智能數(shù)控機(jī)床與編程 課件 第3、4章 智能數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控機(jī)床高性能技術(shù)

第3章智能數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)

3.1數(shù)控機(jī)床及其HCPS模型3.2智能數(shù)控機(jī)床功能3.3智能數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)配置3.4智能數(shù)控機(jī)床主軸單元3.5智能數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)3.6本章小結(jié)

思維導(dǎo)圖

學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）掌握數(shù)控機(jī)床及其HCPS模型；（2）了解智能數(shù)控機(jī)床的功能特點(diǎn)；（3）掌握數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)配置原則；（4）掌握數(shù)控機(jī)床電主軸的性能與應(yīng)用；（5）掌握數(shù)控機(jī)床主軸軸承系統(tǒng)的配置和預(yù)緊方式；（6）理解數(shù)控機(jī)床主軸工況監(jiān)控與補(bǔ)償措施；（7）掌握數(shù)控機(jī)床直線和圓周進(jìn)給形式及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

一、數(shù)控機(jī)床及其HCPS1.0模型

二、“互聯(lián)網(wǎng)+”機(jī)床及其HCPS1.5模型

三、智能機(jī)床及其HCPS2.0模型

§3.1數(shù)控機(jī)床及其HCPS模型

一、數(shù)控機(jī)床及其HCPS1.0模型數(shù)控機(jī)床是典型的“人-信息-物理系統(tǒng)”（HCPS），即在人和機(jī)床之間增加了一個(gè)信息系統(tǒng)，由于這個(gè)階段的數(shù)控機(jī)床只是通過G代碼來實(shí)現(xiàn)刀具、工件的軌跡控制，缺乏對(duì)機(jī)床實(shí)際加工狀態(tài)的感知、反饋和學(xué)習(xí)建模的能力，導(dǎo)致實(shí)際路徑可能偏離理論路徑等問題，影響了加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率?？梢妭鹘y(tǒng)數(shù)控機(jī)床的智能化程度并不高，因此將該階段稱為HCPS1.0，意指數(shù)控機(jī)床HCPS的初級(jí)發(fā)展階段。數(shù)控機(jī)床控制原理如圖所示手動(dòng)機(jī)床控制原理二、“互聯(lián)網(wǎng)+”機(jī)床及其HCPS1.5模型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)制造業(yè)從數(shù)字化制造向數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造發(fā)展。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造本質(zhì)上屬于“互聯(lián)網(wǎng)+制造”，可定義為第二代智能制造。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)仍然是基于人、信息系統(tǒng)、物理系統(tǒng)三部分組成的HCPS，但這三部分相對(duì)于面向數(shù)字化制造的HCPS1.0均發(fā)生了變化，故將其定義為HCPS1.5?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+機(jī)床”控制原理如圖所示?！盎ヂ?lián)網(wǎng)十”機(jī)床同時(shí)具有一定的智能化水平，主要體現(xiàn)在：1）網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和數(shù)控機(jī)床不斷融合；2）制造系統(tǒng)向平臺(tái)化發(fā)展；3）智能化功能初步呈現(xiàn)數(shù)控機(jī)床控制原理三、智能機(jī)床及其HCPS2.0模型智能機(jī)床是在新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用新一代人工智能技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)深度融合的機(jī)床。智能機(jī)床控制原理如圖所示，其顯著特點(diǎn)是，利用自主感知與連接獲取機(jī)床、加工、工況、環(huán)境有關(guān)的信息，通過自主學(xué)習(xí)與建模生成知識(shí)，并能應(yīng)用這些知識(shí)進(jìn)行自主優(yōu)化與決策，完成自主控制與執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)加工制造過程的優(yōu)質(zhì)、高效、安全、可靠和低耗的多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行。相對(duì)于面向數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造的“互聯(lián)網(wǎng)+”機(jī)床，智能機(jī)床發(fā)生了本質(zhì)性變化，所以定義為HCPS2.0。智能機(jī)床控制原理§3.2智能數(shù)控機(jī)床功能

對(duì)于不同的類型，智能數(shù)控機(jī)床的功能差別很大，而且智能化功能也是不斷進(jìn)化的。但從本質(zhì)來說，其智能功能特征可概括為：一個(gè)中心+三類基本功能，如圖所示，以人為中心，實(shí)現(xiàn)人、計(jì)算機(jī)、機(jī)床的功能的動(dòng)態(tài)交互。人、計(jì)算機(jī)與機(jī)床（機(jī)床機(jī)械和電氣部分）之間進(jìn)行信息的及時(shí)傳遞與反饋，是體現(xiàn)智能的關(guān)鍵，人、計(jì)、機(jī)的動(dòng)態(tài)交互支撐了智能數(shù)控機(jī)床三類基本功能：執(zhí)行階段的智能、準(zhǔn)備階段的智能和維護(hù)階段的智能。智能數(shù)控機(jī)床的功能交互

一、結(jié)構(gòu)配置原則

二、機(jī)床結(jié)構(gòu)配置類型

§3.3智能數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)配置

一、結(jié)構(gòu)配置原則機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置取決于機(jī)床的具體用途，為了實(shí)現(xiàn)智能數(shù)控機(jī)床的高精度和高效率加工，機(jī)床結(jié)構(gòu)配置應(yīng)遵循如下基本原則：（1）輕量化原則（2）重心驅(qū)動(dòng)原則（3）對(duì)稱原則（4）短懸臂原則（5）近路程原則（6）力閉環(huán)原則二、機(jī)床結(jié)構(gòu)配置類型機(jī)床結(jié)構(gòu)配置類型主要包括:（1）箱中箱結(jié)構(gòu)配置（2）全封閉結(jié)構(gòu)配置（3）零機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)配置（4）虛擬X軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)配置

一、數(shù)控機(jī)床主軸發(fā)展歷程

二、數(shù)控機(jī)床電主軸

三、主軸軸承系統(tǒng)的配置和預(yù)緊

四、主軸與刀具的聯(lián)接

五、回轉(zhuǎn)軸的主軸頭

六、主軸工況監(jiān)控與智能化

§3.4智能數(shù)控機(jī)床主軸單元一、數(shù)控機(jī)床主軸發(fā)展歷程從市場(chǎng)拉動(dòng)的角度，上世紀(jì)70年代主要是簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，避免扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；80年代中期到90年代中期是提高切削速度，即主軸的轉(zhuǎn)速；進(jìn)入21世紀(jì)是不斷降低電主軸的成本以獲得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。從技術(shù)推動(dòng)的角度，上世紀(jì)70年代主要是借助變頻技術(shù)和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，不斷提高電氣傳動(dòng)效率；80年代中期到90年代中期是諸如磁浮軸承等各種新型軸承的應(yīng)用；進(jìn)人21世紀(jì)是陶瓷軸承的應(yīng)用和主軸部件的智能化。數(shù)控機(jī)床主軸發(fā)展歷程二、數(shù)控機(jī)床電主軸電主軸是將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和主軸做成一體。中空的、直徑較大的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸，同時(shí)也是機(jī)床的主軸。它有足夠的空間容納刀具夾緊機(jī)構(gòu)或送料機(jī)構(gòu)，是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能集成的機(jī)電一體化的功能部件。典型電主軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。電主軸通常至少包含前后兩組主軸承，以承受徑向和軸向載荷，同時(shí)往往設(shè)有軸承預(yù)緊力的調(diào)整環(huán)節(jié)。電主軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、主軸軸承系統(tǒng)的配置和預(yù)緊主軸軸承系統(tǒng)常用的組合配置有：（1）圓錐滾子軸承（2）圓柱滾子軸承加雙列軸向球軸承（3）角接觸球軸承加圓柱滾子軸承（4）角接觸球軸承——O配置（5）角接觸球軸承——TD配置（6）角接觸球軸承加圓柱滾子軸承主軸主軸軸承系統(tǒng)常用的組合配置如圖所示軸承系統(tǒng)的預(yù)緊方法主要包括兩種：（1）剛性的定位預(yù)緊（2）彈性的定壓預(yù)緊。主軸軸承的不同配置四、主軸與刀具的聯(lián)接（1）主軸與刀具的聯(lián)接形式。加工中心或復(fù)合機(jī)床的主軸要與各種各樣的刀具系統(tǒng)聯(lián)接，機(jī)床主軸內(nèi)孔和刀具柄部的聯(lián)接形式是機(jī)床與刀具之間的接口。接口的基本功能是傳遞切削力或扭矩，保證主軸中心與刀具中心一致，同時(shí)應(yīng)具有高剛度。此外，要求能夠精確、方便、可靠和快速地更換刀具。（2）刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。刀具夾緊機(jī)構(gòu)按動(dòng)力源可以分為液壓、氣動(dòng)和手動(dòng)3種。當(dāng)自動(dòng)換刀時(shí)，必須采用液壓或氣動(dòng)的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)。刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)原理五、回轉(zhuǎn)軸的主軸頭電主軸與力矩電動(dòng)機(jī)集成在一起，在提供切削力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)2個(gè)或3個(gè)數(shù)控回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，是配置多軸數(shù)控機(jī)床的主要途徑之一。實(shí)現(xiàn)主軸頭數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的方案基本有三種。（1）AC軸雙擺主軸頭（2）第二種是ABC三軸主軸頭（3）第三種是萬向角度主軸頭具有回轉(zhuǎn)軸的主軸頭六、主軸工況監(jiān)控與智能化（1）主軸工況監(jiān)控主軸的工況監(jiān)控主要有3個(gè)方面：振動(dòng)/顫振、溫度和變形。采用的傳感器分別有聲發(fā)射傳感器、位移傳感器、加速度計(jì)、測(cè)力儀和溫度傳感器等。主軸工況集成監(jiān)控主軸軸向位移監(jiān)控銑削過程的聲發(fā)射監(jiān)控六、主軸工況監(jiān)控與智能化（2）主軸主動(dòng)補(bǔ)償1）刀具變形主動(dòng)補(bǔ)償2）主動(dòng)阻尼3）主動(dòng)安全主動(dòng)阻尼主軸刀具變形的主動(dòng)補(bǔ)償

一、直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)

二、圓周進(jìn)給驅(qū)動(dòng)

§3.5智能數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)一、直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)直線進(jìn)給是機(jī)床最主要的進(jìn)給形式，普遍應(yīng)用的直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)有：絲杠螺母副、齒輪齒條副、蝸桿齒條副和直線電動(dòng)機(jī)。直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條副的背隙消除滾珠絲杠螺母副不同的循環(huán)方式二、圓周進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)床在加工復(fù)雜形狀表面時(shí)，為了提高加工效率，保證加工質(zhì)量和防止干涉，除了X、Y和Z軸的直線進(jìn)給外，還需有控制刀具與工件相對(duì)姿態(tài)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)A、B或C軸的圓周進(jìn)給，即第4軸和第5軸，加上X、Y和Z軸3個(gè)直線軸，構(gòu)成5軸聯(lián)動(dòng)加工，如圖所示。多軸加工中的圓周進(jìn)給二、圓周進(jìn)給驅(qū)動(dòng)圓周進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括：蝸輪蝸桿副和直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。AC軸直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的配置與應(yīng)用蝸輪蝸桿副驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)本章小結(jié)：

依照智能制造的三個(gè)范式和機(jī)床的發(fā)展歷程，梳理了數(shù)控機(jī)床及其HCPS模型，即HCPS1.0、HCPS1.5、HCPS2.0；從執(zhí)行階段、準(zhǔn)備階段和維護(hù)階段分類總結(jié)了智能數(shù)控機(jī)床的基本功能；講解了智能數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置原則，分析了結(jié)構(gòu)配置創(chuàng)新案例；介紹了智能數(shù)控機(jī)床常用的電主軸、主軸軸承系統(tǒng)的配置和預(yù)緊方法、主軸與刀具的聯(lián)接形式、主軸工況的監(jiān)控與智能化措施以及主軸的主動(dòng)補(bǔ)償措施；介紹了智能數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)方式和使用的機(jī)構(gòu)。本章結(jié)束，謝謝！第4章數(shù)控機(jī)床高性能技術(shù)

4.1數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)4.2數(shù)控機(jī)床振動(dòng)抑制技術(shù)4.3智能數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)技術(shù)4.4智能數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)通信4.5本章小結(jié)

思維導(dǎo)圖

學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）了解數(shù)控機(jī)床熱誤差、幾何誤差和力誤差補(bǔ)償方法及意義；（2）理解數(shù)控機(jī)床主軸振動(dòng)、進(jìn)給軸振動(dòng)和刀具振動(dòng)的抑制方法；（3）掌握數(shù)控機(jī)床主要的內(nèi)部、外部數(shù)據(jù)感知方法；（4）熟悉數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)傳輸方案；（5）熟悉常用的數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)通訊協(xié)議；（6）熟悉NC-Link協(xié)議架構(gòu)及主要組成

一、數(shù)控機(jī)床的誤差

二、熱誤差補(bǔ)償

三、幾何誤差補(bǔ)償

四、力誤差補(bǔ)償

§4.1數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)

一、數(shù)控機(jī)床的誤差數(shù)控機(jī)床主要由床身、立柱、主軸和各種直線導(dǎo)軌或旋轉(zhuǎn)軸等部件組成，機(jī)床部件在制造裝配和使用過程中會(huì)產(chǎn)生各種誤差。機(jī)床的各種誤差最終反映為刀具中心點(diǎn)的實(shí)際空間軌跡與理論空間軌跡的差別，如圖所示，誤差源包括4類，分別為：1）在無負(fù)荷或精加工條件下機(jī)床的幾何/運(yùn)動(dòng)誤差；2）由機(jī)床內(nèi)部熱源和環(huán)境溫度變化而造成的熱誤差；3）由切削力和慣性力引起的動(dòng)態(tài)誤差；4）與夾具和裝夾有關(guān)的誤差機(jī)床的誤差二、熱誤差補(bǔ)償（1）熱誤差來源因機(jī)床的溫度變化導(dǎo)致機(jī)床的結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，從而產(chǎn)生誤差，稱為熱變形誤差或熱誤差，機(jī)床的熱變形是影響加工精度的主要原因之一。改善機(jī)床的熱特性并減少熱誤差，通常有四種途徑：1）改善熱環(huán)境和降低熱源的發(fā)熱程度；2）改進(jìn)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3）控制機(jī)床重要部件的升溫，采取措施對(duì)其進(jìn)行有效冷卻和散熱；4）建立溫度變量與熱變形之間的數(shù)學(xué)模型，用軟件預(yù)報(bào)誤差二、熱誤差補(bǔ)償（2）熱誤差分析與檢測(cè)通過分析機(jī)床加工過程中所產(chǎn)生的熱變形誤差的因素，檢測(cè)和采集誤差源、加工誤差、加工位置及溫度分布等參數(shù)，確定引起機(jī)床熱變形誤差的熱源分布情況。熱誤差分析與檢測(cè)的基礎(chǔ)是建立熱誤差測(cè)量系統(tǒng)。誤差測(cè)量包括溫度測(cè)量和熱變形測(cè)量。溫度傳感器分布示例數(shù)字式溫度傳感器的接入五點(diǎn)式位移傳感器測(cè)量熱變形二、熱誤差補(bǔ)償（3）熱誤差建模熱誤差模型的建立就是將所篩選出的溫度敏感點(diǎn)實(shí)驗(yàn)放據(jù)和相對(duì)應(yīng)的熱位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。目前最常用的熱誤差建模方法是通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)床各部件熱變形與敏感點(diǎn)的溫度變量進(jìn)行擬合建模，多元線性回歸方法是最常用的熱誤差補(bǔ)償建模方法之一，由多個(gè)自變量的最優(yōu)組合共同預(yù)測(cè)或估計(jì)因變量。二、熱誤差補(bǔ)償（4）熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償可以分為三種情況：針對(duì)主軸熱變形的熱誤差補(bǔ)償、針對(duì)絲杠膨脹的補(bǔ)償以及同時(shí)包含主軸和絲杠熱變形的補(bǔ)償。熱誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)施方法主要有：（1）基于FDEM（FEM+FDM）模型的熱誤差補(bǔ)償（2）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的熱誤差補(bǔ)償（3）基于傳遞函數(shù)的熱誤差補(bǔ)償（4）基于控制系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的熱誤差補(bǔ)償（5）高性能數(shù)控系統(tǒng)熱誤差補(bǔ)償功能三、幾何誤差補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的主要零部件在制造、裝配過程中存在誤差，會(huì)直接引起機(jī)床的幾何誤差。該誤差不僅影響工件加工精度，而且當(dāng)誤差較大時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致加工工件無法滿足加工要求。研究幾何誤差建模及補(bǔ)償方法將有利于減少幾何誤差，提升加工質(zhì)量。（1）幾何誤差測(cè)量。機(jī)床誤差檢測(cè)分為單項(xiàng)誤差分量檢測(cè)和綜合誤差分量檢測(cè)兩種方法。數(shù)控機(jī)床的幾何誤差來源及機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的姿態(tài)誤差如圖所示。數(shù)控機(jī)床幾何誤差類型三、幾何誤差補(bǔ)償（2）幾何誤差建模機(jī)床結(jié)構(gòu)以運(yùn)動(dòng)副的連接來實(shí)現(xiàn)刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。理想情況下，刀位點(diǎn)的位置就是工件編程指示的位置，但實(shí)際加工中，這兩個(gè)位置不一定重合，二者之間的誤差就是空間定位誤差。每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件皆可按照剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)以桿件和鉸接符號(hào)來建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，描述運(yùn)動(dòng)鏈相互關(guān)系。5軸龍門加工中心的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型三、幾何誤差補(bǔ)償（3）幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償分為實(shí)時(shí)補(bǔ)償和非實(shí)時(shí)補(bǔ)償兩種方式。實(shí)時(shí)補(bǔ)償受限于實(shí)時(shí)補(bǔ)償周期，適宜中低速度下進(jìn)行；為提升空間誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)際應(yīng)用水平，研究空間誤差離線補(bǔ)償（非實(shí)時(shí)）技術(shù)，設(shè)計(jì)針對(duì)加工代碼修正的離線誤差補(bǔ)償模塊。與三軸機(jī)床相比，五軸機(jī)床增加了旋轉(zhuǎn)軸，除了直線進(jìn)給軸的空間誤差外，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸也會(huì)有空間誤差，所以五軸機(jī)床誤差補(bǔ)償還需要進(jìn)行機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)軸之間的誤差參數(shù)的測(cè)量和補(bǔ)償。幾何誤差補(bǔ)償原理示意圖旋轉(zhuǎn)軸的六項(xiàng)幾何誤差三、幾何誤差補(bǔ)償（4）高性能數(shù)控系統(tǒng)的幾何誤差補(bǔ)償高性能數(shù)控系統(tǒng)在幾何誤差補(bǔ)償技術(shù)上進(jìn)行了深入研究，取得了關(guān)鍵技術(shù)突破，開發(fā)出不同特征的誤差補(bǔ)償功能，包括：1）西門子840D系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償－VCS；2）發(fā)那科的三維誤差補(bǔ)償和三維機(jī)床位置補(bǔ)償；3）大隈OKUMA的幾何誤差測(cè)量與補(bǔ)償功能四、力誤差補(bǔ)償力誤差是加工誤差的主要來源之一。數(shù)控機(jī)床在加工過程中，由于切削余量的隨機(jī)波動(dòng)導(dǎo)致切削力波動(dòng)，使加工變形不均勻而映射到加工表面的加工誤差稱為力誤差。建立切削力誤差模型的關(guān)鍵是加工過程中切削力的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為例，其解決方案為：利用數(shù)控系統(tǒng)中存儲(chǔ)的各軸的負(fù)載狀態(tài)信息，在無需添加額外測(cè)量裝置的情況下，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)獲取各軸的負(fù)載信息。根據(jù)對(duì)主軸負(fù)載信息的分析，將進(jìn)給倍率的調(diào)節(jié)控制信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到PMC端，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)。結(jié)合FANUC二次開發(fā)工具FOCAS程序庫，通過以太網(wǎng)訪問數(shù)控系統(tǒng)，獲得各軸相應(yīng)的負(fù)載信息，不用添加傳感器等設(shè)備，更加方便、快捷、有效。

一、振動(dòng)測(cè)試方法

二、主軸振動(dòng)抑制

三、進(jìn)給軸振動(dòng)抑制

四、刀具振動(dòng)抑制

§4.2數(shù)控機(jī)床振動(dòng)抑制技術(shù)

一、振動(dòng)測(cè)試方法機(jī)床動(dòng)態(tài)性能測(cè)試是典型的機(jī)械振動(dòng)測(cè)試討程，振動(dòng)測(cè)試的基本流程如圖所示。不同激振方式和激振器的技術(shù)特點(diǎn)不同，電動(dòng)和電液激振技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。采用電動(dòng)、電液和壓電相對(duì)激振時(shí)，激振器安裝在刀具（主軸）與工件（工作臺(tái)）之間，機(jī)床處于靜止?fàn)顟B(tài)。機(jī)床振動(dòng)測(cè)試二、主軸振動(dòng)抑制（1）主軸振動(dòng)形成原因數(shù)控機(jī)床配套使用的高速電主軸發(fā)生振動(dòng)的原因有很多，主要有三類原因：1）電主軸的共振；2）電主軸的電磁振蕩；3）電主軸的機(jī)械振動(dòng)（2）主軸振動(dòng)抑制方法主軸振動(dòng)抑制可從三方面入手：1）變速切削技術(shù)；2）主軸軸承預(yù)緊力控制；3）主軸系統(tǒng)自平衡控制三、進(jìn)給軸振動(dòng)抑制（1）進(jìn)給軸振動(dòng)形成原因?qū)е聰?shù)控機(jī)床進(jìn)給軸產(chǎn)生振動(dòng)的原因有很多，大致可分為四類：1）機(jī)械傳動(dòng)方面的故障；2）數(shù)控機(jī)床電氣元件的故障；3）數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)；4）機(jī)床共振三、進(jìn)給軸振動(dòng)抑制（2）進(jìn)給軸振動(dòng)抑制方法1）在機(jī)械傳動(dòng)方面，可通過改善機(jī)械傳動(dòng)部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行抑制。2）在電氣元件方面，可通過選用新型直線電機(jī)、采用電氣電柜的電磁屏蔽等措施來避免對(duì)進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。3）在伺服系統(tǒng)參數(shù)方面，可對(duì)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行伺服優(yōu)化，或者通過控制系統(tǒng)校正，抑制進(jìn)給軸的振動(dòng)。（3）高性能數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給軸振動(dòng)抑制功能1）海德漢的動(dòng)態(tài)高效功能；2）發(fā)那科系統(tǒng)的SERVOGUIDE功能；3）馬扎克的防振動(dòng)功能四、刀具振動(dòng)抑制（1）刀具振動(dòng)形成原因刀具在切削工件時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的原因有：1）包括刀具在內(nèi)的工藝系統(tǒng)剛性不足，導(dǎo)致其固有頻率低；2）切削產(chǎn)生了一個(gè)足夠大的外激力；3）切削力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相同。四、刀具振動(dòng)抑制（2）刀具振動(dòng)抑制方法刀具切削振顫的控制方法分為兩種：被動(dòng)控制和主動(dòng)控制。被動(dòng)控制是指通過改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)和材料、選擇合適的加工工藝參數(shù)來避開不穩(wěn)定切削區(qū)域。被動(dòng)控制具體實(shí)施方法有：1）刀具振動(dòng)控制2）工件振動(dòng)控制3）調(diào)整工藝參數(shù)主動(dòng)控制是指在振動(dòng)控制過程中，根據(jù)傳感器監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)，基于一定的控制策略，經(jīng)過實(shí)時(shí)計(jì)算，通過驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制目標(biāo)施加一定的影響，達(dá)到抑制或者消除振動(dòng)的目的。

一、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用層次

二、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)感知

三、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)傳輸

四、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)處理

五、智能數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用－iNCCloud服務(wù)平臺(tái)

§4.3智能數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)技術(shù)一、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用層次以大數(shù)據(jù)的全生命周期為主線、大數(shù)據(jù)在智能數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方式為：從數(shù)控機(jī)床獲取數(shù)據(jù)-將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至資源池--對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果生成決策、對(duì)應(yīng)地，本章節(jié)將大數(shù)據(jù)應(yīng)用流程分為3個(gè)層次：數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用，如圖所示。數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用層次二、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)感知數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)數(shù)據(jù)反映機(jī)床的加工特征，是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床智能化的關(guān)鍵支撐數(shù)據(jù)，包括位置、振動(dòng)、速度、加速度、電流，功率，聲音、溫度等。這些狀態(tài)數(shù)據(jù)有一部分直接來自數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部，與數(shù)控機(jī)床本身的控制過程緊密相關(guān)，有些狀態(tài)數(shù)據(jù)則需要借助外部傳感器間接獲取。（1）數(shù)控機(jī)床內(nèi)部電控大數(shù)據(jù)感知主要包括：1）位移數(shù)據(jù)；2）速度數(shù)據(jù)；3）壓力數(shù)據(jù)（2）數(shù)控機(jī)床外部數(shù)據(jù)感知主要包括：1）溫度傳感器；2）振動(dòng)傳感器；3）聲發(fā)射傳威器；4）RFID傳感器；5）條碼/二維碼傳感器二、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)感知（3）數(shù)控機(jī)床測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中的感知、分析、決策等重要環(huán)節(jié)都離不開機(jī)床測(cè)量技術(shù)，刀具磨損、數(shù)控機(jī)床健康狀態(tài)、幾何量、智能傳動(dòng)裝置及油液狀態(tài)等都需要精密測(cè)量，并通過誤差補(bǔ)償來提高機(jī)床使用壽命及工件加工精度。目前，數(shù)控系統(tǒng)測(cè)量設(shè)備層出不窮，比較常用的有激光干涉儀和機(jī)床測(cè)頭等。主要包括：1）激光干涉儀；2）機(jī)床測(cè)頭三、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)從感知到應(yīng)用的必需環(huán)節(jié)，主要表現(xiàn)為以通信技術(shù)為主的各種網(wǎng)絡(luò)，依賴于物理設(shè)備的硬件互聯(lián)和通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議互通。主要包括：（1）數(shù)控機(jī)床的RS-232/422/485互聯(lián)；（2）數(shù)控機(jī)床的USB互聯(lián)；（3）數(shù)控機(jī)床的RJ-45互聯(lián)；（4）窄帶物聯(lián)網(wǎng)；（5）5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)處理根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性或數(shù)據(jù)量等需求，數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的處理方式一般有兩種：云端數(shù)據(jù)處理和邊緣數(shù)據(jù)處理。如圖展示了云計(jì)算和邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)處理的典型架構(gòu)。(1)云端數(shù)據(jù)處理是指各種底層設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接將數(shù)據(jù)上傳至云端，并在云端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析(2)邊緣數(shù)據(jù)處理是指各種底層設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接直接把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于邊緣端，以低延遲的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行就近處理，從而及時(shí)向控制設(shè)備反饋處理結(jié)果。云端計(jì)算與邊緣計(jì)算體系架構(gòu)五、智能數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用－iNCCloud服務(wù)平臺(tái)iNCCloud平臺(tái)的實(shí)質(zhì)是數(shù)控資源集聚共享的有效載體，為工業(yè)智能化應(yīng)用的創(chuàng)新與集成提供數(shù)據(jù)和平臺(tái)，推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造的轉(zhuǎn)型升級(jí)。如圖所示,應(yīng)用可分為數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和智能決策四大模塊，通過這四大模塊實(shí)現(xiàn)iNCCloud平臺(tái)的智能化應(yīng)用。其功能包括：1）產(chǎn)品全生命周期追溯；2）設(shè)備定位；3）機(jī)床自主維修；4）故障在線報(bào)修；5）生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；6）預(yù)測(cè)性維修iNCCloud平臺(tái)應(yīng)用

一、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通互操作

二、數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)通訊協(xié)議

三、NC-Link協(xié)議

§4.4智能數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)通信一、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通互操作數(shù)控機(jī)床互聯(lián)通信實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互聯(lián)、互通、互操作，是溝通設(shè)備與數(shù)據(jù)應(yīng)用的使能技術(shù)，是“讓設(shè)備說話的技術(shù)”。主要包括：（1）數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互聯(lián)；（2）數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互通；（3）數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互操作二、數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)通訊協(xié)議數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)通訊協(xié)議主要有三種，分別是：（1）OPCUA協(xié)議（2）MTConnect協(xié)議（3）umati協(xié)議三、NC-Link協(xié)議NC-Link協(xié)議是由“數(shù)控機(jī)床互聯(lián)互通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控機(jī)床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，旨在打造中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)床互聯(lián)通訊標(biāo)準(zhǔn)，提供更加適合數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)通訊協(xié)議。（1）NC-Link協(xié)議特點(diǎn)1）獨(dú)特的數(shù)控裝備信息模型；2）支持自定義的組合數(shù)據(jù)；3）輕量級(jí)數(shù)據(jù)交換格式；4）對(duì)異構(gòu)設(shè)備或平臺(tái)高度兼容；5）獨(dú)特的安