数控的产生,发展和技术特点.doc

淮南联合大学教师授课教案一、数字控制技术的的产生，发展和技术特点（一）数控技术的历史概述 1数控技术诞生 （1）诞生时间 20世纪中期，194*年 （2）诞生的过程简述 1948年，美帕森斯飞机制造公司在加工螺旋桨叶片曲面的检验样板时，提出采用计算机技术对刀具的位移过程进行控制，以完成机械加工； 问题提出后，该公司与麻省理工学院合作研发，与1952年研发出第一台数控三坐标铣床。 1954年，美。本迪克斯公司的工业用三坐标数控铣床问世。 2数控机床的发展史 （1）第一代数控机床 真空管逻辑电路数控系统 时段： 1948 年1959 年 特点： 电路的逻辑元件为真空电子管速度慢，精度低，体积大，耗电多。为数控技术奠定了基础因价格昂贵，多应用于军事，科研 （2）第二代数控机床 分立元件逻辑电路数控系统时段： 60年代中期1970年代中期 特点： 电路的逻辑元件为半导体分立元件晶体管体积，速度，精度，功耗等技术指标均比真空管期间有了较大的进步在大型企业，高精产业，开始有了应用各项技术指标相距现代数控有较大差距（3）第三代数控机床 中小规模集成电路数控系统 时段：70年代中期80年代初 特点:电路逻辑元件为中小规模数字集成电路体积，速度，精度，功耗等技术指标均比分立元件组成的系统具有更好的技术优势在机械加工业应用开始逐渐广泛。技术指标仍未达到理想状态，尤其是可靠性指标仍然存在差距。 （4）第四代数控机床 大规模数字集成电路数控系统 时段：80年代中期以前 特点： 逻辑电路元件为大规模数字集成电路芯片， 各项技术指标较上述几代系统有较大进步，尤其是可靠性指标有较大幅度上升。故障率下降。和上述几代系统一样，他们都是硬件数控。硬件数控系统的特征是： a.逻辑处理和数值运算均有数字电路完成。 b.系统不具有柔性控制功能。 c.处理速度高于微处理器方式的柔性系统。 d.体积大，发热量大，功耗大，效率低，接点多，故障率高。（5）第五代数控机床 小型计算机为处理单元的数控系统 时段： 80年代末以前 特点： 采用通用小型计算机和专用数控系统软件组成的数控系统和上述系统相比，最大的区别在于：它是柔性数控系统。技术指标有了质的飞跃，可靠性有了很大提高。体积，功耗，明显下降，运算速度取决于系统软硬件的综合质量。 （6）第六代数控机床 90年代开始 以微处理器为核心处理元件的数控系统 和第五代系统相比，其可靠性，功耗，体积，硬件成本等综合技术指标有了更大的进步， 是现代数控的基础， 从此才有了普及的基础条件，是当代最实用的数控系统。（二） 我国数控技术发展的状况概述（1）从1958年开始研制数控机床；（2）从1965年开始研制晶体管数控系统；NC车，铣，磨 ，镗，齿轮机床，加工中心，线切割机床，非圆插齿机等，发展迅速，1973 1979年共生产数控机床4180台，其中线切割占86（3）80年代开始，引进技术，开始批量生产微处理器数控系统，研制大型，高精度数控机床，研制加工中心，FMC等数控设备，开始研发FMS，FML，CIMS等系统；（三）数控技术的发展和趋势1 在制造业的应用范围日益扩大首先是数控铣床，然后是NC车床，钻床，镗床，磨床，NC线切割机床然后是NC加工中心，NC冲床，NC弯管机，NC齿轮加工机床，NC激光加工机床，NC火焰切割机床。2 具有交换工作台和机器人系统的数控柔性制造单元-FMC3 由NC机床，加工中心，数控专用机床，其他专用机床构成的柔性制造线-FMC4 由NC机床，FMC，加工中心，工业机器人，自动运输设备，自动导行小车，起重提升设备，计算机网络系统等组成的柔性制造系统-FMS5 有多条FMS和工业机器人，自动运输设备，自动立体仓库等组成的柔性制造工厂-FMF6 CIMS系统：在数控（机床）技术的基础上，融信息技术，网络技术，自动化技术为一体，将企业的设计，制造，经营管理联络构成一个完整的整体，实现企业全系统的高度柔性，高效益，全局生产的动态最优化。7 数控装置：- 向高精度，高速度方向发展；（1）技术指标 主轴转速高达1.510万转/分 进给量达60mm/min, 快进达60120mm/min. CPU 为32位64位 主频达数千MHz（2）向基于个人计算机（PC）的开放式数控系统方向发展； PC机：高性能，大容量，高速度，操作系统功能强大，界面友好，通讯，网络，诊断， 维修功能，可靠性，低价位，等诸多优点， 多国研发人员在制定标准，协议，结构，操作系统，样机研制； （3）配置各种智能接口； 8伺服系统 （1）全数字化的交流伺服系统是主流发展方向， （2）高分辨率的检测器件， （3）各种类型的补偿理论和补偿技术的研发应用；9机械系统的发展 （1）自动交换刀具，自动交换工件，主轴立、卧转换，数控回转工作台，数控夹具， 动力刀架， （2）伺服系统和机床之间良好的机电匹配，提高动态特性， （3）机械系统的计算机辅助模块化设计，优化设计，10数控编程技术 （1）发展在线编程，取代脱机编程，前台加工，后台编程； （2）发展会话式编程，蓝图编程，实物编程； （3）编程软件中融入工艺数据库，使在线编程中可获最佳工艺处理；11向智能化方向发展 （1）应用自适应控制技术： 加工中采集状态数据，自动调整，保持良好状态； （2）应用专家系统： 将专家和高级技工的经验和规律数据化存入系统，建立人工智能专家系统，开发模糊控制、具有自学能力的人工神经网络数控系统；（四）柔性制造系统和CIMS简介1. 柔性制造单元-FMC 概念：配备有自动工件装卸装置的单台（通常为单台，也有多台形式）数控机床或加工中心，称为柔性制造单元 主要分类：主要按照工件交换形式分为两类 【1】托盘搬运方式（FMC） 托盘是固定工件的器具（类似随行夹具），与工件同步流动 托盘形式：(a) 往复式的交换工作台（一般2件工件轮换装夹加工） （b）环形交换工作台 （10件以内的工件交换加工） 例北京精密机床厂生产的FMC1型柔性制造单元） 加工适应：箱体类和大型工件的加工 装卸工件方式：人工或自动装卸机器完成【2】机器人搬运方式的（FMC） 组成： 机器人 + 若干台数控机床（加工中心）+ 若干交换工作台 交换工作台组的数量： 通常一胎加工中心配置一组交换工作台 FMC的应用模式： 作为独立的加工单元进行加工 作为FMS的一个加工模块，由FMS系统调度使用 FMC的应用特点： 相对FMS，规模小，成本低 占地面积小 便于扩充，灵活，构建较为方便 是目前柔性系统发展的主要方向之一，尤其是作为独立生产单元的FMC发展迅速2. 柔性制造系统-FMS （1）FMS定义：由中央计算机控制的一组数控机床组成的自动化制造系统（2）基本特点：可以柔性状态下随机的加工具有不同的加工顺序和加工循环的工件，加工过程包括自动上下料和物料运送管理（3）FMS的三个组成部分： 加工系统 传输系统 控制系统（4）系统规模及组成模式： 规模：10台以下的NC机床和传输系统及控制系统组成，一般46台居多（5）系统配置模式： 互补配置系统按不同的工序要求（车、铣、磨、钻等）配置相应的机床，加工时工件按工序过程依次通过相应机床，各机床之间不可替换 互替配置系统中完全相同的工序具有若干台同类机床，可多台机床同时加工同一工序工件，或因故障而有其他机床替代加工 复合配置上述方案的综合配置 2. 计算机集成制造系统-CIMS（1）定义：CIMS是在FMS、计算机技术、信息技术、自动化技术和现代管理的基础上，将制造工厂的全部生产、经营所需的各种分布式的自动化子系统，通过新的生产管理模式、工艺理论和计算机网络进行有机的集成，以适应多品种、中小批量生产的高效益、高柔性、和高质量的智能制造系统（2）CIMS包含的要素 系统的基础是一系列的高技术及其综合 包括全部生产和经营活动，组成多层次和多模式的子系统 集成子系统依据：工艺理论、管理模式、计算机网络 集成的理念：是人、技术和经营的综合集成，是完整的人机系统，关键仍然是人 集成的最终目标：实现多品种，中小批量离散生产过程的高效益，高柔性，高质量，实现制造规程的机器化和智能化，达到动态的整体最优（3）CIMS的结构 CIMS系统组成小结 产品设计、研发，工艺设计等计算机辅助系统：（CAD，CAPP，CAM等） 制造自动化系统：以FMS，FMC，NC为基础的自动加工、调度、仓储、运送、配置系统 质量保证系统：质量指标决策，检测数据采集，统计分析，反馈调节，跟踪控制等 计算机网络系统：对CIMS子系统的网络管理，信息传输，资源共享，分布式数据库调度和实时控制（国际标准或工业标准数据形式） 数据库系统：实现数据集成管理和共享 管理信息系统：经营决策，生产计划，消瘦，供应，财务，成本，人力资源的采集分析管理，目的是：缩短产品周期、少占流动资金、提高企业应变能力CIMS系统现状 美起始研发与1977年， 近年来我国进行跟踪研究与探讨，研制成功的系统在试运行阶段板书设计： 1插图CIMS集成三要素设计： 2插图CIMS包含要素设计：3插图CIMS系统组成结构设计4其他 相关标题，主要内容要点等按常规进行书写 要求板书清晰整洁美观，图面大小适度规范，无错字别字和不规范文字符号 作业：1简述FMC、FMS、CIMS的概念和应用意义 2简述CIMS系统组成的基本原理 课后教学小结：1讲清数控系统各发展阶段硬件系统组成和功能特点的概念，有助于后续教学内容的讲授2通过图示对比方法讲述FMC、FMS、CIMS系统，有助于对数控系统发展的认识3通过课件图片和加工过程录相资料片的播放，加深对FMC、FMS、CIMS系统的感性认识 作业中存在的主要问题：无明显作业问题 淮南联合大学教师授课教案知识点1.4一、经济型数控的一般定义和应用意义1经济型数控机床的一般概念和定义 （1）相对标准型数控机床而言 （2）经济型数控的加工原理是符合数控机床加工原理定义的 （3）经济型数控机床的NC系统的硬件环境一般是单板机和单片机控制系统 （4）经济型数控机床的伺服系统一般是开环步进伺服系统 （5）经济型数控机床的加工精度低于标准型数控机床，系统功能和技术成本低于标准型数控机床，机床结构简单，稳定性好，具有普及应用特点（6）经济型系统配置的机床（技术改造的机床）具有高效，低成本，明显提高加工质量，降低废品率，提高加工效率，具有较高的技术经济效益（7）应用相当广泛，市场潜力很大。（8）定义：采用电板机或单片机数控系统和开环步进伺服系统，系统配置和功能较低的数控机床单片机控制系统电路原理图：步进双电压伺服系统电路原理图：2经济性数控机床的技术不足 （1）一般为8位CPU，运算速度低，加工进给速度较低 （2）较多采用LED显示，编辑、加工、控制、故障等信息量较低 （3）一般不具有通讯和网络功能，无法完成FMC、FMS、CIMC组网功能要求 （4）开环控制，控制精度完全取决于步距角和机械系统传动精度3提高经济型机床综合技术性能的技术措施 （1）采用较高档的微机系统（硬件成本已大幅下降） 速度提高，进给速度提升 CRT应用显示信息量加大，编辑，图形等功能增强 高性能微机增加了通信，网络功能 可采用检测补偿技术（半闭环为宜），提高加工精度板书设计： 1插图设计1： 单片机经济型数控系统电路原理图2插图设计2：经济型数控的双电压步进伺服