數(shù)控技術(shù)介紹及應(yīng)用.ppt

,數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用,第一章緒論第二章數(shù)控加工程序的編制第三章計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)第四章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第五章數(shù)控機(jī)床的位置傳感器第六章數(shù)控機(jī)床的電氣驅(qū)動(dòng)第七章數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制原理第八章數(shù)控機(jī)床的精度第九章數(shù)控機(jī)床的故障診斷,第一章緒論,數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，數(shù)控技術(shù)水平的高低、數(shù)控設(shè)備的擁有量以及數(shù)控技術(shù)的普及程度，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。數(shù)控技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展（1952年第一臺數(shù)控機(jī)床問世），已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的各領(lǐng)域，成為制造業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)不僅應(yīng)用于金屬切削機(jī)床，還應(yīng)用于其他多種設(shè)備。如機(jī)器人、坐標(biāo)測量機(jī)、數(shù)控雕刻機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、電火花加工機(jī)床等。數(shù)控技術(shù)雖不附屬數(shù)控機(jī)床，但卻是伴隨數(shù)控機(jī)床發(fā)展起來的。20世紀(jì)40年代后期，汽車、飛機(jī)和導(dǎo)彈制造業(yè)發(fā)展迅速，原來的加工設(shè)備已無法承擔(dān)精度要求高、形狀復(fù)雜的工件的加工任務(wù)。數(shù)控技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。,數(shù)控技術(shù)基本概念,數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（numericalcontrol，NC）以數(shù)字或數(shù)字代碼的形式實(shí)現(xiàn)控制的技術(shù)。如果一種設(shè)備的控制過程是以數(shù)字形式來描述，其工作過程在數(shù)控程序的控制下自動(dòng)進(jìn)行，那么這種設(shè)備就稱為數(shù)控設(shè)備。數(shù)控設(shè)備工作原理,工作要求,數(shù)控程序,數(shù)控設(shè)備,工作結(jié)果,數(shù)控技術(shù)是集計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測量、電工電子、機(jī)械制造與信息管理為一體的現(xiàn)代控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。,1.1數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生和特點(diǎn)在第一臺數(shù)控機(jī)床問世后，隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)也不斷更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷電子管（1952年）、晶體管（1960年）、小規(guī)模集成電路（1965年）、小型計(jì)算機(jī)（1970年）、微處理器或微機(jī)（1974年）和PCNC智能數(shù)控系統(tǒng)（1990年以后）。前3代采用專用的控制計(jì)算機(jī)硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)，簡稱NC（numericalcontrol）。第四代以后采用通用計(jì)算機(jī)，數(shù)控功能由軟件實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的功能特色與可靠性，稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC（computernumericalcontrol）。由于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家自行設(shè)計(jì)軟硬件，具有多種不同的軟硬件模塊、不同編程語言、不同操作系統(tǒng)、非標(biāo)準(zhǔn)化接口，給用戶帶來使用維修的復(fù)雜性。第六代數(shù)控系統(tǒng)利用現(xiàn)有PC機(jī)的軟硬件資源，規(guī)范設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)勢。,1數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展1948年美國Parson公司與美空軍簽訂合同，與麻省理工學(xué)院合作，1952年麻省理工學(xué)院研制成功三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)，可以控制多種機(jī)床，并裝備三軸控制的數(shù)控銑床樣機(jī)，取名“NumericalControl”。1953年麻省理工學(xué)院開發(fā)出只需確定零件輪廓、指定切削路線，即可生成NC程序的自動(dòng)編程語言。1959年美國Keaney&Trecker公司開發(fā)成功了帶刀庫，能自動(dòng)進(jìn)行刀具交換，一次裝夾中即能進(jìn)行銑、鉆、鏜、攻絲等多種加工功能的數(shù)控機(jī)床，這就是數(shù)控機(jī)床的新種類加工中心。,1968年英國首次將多臺數(shù)控機(jī)床、無人化搬運(yùn)小車和自動(dòng)倉庫在計(jì)算機(jī)控制下連接成自動(dòng)加工系統(tǒng)，這就是柔性制造系統(tǒng)FMS。1974年微處理器開始用于機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中，從此CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng))軟線數(shù)控技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展得以快速發(fā)展。1976年美國Lockhead公司開始使用圖像編程。利用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))繪出加工零件的模型，在顯示器上“指點(diǎn)”被加工的部位，輸入所需的工藝參數(shù)，即可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算刀具路徑，模擬加工狀態(tài)，獲得NC程序。,DNC(直接數(shù)控)技術(shù)始于20世紀(jì)60年代末期。它是使用一臺通用計(jì)算機(jī)，直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心，進(jìn)行多品種、多工序的自動(dòng)加工。各臺數(shù)控機(jī)床只配置機(jī)床控制器用于數(shù)據(jù)傳送、驅(qū)動(dòng)控制和手動(dòng)操作。DNC群控技術(shù)是FMS柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上的DNC接口就是機(jī)床數(shù)控裝置與通用計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送及通訊控制用的，也是數(shù)控機(jī)床之間實(shí)現(xiàn)通訊用的接口。DNC具有生產(chǎn)管理、作業(yè)調(diào)度、工況監(jiān)控、刀具管理等功能。實(shí)現(xiàn)分級管理，隨著DNC數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已成為無人控制工廠的基本組成單元。,20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了包括市場預(yù)測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造和銷售等全過程均由計(jì)算機(jī)集成管理和控制的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。其中，數(shù)控是其基本控制單元。20世紀(jì)90年代，基于PC-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)開始得到發(fā)展，它打破了原數(shù)控廠家各自為政的封閉式專用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，提供開放式基礎(chǔ)，使升級換代變得非常容易。充分利用現(xiàn)有PC機(jī)的軟硬件資源，使遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程檢測診斷能夠得以實(shí)現(xiàn)。由于數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性和國防工業(yè)的需要，國際競爭日益激烈，各國都致力于開發(fā)和生產(chǎn)各種數(shù)控機(jī)床。,我國早在1958年就開始研制數(shù)控機(jī)床，但由于歷史原因及工業(yè)基礎(chǔ)較差，一直沒有取得實(shí)質(zhì)性成果。20世紀(jì)60年代末70年代初，我國曾掀起研制數(shù)控機(jī)床的熱潮，主要有數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控銑床等，采用晶體管分立元件或小規(guī)模集成電路，性能不穩(wěn)定，可靠性較差。我校數(shù)學(xué)系與校儀器廠在1970年研制出晶體管的數(shù)控線切割機(jī)，73年為龍巖風(fēng)動(dòng)廠研制出小規(guī)模集成電路數(shù)控銑床。改革開放以來，通過技術(shù)引進(jìn)、科學(xué)攻關(guān)和技術(shù)改造，我國的數(shù)控技術(shù)有了較大的進(jìn)步，逐步形成產(chǎn)業(yè)。1980年北京機(jī)床研究所引進(jìn)日本FANUC5、7、3、6數(shù)控系統(tǒng)，上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國GE公司的MTC1數(shù)控系統(tǒng)，遼寧精密儀器廠引進(jìn)美國Bendix公司的DynapthLTD10數(shù)控系統(tǒng)。,在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開發(fā)出BS03經(jīng)濟(jì)型數(shù)控和BS04全功能數(shù)控系統(tǒng)，航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)?！鞍宋濉逼陂g國家又組織近百個(gè)單位進(jìn)行以發(fā)展自主版權(quán)為目標(biāo)的“數(shù)控技術(shù)攻關(guān)”，從而為數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化建立了基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代末，華中數(shù)控自主開發(fā)出基于PC-NC的HNC數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，加大了我國數(shù)控機(jī)床在國際上的競爭力度。目前我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)有200多家，品種滿足率達(dá)80，在有些企業(yè)實(shí)施了柔性制造系統(tǒng)FMS和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。,2.數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)提高加工精度和同一批工件的重復(fù)精度，保證了加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。具有較高的生產(chǎn)率，是普通機(jī)床的23倍。增加設(shè)備的柔性，適應(yīng)不同品種、規(guī)格、批量的工件的加工。減少勞動(dòng)強(qiáng)度。具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。加工普通機(jī)床無法加工的復(fù)雜工件。可向更高級的制造系統(tǒng)發(fā)展。問題：提高投資增加電子設(shè)備維護(hù)人員的技術(shù)水平要求較高,3.計(jì)算機(jī)數(shù)控隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路的過程。將計(jì)算機(jī)引入數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（ComputerNumericalControl）簡稱CNC，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）柔性好：以往數(shù)控系統(tǒng)功能由硬件實(shí)現(xiàn)，一旦設(shè)計(jì)成功則不能改變。CNC可由軟件靈活改變系統(tǒng)功能。（2）功能強(qiáng)：可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及外圍設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)功能。如圖形功能、網(wǎng)絡(luò)功能、糾錯(cuò)功能等。（3）可靠性高：利用計(jì)算機(jī)的輸入、存儲設(shè)備（如硬盤）避免原來的光電機(jī)、紙帶機(jī)出錯(cuò)率高的問題。減少了硬件電路即減少焊點(diǎn)、接插件、外部連線，提高可靠性。（4）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化：由于采用大規(guī)模集成電路和印刷電路版技術(shù)，將數(shù)控系統(tǒng)裝在機(jī)床上，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。（5）經(jīng)濟(jì)性好：采用CNC，使系統(tǒng)性價(jià)比大為提高。,1.2數(shù)控機(jī)床的組成和作用1、數(shù)控機(jī)床的組成：反饋信號輔助信號（1）程序載體、輸入裝置：數(shù)控機(jī)床按程序加工，加工程序存放的硬件。如U盤硬盤、加工程序清單等。通過輸入裝置讀入CNC。輸入裝置包括數(shù)控系統(tǒng)的面板按鈕、鍵盤、或上位機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信方式將加工程序輸入CNC系統(tǒng)。（2）CNC系統(tǒng)：由輸入、處理、輸出三部分組成。加工程序送CNC后，由解析程序解釋為計(jì)算機(jī)信息，由控制程,程序載體,輸入裝置,CNC系統(tǒng),伺服系統(tǒng),機(jī)床,序按系統(tǒng)規(guī)定逐步存儲處理，將處理結(jié)果通過輸出部分發(fā)出位置、速度指令給伺服系統(tǒng)和主運(yùn)動(dòng)控制部分。數(shù)控機(jī)床的輔助工作，如刀具的選擇與更換、切削液的啟停等都采用可編程控制器（PLC）進(jìn)行控制。（3）伺服系統(tǒng)：由伺服電機(jī)以及伺服驅(qū)動(dòng)控制裝置和相關(guān)軟件組成。它和機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件組成伺服系統(tǒng)。（4）位置反饋系統(tǒng)：將機(jī)床運(yùn)動(dòng)的實(shí)際位置，通過傳感器將角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，反饋給CNC，與指令位置進(jìn)行比較，由CNC糾正產(chǎn)生的誤差。（5）機(jī)床：包括主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、輔助部分（液壓、氣動(dòng)、冷卻、潤滑部分等），刀庫、自動(dòng)換刀裝置，自動(dòng)托盤交換裝置等。數(shù)控機(jī)床的剛度要求更高，傳動(dòng)裝置間隙要小，摩擦系數(shù)要小且要有恰當(dāng)?shù)淖枘帷?1.3.1數(shù)控系統(tǒng)的組成和分類（1）數(shù)控系統(tǒng)：是一種能控制機(jī)器運(yùn)動(dòng)的裝置。加工程序輸入系統(tǒng)后能夠自動(dòng)解釋指令，進(jìn)行運(yùn)算，并由系統(tǒng)的輸出裝置向機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作。（2）數(shù)控系統(tǒng)的類型：根據(jù)伺服系統(tǒng)的控制原理，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)動(dòng)方式，可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類，可分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)、普及型數(shù)控系統(tǒng)、高檔型數(shù)控系統(tǒng)。,1.3數(shù)字控制系統(tǒng),1)開環(huán)控制系統(tǒng)(OpenLoopControlSystem),開環(huán)控制系統(tǒng)多采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元接收到一個(gè)脈沖相應(yīng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，稱為步距角，通過機(jī)床傳動(dòng)部件，使工作臺相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)位移量。開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋裝置，不能消除步進(jìn)電機(jī)失步產(chǎn)生的誤差。因此開環(huán)控制系統(tǒng)一般用于運(yùn)動(dòng)速度較低和加工精度不高的機(jī)床。,2)閉環(huán)控制系統(tǒng)(ClosedLoopControlSystem),閉環(huán)控制系統(tǒng)在機(jī)床運(yùn)動(dòng)方向上增加測量工作臺實(shí)際位移的傳感器，將工作臺實(shí)際位置的信息反饋給CNC的比較器，如有誤差，由CNC發(fā)指令，使工作臺運(yùn)動(dòng)直至誤差消失。采用閉環(huán)控制系統(tǒng)的機(jī)床的位置精度大大提高。,3)半閉環(huán)控制系統(tǒng)(Semi-closedLoopControlSystem),半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)相類似，主要區(qū)別在電機(jī)軸上裝有表示角位移的編碼器，可控制電機(jī)做精確的角位移，不能糾正機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的誤差。采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的機(jī)床的結(jié)構(gòu)較簡單，控制方便，價(jià)格便宜又有較高的精度，在數(shù)控機(jī)床上得到廣泛應(yīng)用。,1、點(diǎn)位控制系統(tǒng)僅控制刀具相對工件的位置，刀具或工件在移動(dòng)過程不進(jìn)行切削，要保證點(diǎn)間相對位置的準(zhǔn)確，移動(dòng)速度要快速。多用于孔加工的數(shù)控機(jī)床。2、連續(xù)控制系統(tǒng)，又稱為輪廓控制系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)復(fù)雜輪廓型狀的加工。同時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度要進(jìn)行控制。（1）插補(bǔ)運(yùn)算原理：使刀具與工件相對運(yùn)動(dòng)的軌跡為線或園弧，系統(tǒng)不能將坐標(biāo)無限細(xì)分，只能按最小設(shè)定單位（脈沖當(dāng)量）移動(dòng)。不同形狀的工件輪廓都可以直線或圓弧來逼近，一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有直線和圓弧的插補(bǔ)功能。有的系統(tǒng)還有拋物線、螺旋線、漸開線等插補(bǔ)功能。（2）連續(xù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：,1.3.3點(diǎn)位控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng),直線插補(bǔ)運(yùn)算,圓弧插補(bǔ)運(yùn)算,連續(xù)控制系統(tǒng)的插補(bǔ)功能由插補(bǔ)器來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)輸入的指令進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，對各坐標(biāo)軸進(jìn)行脈沖分配，伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺完成規(guī)定運(yùn)動(dòng)，加工出工件輪廓。連續(xù)控制系統(tǒng)必須精確控制兩個(gè)以上坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，一般最小設(shè)定單位為1m。所以連續(xù)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的速度要高。1.3.5適應(yīng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)在實(shí)際加工過程，加工量的不一致、材質(zhì)的不均勻、切削力的變化、刀具的磨損等都將影響加工過程。加工過程不是處于最佳狀態(tài)。為提高切削效率和加工精度，控制系統(tǒng)要能根據(jù)實(shí)際加工情況，隨時(shí)改變機(jī)床的切削量，適應(yīng)瞬時(shí)發(fā)生的加工情況。,適應(yīng)控制系統(tǒng)：位置速度反饋輸入指令位置速度指令校正指令過程參數(shù)通過裝在機(jī)床上各部位的傳感器，將檢測到的加工參數(shù)（如切削負(fù)載、刀具磨損量、位移量等變化信息送適應(yīng)控制器，與設(shè)定信息比較發(fā)出指令自動(dòng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，使機(jī)床具備自適應(yīng)加工的能力。切削量適應(yīng)控制用于提高機(jī)床的性能和生產(chǎn)率，尺寸參數(shù)用于提高機(jī)床的加工精度和光潔度。如銑床，可利用傳感器檢測主軸電機(jī)的電流、扭矩或軸相推力作為過程參數(shù)，將信號送適應(yīng)控制器，改變機(jī)床的切削量。,CNC系統(tǒng),適應(yīng)控制器,加工過程,數(shù)控機(jī)床,1.3.6直接數(shù)控系統(tǒng)（DirectNumericalControl，DND）,又稱為群控系統(tǒng)，將幾臺數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)用一臺計(jì)算機(jī)集中管理，加工數(shù)據(jù)也可由該機(jī)計(jì)算后輸入各數(shù)控機(jī)床。其特點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)分配數(shù)據(jù)，便于實(shí)現(xiàn)車間的監(jiān)控和管理。采用局域網(wǎng)技術(shù)，成為開發(fā)式系統(tǒng)，可向上級機(jī)和下級設(shè)備擴(kuò)展?？刹杉瘷C(jī)床的工作狀態(tài)，在線檢測數(shù)據(jù)，對加工質(zhì)量和狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。DNC系統(tǒng)即可獨(dú)立使用，也可作為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的一個(gè)層次。（1）數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的通信功能：（2）數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的存儲功能：（3）數(shù)控?cái)?shù)據(jù)的管理功能：調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃（4）無人運(yùn)轉(zhuǎn)功能：,1.4數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用,1.數(shù)控技術(shù)在金屬切削機(jī)床的應(yīng)用（1）普通機(jī)床數(shù)控車床：用于軸類、盤類回旋體的加工數(shù)控銑床：用于較復(fù)雜的平面、曲面、殼體工件的加工數(shù)控鉆床：用于鉆孔為主的工序加工數(shù)控磨床：數(shù)控外園磨床、數(shù)控平面磨床、數(shù)控坐標(biāo)磨床數(shù)控齒輪機(jī)床：數(shù)控插齒機(jī)、數(shù)控滾齒機(jī)、數(shù)控磨齒機(jī)（2）加工中心復(fù)雜工件，工序較多，希望一次裝夾后完成所有工序，以保證工件的相對位置的準(zhǔn)確性，這類工件適合在加工中心上進(jìn)行加工。加工中心有兩類：,銑削加工中心：在鏜銑床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。又分為臥式加工中心和立式加工中心。CNC系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)35個(gè)坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)。銑削加工中心：在車床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。加工中心一般配置有自動(dòng)換刀的刀庫，一般可使用機(jī)械手上下料。具有各種補(bǔ)償功能以減少加工誤差。具有自動(dòng)編程系統(tǒng)，提高加工效率。2.數(shù)控技術(shù)在電加工機(jī)床中的應(yīng)用電加工機(jī)床是利用電極間的脈沖火花放電的電腐蝕作用來加工工件，火花放電時(shí)，通道中產(chǎn)生一萬多度的高溫，足以使電極表面的金屬局部融化（汽化），達(dá)到加工形狀、尺寸精度、表面粗糙和生產(chǎn)率的要求。火花放電有一個(gè)特性，產(chǎn)生的電腐蝕，僅腐蝕陽極，不腐蝕陰極。電加工機(jī)床主要用來加工模具和難于加工的材料。,（1）數(shù)控電火花成形機(jī)床工件固定在工作臺上，工具電極固定在主軸頭上。在數(shù)控系統(tǒng)伺服控制下，使工具電極與工件保持可持續(xù)火花放電的間隙。脈沖電源發(fā)出頻率較高的單向脈沖以產(chǎn)生電火花，通過電腐蝕作用，對加工過程進(jìn)行適應(yīng)控制，在工件上加工出工具電極的形狀。（2）數(shù)控線切割機(jī)床工件固定在工作臺上，與高頻脈沖電源正極連接，鉬絲與負(fù)極連接。工作臺由數(shù)控系統(tǒng)伺服控制，實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)軌跡。電極和工件間保持適當(dāng)?shù)拈g隙保證脈沖電源產(chǎn)生電火花，溫度可高達(dá)1萬1.2萬度，火花放電產(chǎn)生的電腐蝕，僅腐蝕正極，不腐蝕負(fù)極，在電腐蝕的作用下，加工出各種形狀的工件。數(shù)控系統(tǒng)對工作臺進(jìn)行控制，對電極絲進(jìn)行自動(dòng)校正、自動(dòng)對位、電極絲張力、脈沖電源參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)控制，達(dá)到最佳加工狀態(tài)。,計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng),高頻脈沖電源,伺服控制,伺服,主軸頭,工件,冷卻液,工具電極,數(shù)控電火花成形機(jī)床,計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng),脈沖電源,伺服系統(tǒng),伺服驅(qū)動(dòng),變頻電路,數(shù)控線切割機(jī)床,鉬絲,工件,冷卻液,工作臺,步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī),滾筒,導(dǎo)輪,電火花線切割加工原理,1.4.3數(shù)控技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用,工業(yè)機(jī)器人中是一種能模擬人的手，按規(guī)定的運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)作要求實(shí)現(xiàn)操縱工具或?qū)崿F(xiàn)工件搬運(yùn)的自動(dòng)化裝置，可以在改善勞動(dòng)條件、保證生產(chǎn)安全，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率方面發(fā)揮重要作用。主要用于生產(chǎn)線上裝卸、裝配以及噴漆、噴沙、焊接等惡劣勞動(dòng)環(huán)境下的工作，甚至在人類無法進(jìn)入的環(huán)境工作，如深水作業(yè)、放射性物資、太空作業(yè)等。工業(yè)機(jī)器人中由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、動(dòng)力部分和控制部分組成。高級機(jī)器人還包括檢測傳感系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：由機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置等組成，能模仿人的手臂的動(dòng)作?？梢宰詣?dòng)移動(dòng)。動(dòng)力部分：為執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)部分提供動(dòng)力。,控制部分：由微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)組成，控制機(jī)器人按程序做規(guī)定的動(dòng)作，包括動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度等。并且可對工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，出錯(cuò)或故障及時(shí)報(bào)警。檢測傳感系統(tǒng)：檢測機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置和狀態(tài)并將信息反饋給控制部分，控制部分對反饋信息進(jìn)行比較，發(fā)出糾正信號，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到預(yù)定位置和狀態(tài)。感覺系統(tǒng)：賦予機(jī)器人五官功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對工作的自動(dòng)識別和適應(yīng)操作。工業(yè)機(jī)器人所用控制方法、執(zhí)行元件和檢測元件等與數(shù)控機(jī)床類似，但機(jī)械機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式和用途不同形式上有所區(qū)別，機(jī)器人具有更高級的人工智能系統(tǒng)。,CNC三坐標(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)是用來檢測箱體、工件、模具以及其他形狀復(fù)雜的物體。在汽車、機(jī)床、飛機(jī)等行業(yè)用的較多如與數(shù)控機(jī)床配套，測量機(jī)床上加工工件的位置、尺寸和形狀精度。測量時(shí)當(dāng)測量頭碰到工件上各個(gè)測量點(diǎn)時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出采樣信號，此時(shí)的坐標(biāo)值由傳感器送給微機(jī)，經(jīng)處理后，得到誤差值，打印輸出。計(jì)算機(jī)的處理大致為選定基準(zhǔn)，運(yùn)動(dòng)控制、根據(jù)規(guī)定程序?qū)Ω鱾€(gè)檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理并打印輸出。三坐標(biāo)測量機(jī)配置許多相應(yīng)的軟件針對不同的測量對象，如曲線測量程序、凸輪測量程序、表面測量程序等。,接口,操作面板,微機(jī),打印機(jī),繪圖儀,信號發(fā)生器,反饋單元,電機(jī)驅(qū)動(dòng),測頭,位置傳感器,伺服電機(jī),測量機(jī)主體,坐標(biāo)測量機(jī)控制系統(tǒng),1.5數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與機(jī)械加工自動(dòng)化我國與世界發(fā)達(dá)國家一樣，都把發(fā)展數(shù)控技術(shù)作為制造業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)，將數(shù)控技術(shù)發(fā)展列入科技發(fā)展的重要內(nèi)容。把握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢具有重要意義。現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。1、高速化與高精度化受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。首先要求計(jì)算機(jī)高速數(shù)據(jù)處理，伺服、檢測系統(tǒng)能高速作出反映。高速切削可通過高速運(yùn)算技術(shù)、快速插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。采用64位或更高，主頻達(dá)數(shù)GHz的CPU，提高CNC速度。將滾珠絲桿由直線電機(jī)技術(shù)替代，在保持35m的加工精度下，達(dá)到3750070000mm/min的加工速度。,高主軸轉(zhuǎn)速可減少切削力，減小切削深度，有利于克服機(jī)床振動(dòng)，傳入零件中的熱量大大減低，排屑加快，熱變形減小，加工精度和表面質(zhì)量得到顯著改善。高精度化一直是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的目標(biāo)。它包括機(jī)床制造的幾何精度和機(jī)床使用的加工精度控制兩方面。提高機(jī)床的加工精度，一般是通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，采用補(bǔ)償技術(shù)來達(dá)到。提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，以微小程序?qū)崿F(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，控制單元精細(xì)化。交流伺服電機(jī)已有每轉(zhuǎn)可產(chǎn)生100萬個(gè)脈沖的編碼器，其檢測精度達(dá)0.01m。采用補(bǔ)償技術(shù)和輔助措施來達(dá)到加工精度，如齒隙補(bǔ)償、絲桿螺距補(bǔ)償、刀具補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)。提高數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性，目前熱變形誤差補(bǔ)償和空間誤差的綜合補(bǔ)償技術(shù)已成為研究的熱門。目前精整加工精度已提高到0.1m，并進(jìn)入了亞微米級，不久超精度加工將進(jìn)入納米時(shí)代。(加工精度達(dá)0.01m),2、復(fù)合化在一臺數(shù)控設(shè)備上完成多工序切削加工（如車、銑、鏜、鉆等）的加工中心，替代多臺機(jī)床加工，減少工件的裝卸、搬運(yùn)時(shí)間，減少半成品庫存量，又能提高形位精度。3、智能化隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，為適應(yīng)制造業(yè)高度柔性化、自動(dòng)化的需求，數(shù)控設(shè)備智能化的程度不斷提高。具體是指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實(shí)現(xiàn)加工過程的自適應(yīng)、自診斷和自調(diào)整，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。如通過監(jiān)控切削過程的刀具磨損、切削形態(tài)、切削力等實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提高加工精度，降低表面粗糙度。,采用專家系統(tǒng)，加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控，可提供經(jīng)過優(yōu)化的切削參數(shù)，使系統(tǒng)始終處于最優(yōu)、最經(jīng)濟(jì)的加工狀態(tài)，以降低對操作者的技術(shù)要求等。多媒體人機(jī)接口使用戶操作更簡單，智能編程，可使用自然語言編程，使編程更加直觀方便。故障自診斷，為數(shù)控設(shè)備提供二次監(jiān)控、故障診斷、安全保障和經(jīng)濟(jì)策略方面的決策系統(tǒng)。智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能自動(dòng)識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并自動(dòng)對控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。以模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、知識庫為基礎(chǔ)的決策系統(tǒng)為新一代數(shù)控設(shè)備智能化提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，智能化正成為數(shù)控設(shè)備研究和發(fā)展的方向。,4、高柔性化柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對象變化的能力。目前，在進(jìn)一步提高單機(jī)柔性自動(dòng)化加工的同時(shí)，正努力向單元柔性和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)將具有最大限度的柔性，能實(shí)現(xiàn)多種用途。具體是指具有開放性體系結(jié)構(gòu)，通過重構(gòu)和編輯，視需要系統(tǒng)的組成可大可??；功能可專用也可通用，功能價(jià)格比可調(diào)；可以集成用戶的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，形成專家系統(tǒng)。如在數(shù)控機(jī)床上增加不同容量的刀具庫和自動(dòng)換刀機(jī)械手，增加第二主軸和交換工作臺裝置，配以工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)運(yùn)輸小車，以組成新的加工中心。,5、小型化蓬勃發(fā)展的機(jī)電一體化技術(shù)對CNC系統(tǒng)提出小型化的要求，采用超大規(guī)模集成電路，新型TFT彩色液晶薄型顯示器。CNC系統(tǒng)與加工過程作為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)機(jī)電光聲綜合控制，測量造型、加工一體化，加工、實(shí)時(shí)檢測與修正一體化，機(jī)床主機(jī)設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。6、開放式體系結(jié)構(gòu)新一代數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)向開放式系統(tǒng)方向發(fā)展，國際上主要數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠商都瞄準(zhǔn)PC機(jī)所具有的開放性、可靠性、低成本、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，自80年代末以來競相開發(fā)基于PC機(jī)的CNC系統(tǒng)，并提出開放式CNC體系結(jié)構(gòu)的概念。開放式CNC大致可分為四類，PC連接型、PC內(nèi)裝型、CNC內(nèi)裝型、純軟件型。,目前工業(yè)級的PC機(jī)已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并逐漸成為主流，其技術(shù)上的成熟使其可靠性大大超過以往的CNC硬件。還為用戶提供強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)能力。除了RS232接口、USB接口、DNC接口（直接數(shù)控）、MAP、Ethernet以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機(jī)需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))對基層設(shè)備的要求。配置網(wǎng)絡(luò)接口，通過Internet可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制加工，進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測和診斷，使維修變得簡單。建立分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)，可便于形成“全球制造”。,1.5.2先進(jìn)制造技術(shù)簡介1、計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)（directnumericalcontrol，DNC）使用一臺通用計(jì)算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工或裝配的系統(tǒng)，也稱為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)?，F(xiàn)代DNC系統(tǒng)中，各臺數(shù)控機(jī)床的CNC與中央計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分級控制管理。中央計(jì)算機(jī)不取代各CNC的常規(guī)工作。具有計(jì)算機(jī)集中處理和分級控制的能力。具有現(xiàn)場自動(dòng)編程和對程序進(jìn)行編輯修改的能力。現(xiàn)代DNC具有生產(chǎn)管理、作業(yè)調(diào)度、工況顯示、監(jiān)控、刀具管理等能力，為柔性制造系統(tǒng)（FMS）的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。2、柔性制造系統(tǒng)（flexiblemanufacturingsystem，F(xiàn)MS）,一般由加工中心與自動(dòng)更換工件托盤或工業(yè)機(jī)器人硬件自動(dòng)檢測與監(jiān)控裝置組成，在多臺加工中心機(jī)床或柔性制造單元的基礎(chǔ)上，增加刀具和工件在加工設(shè)備與倉儲之間的流通傳輸和存儲，以及必要的作業(yè)調(diào)度、工況監(jiān)視和自動(dòng)檢測系統(tǒng)，并由高一級計(jì)算機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。這就構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)（FMS）。（1）柔性制造單元（FMC）由加工中心MC和自動(dòng)交換工件臺AWC的裝置組成，同時(shí)具有自動(dòng)檢測系統(tǒng)和自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。主要有：托盤搬運(yùn)式：一般以鏜銑加工中心為主構(gòu)成，采用工件交換工作臺、工件托盤及托盤交換裝置構(gòu)成自動(dòng)交換工件的裝置。環(huán)型交換工作臺，用于工件的輸送與中間,存儲，每個(gè)托盤座上有地址識別碼，當(dāng)一個(gè)工件加工完畢，將加工完畢的工件移至裝卸工位，由機(jī)械手進(jìn)行卸除并裝上待加工工件，同時(shí)將待加工工件移至加工工位，定位加工。機(jī)器人搬運(yùn)式：以車削和磨削加工中心為主構(gòu)成，使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行工件交換。FMC屬于無人化柔性加工，一般都具有較完善的自動(dòng)檢測和自動(dòng)監(jiān)控功能，如刀具長度檢測、尺寸自動(dòng)補(bǔ)償、切削狀態(tài)監(jiān)視、適應(yīng)控制、切屑處理、自動(dòng)清洗等功能。切削狀態(tài)監(jiān)視主要包括刀具折斷、磨損，工件安裝錯(cuò)誤或定位不準(zhǔn)，超負(fù)荷，熱變形等。FMC近年來正以驚人的速度發(fā)展。,（2）柔性制造系統(tǒng)（flexiblemanufacturingsystem,FMS）一般應(yīng)具備以下特征：具有多臺數(shù)控設(shè)備。具有交換工作臺或工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)上下料。由物料運(yùn)輸系統(tǒng)將所有設(shè)備連接，可進(jìn)行無固定加工工序的隨機(jī)自動(dòng)加工，計(jì)算機(jī)進(jìn)行物料的自動(dòng)控制。由計(jì)算機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行高度自動(dòng)化的多級控制與管理。配有管理信息系統(tǒng)MIS，提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告和生產(chǎn)控制計(jì)劃等。具有動(dòng)態(tài)平衡功能，能進(jìn)行最佳調(diào)度。FMS一般由加工、物流、信息三個(gè)子系統(tǒng)組成。,過程控制,搬運(yùn),輸送,存儲,自動(dòng)化的在線狀態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)和處理,加工系統(tǒng),物流系統(tǒng),信息系統(tǒng),柔性制造系統(tǒng),過程監(jiān)視,加工系統(tǒng)與物流系統(tǒng)的自動(dòng)控制,加工系統(tǒng)與輸送系統(tǒng)之間自動(dòng)連接,任意順序加工工件自動(dòng)更換工件工具,自動(dòng)自由節(jié)拍可變連接各生產(chǎn)裝置,自動(dòng)任意順序存放,FMS系統(tǒng)構(gòu)成,現(xiàn)有FMS由FMC組成的還較少，多數(shù)由CNC機(jī)床以直接數(shù)控DNC的方式組成。FMS的機(jī)床大都在10臺以下，一個(gè)系統(tǒng)的機(jī)床配置根據(jù)工序要求和負(fù)荷均衡原則進(jìn)行，“互補(bǔ)”指系統(tǒng)配置完成不同工序的機(jī)床如車、銑、磨等，在工序上互補(bǔ)，不能代替?！盎ヌ妗敝赶到y(tǒng)中完全相同的機(jī)床不只一臺，可同時(shí)加工同一工序，如故障，另一臺可替代，不影響全線加工。加工刀具必須標(biāo)準(zhǔn)化、系列化以及具有較長壽命的刀具以減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)。系統(tǒng)中還應(yīng)具備在線檢測和監(jiān)控功能以及排屑、清洗、裝卸等輔助功能。FMS的存儲系統(tǒng)多采用立體倉庫并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。各制造設(shè)備之間的輸送有直線往返式、封閉環(huán)式。輸送設(shè)備有輸送帶、有軌小車、無軌小車以及行走機(jī)器人等形式。,小車行車路線常采用電磁引導(dǎo)或光電引導(dǎo)方式。電磁引導(dǎo)原理：在地下埋設(shè)電纜，通以低頻電流后形成磁力線波，小車上的感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)小車未偏離電纜時(shí)，兩線圈電壓相等，轉(zhuǎn)向電機(jī)不工作。當(dāng)偏離電纜時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)產(chǎn)生正、反向旋轉(zhuǎn)，校正位置偏離使小車沿電纜路線運(yùn)動(dòng)。光電引導(dǎo)原理：在地面鋪設(shè)不銹鋼帶、畫白漆等反光帶，利用反光使小車上的光敏管產(chǎn)生信號，從而引導(dǎo)小車沿反光帶運(yùn)動(dòng)。該方法改道方便。,（3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（computerintegratedmanufacturingsystem,CIMS）CIMS的概念由美國Harrigton博士1973年提出，1993年美國機(jī)械制造工程師學(xué)會、計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化專業(yè)學(xué)會發(fā)表CIMS的結(jié)構(gòu)模型。CIMS采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)將制造工廠全部生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行有機(jī)集成，以實(shí)現(xiàn)更高效益、更高柔性的現(xiàn)代化智能生產(chǎn)系統(tǒng)。CIMS應(yīng)包括經(jīng)營管理、工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、質(zhì)量保證和物資保障5個(gè)功能系統(tǒng)，以及連接功能系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，構(gòu)成企業(yè)的信息集成系統(tǒng)。一般應(yīng)具備以下要素：,1）信息管理系統(tǒng)：(manage