機(jī)床數(shù)控技術(shù)緒論課件

第1章緒論1.1機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.2數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理

1.3數(shù)控機(jī)床的分類

1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)

1.5制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展概況思考與練習(xí)題

第1章緒論1.1機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念11.1機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念

數(shù)字控制（NumericalControl,簡(jiǎn)稱NC）技術(shù)，簡(jiǎn)稱數(shù)控技術(shù)，是使用數(shù)字化信息按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)軌跡和速度，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的一種技術(shù)。數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量。它所控制的一般是位移、角度、速度等機(jī)械量，也可以是溫度、壓力、流量、顏色等物理量。這些量的大小不僅可以測(cè)量，而且可經(jīng)A/D或D/A轉(zhuǎn)換，用數(shù)字信號(hào)表示。采用了數(shù)控技術(shù)的設(shè)備稱為數(shù)控設(shè)備。其操作命令是用數(shù)字或數(shù)字代碼的形式來(lái)描述，工作過(guò)程是按指令程序自動(dòng)進(jìn)行。數(shù)控機(jī)床就是一種典型的數(shù)控設(shè)備，它是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的金屬切削機(jī)床。

1.1機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)字控制（Numeric2數(shù)控技術(shù)綜合運(yùn)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造等技術(shù)的最新成果。它具有動(dòng)作順序的程序自動(dòng)控制，位移和相對(duì)位置坐標(biāo)的自動(dòng)控制，速度、轉(zhuǎn)速及各種輔助功能的自動(dòng)控制等功能。數(shù)控技術(shù)具有以下特點(diǎn)：(1)生產(chǎn)率高。

(2)加工精度高。

(3)柔性和通用性增強(qiáng)。

(4)可靠性高。

數(shù)控技術(shù)綜合運(yùn)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量、31.2數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理

1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床一般由輸入／輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、輔助控制裝置和機(jī)床（或稱裸機(jī)）等五部分組成，

如圖1-1所示。

1.2數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成4圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成5

1．程序編制及程序載體

數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。在對(duì)加工零件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，確定零件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系上的相對(duì)位置，即零件在機(jī)床上的安裝位置，刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的尺寸參數(shù)，零件加工的工藝路線、切割加工的工藝參數(shù)以及輔助裝置的動(dòng)作等。得到零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息后，用有文字、數(shù)字和符號(hào)組成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序。編制程序的工作可由人工進(jìn)行。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，則要在專用的編程機(jī)或通用計(jì)算機(jī)上使用CAD／CAM軟件進(jìn)行自動(dòng)編程。1．程序編制及程序載體6

2．輸入裝置輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。編好的數(shù)控程序，可通過(guò)光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)等輸入裝置存儲(chǔ)到載體上。目前，隨著CAD/CAM、CIMS技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多地采用串行通信方式進(jìn)行程序的傳輸。為了便于加工程序的編輯修改、模擬顯示，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)顯示器為操作人員提供必要的信息界面。較簡(jiǎn)單的顯示器只有若干個(gè)數(shù)碼管，只能顯示字符；較高級(jí)的系統(tǒng)一般配有CRT顯示器或液晶顯示器，

可以顯示圖形。

2．輸入裝置7

3．?dāng)?shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受輸入裝置送來(lái)的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分的工作，

使其進(jìn)行規(guī)定的有序運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。

3．?dāng)?shù)控裝置8在數(shù)控裝置的各項(xiàng)控制功能中，至關(guān)重要的是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。零件的輪廓圖形通常是由直線、圓弧或其他非圓弧曲線組成，刀具在加工過(guò)程中必須按零件的形狀和尺寸要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，即按圖形軌跡移動(dòng)。為此，數(shù)控系統(tǒng)要進(jìn)行軌跡插補(bǔ)運(yùn)算，也就是在線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”，求出一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，并向相應(yīng)的坐標(biāo)輸出脈沖信號(hào)，控制沿各坐標(biāo)軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量等。

在數(shù)控裝置的各項(xiàng)控制功能中，至關(guān)重要的是刀具相對(duì)于工件的94．伺服驅(qū)動(dòng)裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)接收數(shù)控裝置發(fā)出的速度和位置信息，控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和方向。它一般由驅(qū)動(dòng)電路和伺服電動(dòng)機(jī)組成，并與機(jī)床上的進(jìn)給傳動(dòng)鏈組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。每個(gè)坐標(biāo)軸方向都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)是否配有位置檢測(cè)及反饋裝置，可以分為開(kāi)環(huán)、

半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

4．伺服驅(qū)動(dòng)裝置105．輔助控制裝置輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制裝置，可通過(guò)可編程控制器（PLC）對(duì)機(jī)床輔助功能M、主軸速度功能S和換刀功能T等實(shí)現(xiàn)邏輯控制。

6．位置檢測(cè)裝置位置檢測(cè)裝置與伺服驅(qū)動(dòng)裝置配套組成半閉環(huán)或閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。位置檢測(cè)裝置通過(guò)直接或間接測(cè)量機(jī)床執(zhí)行部件的實(shí)際位移，并將檢測(cè)結(jié)果反饋到數(shù)控裝置并與指令位移進(jìn)行比較，根據(jù)差值發(fā)出進(jìn)給脈沖信號(hào)控制執(zhí)行部件繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直至差值為零，以便提高系統(tǒng)的精度。

5．輔助控制裝置11

7．機(jī)床的機(jī)械部件數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件包括：主運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件，如機(jī)床工作臺(tái)、滑板及其傳動(dòng)部件和床身、立柱及支撐部件。此外，還有轉(zhuǎn)位、夾緊、潤(rùn)滑、冷卻、排屑等輔助裝置。對(duì)于加工中心類的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫(kù)，交換刀具的機(jī)械手或機(jī)器人等部件。數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要求更為簡(jiǎn)單，在精度、剛度、摩擦、

抗振性等方面要求更高，而且傳動(dòng)和變速系統(tǒng)要便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

7．機(jī)床的機(jī)械部件121.2.2數(shù)控機(jī)床的工作原理使用數(shù)控機(jī)床時(shí)，首先要將被加工零件圖紙的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序;然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)信息處理、分配，使各坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工。

1.2.2數(shù)控機(jī)床的工作原理13在鉆削、鏜削或螺紋等加工（常稱為點(diǎn)位控制）中，是在一定時(shí)間內(nèi)，使刀具中心從P點(diǎn)移動(dòng)到Q點(diǎn)（圖1-2(a)），即刀具在X、Y軸移動(dòng)以最小單位計(jì)算的程序給定的距離，它們的合成量為P點(diǎn)和Q點(diǎn)間的距離。但是，對(duì)刀具軌跡沒(méi)有嚴(yán)格的限制，可先使刀具在X軸上由P點(diǎn)移動(dòng)到R點(diǎn)，然后再沿Y軸從R點(diǎn)移動(dòng)到Q點(diǎn)；也可以使兩個(gè)坐標(biāo)以相同的速度，讓刀具移到K點(diǎn)，再沿X軸移動(dòng)到Q點(diǎn)，這樣的點(diǎn)位控制，只要求嚴(yán)格控制點(diǎn)到點(diǎn)之間的距離，而對(duì)所走的路徑和速度無(wú)嚴(yán)格要求。這種運(yùn)動(dòng)控制是比較容易實(shí)現(xiàn)的，一般用于只需點(diǎn)位控制的簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床。

在鉆削、鏜削或螺紋等加工（常稱為點(diǎn)位控制）中，是在一定時(shí)14圖1-2數(shù)控機(jī)床加工直線、 曲線原理直線；(b)平面曲線；(c)

空間曲線圖1-2數(shù)控機(jī)床加工直線、 曲線原理15輪廓加工控制包括加工平面曲線和空間曲線兩種情況。對(duì)于二維平面的任意曲線l，要求刀具T沿曲線軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行切削加工，如圖1-2(b)所示。將曲線l分割成：l0、l1、l2…li等線段。用直線（或圓弧）代替（逼近）這些線段，當(dāng)逼近誤差相當(dāng)小時(shí)，這些折線段之和就接近了曲線。由數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置進(jìn)行計(jì)算、分配，再通過(guò)兩個(gè)坐標(biāo)軸最小單位量的單位運(yùn)動(dòng)（Δx，Δy）的合成，不斷連續(xù)地控制刀具運(yùn)動(dòng)，向著目標(biāo)點(diǎn)不斷地逼近直線（或圓?。瑥亩庸こ龉ぜ喞€。對(duì)于空間三維曲線（見(jiàn)圖1-2(c)）中的f（x，y,z），同樣可用一段一段的折線（Δli）去逼近它，只不過(guò)這時(shí)Δli的單位運(yùn)動(dòng)分量不僅是Δx和Δy，還有一個(gè)Δz。輪廓加工控制包括加工平面曲線和空間曲線兩種情況。對(duì)于二16這種在允許的誤差范圍內(nèi)，用沿曲線（精確地說(shuō)是沿逼近線）的最小單位位移量合成的分段運(yùn)動(dòng)代替任意曲線運(yùn)動(dòng)，以得出所需要的軌跡運(yùn)動(dòng)，是數(shù)字控制的基本構(gòu)思之一。輪廓控制也稱連續(xù)軌跡控制，它的特點(diǎn)是不僅對(duì)坐標(biāo)的移動(dòng)量進(jìn)行控制，而且對(duì)各坐標(biāo)的速度及它們之間的比率都要進(jìn)行嚴(yán)格控制，

以便加工出工件的輪廓曲線。

這種在允許的誤差范圍內(nèi)，用沿曲線（精確地說(shuō)是沿逼近線）的17目前，一般的數(shù)控機(jī)床都具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能。插補(bǔ)是指在被加工軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，插進(jìn)許多中間點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作，然后用已知線型（如直線、圓弧等）逼近。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的廠家，逐漸推出了具有拋物線插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、樣條曲線插補(bǔ)、曲面直接插補(bǔ)等豐富功能的數(shù)控系統(tǒng)，以滿足用戶的不同需要。

目前，一般的數(shù)控機(jī)床都具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能。插補(bǔ)18機(jī)床的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控裝置能接受零件圖紙加工要求的信息，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)時(shí)地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度控制指令。伺服驅(qū)動(dòng)裝置能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能提供足夠的功率和扭矩。檢測(cè)裝置將坐標(biāo)位移的實(shí)際值檢測(cè)出來(lái)，反饋給數(shù)控裝置的調(diào)節(jié)電路中的比較器，有差值就發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)偏差控制。不斷地比較指令值與反饋的實(shí)際值、不斷地發(fā)出信號(hào)，直到差值為零，運(yùn)動(dòng)結(jié)束。

這種方式適用于連續(xù)軌跡控制。

機(jī)床的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控裝置能接受零件圖紙19在數(shù)控機(jī)床上除了上述軌跡控制和點(diǎn)位控制外，還有許多動(dòng)作，如主軸的啟停、刀具的更換、冷卻液的開(kāi)關(guān)、電磁鐵的吸合、電磁閥的啟閉、離合器的開(kāi)合、各種運(yùn)動(dòng)的互鎖和連鎖；運(yùn)動(dòng)行程的限位、急停、報(bào)警、進(jìn)給保持、循環(huán)啟動(dòng)、程序停止、復(fù)位等等。這些都屬于開(kāi)關(guān)量控制，一般由可編程控制器（ProgrammableController,簡(jiǎn)稱為PC，也稱為可編程邏輯控制器PLC，又稱為可編程機(jī)床控制器PMC）來(lái)完成，開(kāi)關(guān)量?jī)H有“0”和“1”兩種狀態(tài)，顯然可以很方便地融入機(jī)床控制系統(tǒng)中，

實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床各種運(yùn)動(dòng)的數(shù)字控制。

在數(shù)控機(jī)床上除了上述軌跡控制和點(diǎn)位控制外，還有許多動(dòng)作，201.2.3數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1．?dāng)?shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)(1）數(shù)控機(jī)床在適應(yīng)不同零件的自動(dòng)加工方面勝于自動(dòng)化專用機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是按照不同的零件編制不同的加工程序進(jìn)行自動(dòng)加工的，因而在產(chǎn)品改型和創(chuàng)新時(shí)只需變換加工程序即可，而不必像自動(dòng)化專用機(jī)床那樣，在產(chǎn)品變更時(shí)需花費(fèi)很長(zhǎng)的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期去變更生產(chǎn)設(shè)備。

1.2.3數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍21(2）數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)效率、加工精度和加工質(zhì)量穩(wěn)定性方面勝于通用機(jī)床。由于數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，故可采用較大的切削用量，減少機(jī)加工的工時(shí)；還由于數(shù)控機(jī)床具有自動(dòng)換刀等輔助操作功能，因此大大減少了輔助加工時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)效率。此外，數(shù)控機(jī)床本身的精度較高，還可以運(yùn)用軟件進(jìn)行傳動(dòng)部件的誤差補(bǔ)償和返程側(cè)隙補(bǔ)償，因而加工精度較高。數(shù)控機(jī)床采用自動(dòng)化加工，避免了人為操作失誤，因而加工質(zhì)量穩(wěn)定性高于通用機(jī)床。(2）數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)效率、加工精度和加工質(zhì)量穩(wěn)定性方面22(3）在數(shù)控機(jī)床上能完成復(fù)雜型面的加工。如圖1-3所示，手柄柄部旋轉(zhuǎn)曲面的加工可以在數(shù)控車床上實(shí)現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床運(yùn)用插補(bǔ)計(jì)算可以確定各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸相應(yīng)的方向和步長(zhǎng)，從而與主軸一起產(chǎn)生正確的成型運(yùn)動(dòng)，加工出復(fù)雜型面的零件。若在通用機(jī)床上加工，則很難加工出表面光滑，且尺寸、形狀滿足要求的手柄。(3）在數(shù)控機(jī)床上能完成復(fù)雜型面的加工。如圖1-3所示23圖1-3手柄簡(jiǎn)圖圖1-3手柄簡(jiǎn)圖24(4）一次裝夾可以完成多道工序。數(shù)控機(jī)床，特別是具有刀庫(kù)的加工中心，因?yàn)榫哂凶詣?dòng)換刀功能，所以使得工件在一次裝夾中可以完成多道工序，以減少裝夾誤差，減少輔助時(shí)間，減少工序間的運(yùn)輸。另外，一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可代替多臺(tái)普通機(jī)床，因而能帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益。(4）一次裝夾可以完成多道工序。數(shù)控機(jī)床，特別是具25(5）數(shù)控機(jī)床的其他特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床價(jià)格高，且對(duì)操作、維修人員的技術(shù)水平有較高的要求。綜上所述，使用數(shù)控機(jī)床可以高效、高質(zhì)量地制造出新的產(chǎn)品，以滿足社會(huì)不斷變化的需求，使制造業(yè)得到較高的經(jīng)濟(jì)效益。盡管數(shù)控機(jī)床價(jià)格高，但可降低制造成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。(5）數(shù)控機(jī)床的其他特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床價(jià)格高，且對(duì)操作、26

2．應(yīng)用范圍近年來(lái)，在汽車及輕工業(yè)消費(fèi)品等大批量生產(chǎn)方面，采用了大量的組合機(jī)床自動(dòng)線、流水線；在標(biāo)準(zhǔn)件等大量生產(chǎn)中，采用了凸輪控制的專用機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床。這些適合于大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線，其制造和調(diào)試都很困難，過(guò)程很長(zhǎng)。一旦需要更換產(chǎn)品，則整個(gè)工藝過(guò)程全變了。原有設(shè)備要拋棄，需另外購(gòu)置新的設(shè)備，重新安裝和調(diào)試生產(chǎn)線，資金和時(shí)間的投入將會(huì)很大。人們把這種生產(chǎn)模式稱為剛性自動(dòng)化。2．應(yīng)用范圍27由于產(chǎn)品多樣化和產(chǎn)品更新加快的要求，解決單件、小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的問(wèn)題便迫在眉睫。在航空、航天、造船、電子、軍工、模具等領(lǐng)域?qū)π螤顝?fù)雜零件的高精度加工要求越來(lái)越高。剛性自動(dòng)化很難滿足這些領(lǐng)域的要求，而以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的柔性加工和柔性自動(dòng)化便應(yīng)運(yùn)而生的發(fā)展起來(lái)了。數(shù)控機(jī)床是一種新型的自動(dòng)化機(jī)床，它具有廣泛的通用性和很高的自動(dòng)化程度。數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備，是柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的基本單元。由于產(chǎn)品多樣化和產(chǎn)品更新加快的要求，解決單件、小批量生產(chǎn)281.3數(shù)控機(jī)床的分類1．按加工工藝方法分類

(1）普通數(shù)控機(jī)床。與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。1.3數(shù)控機(jī)床的分類1．按加工工藝方法分類29在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)刀庫(kù)和換刀裝置即成為了數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個(gè)容量較大的刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對(duì)箱體零件的四面甚至是五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)刀庫(kù)和換刀裝置即成為了數(shù)控加工中30(2）特種加工類數(shù)控機(jī)床。除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量應(yīng)用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。(3）板材加工類數(shù)控機(jī)床。常用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控彎折機(jī)等。近年來(lái)，其他機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。(2）特種加工類數(shù)控機(jī)床。31

2．按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類

(1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡。這種數(shù)控系統(tǒng)一般用于數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。2．按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類32(2）點(diǎn)位/直線控制數(shù)控機(jī)床。這種控制的數(shù)控機(jī)床除了能夠控制由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位外，還可控制刀具或工作臺(tái)以指定的進(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。比如，直線控制的簡(jiǎn)易數(shù)控車床，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工。現(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一個(gè)直線控制數(shù)控機(jī)床。這種數(shù)控系統(tǒng)一般可用于數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床。(2）點(diǎn)位/直線控制數(shù)控機(jī)床。這種控制的數(shù)控機(jī)床除了能33(3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床。輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使之合成平面曲線或空間曲線的運(yùn)動(dòng)軌跡以滿足零件輪廓的加工要求。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)的位置精度，而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位／直線控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過(guò)程中需要不斷地進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。(3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床。輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或34

3．按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類(1）開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。圖1-4為開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。這類數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)沒(méi)有位置檢測(cè)元件，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)過(guò)齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來(lái)，所以稱為開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。3．按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類35圖1-4開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖圖1-4開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖36(2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床移動(dòng)部件上直接安裝直線位移檢測(cè)裝置，直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位移進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，與傳動(dòng)鏈的誤差無(wú)關(guān)，因此其控制精度較高。圖1-5為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。(2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床移動(dòng)部件上37圖1-5閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖圖1-5閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖38(3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角位移電流測(cè)量裝置（如光電編碼器等），通過(guò)檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對(duì)誤差進(jìn)行修正。圖1-6為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中,A為速度傳感器，B為角度傳感器。通過(guò)A和B可間接檢測(cè)出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。由于工作臺(tái)沒(méi)有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。(3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電39圖1-6半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖圖1-6半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖40(4）混合控制數(shù)控機(jī)床。將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式：開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型和半閉環(huán)補(bǔ)償型。圖1-7為開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型控制方式。它的基本控制選用步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路，用裝在工作臺(tái)的直線位移測(cè)量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。(4）混合控制數(shù)控機(jī)床。將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合41圖1-7開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型控制方式圖1-7開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型控制方式42圖1-8為半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺(tái)的直線位移測(cè)量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中A是速度測(cè)量元件（如測(cè)速發(fā)電機(jī)），B是角度測(cè)量元件，C是直線位移測(cè)量元件。圖1-8為半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式。它是用半閉環(huán)控制方式取43圖1-8半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式圖1-8半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式441.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)

1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)到現(xiàn)在已走過(guò)了53年的歷程。數(shù)控系統(tǒng)由當(dāng)初的電子管式起步，經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：分立式晶體管式——小規(guī)模集成電路式——大規(guī)模集成電路式——小型計(jì)算機(jī)式——超大規(guī)模集成電路——微機(jī)式的數(shù)控系統(tǒng)。到20世紀(jì)80年代，總體的發(fā)展趨勢(shì)是：數(shù)控裝置由NC向CNC發(fā)展；廣泛采用32位CPU組成多微處理器系統(tǒng)；提高系統(tǒng)的集成度，縮小體積，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和功能升級(jí)，滿足不同類型數(shù)控機(jī)床的需要；驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)45CNC裝置向人工智能化方向發(fā)展；采用新型的自動(dòng)編程系統(tǒng)；增強(qiáng)通信功能；數(shù)控系統(tǒng)的可靠性不斷提高?？傊瑪?shù)控機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展，功能越來(lái)越完善，使用越來(lái)越方便，可靠性越來(lái)越高，性能價(jià)格比也越來(lái)越高。CNC裝置向人工智能化方向發(fā)展；采用新型的自動(dòng)編程系統(tǒng)；461）新一代數(shù)控系統(tǒng)采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟硬件資源開(kāi)發(fā)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。近幾年,許多國(guó)家紛紛研究開(kāi)發(fā)這種系統(tǒng)，如美國(guó)科學(xué)制造中心（NCMS）與空軍共同領(lǐng)導(dǎo)的“下一代工作站、機(jī)床控制器體系結(jié)構(gòu)”NGC，歐共體的“自動(dòng)化系統(tǒng)中開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)SACA，日本的OSEC計(jì)劃等。1）新一代數(shù)控系統(tǒng)采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)47開(kāi)發(fā)研究成果已得到應(yīng)用，如Cincinnati-Milacron公司從1995年開(kāi)始在其生產(chǎn)的加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床等產(chǎn)品中采用了開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的A2100系統(tǒng)。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)可以大量采用通用微機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，如多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)聲控自動(dòng)編程、圖形掃描自動(dòng)編程等功能。數(shù)控系統(tǒng)繼續(xù)向高集成度方向發(fā)展，每個(gè)芯片上可以集成更多個(gè)晶體管，使系統(tǒng)更加小型化、微型化,可靠性大大提高。利用多CPU的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)排除,可增強(qiáng)通信功能，提高進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)能力。開(kāi)發(fā)研究成果已得到應(yīng)用，如Cincinnati-Mil48開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬、軟件和總線規(guī)范都是對(duì)外開(kāi)放的，由于有充足的軟、硬件資源可供利用，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進(jìn)行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開(kāi)發(fā)帶來(lái)了極大的方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用；它既可通過(guò)升檔或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)，又可通過(guò)擴(kuò)展構(gòu)成不同類型數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)。這種數(shù)控系統(tǒng)可隨CPU升級(jí)而升級(jí)，結(jié)構(gòu)上不必變動(dòng)。開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，其硬、軟件和總線規(guī)范都是492）新一代數(shù)控系統(tǒng)控制性能大大提高數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，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(jī)理，不但具有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動(dòng)和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載并自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已投入使用。2）新一代數(shù)控系統(tǒng)控制性能大大提高502．?dāng)?shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)1）高速、高效、高精度和高可靠性

（1）高速、高效。機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本的生產(chǎn)有廣泛的適用性。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)51（2）高精度。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)（<10nm）。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等）。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超精密加工技術(shù)又提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝。只有發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，才能適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。（2）高精度。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工52當(dāng)前，高精度的機(jī)械加工要求如下：普通的加工精度提高了一倍，達(dá)到5μm；精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)（0.001μm），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01~0.05μm，加工圓度為0.1μm，加工表面粗糙度為0.003μm等。精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來(lái)越高。為了滿足用戶的需要，近10多年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由±10μm提高到±5μm，精密級(jí)加工中心的加工精度則從±(3~5)μm提高到±(1~1.5)μm。當(dāng)前，高精度的機(jī)械加工要求如下：普通的加工精度提高了一倍53（3）高可靠性。它是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因?yàn)樯唐肥苄阅軆r(jià)格比的約束。對(duì)于每天工作兩班的無(wú)人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無(wú)故障率P(t)＝99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間(MTBF)就必須大于3000小時(shí)。MTBF大于3000小時(shí)，對(duì)于由不同數(shù)量的數(shù)控機(jī)床構(gòu)成的無(wú)人化工廠差別就大多了，若只對(duì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10∶1的話（數(shù)控系統(tǒng)的可靠性比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí)）。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的MTBF就必須大于10萬(wàn)小時(shí)。當(dāng)前,國(guó)外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上。（3）高可靠性。它是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備542）模塊化、智能化、柔性化和集成化（1）模塊化、專門化與個(gè)性化。為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點(diǎn)，數(shù)控系統(tǒng)必須結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化。機(jī)床性能價(jià)格比必須提高并加快優(yōu)化,個(gè)性化是近幾年來(lái)特別明顯的發(fā)展趨勢(shì)。2）模塊化、智能化、柔性化和集成化55（2）智能化。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：①為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成。②為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等。③簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程，智能化的人機(jī)界面等。④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。（2）智能化。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面56（3）柔性化和集成化。數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是：從點(diǎn)（數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨(dú)立制造、FA）、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展。另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)；注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開(kāi)拓、完善；CNC單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS連接，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開(kāi)放、集成和智能化方向發(fā)展。（3）柔性化和集成化。數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的573）開(kāi)放性為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)。例如美國(guó)、歐共體及日本發(fā)展開(kāi)放式數(shù)控的計(jì)劃等。3）開(kāi)放性584）出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備為適應(yīng)制造自動(dòng)化的發(fā)展，向FMC、FMS和CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)字控制制造系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)上下料、自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換主軸頭（有時(shí)帶坐標(biāo)變換）、自動(dòng)誤差補(bǔ)償、自動(dòng)診斷、進(jìn)線和連網(wǎng)等功能。新一代數(shù)控加工工藝和裝備的主要發(fā)展方向有：(1)FMC，F(xiàn)MSWebbased制造及無(wú)圖紙制造技術(shù)。4）出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備59(2)圍繞數(shù)控技術(shù)在快速成型、并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床、機(jī)器人化機(jī)床、多功能機(jī)床等整機(jī)方面的運(yùn)用，這種虛擬軸數(shù)控機(jī)床用軟件的復(fù)雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，開(kāi)拓了數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新領(lǐng)域。(3)以計(jì)算機(jī)輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫(kù)、因特網(wǎng)等為主體的信息支持技術(shù)和智能化決策系統(tǒng),對(duì)機(jī)械加工中的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理。應(yīng)用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得機(jī)械加工整個(gè)系統(tǒng)趨于資源合理支配并高效地應(yīng)用。(4)由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。(2)圍繞數(shù)控技術(shù)在快速成型、并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床、機(jī)器人化機(jī)601.5制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展概況1.5.1概述制造業(yè)是技術(shù)革新最迅速的領(lǐng)域之一。制造業(yè)對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量和加速新品開(kāi)發(fā)的不斷追求，使得機(jī)械、電子、信息、材料及現(xiàn)代管理技術(shù)等方面的最新成果在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中得到綜合應(yīng)用，不斷產(chǎn)生先進(jìn)的制造技術(shù)。目前，先進(jìn)的制造技術(shù)主要包括設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、制造自動(dòng)化技術(shù)、流程工業(yè)綜合自動(dòng)化技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)等。1.5制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展概況1.5.1概述61制造自動(dòng)化(以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)化)的概念是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程。過(guò)去，人們對(duì)自動(dòng)化的理解或者說(shuō)自動(dòng)化的功能目標(biāo)是以機(jī)械的動(dòng)作代替人力操作，自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。這實(shí)質(zhì)上是自動(dòng)化代替人的體力勞動(dòng)的觀點(diǎn)。后來(lái)隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器(包括計(jì)算機(jī))不僅代替人的體力勞動(dòng)而且還代替或輔助腦力勞動(dòng)，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。制造自動(dòng)化(以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)化)的概念是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程。621.5.2CAD/CAPP/CAM集成1.CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)的意義21世紀(jì)，高科技迅猛發(fā)展并廣泛應(yīng)用。高科技之一的先進(jìn)制造技術(shù)已成為當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)保證。CAD／CAPP/CAM集成技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心基礎(chǔ)，它的發(fā)展與應(yīng)用已成為一個(gè)國(guó)家科技進(jìn)步和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。全球市場(chǎng)日趨一體化，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、產(chǎn)品更新?lián)Q代加快、產(chǎn)品性能價(jià)格比越來(lái)越高，促使世界上許多國(guó)家和企業(yè)都把發(fā)展CAD／CAM技術(shù)確定為本國(guó)制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，制定了很多計(jì)劃，借以推動(dòng)CAD／CAM集成技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。目前CAD／CAM集成技術(shù)已成為我國(guó)制造工業(yè)的熱點(diǎn)。1.5.2CAD/CAPP/CAM集成63

2．CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)產(chǎn)生的背景、過(guò)程20世紀(jì)60年代開(kāi)始，CAD和CAM技術(shù)各自獨(dú)立地發(fā)展，國(guó)內(nèi)外先后開(kāi)發(fā)了一批性能優(yōu)良相互獨(dú)立的商品化CAD、CAPP和CAM系統(tǒng)。它們分別在產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)自動(dòng)化和數(shù)控編程自動(dòng)化方面起到了重要的作用。這些系統(tǒng)提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造周期，適應(yīng)了市場(chǎng)的需求。經(jīng)集成的CAD、CAPP、CAM系統(tǒng)，即“孤島”之間的信息傳輸依賴于工程圖樣和工藝規(guī)程等有關(guān)技術(shù)文檔，由手工將這些文檔通過(guò)鍵盤輸入至各個(gè)“孤島”的計(jì)算機(jī)。2．CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)產(chǎn)生的背景、過(guò)程64采用人工傳遞信息的方法，“孤島”之間的信息傳遞效率較低，因數(shù)據(jù)量不能過(guò)多，所以會(huì)造成信息不完整，準(zhǔn)確度差，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。解決的辦法是借助于計(jì)算機(jī)來(lái)輔助企業(yè)生產(chǎn)的全過(guò)程，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，并將有關(guān)產(chǎn)品信息存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中。使產(chǎn)品信息成為制造產(chǎn)品的重要依據(jù)，例如：(1）用來(lái)制訂工藝規(guī)程和生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。采用人工傳遞信息的方法，“孤島”之間的信息傳遞效率較低，65(2)組織各項(xiàng)制造活動(dòng)，包括及時(shí)備料和物料的采購(gòu)，及時(shí)向機(jī)床提供毛坯和所需的工夾量具。(3）同時(shí)編制完成零件加工用的數(shù)控程序，并傳輸給加工機(jī)床。(4）加工和裝配時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)出加工、裝配和物料搬運(yùn)中的有關(guān)數(shù)據(jù)，并反饋給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)控和工藝過(guò)程的自動(dòng)校正。上述過(guò)程就是所謂的CAD／CAM集成系統(tǒng)。在此系統(tǒng)的支持下，CAD、CAPP、CAM之間的數(shù)據(jù)和信息能夠自動(dòng)地傳遞和轉(zhuǎn)換，保證了系統(tǒng)內(nèi)信息的暢通無(wú)阻，使各個(gè)子系統(tǒng)能協(xié)調(diào)高效地運(yùn)行。(2)組織各項(xiàng)制造活動(dòng)，包括及時(shí)備料和物料的采購(gòu)，及時(shí)66

3．CAD/CAM系統(tǒng)的組成CAD/CAM系統(tǒng)基本上由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。1）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理、控制、調(diào)度、監(jiān)視和服務(wù)。它是應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境(內(nèi)容有操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言處理系統(tǒng)、服務(wù)性程序等)。它與計(jì)算機(jī)硬件直接聯(lián)系，可為用戶提供方便，也可擴(kuò)充用戶計(jì)算機(jī)功能。3．CAD/CAM系統(tǒng)的組成672）管理軟件管理軟件負(fù)責(zé)CAD／CAM系統(tǒng)中生成的各類數(shù)據(jù)的組織和管理。通常采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。它是CAD／CAM軟件系統(tǒng)的核心。3）支撐軟件支撐軟件是CAD／CAM的基礎(chǔ)軟件，它包括工程繪圖、三維實(shí)體造型、曲面造型、有限元分析、數(shù)控編程、系統(tǒng)運(yùn)行學(xué)與動(dòng)力學(xué)模擬分析等。它以系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，用于開(kāi)發(fā)CAD／CAM應(yīng)用軟件所必需的通用軟件。目前市場(chǎng)上出售的大部分軟件是支撐軟件。2）管理軟件684）應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是為用戶解決某種應(yīng)用問(wèn)題而編制的一些程序。軟件應(yīng)用范圍為各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ｓ谩Ｆ滠浖_(kāi)發(fā)一般由用戶或用戶與研究機(jī)構(gòu)在系統(tǒng)軟件與支撐軟件的基礎(chǔ)上聯(lián)合開(kāi)發(fā)。4）應(yīng)用軟件694.CAD/CAM系統(tǒng)流程CAD／CAM系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1-9所示。圖1-9CAD/CAM系統(tǒng)的基本構(gòu)成4.CAD/CAM系統(tǒng)流程圖1-9CAD/CAM系70

5．CAD／CAM系統(tǒng)的集成1）CAD／CAM系統(tǒng)集成的概念CAD／CAM系統(tǒng)集成信息背景定義是指設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，CAD、CAPP和NCP三個(gè)主要環(huán)節(jié)的軟件集成，有時(shí)也叫CAD／CAPP／CAM集成。CAM的廣義概念：CAM應(yīng)包括從工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)到加工、在線檢測(cè)、加工過(guò)程中的故障診斷、裝配以及車間生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度等制造過(guò)程的全部環(huán)節(jié)。5．CAD／CAM系統(tǒng)的集成71CAD／CAM系統(tǒng)集成的具體定義是把CAD、CAE、CAPP、NCP，以至PPC(生產(chǎn)計(jì)劃與控制)等功能不同的軟件結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)一組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統(tǒng)內(nèi)信息流的暢通，協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。CAD／CAM集成的最顯著特點(diǎn)是與生產(chǎn)管理和質(zhì)量管理有機(jī)地集成在一起，通過(guò)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和信息流形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。CAD／CAM的集成作用是制造業(yè)邁向CIM的基礎(chǔ)。CAD／CAM系統(tǒng)集成的具體定義是把CAD、CAE、C722)CAD／CAM系統(tǒng)三個(gè)方面的集成(1)硬件集成：CAD系統(tǒng)網(wǎng)和CAM系統(tǒng)網(wǎng)互連。(2)信息集成：CAD／CAM系統(tǒng)雙向數(shù)據(jù)共享與集成。(3)功能集成：指PDMS(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))。它是CAD／CAM集成的核心。通過(guò)PDMS可以實(shí)現(xiàn)CAD／CAM的數(shù)據(jù)共享與集成。2)CAD／CAM系統(tǒng)三個(gè)方面的集成733）CAD／CAM系統(tǒng)的集成方法CAD／CAM系統(tǒng)主要有以下幾種集成方法：（1）基于數(shù)據(jù)交換接口的方法。這種方法通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)格式(IGES，STEP)數(shù)據(jù)交換接口來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。所謂IGES，即原始圖形數(shù)據(jù)交換規(guī)范，以圖形描述數(shù)據(jù)為主。（已不適應(yīng)信息集成發(fā)展的需要）。STEP克服了IGES的缺點(diǎn)，它是由ISO制定的一個(gè)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換與實(shí)現(xiàn)共享的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。（2）基于特征的方法。該方法通過(guò)引入特征的概念，建立特征造型系統(tǒng)，以特征為橋梁完成系統(tǒng)的信息集成；基于特征的產(chǎn)品建模，把特征作為產(chǎn)品定義模型的基本構(gòu)造單元，并將產(chǎn)品描述為特征的有機(jī)集合。3）CAD／CAM系統(tǒng)的集成方法74（3）面向并行工程的方法。在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行工藝分析和設(shè)計(jì)，并在整個(gè)過(guò)程中貫穿著質(zhì)量控制和價(jià)格控制，使集成達(dá)到更高的程度。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時(shí)，同步地設(shè)計(jì)與產(chǎn)品生命周期有關(guān)的全部過(guò)程，包括設(shè)計(jì)、分析、制造、裝配、檢驗(yàn)、維護(hù)等。在每一個(gè)設(shè)計(jì)階段同時(shí)考慮設(shè)計(jì)結(jié)果能否在現(xiàn)有的制造環(huán)境中以最優(yōu)的方式制造，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)并行的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過(guò)程。（3）面向并行工程的方法。在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行工藝分析和設(shè)75

6．CAD／CAM集成的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的或正在開(kāi)發(fā)的CAD／CAM系統(tǒng)可分為下述三種類型。1）傳統(tǒng)型系統(tǒng)這類系統(tǒng)有I-DEAS、VG-Ⅱ、CADAM、CATIA、CADDS等較著名的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是以某種應(yīng)用功能(如工程繪圖)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，后來(lái)逐漸將其功能擴(kuò)充到CAD／CAM的其他鄰域。6．CAD／CAM集成的體系結(jié)構(gòu)76如I-DEAS是美國(guó)SDRC公司開(kāi)發(fā)的CAD/CAM軟件。國(guó)外如波音、索尼、三星、現(xiàn)代、福特等公司均是SDRC公司的大客戶和合作伙伴。該軟件是高度集成化的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)。它幫助工程師以極高的效率，完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析、測(cè)試直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過(guò)程。它是全世界制造業(yè)用戶廣泛應(yīng)用的大型CAD/CAE/CAM軟件。它可以方便地仿真刀具及機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，從簡(jiǎn)單的2軸、2.5軸加工到以7軸5聯(lián)動(dòng)方式來(lái)加工極為復(fù)雜的工件表面，并可以對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和優(yōu)化。如I-DEAS是美國(guó)SDRC公司開(kāi)發(fā)的CAD/CAM軟件772）改進(jìn)型系統(tǒng)這類系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的，如CIMPLEX、Pro／ENGINEER等。這些系統(tǒng)提高了某些功能的自動(dòng)化程度。又如參數(shù)化特征設(shè)計(jì)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)與文件管理、數(shù)據(jù)加工程序（NC程序）的自由生成等。2）改進(jìn)型系統(tǒng)783）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型系統(tǒng)這是正在發(fā)展中的新一代CAD／CAM集成系統(tǒng)。其基本出發(fā)點(diǎn)是：從解決產(chǎn)品整個(gè)生命周期的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型出發(fā)，尋求產(chǎn)品數(shù)據(jù)完全實(shí)現(xiàn)交換和共享的途徑。這類系統(tǒng)采用STEP產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，逐步實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。3）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型系統(tǒng)79

7．CAD／CAM系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用效益評(píng)價(jià)

國(guó)外推廣CAD／CAM技術(shù)是在20世紀(jì)70年代。美國(guó)科學(xué)研究院的工程技術(shù)委員會(huì)曾對(duì)CAD／CAM集成技術(shù)所取得的效益做過(guò)一個(gè)測(cè)算，其所得數(shù)據(jù)如下：(1)降低工程設(shè)計(jì)成本15％～30％。(2)減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的時(shí)間30％～60％。(3)由于較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了產(chǎn)品的合格率而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，其預(yù)測(cè)量級(jí)提高了2～5倍。7．CAD／CAM系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用效益評(píng)價(jià)80(4)增加工程師分析問(wèn)題廣度和深度的能力3～35倍。(5)增加產(chǎn)品作業(yè)生產(chǎn)率40％～70％。(6)減少加工過(guò)程30％～60％。(7)降低人力成本5％～20％。國(guó)內(nèi)推廣CAD／CAM技術(shù)是在20世紀(jì)90年代。1992年國(guó)務(wù)院轉(zhuǎn)批了《CAD應(yīng)用工程聯(lián)合報(bào)告》，成立了全國(guó)CAD應(yīng)用工程協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組，促使全國(guó)CAD／CAM的開(kāi)發(fā)推廣走上一條適合國(guó)情健康發(fā)展的道路。(4)增加工程師分析問(wèn)題廣度和深度的能力3～35倍。811.5.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)1．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的概念1973年美國(guó)的約瑟夫.哈林頓（JosephHarrington）博士在《ComputerIntegratedManufacturing》一書中，首次提出了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturing，CIM）的概念，其基本思想可歸納為兩點(diǎn)：①?gòu)漠a(chǎn)品研制到售后服務(wù)的生產(chǎn)周期全部活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體，每個(gè)組成過(guò)程應(yīng)緊密連接安排而不能單獨(dú)考慮。②整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的活動(dòng)，實(shí)質(zhì)上是一系列數(shù)據(jù)處理過(guò)程。每一過(guò)程都有數(shù)據(jù)產(chǎn)生、分類、傳輸、分析、加工等，其最終生成的產(chǎn)品，可以看作是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn)。1.5.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)82此后，許多專家對(duì)CIM提出各種認(rèn)識(shí)，但是，到目前為止，還沒(méi)有形成一個(gè)對(duì)CIM公認(rèn)的、統(tǒng)一的定義。根據(jù)CIM概念提出后20多年來(lái)的研究與實(shí)踐，可以對(duì)它作如下理解：CIM是一種現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)，它對(duì)生產(chǎn)企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)管理、加工制造、直到產(chǎn)品發(fā)貨與用戶服務(wù)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的信息進(jìn)行統(tǒng)一管理、控制，以優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，提高企業(yè)效益與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的思想方法或生產(chǎn)模式。此后，許多專家對(duì)CIM提出各種認(rèn)識(shí)，但是，到目前為止，83

2．CIMS與工廠自動(dòng)化（FactoryAutomation,FA）

兩者雖然有許多共同點(diǎn)，但兩者又有本質(zhì)的區(qū)別。(1）在功能上:CIMS包含了一個(gè)企業(yè)全部生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的功能，即從市場(chǎng)預(yù)測(cè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造直到產(chǎn)品售后服務(wù)的全部活動(dòng)。CIMS比傳統(tǒng)的工廠自動(dòng)化的范圍要大得多。2．CIMS與工廠自動(dòng)化（FactoryAutoma84(2）在組成上:CIMS涉及的自動(dòng)化不是工廠各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化或計(jì)算機(jī)化的簡(jiǎn)單相加，而是有機(jī)的集成。它不僅是設(shè)備、機(jī)器的集成，更主要的是以體現(xiàn)信息集成為特征的技術(shù)集成，創(chuàng)造整體配合協(xié)作的環(huán)境，將各子系統(tǒng)緊密集成為一個(gè)整體。(2）在組成上:CIMS涉及的自動(dòng)化不是工廠各環(huán)節(jié)的85

3．CIMS的特征

CIMS的特點(diǎn)可以歸納為以下四個(gè)方面：(1）從科學(xué)技術(shù)、創(chuàng)造發(fā)明來(lái)說(shuō)，CIMS是高科技密集型技術(shù)，是系統(tǒng)工程、管理科學(xué)、計(jì)算技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件工程和制造技術(shù)等高新技術(shù)的高度綜合體。(2）從制造業(yè)的生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理來(lái)看，CIMS是一個(gè)大型的一體化的管理系統(tǒng)。由于CIMS將市場(chǎng)分析、預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工制造和銷售、經(jīng)營(yíng)集成為一個(gè)良性循環(huán)系統(tǒng)，因此增強(qiáng)了企業(yè)的應(yīng)變和競(jìng)爭(zhēng)能力。3．CIMS的特征86(3）從數(shù)據(jù)的共享來(lái)看，CIMS將物流、技術(shù)信息流和管理信息流集成為一體。它使企業(yè)中的數(shù)據(jù)共享達(dá)到了一個(gè)嶄新的水平。(4）從管理技術(shù)和方法上來(lái)看，CIMS將MIS、MRPⅡ、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝計(jì)劃、計(jì)算機(jī)輔助制造、成組技術(shù)等技術(shù)集成了起來(lái)。(3）從數(shù)據(jù)的共享來(lái)看，CIMS將物流、技術(shù)信息流和87

4．CIMS的功能與組成

1）功能CIMS的功能包括四個(gè)功能分系統(tǒng)與兩個(gè)支撐系統(tǒng),分別如下：（1）經(jīng)營(yíng)管理功能，通過(guò)對(duì)經(jīng)營(yíng)信息及管理控制層的業(yè)務(wù)性信息進(jìn)行管理，來(lái)控制和協(xié)調(diào)企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)。（2）工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化用以支持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝準(zhǔn)備。（3）生產(chǎn)制造自動(dòng)化用以支持企業(yè)的制造功能。（4）質(zhì)量保證自動(dòng)化用以控制產(chǎn)品質(zhì)量。4．CIMS的功能與組成88(5)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)CIMS的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)通信功能，從而滿足各功能分系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)支持服務(wù)的不同要求。(6)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)CIMS的數(shù)據(jù)共享和信息集成。(5)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)CIMS的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)通892）組成制造型企業(yè)CIMS的組成是上述功能結(jié)構(gòu)企業(yè)中的具體化，四方面功能中包括一些功能模塊。（1）管理信息分系統(tǒng)（ManagementInformationSystem,MIS）包括經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)計(jì)劃與控制、采購(gòu)管理、財(cái)務(wù)管理等功能，與MRPⅡ系統(tǒng)相似。（2）技術(shù)信息分系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign,CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程編制（ComputerAidedProcessPlanning,CAPP）和數(shù)控程序編制（NumericalControlProgrammed,NCP）等功能，用以支持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝準(zhǔn)備，處理有關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的信息。2）組成90（3）制造自動(dòng)化分系統(tǒng)，也可稱為計(jì)算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufacture,CAM）分系統(tǒng)，它包括各種不同自動(dòng)化程度的制造設(shè)備和子系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床，柔性制造單元，柔性制造系統(tǒng)、裝配系統(tǒng)、進(jìn)貨管理系統(tǒng)、運(yùn)輸管理系統(tǒng)、設(shè)備維修系統(tǒng)等，用來(lái)實(shí)現(xiàn)信息流對(duì)物流的控制和完成物流的轉(zhuǎn)換。它是信流和物流的接合部，用來(lái)支持企業(yè)的制造功能。（4）計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量管理（ContputerAidedQualityControl,CAQ）分系統(tǒng)具有制定質(zhì)量管理計(jì)劃，實(shí)施質(zhì)量管理、處理質(zhì)量方面信息、支持質(zhì)量保證等功能。（3）制造自動(dòng)化分系統(tǒng)，也可稱為計(jì)算機(jī)輔助制造（Com915．CIMS實(shí)施的效益根據(jù)許多資料分析，CIMS取得效益主要在如下方面：(1）提高設(shè)備利用率。(2）降低直接和間接勞動(dòng)強(qiáng)度。(3）縮短制造周期。(4）加工中使用設(shè)備較少。(5）生產(chǎn)計(jì)劃具有可調(diào)性。5．CIMS實(shí)施的效益92以上這些效果直接表現(xiàn)在產(chǎn)品成本的降低、生產(chǎn)周期的縮短和產(chǎn)品質(zhì)量的提高等直接經(jīng)濟(jì)效益上。CIMS的實(shí)施還可以帶來(lái)一系列重要的、間接的、不可定量計(jì)算的效果。如提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，提高了顧客的滿意度，保證了均衡生產(chǎn)，加快了產(chǎn)品更新?lián)Q代周期、交貨期準(zhǔn)時(shí)，改善了企業(yè)形象，提高了人員素質(zhì)，改善了人員結(jié)構(gòu)和員工工作氣氛。因此，實(shí)施CIMS已成為現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。以上這些效果直接表現(xiàn)在產(chǎn)品成本的降低、生產(chǎn)周期的縮短和產(chǎn)931.5.4柔性制造系統(tǒng)1．柔性制造系統(tǒng)的組成典型的柔性制造系統(tǒng)由數(shù)字控制加工設(shè)備、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng)組成。為了實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的柔性,FMS必須包括下列組成部分。(1）加工系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)采用的設(shè)備由待加工工件的類別決定,主要有加工中心、車削中心或計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)車、銑、磨及齒輪加工機(jī)床等,用以自動(dòng)完成多種工序的加工。1.5.4柔性制造系統(tǒng)94(2）物料系統(tǒng)。物料系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)工件及工裝夾具的自動(dòng)供給和裝卸以及完成工序間的自動(dòng)傳送、調(diào)運(yùn)和存儲(chǔ)工作,包括各種傳送帶、自動(dòng)導(dǎo)引小車、工業(yè)機(jī)器人及專用起吊運(yùn)送機(jī)等。(3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用以處理柔性制造系統(tǒng)的各種信息,輸出數(shù)控CNC機(jī)床和物料系統(tǒng)等自動(dòng)操作所需的信息。通常采用三級(jí)(設(shè)備級(jí)、工作站級(jí)、單元級(jí))分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),其中單元級(jí)控制系統(tǒng)(單元控制器)是柔性制造系統(tǒng)的核心。(2）物料系統(tǒng)。物料系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)工件及工裝夾具的自動(dòng)95(4）系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件用以確保柔性制造系統(tǒng)有效地適應(yīng)中小批量多品種生產(chǎn)的管理、控制及優(yōu)化工作，包括設(shè)計(jì)規(guī)劃軟件、生產(chǎn)過(guò)程分析軟件、生產(chǎn)過(guò)程調(diào)度軟件、系統(tǒng)管理和監(jiān)控軟件。(4）系統(tǒng)軟件。96

2．柔性制造系統(tǒng)的分類

按規(guī)模大小,柔性制造系統(tǒng)FMS可分為如下三類：(1）柔性制造單元(FMC)。FMC由單臺(tái)帶多托盤系統(tǒng)的加工中心或三臺(tái)以下的CNC機(jī)床組成,具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC的柔性最高。(2）柔性制造線(FML)。FML是處于非柔性自動(dòng)線和FMS之間的生產(chǎn)線,對(duì)物料系統(tǒng)的柔性要求低于FMS，但生產(chǎn)效率更高。2．柔性制造系統(tǒng)的分類97(3）柔性制造系統(tǒng)(FMS)。FMS通常包括三臺(tái)以上的CNC機(jī)床(或加工中心),由集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來(lái),可在不停機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性制造技術(shù)最具代表性的制造自動(dòng)化系統(tǒng)。(3）柔性制造系統(tǒng)(FMS)。FMS通常包括三臺(tái)以上98

3．柔性制造系統(tǒng)的效用

采用FMS的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果是：能按裝配作業(yè)配套需要，及時(shí)安排所需零件的加工，實(shí)現(xiàn)及時(shí)生產(chǎn)，從而減少毛坯和在制品的庫(kù)存量及相應(yīng)的流動(dòng)資金占用量，縮短生產(chǎn)周期；提高設(shè)備的利用率，減少設(shè)備數(shù)量和廠房面積；減少直接勞動(dòng)力，在少數(shù)人看管條件下可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)晝夜地連續(xù)無(wú)人化生產(chǎn)，也可提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。3．柔性制造系