數(shù)控原理與系統(tǒng)課件

數(shù)控原理與系統(tǒng)5.1數(shù)控系統(tǒng)的基本原理與結(jié)構(gòu)一、數(shù)控系統(tǒng)的基本原理

數(shù)控技術(shù)(NumericalControl-NC)—是一種自動(dòng)控制技術(shù),是利用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心,它的功能是接受載體送來(lái)的加工信息,經(jīng)計(jì)算和處理后去控制機(jī)床的具體動(dòng)作。計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的工作過(guò)程:(1)輸入(2)譯碼(3)數(shù)據(jù)處理(4)插補(bǔ)(5)伺服控制(6)管理程序返回上頁(yè)下頁(yè)5.1數(shù)控系統(tǒng)的基本原理與結(jié)構(gòu)二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

數(shù)控系統(tǒng)一般包括輸入/輸出(I/O)裝置、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)控制裝置、機(jī)床電邏輯控制裝置四部分。(圖5-1計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成)(一)數(shù)控系統(tǒng)硬件1.單CPU結(jié)構(gòu)(圖5-2)CNC裝置特點(diǎn)

(1)對(duì)存儲(chǔ)、插補(bǔ)計(jì)算等集中控制分時(shí)處理(2)CPU通總線(xiàn)與存儲(chǔ)、輸入輸出控制等各種接口相連,構(gòu)成CNC系統(tǒng)。(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)。(4)進(jìn)給速度容易受較大影響2.多CPU結(jié)構(gòu)(圖5-3)特點(diǎn)(1)運(yùn)算速度快,性?xún)r(jià)比高(2)適應(yīng)性強(qiáng),擴(kuò)展容易(3)可靠性高(4)硬件易于規(guī)模生產(chǎn)。返回上頁(yè)下頁(yè)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由軟件和硬件共同完成,它具有數(shù)控系統(tǒng)一般組成形式的各個(gè)部分,可以通過(guò)鍵盤(pán)方式輸入和編輯數(shù)控加工程序,通過(guò)通訊方式輸入其它計(jì)算機(jī)CAD/CAM系統(tǒng)或上位機(jī)所提供的數(shù)控加工程序返回上頁(yè)下頁(yè)它采用集中控制,分時(shí)處理數(shù)控的每一個(gè)任務(wù)。返回上頁(yè)下頁(yè)在多CPU結(jié)構(gòu)的CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上CPU構(gòu)成處理部件,處理部件之間采用緊耦合,有集中的操作系統(tǒng),資源共享。返回上頁(yè)下頁(yè)5.1數(shù)控系統(tǒng)的基本原理與結(jié)構(gòu)(二)數(shù)控系統(tǒng)軟件1.多任務(wù)并行處理目前CNC系統(tǒng)的硬件中,廣泛采用資源重復(fù)并行處理關(guān)系。(如圖5-4)2.實(shí)時(shí)中斷處理CNC裝置的多任務(wù)和實(shí)時(shí)性的要求決定了中斷處理為必不可少的組成部分。中斷管理主要靠硬件完成,中斷結(jié)構(gòu)則決定了其軟件的結(jié)構(gòu)。返回上頁(yè)下頁(yè)5.2插補(bǔ)原理一、數(shù)控加工系統(tǒng)的輸入與譯碼(一)數(shù)控加工程序的輸入1.輸入過(guò)程-通過(guò)相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入數(shù)控系統(tǒng)中2.鍵盤(pán)輸入方式3.計(jì)算機(jī)通信輸入方式(二)數(shù)控加工程序的譯碼過(guò)程(如圖5-6)1代碼的識(shí)別—一般先把ISO代碼或EIA代碼組成的排列規(guī)律不明顯的代碼按基本功能轉(zhuǎn)化成具有一定規(guī)律的數(shù)控內(nèi)部代碼。2功能碼的處理—經(jīng)過(guò)代碼識(shí)別建立各種功能代碼的標(biāo)志,然后要分別對(duì)各功能代碼進(jìn)行處理。返回上頁(yè)下頁(yè)功能碼的處理過(guò)程:首先建立一個(gè)與數(shù)控加工程序緩沖器相對(duì)應(yīng)的結(jié)果緩沖器,對(duì)于具體的CNC系統(tǒng),存儲(chǔ)器的格式和規(guī)模是不變的。5.2插補(bǔ)原理返回上頁(yè)下頁(yè)5.2插補(bǔ)原理二、點(diǎn)位/直線(xiàn)切削控制原理直線(xiàn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(圖5-7)位置計(jì)算與比較的實(shí)現(xiàn)方法(1)減法計(jì)算在位置計(jì)數(shù)器中預(yù)置給定的位移量,坐標(biāo)移動(dòng)時(shí)進(jìn)行減法計(jì)算。(2)比較計(jì)算將給定的位移量存入指令寄存器,坐標(biāo)移動(dòng)時(shí)位置計(jì)數(shù)器以零開(kāi)始進(jìn)行加法計(jì)算,兩者相比較,在計(jì)數(shù)值與給定值相符時(shí)停止進(jìn)給。位置計(jì)算與比較的軟件控制流程如圖5-8所示返回上頁(yè)下頁(yè)點(diǎn)位/直線(xiàn)切削控制系統(tǒng)有較完善的進(jìn)給,主軸轉(zhuǎn)速、刀具選擇及輔助技能的寄存與控制。一般采用液脈沖馬達(dá)或功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)完成。5-7點(diǎn)位/直線(xiàn)切削控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖返回上頁(yè)下頁(yè)第一次判別G90/G91,若為增量方式,則為G91方式的減法計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)。第二次判斷G90/G91標(biāo)志是為區(qū)分絕對(duì)值方式和增量方式,每走一步運(yùn)算一次,每次都要判別是否需要降速,以保證準(zhǔn)確定位。5-8位置計(jì)算與比較的軟件控制流程圖返回上頁(yè)下頁(yè)5.2插補(bǔ)原理三、輪廓控制切削原理輪廓控制系統(tǒng)能對(duì)刀具與工件相對(duì)位移的軌跡進(jìn)行連續(xù)控制,能加工出曲面、凸輪、錐度等復(fù)雜形狀的零件。其核心裝置就是插補(bǔ)器。插補(bǔ)器的功能是按給定的尺寸和加工速度用脈沖信號(hào)使機(jī)床進(jìn)給走任意斜線(xiàn)和圓弧。(一)逐點(diǎn)比較法(如圖5-9)1.逐點(diǎn)比較法直線(xiàn)插補(bǔ)原理(1)偏差判別(2)坐標(biāo)進(jìn)給(3)偏差計(jì)算(4)終點(diǎn)判別2.逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)原理返回上頁(yè)下頁(yè)逐點(diǎn)比較法原理是計(jì)算機(jī)在控制加工過(guò)程中,能逐點(diǎn)的計(jì)算和判別加工偏差,以控制坐標(biāo)進(jìn)給,按規(guī)定圖形加工出所需要的工件,用步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)機(jī)床,其進(jìn)給十步進(jìn)式,查補(bǔ)器控制機(jī)床各個(gè)坐標(biāo),每走一步要完成四個(gè)節(jié)拍。如圖5-9圖5-9逐點(diǎn)比較法的工作節(jié)拍返回上頁(yè)下頁(yè)(二)數(shù)字積分插補(bǔ)法數(shù)字積分法又稱(chēng)為數(shù)字微分分析器(DAA-DigitalDifferentialAnalyzer),它可實(shí)現(xiàn)一次、二次曲線(xiàn)的插補(bǔ),易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng),適用范圍較廣。1.數(shù)字積分法直線(xiàn)插補(bǔ)原理2.圓弧插補(bǔ)原理(三)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)用小段直線(xiàn)來(lái)逼近給定軌跡,插補(bǔ)輸出的是下一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)各軸要運(yùn)動(dòng)的距離,不需要每走一步脈沖當(dāng)量插補(bǔ)一次,從而達(dá)到很高的進(jìn)給速度。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)的具體算法有多種,如時(shí)間分割法、拓展DDA法,雙DDA法。5.2插補(bǔ)原理返回上頁(yè)下頁(yè)5.3刀具補(bǔ)償原理數(shù)控的刀補(bǔ)功能,用來(lái)修正程序規(guī)定的值與刀具實(shí)際切削成形值之差。一、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)毒唛L(zhǎng)度補(bǔ)償是用來(lái)實(shí)現(xiàn)刀尖圓弧中心軌跡與刀架中心軌跡之間的轉(zhuǎn)換。二、刀具半徑補(bǔ)償1.刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍罴斑^(guò)程在實(shí)際處理過(guò)程中,刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過(guò)程分為刀補(bǔ)的建立、刀補(bǔ)的進(jìn)行和撤銷(xiāo)三個(gè)步驟。(1)刀補(bǔ)的建立-刀具接近工件,刀具中心軌跡的終點(diǎn)在法線(xiàn)方向上偏移一個(gè)刀具半徑的距離。(2)刀具補(bǔ)償進(jìn)行-一旦建立刀補(bǔ),則刀補(bǔ)狀態(tài)一直維持到刀補(bǔ)撤銷(xiāo)。(3)刀具補(bǔ)償撤銷(xiāo)-刀具運(yùn)行到輪廓線(xiàn)的終點(diǎn),用G40指令撤銷(xiāo)刀補(bǔ)命令。返回上頁(yè)下頁(yè)5.4數(shù)控系統(tǒng)的接口一、接口解決的問(wèn)題從功能角度去分,接口電路解決的問(wèn)題有兩類(lèi)。1.單臺(tái)機(jī)床內(nèi)部各部件之間的信息交換問(wèn)題2.機(jī)床與機(jī)床之間或機(jī)床與計(jì)算機(jī)之間的信息交換問(wèn)題。二、接口分類(lèi)規(guī)范“機(jī)床/數(shù)控接口”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)指出了數(shù)控裝置,電氣控制設(shè)備與機(jī)床之間的接口范圍,他們共分為四類(lèi),如圖5-17.A、B類(lèi)接口交換的信息是數(shù)控裝置與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),位置、速度檢測(cè)之間的控制信號(hào)。C類(lèi)接口以電源變壓器為中心,有各種電氣設(shè)備將電能按要求轉(zhuǎn)變成機(jī)床工作需要的動(dòng)作。D類(lèi)接口信息是數(shù)控裝置與外部電器元件之間的輸入輸出信號(hào),對(duì)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床而言,這類(lèi)信號(hào)大多有可編程控制器來(lái)控制。返回上頁(yè)下頁(yè)5.4數(shù)控系統(tǒng)的接口三、接口的實(shí)現(xiàn)1.接口實(shí)現(xiàn)的任務(wù)CNC系統(tǒng)和機(jī)床之間的來(lái)往信號(hào),要通過(guò)I/O接口電路連接起來(lái),該接口電路的主要任務(wù)是:(1)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化和放大(2)為防止干擾信號(hào)引起誤動(dòng)作。2.接口實(shí)現(xiàn)的方法在數(shù)控裝置的I/O接口中,應(yīng)用較多的是直流數(shù)字信號(hào)。(1)數(shù)控系統(tǒng)的輸入接口電路(圖5-19)(2)數(shù)控系統(tǒng)的輸出接口電路(圖5-20)四、通信接口

返回上頁(yè)下頁(yè)A—與驅(qū)動(dòng)有關(guān)的聯(lián)動(dòng)電路B—數(shù)控裝置與測(cè)量系統(tǒng)及其傳感器間的連接電路。C---電源及保護(hù)電路D—開(kāi)關(guān)信號(hào)和代碼信息連接電路圖5-17機(jī)床/數(shù)控接口分類(lèi)返回上頁(yè)下頁(yè)圖5-19觸點(diǎn)輸入的接收電路輸入接口是接收機(jī)床操作面板的各開(kāi)關(guān),按鈕信號(hào)及機(jī)床的各種限位開(kāi)關(guān)信號(hào)。觸點(diǎn)輸入信號(hào)是從機(jī)床送入數(shù)控系統(tǒng)的信號(hào),要消除其抖動(dòng),可通過(guò)觸發(fā)器對(duì)輸入波形進(jìn)行整形處理。返回上頁(yè)下頁(yè)圖5-20繼電輸出電路輸出接口是將各種機(jī)床工作狀態(tài)的信息送到機(jī)床操作面板,把控制機(jī)床動(dòng)作信號(hào)送到強(qiáng)電柜,因此有繼電器輸出電路和無(wú)觸點(diǎn)輸出電路。如圖5-20所示,當(dāng)數(shù)控裝置有信號(hào)輸出時(shí),開(kāi)關(guān)三極管導(dǎo)通,輸出為低電平,此時(shí)在繼電器線(xiàn)圈上形成壓差,有電流產(chǎn)生,繼電器動(dòng)作,反之,繼電器不動(dòng)作。返回上頁(yè)下頁(yè)5.5輔助機(jī)能控制與PLC可控編程器是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化控制裝置。它是專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),它采用可編程的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出,控制各種類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。一、可編程控制器的原理與工作過(guò)程(圖5-21)中央處理器--可直接使用微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn),它通過(guò)輸入模塊采入現(xiàn)場(chǎng)信息,并按用戶(hù)規(guī)定邏輯進(jìn)行處理,然后將結(jié)果輸出去控制外圍設(shè)備。存儲(chǔ)器--用于存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序和工作數(shù)據(jù)。輸入/輸出模塊式---PLC運(yùn)行過(guò)程中與現(xiàn)場(chǎng)之間的橋梁,它一方面將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號(hào),另一方面將PLC內(nèi)部邏輯信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成外部執(zhí)行元件要求的信號(hào)。編程器用來(lái)開(kāi)發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行應(yīng)用程序的特殊工具。電源單元—將外部提供的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兛刂破鲀?nèi)部所需要的直流電源,有的還提供DC24V輸出。返回上頁(yè)下頁(yè)圖5-21小型PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖它由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元,編程器、電源和外圍設(shè)備等組成,并且內(nèi)部通過(guò)總線(xiàn)相連。PLC在上述硬件環(huán)境下,還必須要有相應(yīng)的執(zhí)行軟件配合工作。PLC內(nèi)部一般采用掃描工作方式工作,用戶(hù)將軟件用編程器寫(xiě)入PLC的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中,并將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和被控制的執(zhí)行元件相應(yīng)的連接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上,通過(guò)PLC的控制開(kāi)關(guān)時(shí)期處于運(yùn)行工作狀態(tài),接著PLC就以順序掃描的工作方式進(jìn)行工作。返回上頁(yè)下頁(yè)5.5輔助機(jī)能控制與PLC二、可控制編程器的功能與特點(diǎn)可編程是PLC的基本特點(diǎn),對(duì)于不同的控制對(duì)象,應(yīng)用與傳統(tǒng)的繼電器控制相似的梯形圖編程方式。三、數(shù)控機(jī)床中的可編程控制器PLC在CNC中有內(nèi)裝型和獨(dú)立型之分。圖5-22是內(nèi)裝型PLC的CNC框圖。其特點(diǎn)是:PLCCNC統(tǒng)一設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)緊湊、性?xún)r(jià)比高;PLC與CNC共用CPU或有獨(dú)立的CPU,功能有所區(qū)別;PLC與CNC通常裝在一個(gè)機(jī)箱里。數(shù)控機(jī)床中獨(dú)立型PLC本身是一個(gè)控制器,是一個(gè)完整的系統(tǒng)。其特點(diǎn)是使用靈活;要進(jìn)行PLC與CNC裝置I/O聯(lián)結(jié),控制功能更強(qiáng)大。返回上頁(yè)下頁(yè)圖5-22內(nèi)裝型PLC的CNC框圖返回上頁(yè)下頁(yè)5.5輔助機(jī)能控制與PLC四、M、S、T功能的實(shí)現(xiàn)1.M功能的實(shí)現(xiàn)M功能又稱(chēng)輔助功能,其代碼用“M”后跟2位數(shù)表示。根據(jù)M代碼的編程,可控制住周的正反轉(zhuǎn)和主軸變速等。2.S功能實(shí)現(xiàn)S功能主要完成主軸轉(zhuǎn)速的控制。S4位代碼編程是指S代碼后4位十進(jìn)制來(lái)指定主軸轉(zhuǎn)速。3.T功能的實(shí)現(xiàn)T功能即刀具功能,T代碼后跟隨2-5位數(shù)字表示刀具號(hào)和刀具補(bǔ)償號(hào)。圖5-23所示為采用固定存取換刀控制方式的T功能處理框圖。返回上頁(yè)下頁(yè)圖5-23T功能處理框圖數(shù)控程序中T代碼指令經(jīng)譯碼處理后,將信息傳送給PLC,在PLC中找到T代碼指定刀號(hào)對(duì)應(yīng)的刀具編號(hào),然后與目前刀號(hào)相比,如相同,返回原處。如不同,首先將主軸上的現(xiàn)行刀具歸還到自己的固定的刀座上,然后回轉(zhuǎn)刀庫(kù),進(jìn)行比較計(jì)算直至新的刀具位置與要換的刀號(hào)相同。返回上頁(yè)下頁(yè)機(jī)械加工是一種用加工機(jī)械對(duì)工件的外形尺寸或性能進(jìn)行改變的過(guò)程。按被加工的工件處于的溫度狀態(tài)﹐分為冷加工和熱加工。一般在常溫下加工，并且不引起工件的化學(xué)或物相變化﹐稱(chēng)冷加工。一般在高于或低于常溫狀態(tài)的加工﹐會(huì)引起工件的化學(xué)或物相變化﹐稱(chēng)熱加工。冷加工按加工方式的差別可分為切削加工和壓力加工。熱加工常見(jiàn)有熱處理﹐煅造﹐鑄造和焊接。機(jī)械加工另外裝配時(shí)常常要用到冷熱處理。例如：軸承在裝配時(shí)往往將內(nèi)圈放入液氮里冷卻使其尺寸收縮，將外圈適當(dāng)加熱使其尺寸放大，然后再將其裝配在一起?；疖?chē)的車(chē)輪外圈也是用加熱的方法將其套在基體上，冷卻時(shí)即可保證其結(jié)合的牢固性（此種方法現(xiàn)在依舊應(yīng)用于某些零部件的轉(zhuǎn)配過(guò)程中）。機(jī)械加工包括：燈絲電源繞組、激光切割、重型加工、金屬粘結(jié)、金屬拉拔、等離子切割、精密焊接、輥軋成型、金屬板材彎曲成型、模鍛、水噴射切割、精密焊接等。機(jī)械加工：廣意的機(jī)械加工就是指能用機(jī)械手段制造產(chǎn)品的過(guò)程；狹意的是用車(chē)床（LatheMachine）、銑床(MillingMachine)、鉆床(DrilingMachine)、磨床(GrindingMachine)、沖壓機(jī)、壓鑄機(jī)機(jī)等專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備制作零件的過(guò)程。編輯本段微型機(jī)械加工技術(shù)的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)械產(chǎn)品1959年，RichardPFeynman(1965年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者)就提出了微型機(jī)械的設(shè)想。1962年第一個(gè)硅微型壓力傳感器問(wèn)世，其后開(kāi)發(fā)出尺寸為50～500μm的齒輪、齒輪泵、氣動(dòng)渦輪及聯(lián)接件等微機(jī)械。1965年，斯坦福大學(xué)研制出硅腦電極探針，后來(lái)又在掃描隧道顯微鏡、微型傳感器方面取得成功。1987年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60～12μm的利用硅微型靜電機(jī)，顯示出利用硅微加工工藝制造小可動(dòng)結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容以制造微小系統(tǒng)的潛力。微型機(jī)械在國(guó)外已受到政府部門(mén)、企業(yè)界、高等學(xué)校與研究機(jī)構(gòu)的高度重視。美國(guó)MIT、Berkeley、Stanford\AT&T的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末提出"小機(jī)器、大機(jī)遇：關(guān)于新興領(lǐng)域--微動(dòng)力學(xué)的報(bào)告"的國(guó)家建議書(shū)，聲稱(chēng)"由于微動(dòng)力學(xué)(微系統(tǒng))在美國(guó)的緊迫性，應(yīng)在這樣一個(gè)新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其他國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)中走在前面"，建議中央財(cái)政預(yù)支費(fèi)用為五年5000萬(wàn)美元，得到美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)重視，連續(xù)大力投資，并把航空航天、信息和MEMS作為科技發(fā)展的三大重點(diǎn)。美國(guó)宇航局投資1億美元著手研制"發(fā)現(xiàn)號(hào)微型衛(wèi)星"，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)把MEMS作為一個(gè)新崛起的研究領(lǐng)域制定了資助微型電子機(jī)械系統(tǒng)的研究的計(jì)劃，從1998年開(kāi)始，資助MIT，加州大學(xué)等8所大學(xué)和貝爾實(shí)驗(yàn)室從事這一領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā)，年資助額從100萬(wàn)、200萬(wàn)加到1993年的500萬(wàn)美元。1994年發(fā)布的《美國(guó)國(guó)防部技術(shù)計(jì)劃》報(bào)告，把MEMS列為關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局積極領(lǐng)導(dǎo)和支持MEMS的研究和軍事應(yīng)用，現(xiàn)已建成一條MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝線(xiàn)以促進(jìn)新型元件/裝置的研究與開(kāi)發(fā)。美國(guó)工業(yè)主要致力于傳感器、位移傳感器、應(yīng)變儀和加速度表等傳感器有關(guān)領(lǐng)域的研究。很多機(jī)構(gòu)參加了微型機(jī)械系統(tǒng)的研究，如康奈爾大學(xué)、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、密執(zhí)安大學(xué)、威斯康星大學(xué)、老倫茲得莫爾國(guó)家研究等。加州大學(xué)伯克利傳感器和執(zhí)行器中心(BSAC)得到國(guó)防部和十幾家公司資助1500萬(wàn)元后，建立了1115m2研究開(kāi)發(fā)MEMS的超凈實(shí)驗(yàn)室。日本通產(chǎn)省1991年開(kāi)始啟動(dòng)一項(xiàng)為期10年、耗資250億日元的微型大型研究計(jì)劃，研制兩臺(tái)樣機(jī)，一臺(tái)用于醫(yī)療、進(jìn)入人體進(jìn)行診斷和微型手術(shù)，另一臺(tái)用于工業(yè)，對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和原子能設(shè)備的微小裂紋實(shí)施維修。該計(jì)劃有筑波大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、早稻田大學(xué)和富士通研究所等幾十家單位參加。歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也相繼對(duì)微型系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)投資，德國(guó)自1988年開(kāi)始微加工十年計(jì)劃項(xiàng)目，其科技部于1990～1993年撥款4萬(wàn)馬克支持"微系統(tǒng)計(jì)劃"研究，并把微系統(tǒng)列為本世紀(jì)初科技發(fā)展的重點(diǎn)，德國(guó)首創(chuàng)的LIGA工藝，為MEMS的發(fā)展提供了新的技術(shù)手段，并已成為三維結(jié)構(gòu)制作的優(yōu)選工藝。法國(guó)1993年啟動(dòng)的7000萬(wàn)法郎的"微系統(tǒng)與技術(shù)"項(xiàng)目。歐共體組成"多功能微系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)NEXUS"，聯(lián)合協(xié)調(diào)46個(gè)研究所的研究。瑞士在其傳統(tǒng)的鐘表制造行業(yè)和小型精密機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)上也投入了MEMS的開(kāi)發(fā)工作，1992年投資為1000萬(wàn)美元。英國(guó)政府也制訂了納米科學(xué)計(jì)劃。在機(jī)械、光學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域列出8個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。為了加強(qiáng)歐洲開(kāi)發(fā)MEMS的力量，一些歐洲公司已組成MEMS開(kāi)發(fā)集團(tuán)。目前已有大量的微型機(jī)械或微型系統(tǒng)被研究出來(lái)，例如：尖端直徑為5μm的微型鑷子可以?shī)A起一個(gè)紅血球，尺寸為7mm×7mm×2mm的微型泵流量可達(dá)250μl/min能開(kāi)動(dòng)汽車(chē)，在磁場(chǎng)中飛行的機(jī)器蝴蝶，以及集微型速度計(jì)、微型陀螺和信號(hào)處理系統(tǒng)為一體的微型慣性組合(MIMU)。德國(guó)創(chuàng)造了LIGA工藝，制成了懸臂梁、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及微型泵、微型噴嘴、濕度、流量傳感器以及多種光學(xué)器件。美國(guó)加州理工學(xué)院在飛機(jī)翼面粘上相當(dāng)數(shù)量的1mm的微梁，控制其彎曲角度以影響飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性。美國(guó)大批量生產(chǎn)的硅加速度計(jì)把微型傳感器(機(jī)械部分)和集成電路(電信號(hào)源、放大器、信號(hào)處理和正檢正電路等)一起集成在硅片上3mm×3mm的范圍內(nèi)。日本研制的數(shù)厘米見(jiàn)方的微型車(chē)床可加工精度達(dá)1.5μm的微細(xì)軸。工藝基礎(chǔ)的基本概念編輯本段生產(chǎn)過(guò)程和工藝過(guò)程生產(chǎn)過(guò)程是指從原材料（或半成品）制成產(chǎn)品的全部過(guò)程。對(duì)機(jī)器生產(chǎn)而言包括原材料的運(yùn)輸和保存，生產(chǎn)的準(zhǔn)備，毛坯的制造，零件的加工和熱處理，產(chǎn)品的裝配、及調(diào)試，油漆和包裝等內(nèi)容。生產(chǎn)過(guò)程的內(nèi)容十分廣泛，現(xiàn)代企業(yè)用系統(tǒng)工程學(xué)的原理和方法組織生產(chǎn)和指導(dǎo)生產(chǎn)，將生產(chǎn)過(guò)程看成是一個(gè)具有輸入和輸出的生產(chǎn)系統(tǒng)。能使企業(yè)的管理科學(xué)化，使企業(yè)更具應(yīng)變力和競(jìng)爭(zhēng)力。在生產(chǎn)過(guò)程中，直接改變?cè)牧希ɑ蛎鳎┬螤?、尺寸和性能，使之變?yōu)槌善返倪^(guò)程，稱(chēng)為工藝過(guò)程。它是生產(chǎn)過(guò)程的主要部分。例如毛坯的鑄造、鍛造和焊接；改變材料性能的熱處理[1]；零件的機(jī)械加工等，都屬于工藝過(guò)程。工藝過(guò)程又是由一個(gè)或若干個(gè)順序排列的工序組成的。工序是工藝過(guò)程的基本組成單位。所謂工序是指在一個(gè)工作地點(diǎn)，對(duì)一個(gè)或一組工件所連續(xù)完成的那部分工藝過(guò)程。構(gòu)成一個(gè)工序的主要特點(diǎn)是不改變加工對(duì)象、設(shè)備和操作者，而且工序的內(nèi)容是連續(xù)完成的。例如圖32-1中[cc1]的零件，其工藝過(guò)程可以分為以下兩個(gè)工序：工序1：在車(chē)床上車(chē)外圓、車(chē)端面、鏜孔和內(nèi)孔倒角；工序2：在鉆床上鉆6個(gè)小孔。在同一道工序中，工件可能要經(jīng)過(guò)幾次安裝。工件在一次裝夾中所完成的那部分工序，稱(chēng)為安裝。在工序1中，有兩次安裝。第一次安裝：用三爪卡盤(pán)夾住外圓，車(chē)端面C，鏜內(nèi)孔，內(nèi)孔倒角，車(chē)外圓。第二次安裝：調(diào)頭用三爪盤(pán)夾住外圓，車(chē)端面A和B，內(nèi)孔倒角。編輯本段生產(chǎn)類(lèi)型生產(chǎn)類(lèi)型通常分為三類(lèi)。1．單件生產(chǎn)單個(gè)地生產(chǎn)某個(gè)零件，很少重復(fù)地生產(chǎn)。2．成批生產(chǎn)成批地制造相同的零件的生產(chǎn)。3．大量生產(chǎn)當(dāng)產(chǎn)品的制造數(shù)量很大，大多數(shù)工作地點(diǎn)經(jīng)常是重復(fù)進(jìn)行一種零件的某一工序的生產(chǎn)。擬定零件的工藝過(guò)程時(shí)，由于零件的生產(chǎn)類(lèi)型不同，所采用的加方法、機(jī)床設(shè)備、工夾量具、毛坯及對(duì)工人的技術(shù)要求等，都有很大的不同。編輯本段加工余量為了加工出合格的零件，必須從毛坯上切去的那層金屬的厚度，稱(chēng)為加工余量。加工余量又可分為工序余量和總余量。某工序中需要切除的那層金屬厚度，稱(chēng)為該工序的加工余量。從毛坯到成品總共需要切除的余量，稱(chēng)為總余量，等于相應(yīng)表面各工序余量之和。在工件上留加工余量的目的是為了切除上一道工序所留下來(lái)的加工誤差和表面缺陷，如鑄件表面冷硬層、氣孔、夾砂層，鍛件表面的氧化皮、脫碳層、表面裂紋，切削加工后的內(nèi)應(yīng)力層和表面粗糙度等。從而提高工件的精度和表面粗糙度。加工余量的大小對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率均有較大影響。加工余量過(guò)大，不僅增加了機(jī)械加工的勞動(dòng)量，降低了生產(chǎn)率，而且增加了材料、工具和電力消耗，提高了加工成本。若加工余量過(guò)小，則既不能消除上道工序的各種缺陷和誤差，又不能補(bǔ)償本工序加工時(shí)的裝夾誤差，造成廢品。其選取原則是在保證質(zhì)量的前提下，使余量盡可能小。一般說(shuō)來(lái)，越是精加工，工序余量越小。編輯本段基準(zhǔn)機(jī)械零件是由若干個(gè)表面組成的，研究零件表面的相對(duì)關(guān)系，必須確定一個(gè)基準(zhǔn)，基準(zhǔn)是零件上用來(lái)確定其它點(diǎn)、線(xiàn)、面的位置所依據(jù)的點(diǎn)、線(xiàn)、面。根據(jù)基準(zhǔn)的不同功能，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩類(lèi)。1．設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在零件圖上用以確定其它點(diǎn)、線(xiàn)、面位置的基準(zhǔn)，稱(chēng)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。如圖32-2所[cc2]示的軸套零件，各外圓和內(nèi)孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是零件的軸心線(xiàn)，端面A是端面B、C的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，內(nèi)孔的軸線(xiàn)是外圓徑向跳動(dòng)的基準(zhǔn)。2．工藝基準(zhǔn)零件在加工和裝配過(guò)程中所使用的基準(zhǔn)，稱(chēng)為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同又分為裝配基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)及定位基準(zhǔn)。（1）裝配基準(zhǔn)裝配時(shí)用以確定零件在部件或產(chǎn)品中的位置的基準(zhǔn)，稱(chēng)為裝配基準(zhǔn)。（2）測(cè)量基準(zhǔn)用以檢驗(yàn)已加工表面的尺寸及位置的基準(zhǔn)，稱(chēng)為測(cè)量基準(zhǔn)。如圖32-2中的零件，內(nèi)孔軸線(xiàn)是檢驗(yàn)外圓徑向跳動(dòng)的測(cè)量基準(zhǔn)；表面A是檢驗(yàn)長(zhǎng)度L尺寸l和的測(cè)量基準(zhǔn)。（3）定位基準(zhǔn)加工時(shí)工件定位所用的基準(zhǔn)，稱(chēng)為定位基準(zhǔn)。作為定位基準(zhǔn)的表面（或線(xiàn)、點(diǎn)），在第一道工序中只能選擇未加工的毛坯表面，這種定位表面稱(chēng)粗基準(zhǔn).在以后的各個(gè)工序中就可采用已加工表面作為定位基準(zhǔn)，這種定位表面稱(chēng)精基準(zhǔn)。編輯本段擬定工藝路線(xiàn)的一般原則機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定，大體可分為兩個(gè)步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線(xiàn)，然后再確定每一道工序的工序尺寸、所用設(shè)備和工藝裝備以及切削規(guī)范、工時(shí)定額等。這兩個(gè)步驟是互相聯(lián)系的，應(yīng)進(jìn)行綜合分析。工藝路線(xiàn)的擬定是制定工藝過(guò)程的總體布局，主要任務(wù)是選擇各個(gè)表面的加工方法，確定各個(gè)表面的加工順序，以及整個(gè)工藝過(guò)程中工序數(shù)目的多少等。擬定工藝路線(xiàn)的一般原則1、先加工基準(zhǔn)面零件在加工過(guò)程中，作為定位基準(zhǔn)的表面應(yīng)首先加工出來(lái)，以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準(zhǔn)。稱(chēng)為“基準(zhǔn)先行”。2、劃分加工階段加工質(zhì)量要求高的表面，都劃分加工階段，一