数控技术发展课件

1、数控技术发展和应用一、前 言 数控技术是使用计算机对整个机械机械加工过程进行信息处理与控制，达到生产过程自动化的一门技术。是FMS、CIMS的技术基础。 数控机床是当代机械制造业的装备主流。 数控技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术； (6)微电子技术； (7)软件技术等 。二、数控技术的产生 20世纪40年末，John parsons and Frank stulen parsons corporation ,（Traverse city, Michigan) 提出了数控加工思想。 the idea

2、 of using coordinate position data contained on punched cards to define and machine the surface contours of airfoil shapes airfoil 0.0015 inch (0.038mm) 1951年4月，美国空军和 MIT伺服实验室签协议，研发数控机床。 1952年3月，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。当时控制程序是记录在纸带上的字符和数字，故称数字控制机床。 1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。 19

3、59年，Keaney and Trecher Co. 研制了第一台加工中心（MC), 加工中心是具有刀库和自动换刀装置的数控机床。 1967年，Mollin Co. 研制了第一台柔性制造系统（FMS）(David Williamson)。(System 24, (24hr/day,16hr human worker unattended) IBM1360/140 ,7 machine tools) 柔性制造系统是由加工系统（若干台数控机床和加工中心）、物料运送及管理系统和计算机管理系统组成的自动加工线。计算机集成制造系统(computer integrated manufacturing sy

4、stem: CIMS ) 计算机集成制造(CIM)是一种企业生产制造与生产管理进行优化的哲理。这种哲理首先是在1974年美国Joseph Harrington博士在其论文Computer Integrated Manufacturing中提出的。 CIM是针对企业所面临的激烈市场竞争形势而提出的组织企业生产的一种哲理。其基本思想是：制造企业中的各个部分（即从市场分析、经营决策、工程设计、制造过程、质量控制、生产指挥到售后服务）是一个互相紧密相关的整体；整个制造过程本质上可以抽象成一个数据的搜集、传递、加工和利用的过程，最终产品仅是数据的物化表现。前者体现了集成的思想，它将企业决策、经营管理、生

5、产制造、销售及售后服务有机地结合在一起；后者就是信息制造观的思想。 CIMS定义： 由一个多级计算机控制硬件结构，配合一套订货、销售、设计、制造和管理综合为一体的软件系统所构成的全盘自动化制造系统。 计算机集体制造系统体系结构CIMS：数控技术的发展计算机技术的每一点进步都在推动数控技术向前发展。 “六代” 1 电子管，1952，Parsons Corp, MIT,美空军后勤司令部合作，第一台立式铣；(292电子管） 2 晶体管、印刷电路，1959，晶体管元件的出现使电子设备的体积大大减小，数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板，K&T开发第一台加工中心MILWAUKEE-MATIC。 3 小规

6、模集成电路,1965,由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高。1967英国最初的FMS. 4 通用小型计算机,1970，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作为数控装置的数控系统，特征为许多数控功能由软件完成。 5 微处理器，1974，开始出现的以微处理器为核心的数控系统被人们誉为第五代数控系统，近30年来，装备微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛应用。 6 基于PC（PC-BASED）的数控,20世纪80年代，基于PC开发式数控系统。数控技术发展趋势1 高速高精度 机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加

7、工成本，提高零件的表面加工质量和精度。上世纪90年代以来，高速主轴单元（电主轴，转/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能伺服系统以及工具系统都出现了新的突破。Salomon切削速度与温度实验曲线（2） 自动编程技术 （4） 智能化交流伺服驱动装置 智能化交流伺服驱动装置包括智能主轴交流伺服驱动装置和智能进给交流伺服驱动装置。 能自动识别电动机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行效果。 （5） 加工参数智能优化与选择 以加工工艺参数数据库为支撑，建立专家

8、系统，通过它提供优化的切削参数，使加工系统始终处于最优和最经济的工作状态，达到提高编程效率和加工工艺技术水平。 智能制造技术 包括专家系统、模糊推理和人工神经网络三大部分。专家系统先是采集领域专家的知识，然后将知识分解为事实与规则，存储于知识库中，通过推理作出决策。模糊推理模糊推理又称模糊逻辑，它是依靠模糊集和模糊逻辑模型进行多个因素的综合考虑，采用关系矩阵算法模型、隶属度函数、加权、约束等方法，处理模糊的、不完全的乃至相互矛盾的信息。人工神经网络神经网络是人脑部分功能的某些抽象、简化与模拟，由数量巨大的以神经元为主的处理单元互连构成，通过神经元的相互作用来实现信息处理。3 体系结构开放化、柔

9、性化 传统的数控系统都是专门、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，也限制了数控技术的进一步发展。为了解决这些问题，人们提出了“开放式数控系统”的概念。概念最早见于1987年美国NGC (Next Generation Controller)计划， NGC控制技术通过实现基于相互操作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。 开放式体系结构数控系统是开放式、高性能、智能化、网络化数控系统的统称。其核心是开放式，既系统各模块与运行平台无关、系统中各模块之间的互操作性及通信接口的统一性

10、。 现代开放式数控系统的体系结构技术要求： 1）采用通用性开放式闭环控制模式 2）采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式体系结构，利用开放式的数控技术软、硬件平台，可视需求通过重构、编辑调整系统的组成，便于“剪裁”，扩展和生级；功能可专用也可通用，可组成不同挡次、不同类型、不同集成程度的数控系统；功能价格比可调，可集成用户的技术诀窍。 体系结构满足了开放式要求，同时也具有了柔性化。4. 交互可视化 为使设备易操作和维修，数控系统应具备以下三个特点： 1）用户界面图形化，可通过窗口和菜单进行操作，以便蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态显示、图形模拟、图象动态跟踪和仿真及不同方向的视图和局部显

11、示比例缩放功能的实现。 2）计算可视化，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图象、动画等可视信息，使系统满足参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示，以及加工过程的可视化仿真和自动编程设计等要求。 3）数控编程自动化，CAD/CAM图形交互自动编程和CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程是数控技术发展的新趋势。6.功能复合化复合化：在一台设备上实现多种工艺步骤的加工，缩短加工链车铣复合车削中心（ATC，动力刀头）；镗铣钻复合加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）；铣镗钻车复合复合加工中心；可更换主轴箱的数控机床组合加工中心；集车削和激光加工

12、于一体的机床；测量/制造复合，在加工后对工件进行在线测量多功能复合化机床消除了车床、铣床、磨床、激光设备等之间的传统差异。 （2）加工中心的复合化 日本MAZAK公司的新机床为Integrex e-1550V型复合车铣加工中心，它将5轴联动加工中心的功能和CNC数控车削中心的功能融合到了一起。在市场中，Mazak公司的Integrex系列机床被看作是多功能机床的同义词。（3）磨削为主 该类复合机床的代表为瑞士MAGERLE公司的MGR立式车磨复合加工机，机床上方配有多个磨头和一个车刀架，可以对零件进行磨削和精车；日本森精机制作所的IGV-3NT磨头可回转式立式磨床，可在一次装卡下对零件内外圆和

13、端面进行加工；瑞士STUDER公司的S33万能数控磨床，可以在一次装卡下实现多线螺纹加工和内外圆、端面加工。平面电机2）电主轴取代主轴箱电主轴实现了变频电机和机床主轴之间的“零传动”，这是数控机床传动的重大变革。它克服了传统机床皮带或齿轮传动的主轴系统在高速下打滑、振动和噪音大、惯量大等弊端，可良好地实现主轴转速的高速化，有效改善主轴高速综合性能。3）重心驱动从力学角度分析，在推动物体移动时，如果作用点不在物体重心，则会产生一个扭矩，对机床定位来讲是一个不稳定扰动因素，影响轮廓加工精度和稳定性。通常单滚珠丝杠驱动力与工件受力点总是随着加工轨迹变化而变化的，既工作台所受的扭矩总是存在的。采用双丝杠驱动（重心驱动）能很好地解决上述问题，最显著的作用就是减少振动，提高加工精度。DCG有DCG无森精机公司的车铣复合加工中心 4. 现有机械结构的变革1）内冷式滚珠丝杠 高速数控机床用新HMC系列滚珠丝杠。HMC系列是NSK公司于1997年推出的，由于采用了“空心强冷”技术，带来了滚珠丝杠的