数控机床与技术的发展趋势课件

数控技术新乡学院机电工程学院1数控技术数控技术新乡学院1数控技术6.1数控机床的发展展望6.2柔性制造系统（FMS）6.3直接数字控制（DNC）6.4计算机集成制造系统（CIMS）22数控技术6.1数控机床的发展展望22数控技术第一节数控机床的发展展望自动控制理论和伺服驱动技术对数控机床的功能、动态特性和控制品质具有决定性的影响。在对一个具体的控制装置或系统的设计、仿真和现场调试中，自动控制理论具有重要的理论指导作用。在伺服速度环控制中采用前馈控制，使传统的位置环偏差控制的跟踪滞后现象得到了很大改善，而且增加了系统的稳定性和伺服精度。第一节数控机床的发展展望3一.自动控制理论和伺服驱动技术3数控技术第一节数控机床的发展展望自动控制理论和伺服驱动技术对数控二．计算机及信息处理技术第一节数控机床的发展展望计算机技术在数控机床诞生半个世纪中发生了最具革命性的进步。它包括计算机软件和计算机硬件技术、数据库技术，以及网络通信技术。而信息处理技术包括信息的存取、运算、判断、决策和交换，计算机作为信息处理的工具，两者之间具有极为密切的关系。目前的数控系统还引入人工智能、专家系统、模糊控制、人工神经网络和仿真等技术。44数控技术二．计算机及信息处理技术第一节数控机床的发展展望计算机技三．精密机械技术第一节数控机床的发展展望精密机械技术是数控机床的基础，它包括精密机械设计和精密机械加工两大方面。精密机械技术，当今正面临着重大的挑战。机械系统自身在结构及传动的精度、刚度、体积、质量和寿命等方面对数控机床仍具有举足轻重的影响。55数控技术三．精密机械技术第一节数控机床的发展展望精密机械技术是数四．精密检测和智能化的传感技术第一节数控机床的发展展望精密检测和传感技术一直是闭环和半闭环控制系统中的关键技术，检测和传感装置则是实现自动控制的关键环节之一。精密检测和传感的精度与功能直接影响自动控制的品质，在精度补偿方面发挥重要作用。精密检测的关键元件是传感器，数控系统要求传感器能快速、精确地获取信息，并在各种各样的工作环境下能够可靠地运行。66数控技术四．精密检测和智能化的传感技术第一节数控机床的发展展望精五．网络和通信技术第一节数控机床的发展展望数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制，需要网络进行通信；网络的主要任务是进行通信，共享信息。这种通信通常分三级：（1）工厂管理级。（2）车间单元控制级。（3）现场设备级。77数控技术五．网络和通信技术第一节数控机床的发展展望数控系统从控制在20世纪后期形成的以数控技术为中心的柔性制造技术，预期在未来仍将继续发展并成为加工技术发展的主流。它的特征可以归结为3F、3I和3S，即：3F表示柔性化（Flexibility）、联盟化（Federalization）和新颖化（Fashion）；3I表示集成化（Integration）、信息化（Information）和智能化（Intelligence）；3S表示系统化（System）、软件化（Software）和个性化（Specialty）。第一节数控机床的发展展望88数控技术在20世纪后期形成的以数控技术为中心的柔性制造技术，预期在未第二节柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（FMS）一．柔性制造单元（FMC）柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem，简称FMS)是由数控加工设备、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。柔性制造单元FMC的结构形式根据不同的加工对象、CNC机床的类型与数量以及工件更换与存储方式的不同，可以多种多样，目前主要有托盘搬运式和机器人搬运式两大类型。9数控技术第二节柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（FMS）一．⒈托盘搬运式 以北京精密机床厂生产的FMC—1型为例，如图所示。它由卧式加工中心、环形交换工作台、托盘以及托盘交换装置组成。第二节柔性制造系统（FMS）1010数控技术⒈托盘搬运式第二节柔性制造系统（FMS）1010数控技术⒉机器人搬运式第二节柔性制造系统（FMS）11如图所示为日本日立精机的一种FMC。它由一台加工中心、一台车削中心、一个机器人以及两台回转工作台组成。机器人移动（如图中箭头所示）为两台机床服务。每台机床各用一台交换工作台作为输送与缓冲存储。11数控技术⒉机器人搬运式第二节柔性制造系统（FMS）11如图所示为日本⒈FMS的组成FMS主要由加工子系统、物料储运子系统、运行控制子系统、刀具子系统和质量监测及监控子系统五个子系统组成。⑴加工子系统又称加工单元或制造单元⑵物料储运子系统又称物流系统或称材料仓库与搬运系统⑶运行控制子系统⑷刀具子系统⑸质量检测及监控子系统二．柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（FMS）1212数控技术⒈FMS的组成二．柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（2.FMS的特点⑴提高了中、小批量零件制造的生产率；⑵缩短了新产品试制的准备时间；⑶减少了工厂的库存零件；⑷节约了生产劳动成本；⑸提高了产品质量；⑹改善了制造厂的工作条件；⑺保证了操作人员的安全。第二节柔性制造系统（FMS）1313数控技术2.FMS的特点第二节柔性制造系统（FMS）1313数控技第三节直接数字控制（DNC）第三节直接数字控制（DNC）直接数字控制（DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl，简称DNC）又称为分布式数字控制，是用一台或几台计算机直接控制若干台数控机床的系统控制方法，又称为群控。其零部件加工程序或机床程序存放在公用的存储器中，计算机按照约定及请求，向这些机床分送程序和数据，并能收集、显示或编辑与控制过程有关的数据。14一．概述14数控技术第三节直接数字控制（DNC）第三节直接数字控制（DNC）第三节直接数字控制（DNC）1.DNC接口技术研究 DNC接口的通讯功能主要有三种：下传NC程序、上传NC程序、系统状态采集和远程控制。 只具备第一种功能的DNC叫基本DNC； 具备前两种功能的叫狭义DNC； 三种功能均有的叫广义DNC。 日本的FANUC公司研究了两种接口：DNC1和DNC2。 美国各大数控公司推出了各种DNC接口产品，如REMEXDNC、RYBETTCAMSHAREDNC以及SHOPLINKDNC等。二．DNC技术的研究1515数控技术第三节直接数字控制（DNC）1.DNC接口技术研究二．D第三节直接数字控制（DNC）2.DNC结构和DNC通讯结构研究 DNC结构是指DNC主机与数控系统的接口形式，而DNC通讯结构则指DNC主机与数控系统的通讯拓朴结构。 常见的DNC结构形式有如下几种： ⑴接口配置为穿孔机输入接口 ⑵接口配置为纸带阅读机输入接口 ⑶接口配置为RS232C接口 ⑷接口配置为DNC接口。 ⑸接口配置为网络接口 ⑹接口配置为进行直接数控的计算机1616数控技术第三节直接数字控制（DNC）2.DNC结构和DNC通讯结第三节直接数字控制（DNC）常见的DNC通讯结构形式有如下几种：⑴点到点式⑵现场总线式⑶局域网式1717数控技术第三节直接数字控制（DNC）常见的DNC通讯结构形式有如下第三节直接数字控制（DNC）3.DNC通讯技术的研究18DNC主机与数控系统的通讯采用最多的是串行通讯，物理接口最常见的是RS232C串行通讯接口。DNC主机与上层控制计算机的通讯以前主要是串行通讯，随着网络技术的发展，现在主要采用的是计算机局域网技术。这部分的技术发展与网络技术的发展密切相关，主要有以太网（Ethernet）和MAP3.0等。18数控技术第三节直接数字控制（DNC）3.DNC通讯技术的研究18第三节直接数字控制（DNC）4.DNC应用系统研究目前国外典型的DNC系统主要有美国AutomationIntelligence公司NumeridexCAM分部的SHOPNETDNC系统、美国波音公司军机分部配置的Cimlinic’s的DNC系统、日本FANUC公司的DNC1和DNC2系统。国内于20世纪70年代开始在DNC方面进行研究，有一定影响的单位是北京机床研究所、清华大学、重庆大学、南京航空航天大学、中科院自动化研究所等。1919数控技术第三节直接数字控制（DNC）4.DNC应用系统研究191第三节直接数字控制（DNC）⒈DNC集成技术⒉DNC系统重构技术⒊现场总线式通讯结构和局域网式通讯结构⒋适用于具有DNC接口功能的高档进口数控系统的DNC系统⒌生产管理软件三．DNC的未来发展趋势20数控技术第三节直接数字控制（DNC）⒈DNC集成技术三．DNC的未第四节计算机集成制造系统(CIMS)第四节计算机集成制造系统(CIMS)CIM是英文ComputerIntegratedManufacturing的缩写，译为计算机集成制造。CIMS是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和现代管理科学的基础上，将制造工厂的全部生产和经营活动所需的各种分布的自动化子系统，通过新的生产管理模式、工艺理论和计算机网络有机地集成起来，以获得适应于多品种、中小批量生产的高效益、高柔性和高质量的智能制造系统。21一．什么是CIM和CIMS21数控技术第四节计算机集成制造系统(CIMS)第四节计算机集成制造第四节计算机集成制造系统(CIMS)一般CIMS通常由管理信息分系统、设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统、计算机网络分系统和数据库分系统六个部分组成，即CIMS由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。⒈管理信息分系统⒉工程设计自动化分系统⒊制造自动化分系统⒋质量保证分系统⒌计算机网络分系统⒍数据库分系统二．CIMS的结构2222数控技术第四节计算机集成制造系统(CIMS)一般CIMS通常由管理第四节计算机集成制造系统(CIMS)如图所示为6个分系统的框图及其与外部信息的联系。2323数控技术第四节计算机集成制造系统(CIMS)如图所示为6个分系统的第四节计算机集成制造系统(CIMS)如图所示功能分系统与支撑分系统间的关系。2424数控技术第四节计算机集成制造系统(CIMS)如图所示功能分系统与支数控技术新乡学院机电工程学院25数控技术数控技术新乡学院1数控技术6.1数控机床的发展展望6.2柔性制造系统（FMS）6.3直接数字控制（DNC）6.4计算机集成制造系统（CIMS）2626数控技术6.1数控机床的发展展望22数控技术第一节数控机床的发展展望自动控制理论和伺服驱动技术对数控机床的功能、动态特性和控制品质具有决定性的影响。在对一个具体的控制装置或系统的设计、仿真和现场调试中，自动控制理论具有重要的理论指导作用。在伺服速度环控制中采用前馈控制，使传统的位置环偏差控制的跟踪滞后现象得到了很大改善，而且增加了系统的稳定性和伺服精度。第一节数控机床的发展展望27一.自动控制理论和伺服驱动技术27数控技术第一节数控机床的发展展望自动控制理论和伺服驱动技术对数控二．计算机及信息处理技术第一节数控机床的发展展望计算机技术在数控机床诞生半个世纪中发生了最具革命性的进步。它包括计算机软件和计算机硬件技术、数据库技术，以及网络通信技术。而信息处理技术包括信息的存取、运算、判断、决策和交换，计算机作为信息处理的工具，两者之间具有极为密切的关系。目前的数控系统还引入人工智能、专家系统、模糊控制、人工神经网络和仿真等技术。2828数控技术二．计算机及信息处理技术第一节数控机床的发展展望计算机技三．精密机械技术第一节数控机床的发展展望精密机械技术是数控机床的基础，它包括精密机械设计和精密机械加工两大方面。精密机械技术，当今正面临着重大的挑战。机械系统自身在结构及传动的精度、刚度、体积、质量和寿命等方面对数控机床仍具有举足轻重的影响。2929数控技术三．精密机械技术第一节数控机床的发展展望精密机械技术是数四．精密检测和智能化的传感技术第一节数控机床的发展展望精密检测和传感技术一直是闭环和半闭环控制系统中的关键技术，检测和传感装置则是实现自动控制的关键环节之一。精密检测和传感的精度与功能直接影响自动控制的品质，在精度补偿方面发挥重要作用。精密检测的关键元件是传感器，数控系统要求传感器能快速、精确地获取信息，并在各种各样的工作环境下能够可靠地运行。3030数控技术四．精密检测和智能化的传感技术第一节数控机床的发展展望精五．网络和通信技术第一节数控机床的发展展望数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制，需要网络进行通信；网络的主要任务是进行通信，共享信息。这种通信通常分三级：（1）工厂管理级。（2）车间单元控制级。（3）现场设备级。3131数控技术五．网络和通信技术第一节数控机床的发展展望数控系统从控制在20世纪后期形成的以数控技术为中心的柔性制造技术，预期在未来仍将继续发展并成为加工技术发展的主流。它的特征可以归结为3F、3I和3S，即：3F表示柔性化（Flexibility）、联盟化（Federalization）和新颖化（Fashion）；3I表示集成化（Integration）、信息化（Information）和智能化（Intelligence）；3S表示系统化（System）、软件化（Software）和个性化（Specialty）。第一节数控机床的发展展望3232数控技术在20世纪后期形成的以数控技术为中心的柔性制造技术，预期在未第二节柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（FMS）一．柔性制造单元（FMC）柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem，简称FMS)是由数控加工设备、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。柔性制造单元FMC的结构形式根据不同的加工对象、CNC机床的类型与数量以及工件更换与存储方式的不同，可以多种多样，目前主要有托盘搬运式和机器人搬运式两大类型。33数控技术第二节柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（FMS）一．⒈托盘搬运式 以北京精密机床厂生产的FMC—1型为例，如图所示。它由卧式加工中心、环形交换工作台、托盘以及托盘交换装置组成。第二节柔性制造系统（FMS）3434数控技术⒈托盘搬运式第二节柔性制造系统（FMS）1010数控技术⒉机器人搬运式第二节柔性制造系统（FMS）35如图所示为日本日立精机的一种FMC。它由一台加工中心、一台车削中心、一个机器人以及两台回转工作台组成。机器人移动（如图中箭头所示）为两台机床服务。每台机床各用一台交换工作台作为输送与缓冲存储。35数控技术⒉机器人搬运式第二节柔性制造系统（FMS）11如图所示为日本⒈FMS的组成FMS主要由加工子系统、物料储运子系统、运行控制子系统、刀具子系统和质量监测及监控子系统五个子系统组成。⑴加工子系统又称加工单元或制造单元⑵物料储运子系统又称物流系统或称材料仓库与搬运系统⑶运行控制子系统⑷刀具子系统⑸质量检测及监控子系统二．柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（FMS）3636数控技术⒈FMS的组成二．柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（2.FMS的特点⑴提高了中、小批量零件制造的生产率；⑵缩短了新产品试制的准备时间；⑶减少了工厂的库存零件；⑷节约了生产劳动成本；⑸提高了产品质量；⑹改善了制造厂的工作条件；⑺保证了操作人员的安全。第二节柔性制造系统（FMS）3737数控技术2.FMS的特点第二节柔性制造系统（FMS）1313数控技第三节直接数字控制（DNC）第三节直接数字控制（DNC）直接数字控制（DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl，简称DNC）又称为分布式数字控制，是用一台或几台计算机直接控制若干台数控机床的系统控制方法，又称为群控。其零部件加工程序或机床程序存放在公用的存储器中，计算机按照约定及请求，向这些机床分送程序和数据，并能收集、显示或编辑与控制过程有关的数据。38一．概述38数控技术第三节直接数字控制（DNC）第三节直接数字控制（DNC）第三节直接数字控制（DNC）1.DNC接口技术研究 DNC接口的通讯功能主要有三种：下传NC程序、上传NC程序、系统状态采集和远程控制。 只具备第一种功能的DNC叫基本DNC； 具备前两种功能的叫狭义DNC； 三种功能均有的叫广义DNC。 日本的FANUC公司研究了两种接口：DNC1和DNC2。 美国各大数控公司推出了各种DNC接口产品，如REMEXDNC、RYBETTCAMSHAREDNC以及SHOPLINKDNC等。二．DNC技术的研究3939数控技术第三节直接数字控制（DNC）1.DNC接口技术研究二．D第三节直接数字控制（DNC）2.DNC结构和DNC通讯结构研究 DNC结构是指DNC主机与数控系统的接口形式，而DNC通讯结构则指DNC主机与数控系统的通讯拓朴结构。 常见的DNC结构形式有如下几种： ⑴接口配置为穿孔机输入接口 ⑵接口配置为纸带阅读机输入接口 ⑶接口配置为RS232C接口 ⑷接口配置为DNC接口。 ⑸接口配置为网络接口 ⑹接口配置为进行直接数控的计算机4040数控技术第三节直接数字控制（DNC）2.DNC结构和DNC通讯结第三节直接数字控制（DNC）常见的DNC通讯结构形式有如下几种：⑴点到点式⑵现场总线式⑶局域网式4141数控技术第三节直接数字控制（DNC）常见的DNC通讯结构形式有如下第三节直接数字控制（DNC）3.DNC通讯技术的研究42DNC主机与数控系统的通讯采用最多的是串行通讯，物理接口最常见的是RS232C串行通讯接口。DNC主机与上层控制计算机的通讯以前主要是串行通讯，随着网络技术的发展，现在主要采用的是计算机局域网技术。这部分的技术发展与网络技术的发展密切相关，主要有以太网（Ethernet）和MAP3.0等。42数控技术第三节直接数字控制（DNC）3.DNC通讯技术的研究18第三节直接数字控制（DNC）4.DNC应用系统研究目前国外典型的DNC系统主要有美国AutomationIntelligence公司NumeridexCAM分部的SHOPNETDNC系统、美国波音公司军机分部配置的Cimlinic’s的DNC系统、日本FANUC公司的DNC1和DNC2系统。国内于20世纪70年代开始在DNC方面进行研究，有一定影响的单位是北京机床