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)機(jī)械機(jī)械加工過程進(jìn)行信息處理與控制，達(dá)到生產(chǎn)過程自動(dòng)化的一門技術(shù)。是FMS、CIMS的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的裝備主流。數(shù)控技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：

(1)機(jī)械制造技術(shù)；

(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；

(3)自動(dòng)控制技術(shù)；

(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；

(5)傳感器技術(shù)；(6)微電子技術(shù)；(7)軟件技術(shù)等。二、數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生

20世紀(jì)40年末，JohnparsonsandFrankstulenparsonscorporation,（Traversecity,Michigan)提出了數(shù)控加工思想。theideaofusingcoordinatepositiondatacontainedonpunchedcardstodefineandmachinethesurfacecontoursofairfoilshapesairfoil±0.0015inch(±0.038mm)

1951年4月，美國空軍和MIT伺服實(shí)驗(yàn)室簽協(xié)議，研發(fā)數(shù)控機(jī)床。

1952年3月，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在MIT問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展。當(dāng)時(shí)控制程序是記錄在紙帶上的字符和數(shù)字，故稱數(shù)字控制機(jī)床。

1955年，第一臺(tái)商業(yè)數(shù)控機(jī)床在美國全國機(jī)床展覽會(huì)上展出。

1959年，KeaneyandTrecherCo.研制了第一臺(tái)加工中心（MC),加工中心是具有刀庫和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。

1967年，MollinCo.研制了第一臺(tái)柔性制造系統(tǒng)（FMS）(DavidWilliamson)。(System24,(24hr/day,16hrhumanworkerunattended)IBM1360/140,7machinetools)柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（若干臺(tái)數(shù)控機(jī)床和加工中心）、物料運(yùn)送及管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)組成的自動(dòng)加工線。CincinnatiMillingMachineCo.VerticalHydro-Telmillingmachine

292vacuumtubes計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(computerintegratedmanufacturingsystem:CIMS)計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)是一種企業(yè)生產(chǎn)制造與生產(chǎn)管理進(jìn)行優(yōu)化的哲理。這種哲理首先是在1974年美國JosephHarrington博士在其論文《ComputerIntegratedManufacturing》中提出的。CIM是針對(duì)企業(yè)所面臨的激烈市場競爭形勢而提出的組織企業(yè)生產(chǎn)的一種哲理。其基本思想是：①制造企業(yè)中的各個(gè)部分（即從市場分析、經(jīng)營決策、工程設(shè)計(jì)、制造過程、質(zhì)量控制、生產(chǎn)指揮到售后服務(wù)）是一個(gè)互相緊密相關(guān)的整體；②整個(gè)制造過程本質(zhì)上可以抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)的搜集、傳遞、加工和利用的過程，最終產(chǎn)品僅是數(shù)據(jù)的物化表現(xiàn)。前者體現(xiàn)了集成的思想，它將企業(yè)決策、經(jīng)營管理、生產(chǎn)制造、銷售及售后服務(wù)有機(jī)地結(jié)合在一起；后者就是信息制造觀的思想。

CIMS定義：由一個(gè)多級(jí)計(jì)算機(jī)控制硬件結(jié)構(gòu)，配合一套訂貨、銷售、設(shè)計(jì)、制造和管理綜合為一體的軟件系統(tǒng)所構(gòu)成的全盤自動(dòng)化制造系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集體制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)CIMS：三、數(shù)字控制與數(shù)控機(jī)床基本概念與分類基本概念

數(shù)字控制（NC，numericalcontrol）GB8129-87,用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。

數(shù)控系統(tǒng)（NCsystem）：實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的機(jī)電控制設(shè)備；

數(shù)控機(jī)床：裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。

機(jī)床：機(jī)床是從金屬的毛坯上切削掉多余的材料，使工件具有要求的形狀和寸，取得規(guī)定的精度和光潔度。

普通機(jī)床：人工手動(dòng)操作的機(jī)床。機(jī)床類別及代號(hào)：（JB1838-85）車床（C）鉆床（Z）鏜床（T）磨床（M）齒輪加工機(jī)床（Y）螺紋加工機(jī)床（S)銑床（X）刨插床（B)拉床（L）特種加工機(jī)床（D）鋸床（G)其他加工機(jī)床（Q)（GB/T15375-94）車床（C）鉆床（Z）鏜床（T）磨床（M）齒輪加工機(jī)床（Y）螺紋加工機(jī)床（S)銑床（X）刨插床（B)拉床（L）鋸床（G)其他加工機(jī)床（Q)數(shù)控機(jī)床加工過程

零件圖首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作。加工程序數(shù)控裝置

伺服系統(tǒng)

機(jī)床數(shù)控機(jī)床的組成

本圖是數(shù)控機(jī)床的組成框圖。除了機(jī)床本體以外的部分統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。

1．輸入/輸出設(shè)備

2.控制面板3．?dāng)?shù)控裝置

4．伺服單元

5．PLC及接口

6．機(jī)床本體

7．測量裝置伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測量裝置

伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸電機(jī)（鼠籠型三相感應(yīng)電機(jī)），實(shí)現(xiàn)零件切削加工運(yùn)動(dòng)。要求：高轉(zhuǎn)速（10000r/min），大功率（2.2~250kW)，寬調(diào)速范圍(1:10~1:1000)。進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給電機(jī)（永磁同步電機(jī)）,實(shí)現(xiàn)零件切削加工成形運(yùn)動(dòng)。要求：定位精度高，響應(yīng)速度快，調(diào)度范圍寬，低速大轉(zhuǎn)矩。測量裝置位置和速度測量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用：保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)（速度和位置控制）。主軸運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)（速度控制）PLC、、機(jī)機(jī)床床I/O電電路路和和裝裝置置PLC(ProgrammableLogicController)：：用于于完完成成與與邏邏輯輯運(yùn)運(yùn)算算有有關(guān)關(guān)順順序序動(dòng)動(dòng)作作的的I/O控控制制，，它它由由硬硬件件和和軟軟件件組組成成；；1969年年，美美國國數(shù)數(shù)字字設(shè)設(shè)備備公公司司（（DEC-DigitalEquipmentCorporation)研研制出出世世界界第第1臺(tái)臺(tái)PLC，，并并在在GM公公司司汽汽車車自自動(dòng)動(dòng)裝裝配配線線上上試試用用成成功功。。獨(dú)立立式式、、嵌嵌入入式式。。機(jī)床床I/O電電路路和和裝裝置置：：實(shí)現(xiàn)現(xiàn)I/O控控制制的的執(zhí)執(zhí)行行部部件件(由由繼繼電電器器、、電電磁磁閥閥、、行行程程開開關(guān)關(guān)、、接接觸觸器器等等組組成成的邏邏輯輯電電路路；；)功能能：：接受受CNC的的M、、S、、T指指令令，，對(duì)對(duì)其其進(jìn)進(jìn)行行譯譯碼碼并并轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的控控制制信信號(hào)號(hào)控控制輔輔助助裝裝置置完完成成機(jī)機(jī)床床相相應(yīng)應(yīng)的的開開關(guān)關(guān)動(dòng)動(dòng)作作并并接接受受操操作作面面板板和和機(jī)機(jī)床床側(cè)側(cè)的的I/O信信號(hào)，，送送給給CNC裝裝置置，，經(jīng)經(jīng)其其處處理理后后，，輸輸出出指指令令控控制制CNC系系統(tǒng)統(tǒng)的的工工作作狀狀態(tài)態(tài)和機(jī)機(jī)床床的的動(dòng)動(dòng)作作。數(shù)控控機(jī)機(jī)床床物物理理結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的特特點(diǎn)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：1．．適適應(yīng)應(yīng)性性強(qiáng)強(qiáng)；；2．．加加工工精精度度高高、、質(zhì)質(zhì)量量穩(wěn)穩(wěn)定定；；3．．生生產(chǎn)產(chǎn)效效率率高高、、經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)效效益益好好；；4．．減減輕輕操操作作者者的的勞勞動(dòng)動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度度、、操操作作簡簡單單；；5．．有有利利于于生生產(chǎn)產(chǎn)管管理理的的現(xiàn)現(xiàn)代代化化；；6.具具有有故故障障診診斷斷和和監(jiān)監(jiān)控控能能力力；；問題：1．造價(jià)較高高；

2．調(diào)調(diào)試和維修比比較復(fù)雜，需需要專門的技技術(shù)人員；3．對(duì)編程程人員的技術(shù)術(shù)水平要求較較高。數(shù)控機(jī)床特別別適合高精度度、復(fù)雜零件件的加工80年代的東東芝事件1987年5月27日，，日本警視廳廳逮捕了日本本東芝機(jī)械公公司鑄造部部部長林隆二和和機(jī)床事業(yè)部部部長谷村弘弘明。東芝機(jī)機(jī)械公司曾與與挪威康士堡堡公司合謀，，非法向前蘇蘇聯(lián)出口大型型銑床等高技技術(shù)產(chǎn)品。上世紀(jì)60年年代末，蘇聯(lián)聯(lián)情報(bào)機(jī)關(guān)在在美國海軍機(jī)機(jī)要部門建立立的間諜網(wǎng)不不斷獲得美國國核潛艇跟蹤蹤蘇聯(lián)潛艇的的情報(bào)。蘇聯(lián)聯(lián)潛艇的噪音音很大，美國國海軍在200海里以外外就能偵測到到。1979年底底，克格勃高高級(jí)官員奧西西波夫以全蘇蘇技術(shù)機(jī)械進(jìn)進(jìn)口公司副總總經(jīng)理的身份份，通過日本本和光貿(mào)易股股份公司駐莫莫斯科事務(wù)所所所長熊谷獨(dú)獨(dú)與日本伊藤藤忠商社、東東芝公司和挪挪威康士堡公公司接上了頭頭。在巨大的的商業(yè)利益的的誘惑下，東東芝公司和康康士堡公司同同意向蘇聯(lián)提提供四臺(tái)MBP—11OS型九軸數(shù)數(shù)控大型船用用螺旋槳銑床床，此項(xiàng)合同同成交額達(dá)37億日元（（1850萬萬美圓）。這這種高約10米、寬22米、重250噸的銑床床，可以精確確地加工出巨巨大的螺旋槳槳，使?jié)撏仆七M(jìn)器發(fā)出的的噪音大大降降低。為為了掩人耳耳目，蘇聯(lián)沒沒有向日本訂訂購與九軸五五聯(lián)動(dòng)銑床相相配套的計(jì)算算機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)，而是要求求挪威國營武武器制造公司司———康士士堡貿(mào)易公司司向東芝公司司提供四臺(tái)NC—2000數(shù)字控制制裝置，由東東芝公司完成成總裝后，出出口蘇聯(lián)。蘇蘇聯(lián)為此還與與康士堡公司司單獨(dú)簽訂了了秘密合同。。這種數(shù)控裝裝置通常與不不受“巴統(tǒng)””限制的兩軸軸機(jī)床配套使使用，但是只只要改變一下下配線和電路路，就可作為為九軸機(jī)床的的數(shù)控裝置。。東芝事件一個(gè)月后，東東芝公司即向向日本通產(chǎn)省省申領(lǐng)向蘇聯(lián)聯(lián)出口的許可可證。申領(lǐng)書書隱瞞了九軸軸機(jī)床的高性能能，偽稱產(chǎn)品品是用于加工工水力發(fā)電機(jī)機(jī)葉片的簡易易TDP—70／110型兩軸機(jī)床，從而獲得得了通產(chǎn)省的的出口許可證證。這四臺(tái)精精密機(jī)床順利利到達(dá)蘇聯(lián)并并很快發(fā)揮作作用。到1985年年，蘇聯(lián)制.造出的新型潛艇噪音音僅相當(dāng)于原原來潛艇的10％，使美國海軍只只能在20海里以內(nèi)內(nèi)才能偵測出出來。1986年10月月，一艘美國國核潛艇因?yàn)闉闆]有偵測到到它正在追蹤蹤的蘇聯(lián)潛艇的噪噪音而與蘇聯(lián)聯(lián)潛艇相撞。。1985年12月，蘇聯(lián)聯(lián)、日本秘密密協(xié)議當(dāng)事人人之一、東芝芝公司的熊谷谷獨(dú)因與他的的雇主發(fā)生糾紛而辭辭職，并憤而而向“巴統(tǒng)””主席蓋尼爾爾.陶瑞格揭揭發(fā)了東芝事事件。陶瑞格格立即要求日方調(diào)查此此事。日本通通產(chǎn)省對(duì)東芝芝公司進(jìn)行調(diào)調(diào)查時(shí)，東芝芝公司以預(yù)先先簽署的假合合同和其它技術(shù)文文件為證，對(duì)對(duì)此事矢口否否認(rèn)。經(jīng)過進(jìn)進(jìn)一步調(diào)查，，1987年年初，美國人人掌握了蘇聯(lián)從日本獲獲取精密機(jī)床床的真憑實(shí)據(jù)據(jù)。在美國的的壓力下，日日本警視廳對(duì)對(duì)東芝公司進(jìn)進(jìn)行突擊檢查，查查獲了全部有有關(guān)秘密資料料，并逮捕了了涉案人員。。在以后的幾幾個(gè)月里，美美國朝野群情激憤憤，再三譴責(zé)責(zé)日本，并對(duì)對(duì)東芝公司進(jìn)進(jìn)行了制裁。。當(dāng)時(shí)的日本本首相中曾根根康弘不得不向美美國表示道歉歉，日本方面面還花1億日日元在美國的的50多家報(bào)報(bào)紙上整版刊刊登“悔罪廣告”。心心驚膽顫的挪挪威政府除了了向美國保證證今后決不再再發(fā)生類似事事件外，還關(guān)關(guān)閉了康士堡公司駐駐莫斯科辦事事處，并停止止了該公司正正在與東歐國國家進(jìn)行的全全部貿(mào)易。不不久后，挪威又以以從事竊取科科技情報(bào)的間間諜活動(dòng)為由由，驅(qū)逐了蘇蘇聯(lián)一名外交交官和三名貿(mào)貿(mào)易代表。靜音潛艇的技技術(shù)東芝事件巴黎統(tǒng)籌委員員會(huì)(簡稱““巴統(tǒng)”)兩有趣事情1.蘇工程程師晚上安裝裝調(diào)試兩臺(tái)機(jī)機(jī)床2.30歲歲挪威電腦技技師波路斯斯塔特喜結(jié)良良緣數(shù)控機(jī)床的分分類從不同的角度度對(duì)數(shù)控機(jī)床床進(jìn)行分類，，常見的有以以下幾種分類類方法：按運(yùn)動(dòng)控制軌軌跡分類1.點(diǎn)位控控制數(shù)控機(jī)床床2.直線控控制數(shù)控機(jī)床床3.輪廓控控制數(shù)控機(jī)床床按伺服系統(tǒng)的的類型分類1．開環(huán)控控制數(shù)控機(jī)床床一般用于經(jīng)濟(jì)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床床和舊機(jī)床改改造2．閉環(huán)控控制數(shù)控機(jī)床床理論上，該系系統(tǒng)可以消除除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的的誤差、間隙隙和失動(dòng)量，，具有很高的的位置精度，，但位置環(huán)內(nèi)內(nèi)的許多機(jī)械械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的的摩擦特性、、剛性和間隙隙都是非線性性的，很容易易造成系統(tǒng)的的不穩(wěn)定，因因此要求系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性性要求高，閉閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)、安裝和和調(diào)試都有相相當(dāng)?shù)碾y度。。主要用于精精度要求很高高的鏜銑床，，超精車床、、超精磨床以以及較大型的的數(shù)控機(jī)床。3．半閉環(huán)環(huán)控制數(shù)控機(jī)機(jī)床半閉環(huán)數(shù)控系系統(tǒng)精度比開開環(huán)系統(tǒng)好，，比閉環(huán)差，，同時(shí)具有結(jié)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)調(diào)試方便等特特點(diǎn)，在現(xiàn)代代數(shù)控機(jī)床中中得到廣泛應(yīng)應(yīng)用。按數(shù)控系統(tǒng)體體系結(jié)構(gòu)分類類1傳統(tǒng)封閉閉式數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)早期開發(fā)的封封閉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，，系統(tǒng)的擴(kuò)展展、改變必須須求助于開發(fā)發(fā)商。目前占占領(lǐng)著數(shù)控系系統(tǒng)的大部分分市場。如FUNUC0系列、MITSUBISHIM50、Simens810等。。2“PC””嵌入“NC”結(jié)構(gòu)數(shù)控控系統(tǒng)制造商在既不不愿放棄多年年來積累的數(shù)數(shù)控技術(shù)資源源、又想利用用計(jì)算機(jī)豐富富的軟件資源源的情況下開開發(fā)的產(chǎn)品。。具有一定的的開放性，但但NC體系結(jié)結(jié)構(gòu)不開放，，用戶無法介介入系統(tǒng)核心心。如FUNUC16i、18i、21i，，Simens840D，Num1060等。。3“NC””嵌入“PC”結(jié)構(gòu)開放放數(shù)控系統(tǒng)PC+運(yùn)動(dòng)控控制卡構(gòu)成。。如PMAC-NC數(shù)控控系統(tǒng)（美國國DeltaTau),MAZATROL640CNC(MAZAK)4全軟件型型開放數(shù)控系系統(tǒng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)機(jī)數(shù)控軟件全全部裝在計(jì)算算機(jī)中，而硬硬件部分僅是是與伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置和外部部Ｉ／Ｏ之間間的標(biāo)準(zhǔn)通用用接口。如OpenCNC（（美國ＭDSI）PA8000NT(德國PowerAutomation)按工藝用途分分類1.切削加工類：：如數(shù)控銑床床、數(shù)控車床床、數(shù)控磨床床、加工中心心、數(shù)控齒輪輪加工機(jī)床、、FMC等。。2.成型加加工類：數(shù)控控折彎機(jī)、數(shù)數(shù)控彎管機(jī)、、數(shù)控沖壓機(jī)機(jī)等。3.特種加加工類：數(shù)控控線切割機(jī)、、電火花加工工機(jī)、激光加加工機(jī)等。4.其它類類型：數(shù)控裝裝配機(jī)、數(shù)控控測量機(jī)、機(jī)機(jī)器人等。5.虛擬軸軸機(jī)床、快速速成型機(jī)虛擬軸機(jī)床虛擬軸機(jī)床(Virtualaxiamachinetool)也稱并聯(lián)機(jī)床床（Parallelkinematicsmachinetool)虛擬軸機(jī)床（（VirtualAxisMachineTools）實(shí)實(shí)質(zhì)上是機(jī)器器人與機(jī)床的的混合物，其其在結(jié)構(gòu)上完完全不同于傳傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)機(jī)床，具有模模塊化程度高高，結(jié)構(gòu)簡單單，速度、動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，，造價(jià)低等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)?？朔肆藗鹘y(tǒng)的機(jī)床床設(shè)備一些無無法避免的固固有缺陷，如如：非對(duì)稱、、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)，笨重的床床身立柱，單單一的加工能能力，較低的的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特特性等。1994年年在IMTS一經(jīng)展展出，就在世世界范圍內(nèi)引引起轟動(dòng)，多多家媒體把這這種機(jī)床稱為為“機(jī)床結(jié)構(gòu)構(gòu)的重大革命命”，“21世紀(jì)的的新一代數(shù)控控加工設(shè)備””。不過數(shù)年年時(shí)間，這種種機(jī)床就得到到了快速的發(fā)發(fā)展。目前，，國內(nèi)已有許許多單位對(duì)并并聯(lián)機(jī)構(gòu)裝備備和工藝技術(shù)術(shù)開始進(jìn)行了了研究。清華華大學(xué)與天津津大學(xué)合作于于1997年底研制制出我國第一一臺(tái)大型鏜銑銑類虛擬軸機(jī)機(jī)床原型樣機(jī)機(jī)，并于1998年年4月在在第四屆中國國機(jī)床工具商商品展覽交易易會(huì)上展出，，受到各界廣廣泛重視。虛擬軸機(jī)床特特點(diǎn)和用途途：機(jī)床特點(diǎn)：由于采用珩架架結(jié)構(gòu)，機(jī)床床重量輕高剛度、高精精度、高速度度及高加速度度實(shí)現(xiàn)6自自由度空間位位姿靈活變化化機(jī)床用途：特別適合于曲曲面加工，如如螺旋槳葉片片、汽輪機(jī)葉葉片、復(fù)雜光光學(xué)透鏡、模模具型腔等復(fù)復(fù)雜三維曲面面。更換執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)后可用于移移載、裝配、、能束加工等等。虛擬軸機(jī)床基基本理論虛擬軸的設(shè)計(jì)計(jì)理論。該理論包括6個(gè)伸縮桿的的長度決定動(dòng)動(dòng)平臺(tái)位置的的一般理論及及特例、虛擬擬軸機(jī)床的運(yùn)運(yùn)動(dòng)分析、虛虛擬軸機(jī)床的的力學(xué)分析等等。虛擬軸機(jī)床的的控制技術(shù)。。虛擬軸機(jī)床機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單單是以控制系系統(tǒng)的復(fù)雜為為條件的。虛擬軸機(jī)床的的誤差分析技技術(shù)。虛擬軸比傳統(tǒng)統(tǒng)機(jī)床具有更更高的精度，，但是存在影影響加工精度度的因素。。快速成型（RapidPrototypingRP)快速成型是一一種快速生成成模型或者零零件的制造技技術(shù)。在計(jì)算算機(jī)控制與管管理下，依靠靠已有的CAD數(shù)據(jù)，采采用材料精確確堆積的方式式，即由點(diǎn)點(diǎn)堆積成面，，由面堆積成成三維，最終終生成實(shí)體。。依靠此技術(shù)術(shù)可以生成非非常復(fù)雜的實(shí)實(shí)體，而且成成型的過程中中無需模具的的輔助?？焖俪尚图夹g(shù)術(shù)的研究始于于1970年年代，但是直直到1980年代末才逐逐漸出現(xiàn)了成成熟的制造設(shè)設(shè)備。美國3M公司的AlanJ.Herbert（1978年））、日本名古古屋市工業(yè)研研究所的小玉玉秀男（1980年）、、美國UVP公司的CharlesW.Hull（1982年））、日本大阪阪工業(yè)技術(shù)研研究所的丸谷谷洋二（1993年），，各自獨(dú)立地地提出了快速速成型的技術(shù)術(shù)設(shè)想，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的材料和方方式有差異，，但均以多層層疊加并固化來產(chǎn)產(chǎn)生實(shí)體。在在1986年年，CharlesW.Hull在美國獲獲得了光固化化立體造型設(shè)設(shè)備（SLA）的專利，，標(biāo)志著快速速成型技術(shù)即即開始進(jìn)入實(shí)實(shí)用階段，在在設(shè)計(jì)領(lǐng)域及及汽車工業(yè)上上有廣泛應(yīng)用用。目前已有十余余種不同方法法，如光固化化立體造型（（SLA）、、層片疊加制制造（LOM）、選擇性性激光燒結(jié)（（SLS）、、熔融沉積造造型（FDM）、掩模固固化法（SGC）、三維維印刷法（TDP）、噴噴粒法（BPM）等。其其中SLA是是使用最早和和最廣泛的技技術(shù)，約占全全部快速成型型設(shè)備的70％左右。工藝過程：實(shí)體造型的構(gòu)構(gòu)建：三維維建模，反求求工程。實(shí)體造型的離離散處理：：將復(fù)雜的模模型用一系列列的微小三角角形平面來近近似模擬，每每個(gè)小三角形形用3個(gè)個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)和和一個(gè)法矢量量來描述（（STL格式式文件）實(shí)體造型的分分層處理：成成型高度方向向上用一系列列固定間隔的的平面切割被被離散過的模模型，以便提提取截面的輪輪廓信息。間間隔可以小至至亞毫米級(jí)。。成型加工：成型零件的后后處理：去除除支撐，另外外還可能需要要進(jìn)行打磨、、拋光、涂上上油漆，或在在高溫爐中燒燒結(jié)以提高強(qiáng)強(qiáng)度光固化立體造造型（SLA）該技術(shù)以光敏樹脂的聚聚合反應(yīng)為基礎(chǔ)。在計(jì)計(jì)算機(jī)控制下下的紫外激光，沿著零零件各分層截截面輪廓，對(duì)對(duì)液態(tài)樹脂進(jìn)行逐點(diǎn)點(diǎn)掃描，使被被掃描的樹脂脂薄層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，由點(diǎn)逐漸形形成線，最終終形成零件的的一個(gè)薄層的的固化截面，，而未被掃描描到的樹脂保保持原來的液液態(tài)。當(dāng)一層層固化完畢，，升降工作臺(tái)臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層層片厚度的距距離，在上一一層已經(jīng)固化化的樹脂表面面再覆蓋一層層新的液態(tài)樹樹脂，用以進(jìn)進(jìn)行再一次的的掃描固化。。新固化的一一層牢固地粘粘合在前一層層上，如此循循環(huán)往復(fù)，直直到整個(gè)零件件原型制造完完畢。特點(diǎn)：有較高的精度度和較好的表表面質(zhì)量，能能制造形狀特特別復(fù)雜（如如空心零件））和特別精細(xì)細(xì)（如工藝品品、首飾等））的零件。層片疊加制造造（LOM））層片疊加制造造工藝是將單單面涂有熱溶溶膠（在被加加熱狀態(tài)下可可產(chǎn)生粘性）的箔材（紙紙、陶瓷箔、、金屬箔等））通過熱輥加加熱粘接在一一起，位于上上方的激光器器按照CAD分層模型所所獲數(shù)據(jù)，用用激光束將箔箔材切割成所所制零件的內(nèi)內(nèi)外輪廓，然然后新的一層層箔材再疊加加在上面，通通過熱壓裝置置和下面已切切割層粘合在在一起，激光光束再次切割割，在每一層層進(jìn)行切割和和粘合的過程程，直至整個(gè)個(gè)零件模型制制作完成，選擇性激光燒燒結(jié)（SLS）這種工藝也是是以激光器為為能量源，通通過紅外激光束使塑料料、蠟、陶瓷瓷、金屬或其其復(fù)合物的粉粉末均勻地?zé)裏Y(jié)在加工平平面上。在工工作臺(tái)上均勻勻鋪上一層很很?。▉喓撩酌准?jí)）的粉未未作為原料，，激光束在計(jì)計(jì)算機(jī)的控制制下，通過掃掃描器以一定定的速度和能能量密度按分分層面的二維維數(shù)據(jù)掃描。。經(jīng)過激光束束掃描后，相相應(yīng)位置的粉粉末就燒結(jié)成成一定厚度的的實(shí)體片層，，未掃描的地地方仍然保持持松散的粉末末狀。這一層層掃描完畢，，隨后需要對(duì)對(duì)下一層進(jìn)行行掃描。先根根據(jù)物體截層層厚度而升降降工作臺(tái)，鋪鋪粉滾筒再次次將粉末鋪平平，可以開始始新一層的掃掃描。如此反反復(fù)，直至掃掃描完所有層層面。去掉多多余粉末，并并經(jīng)過打磨、、烘干等適當(dāng)當(dāng)?shù)暮筇幚恚?，即可獲得零零件。目前應(yīng)應(yīng)用此工藝時(shí)時(shí)，以蠟粉末末及塑料粉末末作為原料較較多，而用金金屬粉或陶瓷瓷粉進(jìn)行粘接接或燒結(jié)的工工藝尚未獲得得實(shí)用。三維印刷工藝藝（3DP））三維印刷工藝藝，也稱為三三維打印。1989年，，美國麻省理工工學(xué)院的EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty等在在美國申請了了三維印刷技技術(shù)的專利，，之后EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty又多次對(duì)該該技術(shù)進(jìn)行完完善，形成了了今天的三維維印刷快速成成型工藝。通通過這個(gè)工工藝，在每一一層粘結(jié)完畢畢后，成型缸缸下降一個(gè)距距離（等于層層厚），供粉粉缸上升一段段高度，推出出多余粉末，，并被鋪粉輥輥推到成型缸缸，鋪平并被被壓實(shí)。噴頭頭在計(jì)算機(jī)控控制下，按照照下一個(gè)截面面的二維幾何何信息進(jìn)行運(yùn)運(yùn)動(dòng)，有選擇擇地噴射粘結(jié)結(jié)劑，最終構(gòu)構(gòu)成層面。原原理和打印機(jī)機(jī)非常相似，，即為三維打打印這一名稱稱的由來。鋪鋪粉輥鋪粉時(shí)時(shí)多余的粉末末被粉末收集集裝置收集。。如此周而復(fù)復(fù)始地送粉、、鋪粉和噴射射粘結(jié)劑，最最終完成一個(gè)個(gè)三維粉體的的粘結(jié)，從而而生產(chǎn)制品。。三維P工工藝與SLS工藝都是將將粉末材料選選擇性地粘結(jié)結(jié)成為一個(gè)整整體。其最大大的不同之處處在于三維P工藝不用將將粉末材料熔熔融，而是通通過噴嘴本身身會(huì)噴出粘合合劑，將這些些材料粘合在在一起。熔融沉積造型型（FDM））1993年美美國Stratasy公公司開發(fā)出了了第一臺(tái)基于于熔融沉積造造型的設(shè)備。。將CAD模模型分為一層層層極薄的截截面，生成控控制FDM噴噴嘴移動(dòng)軌跡跡的二維幾何何信息。FDM加熱頭把把熱熔性材料料（ABS樹樹脂、尼龍、、蠟等）加熱熱到臨界狀態(tài)態(tài)，呈現(xiàn)半流流體性質(zhì)，在在計(jì)算機(jī)控制制下，沿CAD確定的二二維幾何信息息運(yùn)動(dòng)軌跡，，噴頭將半流流動(dòng)狀態(tài)的材材料擠壓出來來，凝固形成成輪廓形狀的的薄層。當(dāng)一一層完畢后，，通過垂直升升降系統(tǒng)降下下新形成層，，進(jìn)行固化。。這樣層層堆堆積粘結(jié)，自自下而上形成成一個(gè)零件的的三維實(shí)體。。FDM工藝的的關(guān)鍵是保持持材料的半流流動(dòng)性。這些些材料并沒有有固定的熔點(diǎn)點(diǎn)，需要精確確控制其溫度度?？焖俪尚停ㄔ危┨攸c(diǎn)使用三維掃描描和快速成型型技術(shù)，將原原作進(jìn)行復(fù)制制，可以保留留極其復(fù)雜的的細(xì)節(jié)?？缮沙筛邚?fù)復(fù)雜度度的產(chǎn)產(chǎn)品。。產(chǎn)品制制造過過程幾幾乎與與零件件的復(fù)復(fù)雜程程度無無關(guān)，，相比比傳統(tǒng)統(tǒng)制造造方式式（如如鑄造），使使用快快速成成型技技術(shù)可可以制制作出出外形形極為為復(fù)雜雜的產(chǎn)產(chǎn)品，，對(duì)于于傳統(tǒng)統(tǒng)工藝藝來說說，一一些特特殊的的形狀狀無法法完成成。便于修修改，，生產(chǎn)產(chǎn)迅速速。整個(gè)生生產(chǎn)過過程數(shù)數(shù)字化化，與與CAD模模型具具有直直接的的關(guān)聯(lián)聯(lián)，可可隨時(shí)時(shí)修改改數(shù)據(jù)據(jù)后進(jìn)進(jìn)行制制造，，尤其其適用用于產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)階階段的的模型型制造造。固定的的制造造成本本。傳統(tǒng)的的模型型制作作往往往先需需要模模具，，需要要耗費(fèi)費(fèi)大量量時(shí)間間，且且模具具的制制造成成本往往往較較高。?？焖偎俪尚托图夹g(shù)術(shù)的單單個(gè)成成品制制作成成本往往往高高于使使用模模具進(jìn)進(jìn)行批量生生產(chǎn)的平均均成本本，但但是無無需模模具的的一次次性投投資，，對(duì)于于只需需要小小規(guī)模模生產(chǎn)產(chǎn)的情情況（（比如如在新新產(chǎn)品品開發(fā)發(fā)中的的設(shè)計(jì)計(jì)模型型），，使用用快速速成型型技術(shù)術(shù)可以以降低低成本本。固定的的的生生產(chǎn)效效率。。使用快快速成成型技技術(shù)生生產(chǎn)任任何產(chǎn)產(chǎn)品均均使用用雷同同的材材料堆堆積方方式，，對(duì)某某一特特定的的產(chǎn)品品的生生產(chǎn)而而言可可能不不是最最優(yōu)的的方式式。比比如，，生產(chǎn)產(chǎn)時(shí)間間會(huì)隨隨著產(chǎn)產(chǎn)品體體積的的增大大而迅迅速增增加。。按聯(lián)動(dòng)動(dòng)軸數(shù)數(shù)分2軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)（（平面面曲線線）3軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)（（空間間曲面面，球球頭刀刀）4軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)（（空間間曲面面）5軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)及及6軸軸聯(lián)動(dòng)動(dòng)（空空間曲曲面））。。聯(lián)動(dòng)軸軸數(shù)越越多數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)的的控制制算法法就越越復(fù)雜雜。按功能能水平平分類類1.高高級(jí)級(jí)型數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)2.普普及型型數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)3.經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)型數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分辨率

(μm)進(jìn)給速度(m/min)其它高級(jí)型1.325=<0.1>=24,(1μm)；

>=10,(0.1μm)三維動(dòng)態(tài)，MAP,

數(shù)字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)；

<10,(0.1μm)字符/圖形

交流伺服經(jīng)濟(jì)型8/16<3<10<8字符,步進(jìn)電機(jī)三、數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的選型型1.機(jī)機(jī)床類類型的的選擇擇2.數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床與與數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)的指指標(biāo)、、功能能數(shù)控機(jī)機(jī)床的的主要要指標(biāo)標(biāo)：（1））規(guī)格格指標(biāo)標(biāo)行程范范圍、、工作作臺(tái)面面尺寸寸、承承載能能力、、主軸軸功率率和進(jìn)進(jìn)給軸軸扭矩矩、控控制軸軸數(shù)和和聯(lián)動(dòng)動(dòng)軸數(shù)數(shù)（2））精度度指標(biāo)標(biāo)定位精精度（（一般般定位位精度度±0.01mm、、最高高±0.4μm）重復(fù)定定位精精度（（一般般重復(fù)復(fù)定位位精度度±±0.005mm、、最高高±0.3μm）分度精精度回零精精度（3））性能能指標(biāo)標(biāo)最高主主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和和最大大加速速度最高進(jìn)進(jìn)給速速度和和最快快移動(dòng)動(dòng)速度度（4））可靠靠性指指標(biāo)平均無無故障障工作作時(shí)間間（MTBF））平均修修復(fù)時(shí)時(shí)間（（MTTR）數(shù)控系系統(tǒng)功功能（1））控制制功能能控制軸軸數(shù)和和聯(lián)動(dòng)動(dòng)軸數(shù)數(shù)（2））準(zhǔn)備備功能能指定機(jī)機(jī)床的的動(dòng)作作方式式（3））插補(bǔ)補(bǔ)功能能現(xiàn)在數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)不不僅有有直線線、圓圓弧插插補(bǔ)功功能，，而且且有拋拋物線線、橢橢圓、、螺旋旋線、、樣條條曲線線插插補(bǔ)補(bǔ)功能能。（4））分辨辨率（（脈沖沖當(dāng)量量）對(duì)控制制系統(tǒng)統(tǒng)，分分辨率率是可可以控控制的的最小小位移移量它它具有有以下下兩方方面的的含義義：a表表示示數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出出一個(gè)個(gè)指令令脈沖沖，經(jīng)經(jīng)伺服服系統(tǒng)統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)床床上的的工件件（或或刀具具）移移動(dòng)的的最小小位移移量。。稱外部脈脈沖當(dāng)當(dāng)量。b表表示示內(nèi)部部運(yùn)算算的最最小設(shè)設(shè)定單單位，，稱內(nèi)部脈脈沖當(dāng)當(dāng)量，比外外部脈脈沖當(dāng)當(dāng)量小小得多多。數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)在在輸出出位移移量前前會(huì)自自動(dòng)將將其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成外部部脈沖沖當(dāng)量量。（5））進(jìn)給給功能能a進(jìn)進(jìn)給給速度度控制制mm/minb同同步進(jìn)進(jìn)給速速度控控制c進(jìn)進(jìn)給倍倍率控控制（6））自動(dòng)動(dòng)加減減速功功能機(jī)械設(shè)設(shè)備狀狀態(tài)改改變時(shí)時(shí)，系系統(tǒng)具具有自自動(dòng)加加減速速功能能，避避免或或減小小沖擊擊。（7））主軸軸功能能a主主軸軸轉(zhuǎn)速速控制制r/minb恒恒線速速度控控制c主軸軸定向向控制制dC軸軸控制制e主主軸倍倍率控控制（8）輔輔助功功能控制機(jī)機(jī)床輔輔助裝裝置通通斷（（如主主軸啟啟停、、轉(zhuǎn)向向、刀刀庫啟啟停、、切削削液啟啟停等等）（9））刀具具管理理功能能實(shí)現(xiàn)刀刀具幾幾何尺尺寸和和刀具具壽命命管理理。（10）補(bǔ)補(bǔ)償功功能a刀刀具具半徑徑和長長度補(bǔ)補(bǔ)償b傳傳動(dòng)動(dòng)鏈誤誤差補(bǔ)補(bǔ)償c非非線線性誤誤差補(bǔ)補(bǔ)償（11）程程序編編制功功能a手手工編編程b自自動(dòng)編編程語言式式自動(dòng)動(dòng)編程程：APT(自自動(dòng)動(dòng)編程程工具具)幾何描描述；；運(yùn)動(dòng)動(dòng)描述述；后后處理理描述述；輔輔助描描述。。CAD/CAM（計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)輔助助設(shè)計(jì)計(jì)、計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)輔助助制造造）圖圖形交交互編編程：：（UG,pro/E等等）（12）固固定循循環(huán)功功能將實(shí)現(xiàn)現(xiàn)典型型動(dòng)作作的程程序預(yù)預(yù)先編編好并并存儲(chǔ)儲(chǔ)到內(nèi)內(nèi)存中中，用用代碼碼指定定，加加工時(shí)時(shí)調(diào)用這這類已已成為為固定定循環(huán)環(huán)指令令的代代碼，，可大大大簡簡化編編程。。（13）人人機(jī)對(duì)對(duì)話功功能數(shù)控系系統(tǒng)配配有薄薄膜場場效應(yīng)應(yīng)晶體體管（（TFT））顯示示屏，，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)字符符、圖圖形顯顯示，，以便用用戶的的操作作和使使用。。（14）自自診斷斷功能能a開開機(jī)機(jī)自診診斷b在在線線自診診斷c離離線自自診斷斷d遠(yuǎn)遠(yuǎn)程通通信診診斷（15）通通訊功功能RS-232接接口、、Internet接口口四、數(shù)數(shù)控技技術(shù)的的發(fā)展展計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)術(shù)的每每一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)步步都在在推動(dòng)動(dòng)數(shù)控控技術(shù)術(shù)向前前發(fā)展展。“六代代”1電電子子管，，1952，ParsonsCorp,MIT,美美空軍軍后勤勤司令令部合合作，，第一一臺(tái)立立式銑銑；(292電電子管管）2晶晶體體管、、印刷刷電路路，1959，，晶體體管元元件的的出現(xiàn)現(xiàn)使電電子設(shè)設(shè)備的的體積積大大大減小小，數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)中中廣泛泛采用用晶體體管和和印刷刷電路路板，，K&T開開發(fā)第第一臺(tái)臺(tái)加工工中心心MILWAUKEE-MATIC。3小小規(guī)規(guī)模集集成電電路,1965,由由于它它體積積小、、功耗耗低，，使數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)的的可靠靠性得得以進(jìn)進(jìn)一步步提高高。1967英英國最最初的的FMS.4通通用用小型型計(jì)算算機(jī),1970，在在美國國芝加加哥國國際機(jī)機(jī)床展展覽會(huì)會(huì)上，，首次次展出出了一一臺(tái)以以通用用小型型計(jì)算算機(jī)作作為數(shù)數(shù)控裝裝置的的數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)，特特征為為許多多數(shù)控控功能能由軟軟件完完成。。5微微處處理器器，1974，，開始始出現(xiàn)現(xiàn)的以以微處處理器器為核核心的的數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)被人人們譽(yù)譽(yù)為第第五代代數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)，近近30年來來，裝裝備微微處理理機(jī)數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)的的數(shù)控控機(jī)床床得到到飛速速發(fā)展展和廣廣泛應(yīng)應(yīng)用。。6基基于于PC（PC-BASED））的數(shù)數(shù)控,20世紀(jì)紀(jì)80年代代，基基于PC開開發(fā)式式數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)。數(shù)控技技術(shù)發(fā)發(fā)展趨趨勢1．高高速速高精精度機(jī)床向向高速速化方方向發(fā)發(fā)展，，可充充分發(fā)發(fā)揮現(xiàn)現(xiàn)代刀刀具材材料的的性能能，可可大幅幅度提提高加加工效效率、、降低低加工工成本本，提提高零零件的的表面面加工工質(zhì)量量和精精度。。上上世紀(jì)紀(jì)90年代代以來來，高高速主主軸單單元（（電主主軸，，轉(zhuǎn)速速15000－－100000r/min））、高高速且且高加加/減減速度度的進(jìn)進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)部部件（（快移移速度度60~120m/min，，切削削進(jìn)給給速度度高達(dá)達(dá)60m/min））、高高性能能伺服服系統(tǒng)統(tǒng)以及及工具具系統(tǒng)統(tǒng)都出出現(xiàn)了了新的的突破破。高速切切削加加工1931年年德國國切削削物理理學(xué)家家薩洛蒙蒙(Salomon)提出高高速切切削理理論。。在常規(guī)規(guī)的切切削速速度范范圍內(nèi)內(nèi)，切切削溫溫度隨隨著切切削速速度的的增大大而提提高。。對(duì)于于每一一種工工件材材料，，存在在一個(gè)個(gè)速度度范圍圍，在在這個(gè)個(gè)范圍圍內(nèi)，，由于于切削削速度度太高高，任任何刀刀具都都無法法承受受，切切削加加工不不可能能進(jìn)行行。但但是，，當(dāng)切切削速速度進(jìn)進(jìn)一步步提高高，超超過這這個(gè)范范圍后后，切切削溫溫度反反而降降低。。同時(shí)時(shí)切削削力也也會(huì)大大幅度度下降降。通常把切削削速度比常常規(guī)切削速速度高出5~10倍倍以上的切切削叫做高高速切削。。車削:700~7000m/min;銑削：300~6000m/min;鉆削：200~1100m/min;磨削：150~360m/s;與傳統(tǒng)切削削加工相比比，高速切切削加工發(fā)發(fā)生了本質(zhì)質(zhì)性的飛躍躍，其單位位功率的金金屬切除率率提高了30%～40%，切切削力降降低了30%，刀具具的切削壽壽命提高了了70%，，留于工件件的切削熱熱大幅度降降低，低階階切削振動(dòng)動(dòng)幾乎消失失。Salomon切削削速度與溫溫度實(shí)驗(yàn)曲曲線CPU采用用64位專專用總線結(jié)結(jié)構(gòu)，采用用全數(shù)字伺伺服、運(yùn)用用AI（AdvanceInterpolation)HRV(HighResponseVector)簡易易指令集CPU（RISC））等。（FUNUCSERVOHRV4伺服位位置以納米米為單位采采樣，使用用αi脈沖沖編碼器16000000p/r。））高速：進(jìn)給速度：：80m/min快進(jìn)速度：：120m/min主軸轉(zhuǎn)速：：100000r/min加速度：2g換刀時(shí)間：：0.4sCINCINNAIT公司HyperMach機(jī)床：：進(jìn)給速度：：60m/min快進(jìn)速度：：100m/min主軸轉(zhuǎn)速：：60000r/min高精度：普通級(jí)：5μm精密級(jí)：1μm超精密級(jí)：：0.01μm2．智能能化數(shù)控系統(tǒng)的的智能化主主要體現(xiàn)在在以下幾個(gè)個(gè)方面：（1）智智能化適應(yīng)應(yīng)控制技術(shù)術(shù)（隨加工工過程切削削條件的變變化，自動(dòng)動(dòng)地調(diào)整切切削用量，，實(shí)現(xiàn)加工工過程最佳佳化）（2）自自動(dòng)編程技技術(shù)（3）具有有故障自動(dòng)動(dòng)診斷功能能（4）智智能化交流流伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置智能化交流流伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置包括括智能主軸軸交流伺服服驅(qū)動(dòng)裝置置和智能進(jìn)進(jìn)給交流伺伺服驅(qū)動(dòng)裝裝置。能自動(dòng)識(shí)別別電動(dòng)機(jī)及及負(fù)載的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，，并自動(dòng)對(duì)對(duì)控制系統(tǒng)統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行行優(yōu)化和調(diào)調(diào)整，使驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲獲得最佳運(yùn)運(yùn)行效果。。（5）加加工參數(shù)智智能優(yōu)化與與選擇以加工工藝藝參數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫為支撐撐，建立專專家系統(tǒng)，，通過它提提供優(yōu)化的的切削參數(shù)數(shù)，使加工工系統(tǒng)始終終處于最優(yōu)優(yōu)和最經(jīng)濟(jì)濟(jì)的工作狀狀態(tài)，達(dá)到到提高編程程效率和加加工工藝技技術(shù)水平。。智能制造技技術(shù)包括括專家系統(tǒng)統(tǒng)、模糊推推理和人工工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)三大部分分。專家系統(tǒng)先是采集領(lǐng)領(lǐng)域?qū)＜业牡闹R(shí)，然然后將知識(shí)識(shí)分解為事事實(shí)與規(guī)則則，存儲(chǔ)于于知識(shí)庫中中，通過推推理作出決決策。模糊推理模糊推理又又稱模糊邏邏輯，它是是依靠模糊糊集和模糊糊邏輯模型型進(jìn)行多個(gè)個(gè)因素的綜綜合考慮，，采用關(guān)系系矩陣算法法模型、隸隸屬度函數(shù)數(shù)、加權(quán)、、約束等方方法，處理理模糊的、、不完全的的乃至相互互矛盾的信信息。人工神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是是人腦部分分功能的某某些抽象、、簡化與模模擬，由數(shù)數(shù)量巨大的的以神經(jīng)元元為主的處處理單元互互連構(gòu)成，，通過神經(jīng)經(jīng)元的相互互作用來實(shí)實(shí)現(xiàn)信息處處理。3體系結(jié)結(jié)構(gòu)開放化化、柔性化化傳統(tǒng)的數(shù)控控系統(tǒng)都是是專門、具具有不同的的編程語言言、非標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)人機(jī)接口口、多種實(shí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、、非標(biāo)準(zhǔn)的的硬件接口口等特征，，造成了數(shù)數(shù)控系統(tǒng)使使用和維護(hù)護(hù)的不便，，也限制了數(shù)控技技術(shù)的進(jìn)一一步發(fā)展。。為了解決決這些問題題，人們提提出了“開放式數(shù)控控系統(tǒng)”的概念。概概念最早見見于1987年美國國NGC(NextGenerationController)計(jì)劃，NGC控制技技術(shù)通過實(shí)實(shí)現(xiàn)基于相相互操作和和分級(jí)式的的軟件模塊塊的“開放放式系統(tǒng)體體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)規(guī)范（SOSAS）”找到到解決問題題的辦法。。開放式體系系結(jié)構(gòu)數(shù)控控系統(tǒng)是開開放式、高高性能、智智能化、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控控系統(tǒng)的統(tǒng)統(tǒng)稱。其核心心是開放式式，既系統(tǒng)統(tǒng)各模塊與與運(yùn)行平臺(tái)臺(tái)無關(guān)、系系統(tǒng)中各模模塊之間的的互操作性及通信信接口的統(tǒng)統(tǒng)一性?，F(xiàn)代開放式式數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的體系結(jié)結(jié)構(gòu)技術(shù)要要求：1）采用通通用性開放放式閉環(huán)控控制模式2）采用通通用計(jì)算機(jī)機(jī)組成總線線式、模塊塊化、開放放式體系結(jié)結(jié)構(gòu)，利用用開放式的的數(shù)控技術(shù)軟軟、硬件平平臺(tái)，可視視需求通過過重構(gòu)、編編輯調(diào)整系系統(tǒng)的組成成，便于““剪裁”，擴(kuò)展展和生級(jí)；；功能可專專用也可通通用，可組組成不同擋擋次、不同同類型、不不同集成程度的數(shù)數(shù)控系統(tǒng)；；功能價(jià)格格比可調(diào)，，可集成用用戶的技術(shù)術(shù)訣竅。體系結(jié)構(gòu)滿滿足了開放放式要求，，同時(shí)也具具有了柔性性化。4.交互互可視化為使設(shè)備易易操作和維維修，數(shù)控控系統(tǒng)應(yīng)具具備以下三三個(gè)特點(diǎn)：：1）用戶界界面圖形化化，可通過過窗口和菜菜單進(jìn)行操操作，以便便藍(lán)圖編程程和快速編編程、三維維彩色立體體動(dòng)態(tài)顯示示、圖形模模擬、圖象象動(dòng)態(tài)跟蹤蹤和仿真及及不同方向向的視圖和和局部顯示示比例縮放放功能的實(shí)實(shí)現(xiàn)。2）計(jì)算可可視化，使使信息交流流不再局限限于用文字字和語言表表達(dá)，而可可以直接使使用圖形、、圖象、動(dòng)動(dòng)畫等可視視信息，使使系統(tǒng)滿足足參數(shù)自動(dòng)動(dòng)設(shè)定、刀刀具補(bǔ)償和和刀具管理理數(shù)據(jù)的動(dòng)動(dòng)態(tài)處理和和顯示，以以及加工過過程的可視視化仿真和和自動(dòng)編程程設(shè)計(jì)等要要求。3）數(shù)控編編程自動(dòng)化化，CAD/CAM圖形交互互自動(dòng)編程程和CAD/CAPP/CAM集成的的全自動(dòng)編編程是數(shù)控控技術(shù)發(fā)展展的新趨勢勢。SIMENS840DShopmill、、Shopturn軟件。。FANUC系統(tǒng)采用用“manualguideI””輔助編編程，操作作者可以根根據(jù)藍(lán)圖輸輸入圖形尺尺寸，無需需G代碼編編程，使數(shù)數(shù)控編程更更接近工程程語言、用用圖形符號(hào)號(hào)說話。齒輪加工軟軟件多軸聯(lián)動(dòng)刀刀具磨軟件件凸輪軸及曲曲軸加工軟軟件法向矢量插插補(bǔ)軟件2012年年國家自然然科學(xué)二等等獎(jiǎng)Z-109-2-02復(fù)雜曲曲面數(shù)字化化制造的幾幾何推理理理論和方法法丁漢漢(華華中科技大大學(xué))，朱朱向陽(上上海交通大大學(xué))，尹尹周平(華華中科技大大學(xué))，朱朱利民(上上海交通大大學(xué))，王王煜(香港中文文大學(xué))5.通信信網(wǎng)絡(luò)化為了實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，，實(shí)現(xiàn)中央央集中控制制的群控加加工，數(shù)控控系統(tǒng)應(yīng)該該有強(qiáng)的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能，，通過聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)，可以在在任何一臺(tái)臺(tái)機(jī)床上對(duì)對(duì)其他機(jī)床床進(jìn)行編程程、設(shè)定、、操作、運(yùn)運(yùn)行，不同同機(jī)床的畫畫面可同時(shí)時(shí)顯示在每每一臺(tái)機(jī)床床的屏幕上上，可進(jìn)行行遠(yuǎn)程化控控制和無人人操作，實(shí)實(shí)現(xiàn)信息共共享、兼容容多種通信信協(xié)議，既既能滿足單單機(jī)需要，，又能滿足足柔性制造造單元、柔柔性制造系系統(tǒng)、計(jì)算算機(jī)集成制制造系統(tǒng)對(duì)對(duì)基層設(shè)備備的要求，，同時(shí)便于于形成“全全球制造””的基礎(chǔ)單單元的需求求6.功能復(fù)復(fù)合化復(fù)合化：在一臺(tái)設(shè)備備上實(shí)現(xiàn)多多種工藝步步驟的加工工，縮短加加工鏈車銑復(fù)合——車削中心心（ATC，動(dòng)力刀刀頭）；鏜銑鉆復(fù)合合—加工中中心（ATC））、五面加加工中心（（ATC，，主軸立臥臥轉(zhuǎn)換）；；銑鏜鉆車復(fù)復(fù)合—復(fù)合合加工中心心；可更換主軸軸箱的數(shù)控控機(jī)床—組組合加工中中心；集車削和激激光加工于于一體的機(jī)機(jī)床；測量/制造造復(fù)合，在在加工后對(duì)對(duì)工件進(jìn)行行在線測量量多功能復(fù)合合化機(jī)床消消除了車床床、銑床、、磨床、激激光設(shè)備等等之間的傳傳統(tǒng)差異。（1）車削削為主德國INDEX公司司的TRAUBTNX65多功能數(shù)控控車削中心心，具有雙雙主軸、4個(gè)刀塔，，第二主軸軸可作Y軸軸移動(dòng)；德德國DMG公司的TWIN65雙主軸軸車削中心心，上下各各有一個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)塔刀架，，可實(shí)現(xiàn)6面加工，，第二主軸軸可作橫向向移動(dòng)等。。（2）加工工中心的復(fù)復(fù)合化日本MAZAK公司司的新機(jī)床床為Integrexe-1550V型復(fù)合合車銑加工工中心，它它將5軸聯(lián)聯(lián)動(dòng)加工中中心的功能能和CNC數(shù)控車削削中心的功功能融合到到了一起。。在市場中中，Mazak公司司的Integrex系列機(jī)機(jī)床被看作作是多功能能機(jī)床的同同義詞。（3）磨削削為主該類復(fù)合機(jī)機(jī)床的代表表為瑞士MAGERLE公司司的MGR立式車磨磨復(fù)合加工工機(jī)，機(jī)床床上方配有有多個(gè)磨頭頭和一個(gè)車車刀架，可可以對(duì)零件件進(jìn)行磨削削和精車；；日本森精精機(jī)制作所所的IGV-3NT磨頭可回回轉(zhuǎn)式立式式磨床，可可在一次裝裝卡下對(duì)零零件內(nèi)外圓圓和端面進(jìn)進(jìn)行加工；；瑞士STUDER公司的S33萬能能數(shù)控磨床床，可以在在一次裝卡卡下實(shí)現(xiàn)多多線螺紋加加工和內(nèi)外外圓、端面面加工。7.數(shù)控控機(jī)床機(jī)械械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新新1）直線電電機(jī)取代滾滾珠絲杠傳統(tǒng)的滾珠珠絲杠傳動(dòng)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)需需要絲杠軸軸承座，聯(lián)聯(lián)軸器等，，結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜，傳動(dòng)鏈鏈中精度損損失多（軸軸承游隙、、絲杠螺距距誤差、反反響間隙等等），而采采用直線電電機(jī)可以克克服傳動(dòng)鏈鏈中丟失的的精度，另另外從電氣氣角度看，，參數(shù)設(shè)置置更直接、、簡便、精精確。平面電機(jī)2）電主軸軸取代主軸軸箱電主軸實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了變頻電電機(jī)和機(jī)床床主軸之間間的“零傳傳動(dòng)”，這這是數(shù)控機(jī)機(jī)床傳動(dòng)的的重大變革革。它克服服了傳統(tǒng)機(jī)機(jī)床皮帶或或齒輪傳動(dòng)動(dòng)的主軸系系統(tǒng)在高速速下打滑、、振動(dòng)和噪噪音大、慣慣量大等弊弊端，可良良好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速速的高速化化，有效改改善主軸高高速綜合性性能。3）重心驅(qū)驅(qū)動(dòng)從力學(xué)角度度分析，在在推動(dòng)物體體移動(dòng)時(shí)，，如果作用用點(diǎn)不在物物體重心，，則會(huì)產(chǎn)生生一個(gè)扭矩矩，對(duì)機(jī)床床定位來講講是一個(gè)不不穩(wěn)定擾動(dòng)動(dòng)因素，影影響輪廓加加工精度和和穩(wěn)定性。。通常單滾滾珠絲杠驅(qū)驅(qū)動(dòng)力與工工件受力點(diǎn)點(diǎn)總是隨著著加工軌跡跡變化而變變化的，既既工作臺(tái)所所受的扭矩矩總是存在在的。采用用雙絲杠驅(qū)驅(qū)動(dòng)（重心心驅(qū)動(dòng)）能能很好地解解決上述問問題，最顯顯著的作用用就是減少少振動(dòng)，提提高加工精精度。振動(dòng)隨時(shí)間間的變化如如圖表所示示。重心驅(qū)動(dòng)設(shè)設(shè)備很快就就消除了振振動(dòng)，反之之其他設(shè)備備的振動(dòng)則則持續(xù)了較較長時(shí)間。。使用位于振振動(dòng)設(shè)備頂頂端的刀具具加工工件件，會(huì)造成成加工面質(zhì)質(zhì)量的明顯顯惡化。另外，如果果在振動(dòng)時(shí)時(shí)使用刀具具切割工件件，也會(huì)輕輕微磨損刀刀尖。因此此振動(dòng)對(duì)刀刀具壽命來來說實(shí)為大大敵。更嚴(yán)重的是是，如果發(fā)發(fā)生振動(dòng)，，數(shù)控裝置置會(huì)將其作作為正常指指令之外的的動(dòng)作進(jìn)行行檢測，而而為了修正正錯(cuò)誤又要要驅(qū)動(dòng)進(jìn)給給電動(dòng)機(jī)。。如此反復(fù)復(fù)，進(jìn)一步步加劇了振振動(dòng)。DCG有DCG無森精機(jī)公司司的車銑復(fù)復(fù)合加工中中心4.現(xiàn)有有機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)的變革1）內(nèi)冷式滾珠珠絲杠高速數(shù)控機(jī)機(jī)床用新HMC系列列滾珠絲杠杠。HMC系列是NSK公司司于1997年推出出的，由于于采用了““空心強(qiáng)冷冷”技術(shù)，，帶來了滾滾珠絲杠的的革命?，F(xiàn)現(xiàn)在，NSK公司又又對(duì)HMC系列進(jìn)行行了改進(jìn)，，滾珠采用用了新的循循環(huán)方式，，在原有高高速的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了靜音、、振動(dòng)小的的環(huán)保性。。2）內(nèi)置銑削電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)塔塔傳統(tǒng)的銑削削機(jī)構(gòu)涉及及傳動(dòng)鏈、、齒輪等機(jī)機(jī)械部件，，結(jié)構(gòu)、制制造工藝復(fù)復(fù)雜，裝置置會(huì)產(chǎn)生大大量的熱和和振動(dòng)。而而帶內(nèi)置銑銑削電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)構(gòu)，最大程程度上減少少了熱量和和振動(dòng)的產(chǎn)產(chǎn)生，避免免了傳統(tǒng)損損耗，提高高了加工精精度和切削削性能。3）箱中箱、臺(tái)臺(tái)中臺(tái)結(jié)構(gòu)構(gòu)4）衍架結(jié)構(gòu)Table-in-Table(臺(tái)臺(tái)中臺(tái))結(jié)結(jié)構(gòu)采用框架式式的箱形結(jié)結(jié)構(gòu)，將一一個(gè)移動(dòng)部部件嵌入另另一個(gè)部件件的框架箱箱中，達(dá)到到提高剛度度，減輕移移動(dòng)部件質(zhì)質(zhì)量的目的的，以適應(yīng)應(yīng)60m/min以以上快速速移動(dòng)和進(jìn)進(jìn)給的要求求。德國DS-Technology公公司的Ecospeed加加工中心將一個(gè)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體嵌入另另一個(gè)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體中，例例如，在B

軸工作作臺(tái)中配置置C

軸工工作臺(tái)，就就構(gòu)成了雙雙坐標(biāo)工作作臺(tái)的臺(tái)中中臺(tái)結(jié)構(gòu)(Table-in-table)德國EEW

衍架結(jié)結(jié)構(gòu)HSM-Model

可按客客戶的場地地空間大小小和使用需需要組合不不同的衍架架跨距、立立柱高度和和間距，最最大加工范范圍可達(dá)151m××9m×4.25m。8.STEP——NCSTEP（（ISO10303）（StandardfortheExchangeofProductModelData－－－ISO10303）(1)目目前CNC系統(tǒng)現(xiàn)狀狀:繪制描述加加工零件幾幾何形狀、、尺寸公差差和材料等等屬性的CAD圖紙紙，并以符符合STEP標(biāo)準(zhǔn)的的IGES格式存放放到文件；；將該IGES文件讀讀入CAM系統(tǒng)，后后置處理成成RS274D（ISO6983）標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)定義的的G代碼；；由CNC讀讀入G代碼碼文件進(jìn)行行數(shù)控加工工?？梢娔壳扒癈NC系統(tǒng)基基于IGES和和ISO6983標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)STEP（ISO10303）（（StandardfortheExchangeofProductModelData－－－ISO10303））是關(guān)于于產(chǎn)品數(shù)數(shù)據(jù)表示示和交換換的國際際標(biāo)準(zhǔn)，，提供一一種不依依賴于具具體系統(tǒng)統(tǒng)的中性性機(jī)制，，能夠描描述產(chǎn)品品整個(gè)生生命周期期內(nèi)的數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)實(shí)現(xiàn)各個(gè)個(gè)工業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域產(chǎn)品品信息的的標(biāo)準(zhǔn)化化。IGES建立CAD數(shù)據(jù)據(jù)輸出的的統(tǒng)一接接口，使使不同數(shù)數(shù)據(jù)格式式的CAD之間間可以交交換數(shù)據(jù)據(jù)。其