现代数控技术与柔性加工系统ppt课件

.,1,现代数控加工与柔性制造技术,2,.,第一部分-现代数控加工,一、数控系统的发展及历史二、数控技术的发展趋势三、我国数控机床的最新成果四、与国外的差距,3,.,一、数控系统的发展及历史,1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。,4,.,一、数控系统的发展及历史,在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。,5,.,二个阶段,19551959，晶体管,19521955，电子管,19591965，小规模集成电路,硬件数控,6,.,1974-微处理器(MCNC)1979超大规模集成电路(VLIC),1970s(19701974)，小型计算机,1994PC-NC.,计算机数控,.,7,1952年的第一代电子管数控机床1959年的第二代晶体管数控机床1965年的第三代集成电路数控机床1970年的第四代小型计算机数控机床1974年的第五代微型计算机数控系统1990年的第六代基于PC的数控机床,二、六代发展,六代,8,.,二、数控技术的发展趋势,1、高速、高精度2、智能化3、开放式数控系统4、网络化数控技术5、提高数控系统的可靠性6、实现数控装备的复合化7、CAD/CAM/CNC一体化，实现数字化制造,9,.,1、加工高速化、高精度（1）高速化切削速度已达到50008000m/min以上；主轴转速在30000转/分(有的高达10万r/min)以上；工作台的移动速度(进给速度)：在分辨率为1微米时，达到100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率为0.1微米时，达到24m/min以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12m/min。,10,.,（2）加工高精度化普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m；精密级加工中心的加工精度则从35m，提高到11.5m，甚至更高；超精密加工精度进入纳米级(0.001微米)，主轴回转精度要求达到0.010.05微米。加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。,11,.,2、控制智能化1）加工过程自适应控制技术：通过监测主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及保证设备运行的安全性2）加工参数的智能优化：将零件加工的一般规律、特殊工艺经验，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择”，获得优化的加工参数，提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间。使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。,12,.,3）智能故障诊断与自修复技术智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法，实现故障快速准确定位。智能故障自修复技术：根据诊断故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。集故障自诊断、自排除、自恢复、自调节于一体，贯穿于全生命周期。4）智能化交流伺服驱动装置：自动识别负载、自动调整控制参数，包括智能主轴和智能化进给伺服装置，使驱动系统获得最佳运行。,13,.,3、数控系统的开放化1）传统数控系统的特点生产厂家支配价格和结构，各种接口不能通用对于不同的产品，操作、维护方法都必须进行相应的培训具有不同的编程语言、非标准人机接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等特征，造成了数控系统使用和维护的不便,14,.,2）开放化数控系统的概念数控系统在统一的运行平台上开发，面向机床厂家和最终用户，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统3）开放式数控系统的优点数控系统厂开放式的标准框架，促进各行业的软件厂商参与；软件开发效率提高，产品更新加快。,15,.,机床厂可使整机具有个性化，降低开发成本。减少对系统厂的依赖，保护自己专有技术。最终用户购买机床时的初期成本透明化；用户界面的一致性，易于使用和培训；4、加工网络化,16,.,数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”（智能生产控制中心，简称CPC),17,.,信息塔(e-Tower)机床信息化，具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，实时反映机床工作状态和加工进度操作权限指纹确认。工件试切时，可在屏幕上观察加工过程。故障报警显示、在线帮助排除,智能化、开放式、网络化数控机床,操作权限指纹确认,加工任务完成情况和机床状态可用手机查询,数码相机,18,.,5、提高数控系统的可靠性数控系统平均无故障时间大于10000-30000（小时）电子与电气元件高集成、抗干扰，零部件制造专业化标准化6、实现数控装备的复合化1）传统机床基本上都遵循笛卡尔直角坐标系的运动原理被设计制造出来，其结构为串联结构,19,.,2）机床结构技术上的突破性进展-并联机床具有以下优点：刚度重量比大响应速度快环境适应性强技术附加值高,20,.,典型的并联机床,DCB510并联机床（大连机床集团）,并联加工中心LINKS-EXE700（哈量集团）,21,.,并联运动机床布局的基本特点是，以机床框架为固定平台的若干杆件组成空间并联机构，主轴部件安装在并联机构的动平台上，改变杆件的长度或移动杆件的支点，按照并联运动学原理形成刀头点的加工表面轨迹。,有六杆、三杆、立式、卧式并联机床，结构形式为并联、串联和混合结构，可采用直线电机和电主轴。,22,.,三、我国数控机床的最新成果,1）中高档数控机床的开发取得了较大进展，在五轴联动、复合加工、数字化设计以及高速加工等一批关键技术上取得了突破。2）开发出了高速主轴单元、高速滚珠丝杠、重载直线导轨、高速导轨防护装置、直线电机、数控转台、刀库与机械手、A/C轴数控铣头、高速工具系统、数字化量仪等高性能功能部件样机，其中有的品种已实现小批量生产,23,.,3）通过自主研发或与国外开展技术合作，在档数控系统的开发和生产上取得明显进展。初步解决了多坐标联动、远程数据传输等技术难题；为适应数控系统的配套要求，相继开发出交流伺服驱动系统和主轴交流伺服控制系统，并形成了系列化产品。,24,.,四、与国外的差距,（1）高档数控机床的国内供应能力不足（2）自主创新能力不足（3）产品质量、可靠性及服务等能力不强。（4）功能部件发展滞后,25,.,第二部分-柔性制造技术,一、FMS的定义、组成和类型二、FMS的加工系统三、FMS的物料运储系统四、FMS的刀具管理系统五、FMS的控制系统六、FMS的发展趋势,26,.,一、FMS的定义、组成和类型,1.FMS的定义我国柔性制造系统（FMS）是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整，适用于多品种、中小批量生产。美国使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统。,27,.,更直观的定义是：柔性制造系统是至少由两台数控机床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造自动化系统。各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反映了FMS应具备以下特点：硬件组成两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等；,28,.,一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运和工件及原材料储运。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等；一套计算机控制系统及信息通信网络。软件组成FMS的运行控制系统；FMS的质量保证系统；FMS的数据管理和通信网络系统。,29,.,一、FMS的定义、组成和类型,2、FMS的组成（硬件）典型的FMS主要有三个子系统组成：加工系统物流系统信息流系统,30,.,31,.,FMS基本组成,32,.,典型的柔性制造系统示意图1-自动仓库；2-装卸站；3-托盘站；4-检验机器人；5-自动小车；6-卧式加工中心；7-立式加工中心；8-磨床；9-组装交付站；10-计算机控制室,33,.,典型的柔性制造系统示意图2,34,.,典型的柔性制造系统示意图3,35,.,典型的柔性制造系统示意图4,36,.,典型的柔性制造系统示意图5,37,.,一、FMS的定义、组成和类型,3、FMS的类型配备互补机床的FMS配备可互相替换机床的FMS混合式FMS。,38,.,配备互补机床的FMS,这类FMS中，通过物料运储系统将数台NC机床连接起来，不同机床的工艺能力可以互补，工件通过安装站进入系统，然后在计算机控制下从一台机床到另一台机床，按顺序加工。工件通过系统的路径是固定的。特点：非常经济，生产率较高，能充分发挥机床的性能。从系统的输入和输出的角度看，互补机床是串联环节，它减少了系统的可靠性，即当一台机床发生故障时，全系统将瘫痪。,39,.,配备可互相替换机床的FMS,系统中的机床可以互相代替，工件可被送到适合加工它的任一台加工中心上。计算机的存储器存有每台机床的工作情况，可以对机床分配加工零件、一台加工中心可以完成部分或全部加工工序。从系统的输出和输入看，它们是并联环节，因而增加了系统的可靠性，同时这种配置形式具有较大的柔性和较宽的工艺范围，可以达到较高的机床利用率。,40,.,混合式FMS,这类FMS是互补式FMS和替换式FMS的综合，即FMS中有一些机床按替换式布置，而另一些机床按互补式安排，以发挥各自的优点。大多数FMS采用这种形式。,41,.,二、FMS的加工系统,一、加工系统的功能与要求加工系统是FMS的最基本的组成部分，也是FMS中耗资最多的部分，担任把原材料转化为最终产品的任务。加工系统的要求如下：工序集中，减轻物流负担，减少装夹次数；控制功能强、扩展性好；高刚度、高精度、高速度；自保护与自维护性好；使用经济性好；对环境的适应性与保护性好,42,.,二、加工系统中常用的加工设备简介1、目前FMS的加工对象主要有两大类：棱柱体类回转体类2、加工中心加工中心（MachiningCenter，MC）是一种备有刀库并能按预定程序自动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效数控机床。棱柱体类：常用镗铣加工中心回转体类：常用车削加工中心,43,.,卧式加工中心1-主轴头2-刀库3-刀库4-立柱底座5-回转工作台、6-工作台底座,44,.,卧式加工中心,45,.,车削加工中心1-刀库2-回转刀架3-换刀机械手4-上下工件机器人5-工件存储站,46,.,3、加工系统的辅助装置机床夹具组合夹具柔性夹具托盘（Pallet）承载工件和夹具完成加工任务，是各加工单元间的硬件接口。自动上下料装置托盘交换器,47,.,组合夹具-利用标准化夹具零部件快速拼装所需夹具；,48,.,柔性夹具-一部夹具能为多个加工对象服务,49,.,ISO标准规定的托盘基本形状1-托盘导向面2-侧面定位面3-安装螺孔4-工件安装面5-中心孔6-托盘搁置面7底面8-工件固定孔9-托盘夹紧面10-托盘定位面,50,.,回转式托盘交换器-联接加工系统和物料运储系统桥梁,51,.,三、FMS的物料运储系统,一、FMS的物料运储系统组成工件装卸站设在FMS入口，由人工完成装卸；托盘缓冲站工件中间存储站，起缓冲物料作用；物料存储装置自动化仓库、自动料架、缓冲料架；物料运送装置负责在机床、自动化仓库和托盘缓冲站之间物料搬运作业。传送带：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；自动运输小车：分有轨小车、无轨小车；搬运机器人：具有较高柔性和控制水平,52,.,二、FMS物料输送基本回路直线输送回路沿直线路线单向或双向移动，顺序地在各个连接点停靠；环形输送回路运载工具沿环形路线单向或双向移动；网状输送回路由多个回路相互交叉组成，可由一条环路移动到另一回路。,53,.,三、自动化仓库货架为一个个存储单元，设有地址编码，货架之间有巷道，每个巷道配有专用堆垛机。堆垛机由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动电动机以及传感器构成的三维搬运设备。控制与管理系统负责物料信息的登录、识别，物料自动存取，仓库管理。,54,.,自动化仓库示意图,55,.,堆垛机结构示意图1-上导轨2-支柱3-物料4-托架5-移动电动机6-传感器,56,.,四、自动导向小车线导小车电磁感应导向，柔性大、扩展性好、不怕污染、工作可靠。光导小车采用带有荧光材料油漆或色带，通过光电制导，改变线路非常容易，对环境要求严格。遥控制导小车小车顶部装有激光装置，通过固定位置反射激光束信息，确定小车位置。,57,.,四、FMS的刀具管理系统,一、刀具运储系统的组成刀具预调站设在FMS之外，按要求对刀具进行装配和调整；刀具装卸站是刀具进出FMS入口，多为排架式框架结构；刀具库系统存放当前加工所需的机床刀库，容量小；存放各加工单元共享的中央刀库，容量大；刀具运载交换装置负责刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具；计算机控制管理系统-控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。,58,.,二、刀具运储系统作业过程,刀具刃磨人工组装,刀具预调,刀具装卸站,中央刀具库,需重磨或报废刀具,加工单元刀库,加工单元刀库,加工单元刀库,59,.,三、常用换刀机械手,60,.,四、加工中心机床自动换刀方式l）顺序选刀方式2）刀座编码方式3）刀具编码方式五、加工中心的刀库转塔式刀库：所有刀具固定在同