第七章 数控技术的发展趋势.ppt

1、第七章数控技术的发展趋势，7-1数控技术的产生和发展7-2数控技术的发展趋势7-3数控技术的FMS和CIMS，一、数控工作母机的产生，在汽车、拖拉机等大批量生产的工业部门，多采用自动工作母机、组合工作母机和自动线。 但是，该设备的首次投资费用大，生产准备时间长，这是改造频繁，精度要求高，零配件形状复杂的舰船和宇宙航行，不符合其他国防工业的要求。 如果采用仿形工作母机，则需要制造星空卫视，不仅生产周期长，而且精度也受到限制。 二战后，美国为了加快飞机工业的发展，要求数字大板块加工设备的革新。 1948年，美国帕森斯(Parsons )公司在研制加工直升机机翼轮廓检测用十大板块工作母机时，提出了数

2、控机床的初步设想。 7-1数控技术的发生和发展，1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院成功研制出世界上第一个数控工作母机。 麻省理工学院(MIT )伺服驱动系统实验室， 1952年第一代电子管数控机床1959年第二代晶体管数控机床1965年第三代IC集成电路数控机床1970年第四代小型计算机数控机床1974年第五代微机NC系统1990年第六代基于PC的数控机床、第二、NC技术的发展，半数控机床的发展至今经历了两个阶段和六代。 六代，一电子管： 1952，Parsons Corp .MIT，美国空军后方指挥部合作，首个立式成形铣刀二晶体管，印刷电路： 1959，晶体管元件的出现使电子设备体积大

3、幅减少，数值操纵系统广泛采用了晶体管和印刷电路板，KT是第一个加工中心3小规模IC集成电路： 1965，体积小，电功耗低，进一步提高了数值操纵系统的可靠性。 1967英吉利首个FMS. 4通用迷你电脑： 1970，在美国芝加哥国际工作母机展销会首次展出了以通用迷你电脑为数控装置的数值操纵系统，特点是许多数控功能都是通过软件完成的。 5微处理器： 1974，以微处理器为核心的数值操纵系统被称为第五代数值操纵系统，近30年来，配备微处理器数值操纵系统的数控工作母机发展迅速，得到广泛应用。 基于PC(PC-BASED )的数值控制： 1980年代，基于PC开发式数值操纵系统的化学基。二阶段，1955

4、1959、晶体管、19521955、电子管、19591965、小规模IC集成电路、硬件数控、1974-微处理器(MCNC) 1979超大规模集成电路7-2数控技术发展趋势、1、高速、高精度2、智能化3、开放数值网络化数控技术5，提高数值操纵系统可靠性6，实现数控装置复合化7，CAD/CAM/CNC一体化，实现数字化制造，并与计算机一起，1 .能够在一盏茶上发挥加工高速化、高精度化、现代手工工具材料性能，大幅提高加工效率，降低加工成本(1)高速化、高速电脑CPU片主轴高速化、电主轴采用全数字交流伺服工作母机的动态性能改善、上世纪90年代以来高速主轴用户针织面料(电主轴，转/p>

5、r/min )、高速进给运动零配件(早进给率601220 )图的切削速度发展，极限分辨率为1m时，快进给率达到240m/min，可得到复杂型面的精确加工加速度达到2g主轴转速2000r pm，切换速度低于1 s，提高了机械的制造和装配精度。 采用高速插补技术，通过微小封摇滾乐实现连续进给，使CNC控制单位微细化，采用高极限分辨率位置检测装置，提高位置检测精度(日本交流伺服电机搭载有1000000脉冲/转的内置位置探测器，其位置检测精度达到0.01m/脉冲) 位置伺服系统采用正馈控制和非线性控制等方法，(2)设备热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术(综合误差补偿技术的应用表明，加工误差可减少6

6、080 )。 通常的加工精度达到2倍，达到5微米的精密加工精度提高两位数，超精密加工精度达到纳米级(0.001 )，主轴旋转精度要求为0.010.05，加工真圆度要求为0.1m，加工表面粗度要求Ra=0.003等。1993年1994年1995年1996年1997年度Ra表面粗度(um )、加工误差(um )、Vf进给率(mm/min )、Vc切削速度(m/min )、图数控机床的高速化对加工质量的影响以及加工残奥表(主轴转速、进给率)和加工指令的实时调整， 使设备处于最佳运行状态，提高加工精度，降低工件的表面粗度，保证设备运行的安全性；2 )加工残奥仪表的智能优化：零配件加工的一般规律，以现代

7、智能方法，使建构基于专家系统或模型的“加工残奥仪表的智能优化”的加工系统始终处于合理经济的运行状态。 2、控制智能化，随着自动智能技术的发展，为了满足制造业的生产灵活、制造自动化发展的需要，数控技术的智能化程度不断提高；3 )智能故障诊断和自修复技术智能故障诊断技术：基于已有的故障信息，应用现代智能方法，实现故障的快速准确定位。 知识二烯烃故障排除自我修复技术：诊断故障的原因和部位，自动故障排除、指导故障排除技术，将故障自我诊断、自我排除、自我复原、自身调节一体化，贯穿整个生命周期。 智能故障诊断技术应用于部分数值操纵系统，智能化自修复技术仍在研究中。 4 )智能二烯烃交流伺服驱动装置：自动识

8、别负荷，自动调整控制残奥表，包括智能二烯烃主轴和智能二烯烃进给伺服装置，使驱动系统达到最佳运行。 (1)知识分子二烯烃自适应控制技术、图知识分子二烯烃自适应控制下的进给率、(2)自动编程技术、(3)故障自动诊断功能、(4)知识分子二烯烃搜索加工、数值操纵系统网络化是先进制造模式的要求，数控工作母机作为网络中的一个节点， 通讯端口有助于解决自动化孤岛的网络通信协议，可以满足单机DNC的需要，同时满足FMC、FMS、CIMS、敏捷制造的基础设备集成要求。 网路资源分享。 远程(联网)控制数控机床。 远程(联网)诊断数控机床故障。 在数控工作母机远程(联网)培训与教学(联网数控)、3、加工网络化、数

9、控操纵系统中采用联网与光纤通讯技术实现运动与I/O控制是数控技术发展的方向。 由于技术摇滾乐等原因，各系统采用的导光纤维通讯连接协议必须兼容不兼容，伺服驱动器和I/O模块必须具有相应的连接协议导光纤维通讯接口网络通信协议： Intrtamat的SERCOS、美国DELTATAU的Mcro-Link、日本FANUC的SERVO-Link、三菱的Tro-Link，以及ARCNET、CAN Bus，1 )传统数值操纵系统的特点是制造商控制着价格和结构，各功能的整合不再是开放的生产环境和功能，而是停止了微电子学技术的应用。 有些产品需要根据操作、维护方法进行培训。 对于用户来说，控件支重轮黑匣子，无法

10、自行修改更新。 为了满足现代化生产的要求，数值操纵系统开放性：再建构性、可维护性，并向用户行政许可二次开发模数化：平台无关界面连接协议：传递性、可移植性进化性：智能化语言统一化：中性语言NML: FADL、OSEL，4传统数值操纵系统都是专业的， 为了解决具有不同软件编程语言、非标准人机接口、多种实时操作系统、非标准硬件接口等特点，造成数值操纵系统使用和维护不便，数控技术进一步这些个问题，提出了“开放数字控制系统”概念。 概念最初出现在1987年美国的NGC(Next Generation Controller )修订版中，NGC控制技术找住的了通过基于互操作性和阶层化的软件模块实现“开放系统

11、体系结构标准(SOSAS )”来解决问题的方法。 开放的系统体系结构使供应商能够客制化操纵系统，以实现专用的最佳做法。 2 )开放数值操纵系统的概念数值操纵系统可以在统一运行平台上开发，可以通过向工作母机制造商和最终用户改变、增加或剪裁数控功能，形成系列化，可以简单地将用户特殊应用和技术技术诀窍集成至操纵系统，迅速实现不同品种、不同等级的开放数值操纵系统(1)开放式数控装置的结构，(2)开放式数字控制系统的优点数字控制系统工厂品种减少，批量增加，便于用户需求，促进各行业软件制造商的参与，提高开放式标准信息帧工作软件研发的效率，加快产品更新。 工作母机工厂可以使整个机器个性化，降低研发成本。 减

12、少对系统制造商的依赖，保护自己的技术。 最终用户购买工作母机时，可实现初始成本的透明用户自己的FA系统设置修订。易于使用、易于培训的用户界面的一致性(3) 开放式数控研究状况美国在20世纪90年代初提出了开发下一代控制支重轮的修订版NGC(Next Generation Controller )，随后提出了omac (openmodulararchitecturecontrol )修订版。 欧洲也从20世纪90年代初开始OS ACA (opensystemarchitectureforcontrolswithinautomationsystem )修订计划，目标是开发开放式操纵系统的体系结构。

13、 (4)由于现状、技术等方面的限制，很难在短时间内完全实现这一理想的开放数字控制系统。 目前，开放式数控的具体表现之一是发展基于PC的数字控制系统。 数值操纵系统的PC化已成为开放式数值操纵系统的潮流，代表了CNC发展的主要方向。 基于PC的开放式数字控制系统有三种基本结构形式：嵌入式CNC嵌入式全软件CNC型，5、提高数字控制系统可靠性的数字控制系统平均无故障时间为10000-30000 (小时)电子和电零配件的高集成、耐干扰作用、零配件制造专业化标准化，6、 数控装置的复合化、实现并联工作母机是机械人技术、工作母机结构技术、现代伺服驱动技术和数控技术的组合，被称为“21世纪的工作母机”，1

14、 )传统工作母机基本按照笛卡尔坐标系的运动原理进行设计制造，其结构为串联结构，具有悬臂零配件，受到大的弯曲力矩和扭矩此外，传统的工作母机构成环节多，结构复杂，形成误差重叠，限制了加工精度和速度的提高。 中国自主研发的残奥瑞尔工作母机样机、残奥瑞尔运动工作母机、残奥瑞尔运动工作母机以空间残奥瑞尔机构为基础，利用计算机数控的潜力，用软件置换部分硬件，用电器和电子元器件置换部分机械传动， 近两个世纪以来，以笛卡尔坐标直线位移为基础的工作母机结构和运动学原理从根本上改变了并行运动工作母机的版结构的基本特征是，以工作母机的信息帧为固定平台的一些杆构成空间并行机构，主轴部件安装在并行机构的可动平台上，改变

15、杆的长度和移动杆的支点，按照并行运动学的原理对刀尖的加工表面有6条、3条、纵型、横型并联工作母机，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。 并联运动工作母机结构取代传统工作母机结构的悬臂南朝梁和两点南朝梁，用管桁架杆加载切削力和零配件重力，运动零配件质量明显减少，主要由电主轴、滚珠丝杠、直线电机等机械一体化零配件构成，刚性高，动态性能好，机床模块化程度高，容易重构，机械结构简单并联工作母机自94年美国芝加哥国际工作母机展销会上表面市以来，发展很大，结构紧凑，且工作空间增大，工作母机的刚性和工作精度进一步提高，进入了实用阶段。 主要用于汽车行业、航空行业、模具行业。 加工中心和可

16、动FMC也采用了并行结构。 有6条、3条、纵型、横型并联工作母机，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。 并联工作母机的工作台有固定台、可更换台、水平分度台、滑台等多种。 目前实现的最高精度：定位精度为5m，重复定位精度为1.5m。 传统并联工作母机的最大问题是精度比传统的结构工作母机差，其原因之一是坐标轴(轴杆)的位置精度不高，二是热效应和切削力的变形。 现在，在杆内除了滚珠丝杠之外，还有检测杆自身长度的测量系统，通过补正来补正运动精度。 数控并联工作母机的应用，3 )并联工作母机的优点，缺点及研究热点：优点：进给率快，精度高，刚性好，加速度高，安装方便，易于维护。 缺点：工作空间小，姿势能力差，运动特性和力特性非线性。 当前研究的焦点：混合工作母机。 1 )当前CNC系统的限制： NC查询密码定义了工作母机的运动和动作，丢失了尺寸公差、精度要求、表面粗度等大量信息。 生成g查询密码的过程对单向式是不可逆的，在加工现场进行的修正不能种子文件回设修正部门的各厂家研制的宏命令和扩展EIA查询密码，在系统间语言上没有通用性，g、m查询密码的解释也不支持不同的5轴磨粉机、样条数据、高速切削等功能，7、STEP-NC、 STEP-NC是新的NC计程仪编程数据接口国际标准(ISO14649 )，于19