数控技术的发展与机械加工自动化

1、第九章 数控技术的发展与机械加工自动化 本章教学要求：适当介绍数控机床的发展和以数控机床为基础的先进制造技术，要求学生查阅相关资料并写出读书报告；有条件时可进行讨论。§ 9.1数控机床的发展一、机床结构的变化1.内部结构的变化为消除一般机床所具有的爬行、振动、热变形、刚度不足、制造装配误差等，数控机床分别采用了一下措施：用低摩擦的滚珠丝杠螺母副/或静压丝杠螺母副/导轨；主轴动平衡 / 蓄能飞轮/ 或用滑动轴承；强制润滑、冷却/ 或用软件实时补偿; 采用主机大件采用焊接结构/ 或合理的结构形式。2.外部整体结构的变化1) 数控车床多采用倾斜床身：易于排屑，易于安装上下料机械手，且便于操

2、作和观察，占地面积小。2）数控加工中心：是在数控镗铣床的基础上，增加了刀库和自动换刀装置；可一机多用；减少多次安装引起的定位误差。数控镗铣床几种形式：立式加工中心、卧式加工中心、门形构造加工中心。立式加工中心主要用于重切削、精密加工、复杂型腔加工；卧式加工中心一般具有回转工作台，可进行四面或五面加工，特别适用于箱体类零件加工；门形构造加工中心用于精密加工。3）车削中心：是在普通车床的基础上，增加了C轴控制、铣削动力头、刀库；主要用于回转体零件加工；加工能力大大增强。4）柔性制造单元(FMC) ：是在加工中心的基础上，增加了交换工作台/工业机器人以及自动检测和工况监控装备。 二、数控装置的发展由

3、于微电子技术和计算机技术发展，数控装置也有很大的发展。现在数控装置的主体是微型计算机；其控制功能增强，控制的轴数增多，可以在线编程，显示刀具轨迹，模拟刀具运动，进行在线测量。很多数控装置带有PLC控制，取代继电器逻辑控制。在上世纪九十年代，出现了CNC系开放式体系结构，有利于用户进行二次开发。三、伺服系统的发展伺服系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成；伺服驱动装置先后出现有步进电机、传统伺服电机、液压伺服系统、小惯量直流伺服电机、大惯量直流伺服电机（宽调速直流伺服电机）、鼠笼式异步交流伺服电机（无电刷）等；现在，微处理器应用于伺服驱动装置中，构成了数字伺服系统，控制精度更高。§ 9.

4、2 以数控机床为基础的先进制造技术随着数控技术发展，单机数控自动化向以计算机控制的多机制造系统自动化发展，是必然的趋势。以数控机床为基础的先进制造技术主要有：计算机直接控制系统（DNC）、柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）。 一、 计算机直接控制系统（DNC）： 计算机直接控制系统（DNC）又称为计算机群控系统；它是由一台中央计算机控制一群数控机床进行加工和工作；这有利于NC数据的集中管理，有利于控制信息的自动输入。在中央计算机中，一般配置大容量的外部存储器，存储了大量的零件加工程序和零件加工计划（即机床的控制程序）；可进行生产管理、作业调度。计算机直接控制系统可分为间接控

5、制型DNC系统和直接控制型DNC系统。在间接控制型DNC系统中，各数控机床的数控装置仍承担原来的控制功能；中央计算机中有扫描程序，可顺次查询各机床请求信号，并以中断方式传送加工程序；系统对中央计算机的要求较低。在直接控制型DNC系统中，简单的机床控制器（MCU） 取代了数控装置（CNC）；插补运算由中央计算机全部或部分完成；其灵活性大、适应性强；但对中央计算机的要求较高。二、柔性制造系统（FMS）1 FMS特征：（A） 具有多台制造设备，一般要2台以上；（B ）由物料运输系统连接所有设备，以实现无节拍、无固定加工顺序的随机制造（C）由计算机进行高度自动化的多级管理和控制 2FMS的组成FMS由

6、加工子系统、物流子系统、信息流子系统组成。（1）加工子系统：主要由柔性制造单元FMC / 或普通CNC机床按DNC控制方式构成。机床配置原则可以是互补原则或互替原则。（2）物流子系统：包含工件物流子系统和刀具物流子系统。工件物流子系统中有电缆感应的自动引导小车、立体仓库等；刀具物流子系统通过工业机器人在中央刀库和机床之间进行刀具的输送和交换。（3）信息流子系统：又称管理子系统；主要是对加工子系统和物流子系统进行自动控制、在线测量和在线状态监控。3FMS的优点：机床的利用率大为提高，且加工质量稳定；减少了零件的存放、运输、等待时间；有较好的经济效益和社会效益。三、计算机集成制造系统（CIMS） 计算机集成制造系统的核心是公用数据库；在此基础上有三个计算机系统；分别是工程设计方面的CAD/CAPP/CAM系统，生产管理方面的CAP/CAC系统；制设备方面的工厂自动化系统。在外围，还用计算机系统进行市场预测、编制产品发展规划，分析财政状况和进行生产管理和人员管理。CIMS的特点是把各种自动化单元技术集成为一个整个的系统，解决了“自动化孤岛”问题；其集成的工具是计算机，集成的基础是各自动化单元技