數(shù)控原理第1章

數(shù)控技術及應用第一章緒論第二章數(shù)控加工程序的編制第三章計算機數(shù)控系統(tǒng)第四章數(shù)控機床的機械結構第五章數(shù)控機床的位置傳感器第六章數(shù)控機床的電氣驅動第七章數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)的控制原理第八章數(shù)控機床的精度第九章數(shù)控機床的故障診斷2/28/2025第一章緒論數(shù)控技術是現(xiàn)代制造技術的根底，數(shù)控技術水平的上下、數(shù)控設備的擁有量以及數(shù)控技術的普及程度，已經成為衡量一個國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。數(shù)控技術經過幾十年的開展〔1952年第一臺數(shù)控機床問世〕，已廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)的各領域，成為制造業(yè)現(xiàn)代化的根底。數(shù)控技術不僅應用于金屬切削機床，還應用于其他多種設備。如機器人、坐標測量機、數(shù)控雕刻機、數(shù)控繪圖機、電火花加工機床等。數(shù)控技術雖不附屬數(shù)控機床，但卻是伴隨數(shù)控機床開展起來的。20世紀40年代后期，汽車、飛機和導彈制造業(yè)開展迅速，原來的加工設備已無法承擔精度要求高、形狀復雜的工件的加工任務。數(shù)控技術應運而生。2/28/2025數(shù)控技術根本概念數(shù)控技術，簡稱數(shù)控〔numericalcontrol，NC〕以數(shù)字或數(shù)字代碼的形式實現(xiàn)控制的技術。如果一種設備的控制過程是以數(shù)字形式來描述，其工作過程在數(shù)控程序的控制下自動進行，那么這種設備就稱為數(shù)控設備。數(shù)控設備工作原理工作要求數(shù)控程序數(shù)控設備工作結果數(shù)控技術是集計算機、自動控制、精密測量、電工電子、機械制造與信息管理為一體的現(xiàn)代控制技術，廣泛應用于機械制造領域，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產的根底。2/28/20251.1數(shù)控技術的產生和特點在第一臺數(shù)控機床問世后，隨著微電子技術的迅猛開展數(shù)控系統(tǒng)也不斷更新?lián)Q代，先后經歷電子管〔1952年〕、晶體管〔1960年〕、小規(guī)模集成電路〔1965年〕、小型計算機〔1970年〕、微處理器或微機〔1974年〕和PC－NC智能數(shù)控系統(tǒng)〔1990年以后〕。前3代采用專用的控制計算機硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)，簡稱NC〔numericalcontrol〕。第四代以后采用通用計算機，數(shù)控功能由軟件實現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的功能特色與可靠性，稱為計算機數(shù)控CNC〔computernumericalcontrol〕。由于數(shù)控系統(tǒng)生產廠家自行設計軟硬件，具有多種不同的軟硬件模塊、不同編程語言、不同操作系統(tǒng)、非標準化接口，給用戶帶來使用維修的復雜性。第六代數(shù)控系統(tǒng)利用現(xiàn)有PC機的軟硬件資源，標準設計具有許多優(yōu)勢。2/28/20251．數(shù)控加工技術的開展1948年美國Parson公司與美空軍簽訂合同，與麻省理工學院合作，1952年麻省理工學院研制成功三坐標數(shù)控系統(tǒng)，可以控制多種機床，并裝備三軸控制的數(shù)控銑床樣機，取名“NumericalControl〞。1953年麻省理工學院開發(fā)出只需確定零件輪廓、指定切削路線，即可生成NC程序的自動編程語言。1959年美國Keaney&Trecker公司開發(fā)成功了帶刀庫，能自動進行刀具交換，一次裝夾中即能進行銑、鉆、鏜、攻絲等多種加工功能的數(shù)控機床，這就是數(shù)控機床的新種類——加工中心。2/28/20251968年英國首次將多臺數(shù)控機床、無人化搬運小車和自動倉庫在計算機控制下連接成自動加工系統(tǒng)，這就是柔性制造系統(tǒng)FMS。1974年微處理器開始用于機床的數(shù)控系統(tǒng)中，從此CNC(計算機數(shù)控系統(tǒng))軟線數(shù)控技術隨著計算機技術的開展得以快速開展。1976年美國Lockhead公司開始使用圖像編程。利用CAD(計算機輔助設計)繪出加工零件的模型，在顯示器上“指點〞被加工的部位，輸入所需的工藝參數(shù)，即可由計算機自動計算刀具路徑，模擬加工狀態(tài)，獲得NC程序。2/28/2025DNC(直接數(shù)控)技術始于20世紀60年代末期。它是使用一臺通用計算機，直接控制和管理一群數(shù)控機床及數(shù)控加工中心，進行多品種、多工序的自動加工。各臺數(shù)控機床只配置機床控制器用于數(shù)據傳送、驅動控制和手動操作。DNC群控技術是FMS柔性制造技術的根底，現(xiàn)代數(shù)控機床上的DNC接口就是機床數(shù)控裝置與通用計算機之間進行數(shù)據傳送及通訊控制用的，也是數(shù)控機床之間實現(xiàn)通訊用的接口。DNC具有生產管理、作業(yè)調度、工況監(jiān)控、刀具管理等功能。實現(xiàn)分級管理，隨著DNC數(shù)控技術的開展，數(shù)控機床已成為無人控制工廠的根本組成單元。2/28/202520世紀90年代，出現(xiàn)了包括市場預測、生產決策、產品設計與制造和銷售等全過程均由計算機集成管理和控制的計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。其中，數(shù)控是其根本控制單元。20世紀90年代，基于PC-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)開始得到開展，它打破了原數(shù)控廠家各自為政的封閉式專用系統(tǒng)結構模式，提供開放式根底，使升級換代變得非常容易。充分利用現(xiàn)有PC機的軟硬件資源，使遠程控制、遠程檢測診斷能夠得以實現(xiàn)。由于數(shù)控機床的優(yōu)越性和國防工業(yè)的需要，國際競爭日益劇烈，各國都致力于開發(fā)和生產各種數(shù)控機床。2/28/2025我國早在1958年就開始研制數(shù)控機床，但由于歷史原因及工業(yè)根底較差，一直沒有取得實質性成果。20世紀60年代末70年代初，我國曾掀起研制數(shù)控機床的熱潮，主要有數(shù)控線切割機、數(shù)控銑床等，采用晶體管分立元件或小規(guī)模集成電路，性能不穩(wěn)定，可靠性較差。我校數(shù)學系與校儀器廠在1970年研制出晶體管的數(shù)控線切割機，73年為龍巖風動廠研制出小規(guī)模集成電路數(shù)控銑床。改革開放以來，通過技術引進、科學攻關和技術改造，我國的數(shù)控技術有了較大的進步，逐步形成產業(yè)。1980年北京機床研究所引進日本FANUC5、7、3、6數(shù)控系統(tǒng)，上海機床研究所引進美國GE公司的MTC－1數(shù)控系統(tǒng)，遼寧精密儀器廠引進美國Bendix公司的DynapthLTD10數(shù)控系統(tǒng)。2/28/2025在引進、消化、吸收國外先進技術的根底上，北京機床研究所又開發(fā)出BS03經濟型數(shù)控和BS04全功能數(shù)控系統(tǒng)，航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)?！鞍宋濞暺陂g國家又組織近百個單位進行以開展自主版權為目標的“數(shù)控技術攻關〞，從而為數(shù)控技術產業(yè)化建立了根底。20世紀90年代末，華中數(shù)控自主開發(fā)出基于PC-NC的HNC數(shù)控系統(tǒng)，到達了國際先進水平，加大了我國數(shù)控機床在國際上的競爭力度。目前我國數(shù)控機床生產企業(yè)有200多家，品種滿足率達80％，在有些企業(yè)實施了柔性制造系統(tǒng)FMS和計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。2/28/20252.數(shù)控技術的特點提高加工精度和同一批工件的重復精度，保證了加工質量的穩(wěn)定性。具有較高的生產率，是普通機床的2～3倍。增加設備的柔性，適應不同品種、規(guī)格、批量的工件的加工。減少勞動強度。具有較高的經濟效益。加工普通機床無法加工的復雜工件?？上蚋呒壍闹圃煜到y(tǒng)開展。問題：提高投資增加電子設備維護人員的技術水平要求較高2/28/20253.計算機數(shù)控隨著電子技術、計算機技術的開展，數(shù)控系統(tǒng)經歷了電子管、晶體管、集成電路的過程。將計算機引入數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機數(shù)控〔ComputerNumericalControl〕簡稱CNC，具有如下優(yōu)點：〔1〕柔性好：以往數(shù)控系統(tǒng)功能由硬件實現(xiàn)，一旦設計成功那么不能改變。CNC可由軟件靈活改變系統(tǒng)功能?！?〕功能強：可利用計算機技術及外圍設備，增強系統(tǒng)功能。如圖形功能、網絡功能、糾錯功能等?！?〕可靠性高：利用計算機的輸入、存儲設備〔如硬盤〕防止原來的光電機、紙帶機出錯率高的問題。減少了硬件電路即減少焊點、接插件、外部連線，提高可靠性?！?〕易于實現(xiàn)機電一體化：由于采用大規(guī)模集成電路和印刷電路版技術，將數(shù)控系統(tǒng)裝在機床上，實現(xiàn)機電一體化?！?〕經濟性好：采用CNC，使系統(tǒng)性價比大為提高。2/28/20251.2數(shù)控機床的組成和作用1、數(shù)控機床的組成：反響信號輔助信號〔1〕程序載體、輸入裝置：數(shù)控機床按程序加工，加工程序存放的硬件。如U盤硬盤、加工程序清單等。通過輸入裝置讀入CNC。輸入裝置包括數(shù)控系統(tǒng)的面板按鈕、鍵盤、或上位機、網絡通信方式將加工程序輸入CNC系統(tǒng)?！?〕CNC系統(tǒng)：由輸入、處理、輸出三局部組成。加工程序送CNC后，由解析程序解釋為計算機信息，由控制程程序載體輸入裝置CNC系統(tǒng)伺服系統(tǒng)機床2/28/2025序按系統(tǒng)規(guī)定逐步存儲處理，將處理結果通過輸出局部發(fā)出位置、速度指令給伺服系統(tǒng)和主運動控制局部。數(shù)控機床的輔助工作，如刀具的選擇與更換、切削液的啟停等都采用可編程控制器〔PLC〕進行控制?！?〕伺服系統(tǒng)：由伺服電機以及伺服驅動控制裝置和相關軟件組成。它和機床的進給運動部件組成伺服系統(tǒng)?！?〕位置反響系統(tǒng)：將機床運動的實際位置，通過傳感器將角位移或直線位移轉換成電信號，反響給CNC，與指令位置進行比較，由CNC糾正產生的誤差?！?〕機床：包括主運動系統(tǒng)、輔助局部〔液壓、氣動、冷卻、潤滑局部等〕，刀庫、自動換刀裝置，自動托盤交換裝置等。數(shù)控機床的剛度要求更高，傳動裝置間隙要小，摩擦系數(shù)要小且要有恰當?shù)淖枘帷?/28/20251.3.1數(shù)控系統(tǒng)的組成和分類〔1〕數(shù)控系統(tǒng)：是一種能控制機器運動的裝置。加工程序輸入系統(tǒng)后能夠自動解釋指令，進行運算，并由系統(tǒng)的輸出裝置向機床的執(zhí)行機構發(fā)出指令，完成規(guī)定的運動或動作?！?〕數(shù)控系統(tǒng)的類型：根據伺服系統(tǒng)的控制原理，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據控制運動方式，可分為點位控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類，可分為經濟型數(shù)控系統(tǒng)、普及型數(shù)控系統(tǒng)、高檔型數(shù)控系統(tǒng)。1.3數(shù)字控制系統(tǒng)2/28/20251)開環(huán)控制系統(tǒng)(OpenLoopControlSystem)開環(huán)控制系統(tǒng)多采用步進電機，步進電機驅動單元接收到一個脈沖相應旋轉一個角度，稱為步距角，通過機床傳動部件，使工作臺相應產生一個位移量。開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反響裝置，不能消除步進電機失步產生的誤差。因此開環(huán)控制系統(tǒng)一般用于運動速度較低和加工精度不高的機床。2/28/20252)閉環(huán)控制系統(tǒng)(ClosedLoopControlSystem)閉環(huán)控制系統(tǒng)在機床運動方向上增加測量工作臺實際位移的傳感器，將工作臺實際位置的信息反響給CNC的比較器，如有誤差，由CNC發(fā)指令，使工作臺運動直至誤差消失。采用閉環(huán)控制系統(tǒng)的機床的位置精度大大提高。2/28/20253)半閉環(huán)控制系統(tǒng)(Semi-closedLoopControlSystem)半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)相類似，主要區(qū)別在電機軸上裝有表示角位移的編碼器，可控制電機做精確的角位移，不能糾正機床運動部件產生的誤差。采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的機床的結構較簡單，控制方便，價格廉價又有較高的精度，在數(shù)控機床上得到廣泛應用。2/28/20251、點位控制系統(tǒng)僅控制刀具相對工件的位置，刀具或工件在移動過程不進行切削，要保證點間相對位置的準確，移動速度要快速。多用于孔加工的數(shù)控機床。2、連續(xù)控制系統(tǒng)，又稱為輪廓控制系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)復雜輪廓型狀的加工。同時運動軌跡和速度要進行控制?！?〕插補運算原理：使刀具與工件相對運動的軌跡為線或園弧，系統(tǒng)不能將坐標無限細分，只能按最小設定單位〔脈沖當量〕移動。不同形狀的工件輪廓都可以直線或圓弧來逼近，一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有直線和圓弧的插補功能。有的系統(tǒng)還有拋物線、螺旋線、漸開線等插補功能?！?〕連續(xù)控制系統(tǒng)的特點：1.3.3點位控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)2/28/2025

直線插補運算圓弧插補運算2/28/2025連續(xù)控制系統(tǒng)的插補功能由插補器來實現(xiàn)，根據輸入的指令進行數(shù)學運算，根據運算結果，對各坐標軸進行脈沖分配，伺服系統(tǒng)驅動機床工作臺完成規(guī)定運動，加工出工件輪廓。連續(xù)控制系統(tǒng)必須精確控制兩個以上坐標運動，一般最小設定單位為1μm。所以連續(xù)控制系統(tǒng)數(shù)據處理的速度要高。1.3.5適應控制系統(tǒng)系統(tǒng)在實際加工過程，加工量的不一致、材質的不均勻、切削力的變化、刀具的磨損等都將影響加工過程。加工過程不是處于最正確狀態(tài)。為提高切削效率和加工精度，控制系統(tǒng)要能根據實際加工情況，隨時改變機床的切削量，適應瞬時發(fā)生的加工情況。2/28/2025適應控制系統(tǒng)：位置速度反響輸入指令位置速度指令校正指令過程參數(shù)通過裝在機床上各部位的傳感器，將檢測到的加工參數(shù)〔如切削負載、刀具磨損量、位移量等變化信息送適應控制器，與設定信息比較發(fā)出指令自動調整相關參數(shù)，使機床具備自適應加工的能力。切削量適應控制用于提高機床的性能和生產率，尺寸參數(shù)用于提高機床的加工精度和光潔度。如銑床，可利用傳感器檢測主軸電機的電流、扭矩或軸相推力作為過程參數(shù)，將信號送適應控制器，改變機床的切削量。CNC系統(tǒng)適應控制器加工過程數(shù)控機床2/28/20251.3.6直接數(shù)控系統(tǒng)〔DirectNumericalControl，DND〕又稱為群控系統(tǒng)，將幾臺數(shù)控機床的數(shù)據用一臺計算機集中管理，加工數(shù)據也可由該機計算后輸入各數(shù)控機床。其特點：可實現(xiàn)非實時分配數(shù)據，便于實現(xiàn)車間的監(jiān)控和管理。采用局域網技術，成為開發(fā)式系統(tǒng)，可向上級機和下級設備擴展?？刹杉瘷C床的工作狀態(tài)，在線檢測數(shù)據，對加工質量和狀態(tài)進行實時控制。DNC系統(tǒng)即可獨立使用，也可作為計算機集成制造系統(tǒng)的一個層次?！?〕數(shù)控數(shù)據的通信功能：〔2〕數(shù)控數(shù)據的存儲功能：〔3〕數(shù)控數(shù)據的管理功能：調度、生產方案〔4〕無人運轉功能：2/28/20251.4數(shù)控技術的應用1.數(shù)控技術在金屬切削機床的應用〔1〕普通機床數(shù)控車床：用于軸類、盤類盤旋體的加工數(shù)控銑床：用于較復雜的平面、曲面、殼體工件的加工數(shù)控鉆床：用于鉆孔為主的工序加工數(shù)控磨床：數(shù)控外園磨床、數(shù)控平面磨床、數(shù)控坐標磨床數(shù)控齒輪機床：數(shù)控插齒機、數(shù)控滾齒機、數(shù)控磨齒機〔2〕加工中心復雜工件，工序較多，希望一次裝夾后完成所有工序，以保證工件的相對位置的準確性，這類工件適合在加工中心上進行加工。加工中心有兩類：2/28/2025銑削加工中心：在鏜銑床根底上開展起來的。又分為臥式加工中心和立式加工中心。CNC系統(tǒng)能實現(xiàn)3～5個坐標軸的聯(lián)動。銑削加工中心：在車床根底上開展起來的。加工中心一般配置有自動換刀的刀庫，一般可使用機械手上下料。具有各種補償功能以減少加工誤差。具有自動編程系統(tǒng)，提高加工效率。2.數(shù)控技術在電加工機床中的應用電加工機床是利用電極間的脈沖火花放電的電腐蝕作用來加工工件，火花放電時，通道中產生一萬多度的高溫，足以使電極外表的金屬局部融化〔汽化〕，到達加工形狀、尺寸精度、外表粗糙和生產率的要求?；鸹ǚ烹娪幸粋€特性，產生的電腐蝕，僅腐蝕陽極，不腐蝕陰極。電加工機床主要用來加工模具和難于加工的材料。2/28/2025〔1〕數(shù)控電火花成形機床工件固定在工作臺上，工具電極固定在主軸頭上。在數(shù)控系統(tǒng)伺服控制下，使工具電極與工件保持可持續(xù)火花放電的間隙。脈沖電源發(fā)出頻率較高的單向脈沖以產生電火花，通過電腐蝕作用，對加工過程進行適應控制，在工件上加工出工具電極的形狀?！?〕數(shù)控線切割機床工件固定在工作臺上，與高頻脈沖電源正極連接，鉬絲與負極連接。工作臺由數(shù)控系統(tǒng)伺服控制，實現(xiàn)所需的運動軌跡。電極和工件間保持適當?shù)拈g隙保證脈沖電源產生電火花，溫度可高達1萬～1.2萬度，火花放電產生的電腐蝕，僅腐蝕正極，不腐蝕負極，在電腐蝕的作用下，加工出各種形狀的工件。數(shù)控系統(tǒng)對工作臺進行控制，對電極絲進行自動校正、自動對位、電極絲張力、脈沖電源參數(shù)進行適應控制，到達最正確加工狀態(tài)。2/28/2025計算機數(shù)控系統(tǒng)高頻脈沖電源伺服控制伺服主軸頭工件冷卻液工具電極數(shù)控電火花成形機床2/28/2025計算機數(shù)控系統(tǒng)脈沖電源伺服系統(tǒng)伺服驅動變頻電路數(shù)控線切割機床鉬絲工件冷卻液工作臺步進電機步進電機滾筒導輪2/28/2025電火花線切割加工原理2/28/20251.4.3數(shù)控技術在工業(yè)機器人中的應用工業(yè)機器人中是一種能模擬人的手，按規(guī)定的運動軌跡和動作要求實現(xiàn)操縱工具或實現(xiàn)工件搬運的自動化裝置，可以在改善勞動條件、保證生產平安，提高產品質量和生產率方面發(fā)揮重要作用。主要用于生產線上裝卸、裝配以及噴漆、噴沙、焊接等惡劣勞動環(huán)境下的工作，甚至在人類無法進入的環(huán)境工作，如深水作業(yè)、放射性物資、太空作業(yè)等。工業(yè)機器人中由執(zhí)行機構、動力局部和控制局部組成。高級機器人還包括檢測傳感系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)。執(zhí)行機構：由機械結構、驅動裝置等組成，能模仿人的手臂的動作?？梢宰詣右苿?。動力局部：為執(zhí)行機構驅動局部提供動力。2/28/2025控制局部：由微機數(shù)控系統(tǒng)組成，控制機器人按程序做規(guī)定的動作，包括動作順序、運動軌跡、運動速度等。并且可對工業(yè)機器人的動作進行監(jiān)視，出錯或故障及時報警。檢測傳感系統(tǒng)：檢測機器人執(zhí)行機構的運動位置和狀態(tài)并將信息反響給控制局部，控制局部對反響信息進行比較，發(fā)出糾正信號，使執(zhí)行機構到達預定位置和狀態(tài)。感覺系統(tǒng)：賦予機器人五官功能，實現(xiàn)機器人對工作的自動識別和適應操作。工業(yè)機器人所用控制方法、執(zhí)行元件和檢測元件等與數(shù)控機床類似，但機械機構、運動方式和用途不同形式上有所區(qū)別，機器人具有更高級的人工智能系統(tǒng)。2/28/2025CNC三坐標測量機三坐標測量機是用來檢測箱體、工件、模具以及其他形狀復雜的物體。在汽車、機床、飛機等行業(yè)用的較多如與數(shù)控機床配套，測量機床上加工工件的位置、尺寸和形狀精度。測量時當測量頭碰到工件上各個測量點時，計算機發(fā)出采樣信號，此時的坐標值由傳感器送給微機，經處理后，得到誤差值，打印輸出。計算機的處理大致為選定基準，運動控制、根據規(guī)定程序對各個檢測點的數(shù)據進行計算機處理并打印輸出。三坐標測量機配置許多相應的軟件針對不同的測量對象，如曲線測量程序、凸輪測量程序、外表測量程序等。2/28/2025接口操作面板微機打印機繪圖儀信號發(fā)生器反響單元電機驅動測頭位置傳感器伺服電機測量機主體坐標測量機控制系統(tǒng)2/28/20251.5數(shù)控技術的開展與機械加工自動化我國與世界興旺國家一樣，都把開展數(shù)控技術作為制造業(yè)開展的戰(zhàn)略重點，將數(shù)控技術開展列入科技開展的重要內容。把握現(xiàn)代數(shù)控技術的開展趨勢具有重要意義?，F(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網絡化和智能化等方向開展。1、高速化與高精度化受高生產率的驅使，高速化已是現(xiàn)代機床技術開展的重要方向之一。首先要求計算機高速數(shù)據處理，伺服、檢測系統(tǒng)能高速作出反映。高速切削可通過高速運算技術、快速插補運算技術、超高速通信技術和高速主軸等技術來實現(xiàn)。采用64位或更高，主頻達數(shù)GHz的CPU，提高CNC速度。將滾珠絲桿由直線電機技術替代，在保持3～5μm的加工精度下，到達37500～70000mm/min的加工速度。2/28/2025高主軸轉速可減少切削力，減小切削深度，有利于克服機床振動，傳入零件中的熱量大大減低，排屑加快，熱變形減小，加工精度和外表質量得到顯著改善。高精度化一直是數(shù)控機床技術開展追求的目標。它包括機床制造的幾何精度和機床使用的加工精度控制兩方面。提高機床的加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，采用補償技術來到達。提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，以微小程序實現(xiàn)連續(xù)進給，控制單元精細化。交流伺服電機已有每轉可產生100萬個脈沖的編碼器，其檢測精度達0.01μm。采用補償技術和輔助措施來到達加工精度，如齒隙補償、絲桿螺距補償、刀具補償?shù)燃夹g。提高數(shù)控機床根底大件結構特性和熱穩(wěn)定性，目前熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術已成為研究的熱門。目前精整加工精度已提高到0.1μm，并進入了亞微米級，不久超精度加工將進入納米時代。(加工精度達0.01μm)2/28/20252、復合化在一臺數(shù)控設備上完成多工序切削加工〔如車、銑、鏜、鉆等〕的加工中心，替代多臺機床加工，減少工件的裝卸、搬運時間，減少半成品庫存量，又能提高形位精度。3、智能化隨著人工智能技術的不斷開展，為適應制造業(yè)高度柔性化、自動化的需求，數(shù)控設備智能化的程度不斷提高。具體是指系統(tǒng)應在局部或全部實現(xiàn)加工過程的自適應、自診斷和自調整，到達改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。如通過監(jiān)控切削過程的刀具磨損、切削形態(tài)、切削力等實現(xiàn)自適應調節(jié)，提高加工精度，降低外表粗糙度。2/28/2025采用專家系統(tǒng)，加工數(shù)據的自生成及智能數(shù)據庫、智能監(jiān)控，可提供經過優(yōu)化的切削參數(shù)，使系統(tǒng)始終處于最優(yōu)、最經濟的加工狀態(tài)，以降低對操作者的技術要求等。多媒體人機接口使用戶操作更簡單，智能編程，可使用自然語言編程，使編程更加直觀方便。故障自診斷，為數(shù)控設備提供二次監(jiān)控、故障診斷、平安保障和經濟策略方面的決策系統(tǒng)。智能化交流伺服驅動系統(tǒng)，能自動識別電機及負載的轉動慣量，并自動對控制參數(shù)進行調整和優(yōu)化。以模糊數(shù)學、神經網絡、數(shù)據庫、知識庫為根底的決策系統(tǒng)為新一代數(shù)控設備智能化提供了可靠的技術根底，智能化正成為數(shù)控設備研究和開展的方向。2/28/20254、高柔性化柔性是指機床適應加工對象變化的能力。目前，在進一步提高單機柔性自動化加工的同時，正努力向單元柔性和系統(tǒng)柔性化開展。數(shù)控系統(tǒng)將具有最大限度的柔性，能實現(xiàn)多種用途。具體是指具有開放性體系結構，通過重構和編輯，視需要系統(tǒng)的組成可大可??；功能可專用也可通用，功能價格比可調；可以集成用戶的技術經驗，形成專家系統(tǒng)。如在數(shù)控機床上增加不同容量的刀具庫和自動換刀機械手，增加第二主軸和交換工作臺裝置，配以工業(yè)機器人和自動運輸小車，以組成新的加工中心。2/28/20255、小型化蓬勃開展的機電一體化技術對CNC系統(tǒng)提出小型化的要求，采用超大規(guī)模集成電路，新型TFT彩色液晶薄型顯示器。CNC系統(tǒng)與加工過程作為一個整體，實現(xiàn)機電光聲綜合控制，測量造型、加工一體化，加工、實時檢測與修正一體化，機床主機設計與數(shù)控系統(tǒng)設計一體化。6、開放式體系結構新一代數(shù)控系統(tǒng)體系結構向開放式系統(tǒng)方向開展，國際上主要數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控設備生產廠商都瞄準PC機所具有的開放性、可靠性、低本錢、軟硬件資源豐富等特點，自80年代末以來競相開發(fā)基于PC機的CNC系統(tǒng)，并提出開放式CNC體系結構的概念。開放式CNC大致可分為四類，PC連接型、PC內裝型、CNC內裝型、純軟件型。2/28/2025目前工業(yè)級的PC機已在工業(yè)控制領域得到廣泛應用，并逐漸成為主流，其技術上的成熟使其可靠性大大超過以往的CNC硬件。還為用戶提供強大的聯(lián)網能力。除了RS232接口、USB接口、DNC接口〔直接數(shù)控〕、MAP、Ethernet以太網接口，實現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))對基層設備的要求。配置網絡接口，通過Internet可實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制加工，進行遠程檢測和診斷，使維修變得簡單。建立分布式網絡化制造系統(tǒng)，可便于形成“全球制造〞。2/28/20251.5.2先進制造技術簡介1、計算機直接數(shù)控系統(tǒng)〔directnumericalcontrol，DNC〕使用一臺通用計算機直接控制和管理一群數(shù)控機床進行加工或裝配的系統(tǒng)，也稱為計算機群控系統(tǒng)?，F(xiàn)代DNC系統(tǒng)中，各臺數(shù)控機床的CNC與中央計算機聯(lián)網，實現(xiàn)分級控制管理。中央計算機不取代各CNC的常規(guī)工作。具有計算機集中處理和分級控制的能力。具有現(xiàn)場自動編程和對程序進行編輯修改的能力?，F(xiàn)代DNC具有生產管理、作業(yè)調度、工況顯示、監(jiān)控、刀具管理等能力，為柔性制造系統(tǒng)〔FMS〕的開展提供了根底。2、柔性制造系統(tǒng)〔flexiblemanufacturingsystem，F(xiàn)MS〕

2/28/2025一般由加工中心與自動更換工件托盤或工業(yè)機器人硬件自動檢測與監(jiān)控裝置組成，在多臺加工中心機床或柔性制造單元的根底上，增加刀具和工件在加工設備與倉儲之間的流通傳輸和存儲，以及必要的作業(yè)調度、工況監(jiān)視和自動檢測系統(tǒng)，并由高一級計算機對整個系統(tǒng)進行控制和管理。這就構成柔性制造系統(tǒng)〔FMS〕?！?〕柔性制造單元〔FMC〕由加工中心MC和自動交換工件臺AWC的裝置組成，同時具有自動檢測系統(tǒng)和自動監(jiān)控系統(tǒng)。主要有：托盤搬運式：一般以鏜銑加工中心為主構成，采用工件交換工作臺、工件托盤及托盤交換裝置構成自動交換工件的裝置。環(huán)型交換工作臺，用于工件的輸送與中間2/28/2025存儲，每個托盤座上有地址識別碼，當一個工件加工完畢，將加工完畢的工件移至裝卸工位，由機械手進行卸除并裝上待加工工件，同時將待加工工件移至加工工位，定位加工。機器人搬運式：以車削和磨削加工中心為主構成，使用工業(yè)機器人進行工件交換。FMC屬于無人化柔性加工，一般都具有較完善的自動檢測和自動監(jiān)控功能，如刀具長度檢測、尺寸自動補償、切削狀態(tài)監(jiān)視、適應控制、切屑處理、自動清洗等功能。切削狀態(tài)監(jiān)視主要包括刀具折斷、磨損，工件安裝錯誤或定位不準，超負荷，熱變形等。FMC近年來正以驚人的速度開展。2/28/2025

〔2〕柔性制造系統(tǒng)〔flexiblemanufacturingsystem,FMS〕一般應具備以下特征：具有多臺數(shù)控設備。具有交換工作臺或工業(yè)機器人實現(xiàn)工件自動上下料。由物料運輸系統(tǒng)將所有設備連接，可進行無固定加工工序的隨機自動加工，計算機進行物料的自動控制。由計算機對整個系統(tǒng)進行高度自動化的多級控制與管理。配有管理信息系統(tǒng)MIS，提供系統(tǒng)運行狀態(tài)報告和生產控制方案等。具有動態(tài)平衡功能，能進行最正確調度。FMS一般由加工、物流、信息三個子系統(tǒng)組成。2/28/2025過程控制搬運輸送存儲自動化的在線狀態(tài)數(shù)據系統(tǒng)和處理加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)信息系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)過程監(jiān)視加工系統(tǒng)與物流系統(tǒng)的自動控制加工系統(tǒng)與輸送系統(tǒng)之間自動連接任意順序加工工件自動更換工件工具自動自由節(jié)拍可變連接各生產裝置自動任意順序存放FMS系統(tǒng)構成2/28/2025現(xiàn)有FMS由FMC組成的還較少，多數(shù)由CNC機床以直接數(shù)控DNC的方式組成。FMS的機床大都在10臺以下，一個系統(tǒng)的機床配置根據工序要求和負荷均衡原那么進行，“互補〞指系統(tǒng)配置完成不同工序的機床如車、銑、磨等，在工序上互補，不能代替?！盎ヌ妯曋赶到y(tǒng)中完全相同的機床不只一臺，可同時加工同一工序，如故障，另一臺可替代，不影響全線加工。加工刀具必須標準化、系列化以及具有較長壽命的刀具以減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)。系統(tǒng)中還應具備在線檢測和監(jiān)控功能以及排屑、清洗、裝卸等輔助功能。FMS的存儲系統(tǒng)多采用立體倉庫并由計算機進行控制。各制造設備之間的輸送有直線往返式、封閉環(huán)式。輸送設備有輸送帶、有軌小車、無軌小車以及行走機器人等形式。2/28/2025小車行車路線常采用電磁引導或光電引導方式。電磁引導原理：在地下埋設電纜，通以低頻電流后形成磁力線波，小車上的感應線圈產生感應電壓，當小車未偏離電纜時，兩線圈電壓相等，轉向電機不工作。當偏離電纜時，轉向電機產生正、反向旋轉，校正位置偏離使小車沿電纜路線運動。光電引導原理：在地面鋪設不銹鋼帶、畫白漆等反光帶，利用反光使小車上的光敏管產生信號，從而引導小車沿反光帶運動。該方法改道方便。2/28/2025〔3〕計算機集成制造系統(tǒng)〔computerintegratedmanufacturingsystem,CIMS〕CIMS的概念由美國Harrigton博士1973年提出，1993年美國機械制造工程師學會、計算機與自動化專業(yè)學會發(fā)表CIMS的結構模型。CIMS采用現(xiàn)代計算機技術將制造工廠全部生產活動進行有機集成，以實現(xiàn)更高效益、更高柔性的現(xiàn)代化智能生產系統(tǒng)。CIMS應包括經營管理、工程設計、產品制造、質量保證和物資保障5個功能系統(tǒng)，以及連接功能系統(tǒng)的計算機網絡和數(shù)據庫系統(tǒng)，構成企業(yè)的信息集成系統(tǒng)。一般應具備以下要素：2/28/20251〕信息管理系統(tǒng)：(managementinformationsystem，MIS)是CI