数控技术课件 第八章

第八章数控技术的发展与

机械制造自动化8.1数控机床的发展趋向8.2先进制造技术简介8.1数控机床的发展趋向现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术如柔性造系统(FMS)，计算机集成制造系统(CIMS)等的技术基础。我国和世界上的发达国家一样，都把发展数控技术作为制造业发展的战略重点，将数控技术向深度和广度发展列入科技发展的重要内容。所以把握现代数控机床的发展趋向具有重要意义。8.1.1高速化与高精度

微处理器的迅速发展，为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障。CPU已由20世纪80年代的16位发展到现在的32位以及64位的系统。CPU的频率也提高到几百兆赫、上千兆赫，甚至更高，进一步提高了系统的运算速度。由于运算速度的极大提高，当分辨率为0.1N.m,0.O1N.m的情况下仍能获得很高的进给速度，可达到24-240m/min

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返回8.1数控机床的发展趋向目前，有的CNC已具有补偿主轴回转误差和运动部件(如工作台)的颠摆角误差的功能。研究表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%-80%由于计算机运算速度和主轴转速的较大提高，已开发出具有真正的零跟踪误差的现代数控装置，能满足现代数控机床工作的要求，使机床可以同时进行高进给速度和高精度的加工。上一页下一页返回8.1数控机床的发展趋向8.1.2复合化

复合化包含工序复合化和功能复合化。工件在一台设备上一次装夹后，通过自动换刀等各种措施，来完成多种工序和表面的加工。在一台数控设备上能完成多工序切削加工(如车，铣，锁，钻等)的加工中心，可以替代多机床和多装夹的加工，既能减少装卸时间，省去工件搬运时间，提高每台机床的加工能力，减少半成品库存量，又能保证和提高形位精度，从而打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程。从近期发展趋势看，加工中心主要是通过主轴头的立卧自动转换和数控工作台来完成五面和任意方位上的加工。上一页下一页返回8.1数控机床的发展趋向8.1.3智能化随着人工智能技术的不断发展，并为适应制造业生产高度柔性化、自动化的需要，数控设备的智能化程度在不断提高。(1)应用自适应控制技术。数控系统能检测对自己有影响的信息，并自动连续调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。

(2)引入专家系统指导加工。将切削专家的经验、切削加工的一般规律与特殊规律存入计算机中，以加工工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统，提供经过优化的切削参数，使加工系统始终处于最优和最经济的工作状态，从而达到提高编程效率和降低对操作人员技术水平的要求，大大缩短生产准备时间的目的。上一页下一页返回8.1数控机床的发展趋向

(3)故障自诊断功能。故障诊断专家系统是诊断装置发展的最新动向，其为数控设备提供了一个包括二次监控，故障诊断，安全保障和经济策略等方面在内的智能诊断及维护决策信息集成系统。采用智能混合技术，可在故障诊断中实现以下功能:故障分类，信号提取，故障诊断专家系统，维护管理以及多传感信号融合。

(4)智能化交流伺服驱动装置。目前已开始研究能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能化主轴交流伺服驱动装置和智能化进给伺服驱动装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统处于最佳运行状态。上一页下一页返回8.1数控机床的发展趋向8.1.4柔性化柔性是指数控设备适应加工对象变化的能力。数控机床发展到今大，对加工对象的变化有很强的适应能力，并在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。在数控机床上增加不同容量的刀具库和自动换刀机械手，增加第二主轴和交换工作台装置，或配以工业机器人和自动运输小车，以组成新的加工中心、柔性制造单元(FMC)或柔性制造系统(FMS)。如出现了PLC控制的可调组合机床，数控多轴加工中心，换刀换箱式加工中心，数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工设备和介于传统自动线与FMS之间的柔性制造线(FTL)。有的厂家则走组合柔性化之路，这类柔性加工系统由若干加工单元合成，单元数可依生产率要求确定，自动上下料机械手肩负工件传输的作用。上一页下一页返回8.1数控机床的发展趋向8.1.5小型化

蓬勃发展的机电一体化技术对CNC装置提出了小型化的要求，以便将机、电装置揉合为一体。这类CNC的体积为50mmx316装置将控制器尺寸缩小了75%。德国SIEMENS推出的SINUMERIK840Dmmx207mm，被认为是目前世界上最薄的CNC装置。上一页

返回8.2先进制造技术简介8.2.1计算机直接数控系统(DNC)

计算机直接数控系统(DNC)就是使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统，也称计算机群控系统。早期的DNC系统，其中的数控机床不再带有自己单独的数控装置，它的插补和控制功能全部由中央计算机来完成。因此系统中的各台数控机床都不能脱离中央计算机而独立工作。这样，中央计算机的可靠性就显得格外重要。一旦计算机出现故障，各台数控机床都将停止运行，故这种方式已被淘汰。下一页

返回8.2先进制造技术简介8.2.2柔性制造系统(FMS)1.柔性制造单元

FMC是由加工中心(MC)和自动交换工件(AWC)的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。FMC的结构形式根据不同的加工对象、CNC机床的类型与数量以及工件更换与存贮方式的不同，可以多种多样。但主要有托盘搬运式和机器人搬运式两大类型。托盘搬运式和机器人搬运式。

2.柔性制造系统有关柔性制造系统(FMS)的定义众多，到目前为止，还无定论，一般认为FMS应具有以下特征。上一页下一页返回8.2先进制造技术简介

(1)具有多台制造设备。这些设备不限于切削加工设备，也可以是电加工、激光加工、热处理、冲压剪切设备以及装配、检验等设备，但必须是计算机数控的。组成设备的台数也无定论，有人认为由5台设备以上组成的系统才称为FMS，也有人认为2-4台设备组成的是小规模FMS。当然只有一台设备的一定是FMC。

(2)在制造设备上，利用交换工作台或工业机器人等装置实现零件的自动上料和下料。

(3)由一个物料运输系统将所有设备连结起来，可以进行没有固定加工顺序和无节拍的随机自动制造。物料自动运输系统可由有轨小车、感应式无轨小车、移动式工业机器人和各种传送带等组成，并由计算机进行物料的自动控制。上一页下一页返回8.2先进制造技术简介

(4)由计算机对整个系统进行高度自动化的多级控制与管理，对一定范围内的多品种，中小批量的零部件进行制造。

(5)酉己有管理信息系统(MIS)。能提供刀具与机床的利用率报告，提供系统运行状态的报告以及生产控制的计划等。

(6)具有动态平衡的功能，能进行最佳化调度。

FMS一般由加工、物流、信息三个子系统组成，每个子系统还有分系统。如图8-3所示。其系统结构流程关系如图8-4所示。

3.柔性制造系统实例

JCS–FMS-1是我国的第一条FMS，由机械工业部北京机床研究所基于日本FANUC公司的FMS技术研制成功。图8-7为系统总框图，主要由以下四部分组成上一页下一页返回8.2先进制造技术简介

(1)加工系统。根据生产纲领及零件工艺分析，确定由s台数控机床组成。其中，数控车床2台，数控外圆磨床、立式加工中心及卧式加工中心各i台。s台机床采用直线排列，每台机床前设置机床与托盘站i个，并由4台M1型工业机器人分别在机床与托盘之间进行工件的上、下料搬运(其中两台加工中心合用1台工业机器人)。

(2)物流系统。机床的托盘站与仓库之间采用一台电缆感应式自动引导小车进行工件的运输。平面仓库具有15个工件出入托盘站，它们由物流管理计算机PMS-200和控制装置MCP进行控制。

(3)中央管理系统。中央计算机承担整个系统的生产计划与作业调度、集中监控以及加工程序管理。工件的加工程序采用日本FANUC公司的P-G型自动编程机进行自动编程，将编好的零件程序存入程序库，以便加工时调用。上一页下一页返回8.2先进制造技术简介

(4)监控系统。该系统采用具有摄像头(ITV)的工业电视(TV)对5个部件进行监视，即监视平面仓库、单元2、单元4、单元5以及引导小车的运行实况。8.2.3计算机集成制造系统(CIMS)简介

1.CIMS的定义目前CIMS还没有一个完善的、被普遍接受的定义，多数还停留在一般概念上一般说来，CIMS的定义应包括以下要素:1)系统发展的基础是一系列现代高技术及其综合;

上一页下一页返回8.2先进制造技术简介2)系统包括制造工厂全部生产、经营活动，并将其纳入多模式，多层次的分布的自动化子系统;3)系统是通过新的管理模式、工艺理论和计算机网络对上述各子系统所进行的有机集成;4)系统是人、技术和经营三方面的集成，是一个人机系统，不能忽视人的作用;5)系统的目标是获得多品种、中小批量离散生产过程的高效益和高柔性，以达到动态总体最优，实现脑力劳动自动化和机器智能化。上一页下一页返回8.2先进制造技术简介

2.CIMS的结构根据美国计算机自动化协会/制造丁程师协会(CASA/SME)的定义，CIMS的构成如图8-8所示。

根据我国学者的研究，认为(CIMS更应强调是人、经营和技术三者的集成从技术组成的角度来看，可以认为(CIMS包含四个应用分系统和两个支撑分系统，如图8-10所示。四个应用分系统是:管理信息系统(MIS)、工程设计系统(CAD/LAPP/CAM、质量保证系统(QAS)和制造自动化系统(MAS)。两个支撑分系统是:数据库(DB)和通讯网络(NET)。上一页下一页返回8.2先进制造技术简介CIMS技术开发研究最早的是美国，始于1977年。我国在20世纪80年代末开始在C