什么是數(shù)控機床

1、第章 緒論第一節(jié) 概述 一、什么是數(shù)控機床 數(shù)字控制機床(numerical control machine tools)簡稱數(shù)控機床，這是一種將數(shù)字計算技術(shù)應(yīng)用于機床的控制技術(shù)。它把機械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。二、數(shù)控機床的加工原理數(shù)控機床加工工件的過程如圖1-1所示。圖1-1 數(shù)控機床的加工

2、過程 1）在數(shù)控機床上加工工件時，首先要根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的格式編寫程序單，并且記錄在程序載體上；2）把程序載體上的程序通過輸入裝置輸入到數(shù)控裝置中去；3）數(shù)控裝置將輸入的程序經(jīng)過運算處理后，向機床各個坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出信號； 4）伺服系統(tǒng)根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出的信號，通過伺服執(zhí)行機構(gòu)(如步進(jìn)電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機)，經(jīng)傳動裝置(如滾珠絲杠螺母副等)，驅(qū)動機床各運動部件，使機床按規(guī)定的動作順序、速度和位移量進(jìn)行工作，從而制造出符合圖樣要求的零件。由上述數(shù)控機床的工作過程可知，數(shù)控機床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、機床主體和其他輔助裝置。下面分別

3、對各組成部分的基本工作原理進(jìn)行概要說明。1加工程序載體數(shù)控機床工作時，不需要工人直接去操作機床，要對數(shù)控機床進(jìn)行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數(shù)（進(jìn)給量 主軸轉(zhuǎn)速等）和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤等，通過數(shù)控機床的輸入裝置，將程序信息輸入到cnc單元。 2數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心?，F(xiàn)代數(shù)控裝置均采用cnc(computer numerical control)形式，這種cnc裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟件形式實現(xiàn)數(shù)控功能，因此又稱軟件數(shù)控(software

4、 nc)。cnc系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)，它是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)插補出理想的運動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件加工出所需要的零件。因此，數(shù)控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構(gòu)成。而所有這些工作都由計算機的系統(tǒng)程序進(jìn)行合理地組織，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。 （1）輸入裝置 將數(shù)控指令輸入給數(shù)控裝置，根據(jù)程序載體的不同，相應(yīng)有不同的輸入裝置。目前主要有鍵盤輸入、磁盤輸入、cad/cam系統(tǒng)直接通信方式輸入和連接上級計算機的dnc(直接數(shù)控)輸入，現(xiàn)仍有不少系統(tǒng)還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。 1）紙帶輸入方式?？捎眉垘Ч怆婇喿x機讀入零件程序，直接控制機床運動，也可以將紙帶內(nèi)容讀入存儲器，用存儲器中儲存的

5、零件程序控制機床運動。 2）mdi手動數(shù)據(jù)輸入方式。操作者可利用操作面板上的鍵盤輸入加工程序的指令，它適用于比較短的程序。 在控制裝置編輯狀態(tài)(edit)下，用軟件輸入加工程序，并存入控制裝置的存儲器中，這種輸入方法可重復(fù)使用程序。一般手工編程均采用這種方法。 在具有會話編程功能的數(shù)控裝置上，可按照顯示器上提示的問題，選擇不同的菜單，用人機對話的方法，輸入有關(guān)的尺寸數(shù)字，就可自動生成加工程序。3）采用dnc直接數(shù)控輸入方式。把零件程序保存在上級計算機中，cnc系統(tǒng)一邊加工一邊接收來自計算機的后續(xù)程序段。dnc方式多用于采用cad/cam軟件設(shè)計的復(fù)雜工件并直接生成零件程序的情況。（2）信息處理

6、 輸入裝置將加工信息傳給cnc單元，編譯成計算機能識別的信息，由信息處理部分按照控制程序的規(guī)定，逐步存儲并進(jìn)行處理后，通過輸出單元發(fā)出位置和速度指令給伺服系統(tǒng)和主運動控制部分。cnc系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)包括：零件的輪廓信息(起點、終點、直線、圓弧等)、加工速度及其他輔助加工信息(如換刀、變速、冷卻液開關(guān)等) ，數(shù)據(jù)處理的目的是完成插補運算前的準(zhǔn)備工作。數(shù)據(jù)處理程序還包括刀具半徑補償、速度計算及輔助功能的處理等。 （3）輸出裝置 輸出裝置與伺服機構(gòu)相聯(lián)。輸出裝置根據(jù)控制器的命令接受運算器的輸出脈沖，并把它送到各坐標(biāo)的伺服控制系統(tǒng)，經(jīng)過功率放大，驅(qū)動伺服系統(tǒng)，從而控制機床按規(guī)定要求運動。 3伺服系統(tǒng)和測

7、量反饋系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、整形處理后，轉(zhuǎn)換成機床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運動。由于伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的最后環(huán)節(jié)，其性能將直接影響數(shù)控機床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)，因此，對數(shù)控機床的伺服驅(qū)動裝置，要求具有良好的快速反應(yīng)性能，準(zhǔn)確而靈敏地跟蹤數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)字指令信號，并能忠實地執(zhí)行來自數(shù)控裝置的指令，提高系統(tǒng)的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。 伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。驅(qū)動裝置由主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給驅(qū)動單元和主軸伺服電動機、進(jìn)給伺服電動機組成。步進(jìn)電動機、直流伺服電

8、動機和交流伺服電動機是常用的驅(qū)動裝置。 測量元件將數(shù)控機床各坐標(biāo)軸的實際位移值檢測出來并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進(jìn)行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達(dá)到設(shè)定值所需的位移量指令。 4機床主體 機床主機是數(shù)控機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺、主軸箱、進(jìn)給機構(gòu)、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數(shù)控機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統(tǒng)的機床相比，數(shù)控機床主體具有如下結(jié)構(gòu)特點： （1）采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結(jié)構(gòu)。通常用提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度、增加阻尼、調(diào)整結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗震性，

9、使機床主體能適應(yīng)數(shù)控機床連續(xù)自動地進(jìn)行切削加工的需要。采取改善機床結(jié)構(gòu)布局、減少發(fā)熱、控制溫升及采用熱位移補償?shù)却胧?，可減少熱變形對機床主機的影響。 （2）廣泛采用高性能的主軸伺服驅(qū)動和進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置，使數(shù)控機床的傳動鏈縮短，簡化了機床機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 （3）采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件，如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動導(dǎo)軌、直線滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等。 5數(shù)控機床的輔助裝置 輔助裝置是保證充分發(fā)揮數(shù)控機床功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控分度頭，防護(hù)，照明等各種輔助裝置。 三、數(shù)控機床的適用范圍 數(shù)控機床是

10、一種可編程的通用加工設(shè)備，但是因設(shè)備投資費用較高，還不能用數(shù)控機床完全替代其他類型的設(shè)備，因此，數(shù)控機床的選用有其一定的適用范圍。圖1-2可粗略地表示數(shù)控機床的適用范圍。從圖1-2a可看出，通用機床多適用于零件結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜、生產(chǎn)批量較小的場合；專用機床適用于生產(chǎn)批量很大的零件；數(shù)控機床對于形狀復(fù)雜的零件盡管批量小也同樣適用。隨著數(shù)控機床的普及，數(shù)控機床的適用范圍也愈來愈廣，對一些形狀不太復(fù)雜而重復(fù)工作量很大的零件，如印制電路板的鉆孔加工等，由于數(shù)控機床生產(chǎn)率高，也已大量使用。因而，數(shù)控機床的適用范圍已擴展到圖1-2a中陰影所示的范圍。圖1-2b表示當(dāng)采用通用機床、專用機床及數(shù)控機床加工時，零件

11、生產(chǎn)批量與零件總加工費用之間的關(guān)系。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當(dāng)生產(chǎn)批量在100件以下，用數(shù)控機床加工具有一定復(fù)雜程度零件時，加工費用最低，能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。圖1-2 數(shù)控機床的適用范圍 由此可見，數(shù)控機床最適宜加工以下類型的零件： （1）生產(chǎn)批量小的零件(100件以下)； （2）需要進(jìn)行多次改型設(shè)計的零件； （3）加工精度要求高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件，如箱體類，曲線、曲面類零件； （4）需要精確復(fù)制和尺寸一致性要求高的零件； （5）價值昂貴的零件，這種零件雖然生產(chǎn)量不大，但是如果加工中因出現(xiàn)差錯而報廢，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。第二節(jié) 數(shù)控機床的特點和分類一、數(shù)控機床的特點與通用機床和專用機床相比，數(shù)控

12、機床具有以下主要特點：（1）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控系統(tǒng)每輸出一個脈沖，機床移動部件的位移量稱為脈沖當(dāng)量，數(shù)控機床的脈沖當(dāng)量一般為0.001mm，高精度的數(shù)控機床可達(dá)0.0001mm，其運動分辨率遠(yuǎn)高于普通機床。另外，數(shù)控機床具有位置檢測裝置，可將移動部件實際位移量或絲杠、伺服電動機的轉(zhuǎn)角反饋到數(shù)控系統(tǒng)，并進(jìn)行補償。因此，可獲得比機床本身精度還高的加工精度。數(shù)控機床加工零件的質(zhì)量由機床保證，無人為操作誤差的影響，所以同一批零件的尺寸一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。（2）能完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件加工。例如，采用二軸聯(lián)動或二軸以上聯(lián)動的數(shù)控機床，可加工母線為曲線的旋轉(zhuǎn)體曲面零件、凸輪零

13、件和各種復(fù)雜空間曲面類零件。 （3）生產(chǎn)效率高。數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量范圍比普通機床的范圍大，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控機床采用大的切削用量，從而有效地節(jié)省了機動時間。對某些復(fù)雜零件的加工，如果采用帶有自動換刀裝置的數(shù)控加工中心，可實現(xiàn)在一次裝夾下進(jìn)行多工序的連續(xù)加工，減少了半成品的周轉(zhuǎn)時間，生產(chǎn)率的提高更為明顯。 （4）對產(chǎn)品改型設(shè)計的適應(yīng)性強。當(dāng)被加工零件改型設(shè)計后，在數(shù)控機床上只需變換零件的加工程序，調(diào)整刀具參數(shù)等，就能實現(xiàn)對改型設(shè)計后零件的加工，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期大大縮短。因此，數(shù)控機床可以很快地從加工一種零件轉(zhuǎn)換為加工另一種改型設(shè)計后的零件，這就為單件、小批量新試制產(chǎn)品的加工，為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的

14、頻繁更新提供了極大的方便。（5）有利于制造技術(shù)向綜合自動化方向發(fā)展。數(shù)控機床是機械加工自動化的基本設(shè)備，以數(shù)控機床為基礎(chǔ)建立起來的fmc、fms、cims等綜合自動化系統(tǒng)使機械制造的集成化、智能化和自動化得以實現(xiàn)。這是由于數(shù)控機床控制系統(tǒng)采用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)化代碼輸入、并具有通信接口，容易實現(xiàn)數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，最適宜計算機之間的聯(lián)接，組成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)過程的計算、管理和控制。 （6）監(jiān)控功能強，具有故障診斷的能力。cnc系統(tǒng)不僅控制機床的運動，而且可對機床進(jìn)行全面監(jiān)控。例如，可對一些引起故障的因素提前報警，進(jìn)行故障診斷等，極大地提高了檢修的效率。（7）減輕工人勞動強度、改善勞

15、動條件。 二、數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床的種類繁多，根據(jù)數(shù)控機床的功能和組成的不同，可以從多種角度對數(shù)控機床進(jìn)行分類。 1. 按運動軌跡分類（1）點位控制系統(tǒng) 它的特點是刀具相對工件的移動過程中，不進(jìn)行切削加工，對定位過程中的運動軌跡沒有嚴(yán)格要求，只要求從一坐標(biāo)點到另一坐標(biāo)點的精確定位。如數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機和數(shù)控測量機等都采用此類系統(tǒng)。如圖l3a所示。 （2）直線控制系統(tǒng) 這類控制系統(tǒng)的特點是除了控制起點與終點之間的準(zhǔn)確位置外，而且要求刀具由一點到另一點之間的運動軌跡為一條直線，并能控制位移的速度，因為這類數(shù)控機床的刀具在移動過程中要進(jìn)行切削加工。直線控制系統(tǒng)的刀具切削

16、路徑只沿著平行于某一坐標(biāo)軸方向運動，或者沿著與坐標(biāo)軸成一定角度的斜線方向進(jìn)行直線切削加工。如圖l3b所示。采用這類控制系統(tǒng)的機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。 同時具有點位控制功能和直線控制功能的點位直線控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用在數(shù)控鏜銑床、加工中心機床上。 （3）輪廓控制系統(tǒng) 也稱連續(xù)控制系統(tǒng)。其特點是能夠同時對兩個或兩個以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)控制。加工時不僅要控制起點和終點位置，而且要控制兩點之間每一點的位置和速度，使機床加工出符合圖紙要求的復(fù)雜形狀（任意形狀的曲線或曲面）的零件。它要求數(shù)控機床的輔助功能比較齊全。cnc裝置一般都具有直線插補和圓弧插補功能。如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控加工中心、

17、數(shù)控電加工機床、數(shù)控繪圖機等都采用此類控制系統(tǒng)。這類數(shù)控機床絕大多數(shù)具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上的聯(lián)動功能，不僅有刀具半徑補償、刀具長度補償功能，而且還具有機床軸向運動誤差補償，絲杠、齒輪的間隙補償?shù)纫幌盗泄δ埽鐖D1-3c所示。圖1-3 數(shù)控系統(tǒng)控制方式2. 按伺服系統(tǒng)控制方式分類（1）開環(huán)伺服系統(tǒng) 這種控制方式不帶位置測量元件。數(shù)控裝置根據(jù)信息載體上的指令信號，經(jīng)控制運算發(fā)出指令脈沖，使伺服驅(qū)動元件轉(zhuǎn)過一定的角度，并通過傳動齒輪、滾珠絲杠螺母副，使執(zhí)行機構(gòu)(如工作臺)移動或轉(zhuǎn)動。圖1-4為開環(huán)控制系統(tǒng)的框圖。這種控制方式?jīng)]有來自位置測量元件的反饋信號，對執(zhí)行機構(gòu)的動作情況不進(jìn)行檢查，指令流向為單

18、向，因此被稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。圖l-4 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖步進(jìn)電動機伺服系統(tǒng)是最典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)簡單，調(diào)試維修方便，工作穩(wěn)定，成本較低。由于開環(huán)系統(tǒng)的精度主要取決于伺服元件和機床傳動元件的精度、剛度和動態(tài)特性，因此控制精度較低。目前在國內(nèi)多用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床，以及對舊機床的改造。（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng) 這是一種自動控制系統(tǒng)，其中包含功率放大和反饋，使輸出變量的值響應(yīng)輸入變量的值。數(shù)控裝置發(fā)出指令脈沖后，當(dāng)指令值送到位置比較電路時，此時若工作臺沒有移動，即沒有位置反饋信號時，指令值使伺服驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，經(jīng)過齒輪、滾珠絲杠螺母副等傳動元件帶動機床工作臺移動。裝在機床工作臺上的位

19、置測量元件，測出工作臺的實際位移量最后，反饋到數(shù)控裝置的比較器中與指令信號進(jìn)行比較，并用比較后的差值進(jìn)行控制。若兩者存在差值，經(jīng)放大器放大后，再控制伺服驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至差值為零時，工作臺才停止移動。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。圖1-5為閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是精度高、速度快。主要用在精度要求較高的數(shù)控鏜銑床、數(shù)控超精車床、數(shù)控超精鏜床等機床上。圖l-5 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 （3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)不是直接測量工作臺的位移量，而是通過旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼盤或分解器等角位移測量元件，測量伺服機構(gòu)中電動機或絲杠的轉(zhuǎn)角，來間接測量工作臺的位移。這種系統(tǒng)中滾珠絲杠螺母副和工作臺均

20、在反饋環(huán)路之外，其傳動誤差等仍會影響工作臺的位置精度，故稱為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖1-6為半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。圖l-6 半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖半閉環(huán)伺服系統(tǒng)介于開環(huán)和閉環(huán)之間，由于角位移測量元件比直線位移測量元件結(jié)構(gòu)簡單，因此裝有精密滾珠絲杠螺母副和精密齒輪的半閉環(huán)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。目前已經(jīng)把角位移測量元件與伺服電動機設(shè)計成一個部件，使用起來十分方便。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的加工精度雖然沒有閉環(huán)系統(tǒng)高，但是由于采用了高分辨率的測量元件，這種控制方式仍可獲得比較滿意的精度和速度。系統(tǒng)調(diào)試比閉環(huán)系統(tǒng)方便，穩(wěn)定性好，成本也比閉環(huán)系統(tǒng)低，目前，大多數(shù)數(shù)控機床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。3. 按功能水平分類數(shù)控機床按數(shù)控系統(tǒng)的功

21、能水平可分為低、中、高三檔。這種分類方式，在我國用的很多。低、中、高檔的界限是相對的，不同時期的劃分標(biāo)準(zhǔn)有所不同，就目前的發(fā)展水平來看，大體可以從以下幾個方面區(qū)分：項 目低檔中檔高檔分辨率和進(jìn)給速度10m 、815m/min1m 、1524m/min0.1m 、15100m/min伺服進(jìn)給類型開環(huán)、步進(jìn)電動機系統(tǒng)半閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng)聯(lián)動軸數(shù)2軸35軸35軸主軸功能不能自動變速自動無級變速自動無級變速、c軸功能通信能力無rs-232c或dnc接口map通信接口、連網(wǎng)功能顯示功能數(shù)碼管顯示、crt字符crt顯示字符、圖形三維圖形顯示、圖形編程內(nèi)裝plc無有有主cpu8bi

22、tcpu16或32bitcpu64bitcpu4. 按工藝用途分類數(shù)控機床按不同工藝用途分類有數(shù)控的車床、銑床、磨床與齒輪加工機床等。在數(shù)控金屬成型機床中，有數(shù)控的沖壓機、彎管機、裁剪機等。在特種加工機床中有數(shù)控的電火花切割機、火焰切割機、點焊機、激光加工機等。近年來在非加工設(shè)備中也大量采用數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控測量機、自動繪圖機、裝配機、工業(yè)機器人等。 加工中心是一種帶有自動換刀裝置的數(shù)控機床，它的出現(xiàn)突破了一臺機床只能進(jìn)行一種工藝加工的傳統(tǒng)模式。它是以工件為中心，能實現(xiàn)工件在一次裝夾后自動地完成多種工序的加工。常見的有以加工箱體類零件為主的鏜銑類加工中心和幾乎能夠完成各種回轉(zhuǎn)體類零件所有工序加工

23、的車削中心。近年來一些復(fù)合加工的數(shù)控機床也開始出現(xiàn)，其基本特點是集中多工序、多刀刃、復(fù)合工藝加工在一臺設(shè)備中完成。第三節(jié) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著市場需求個性化與多樣化，未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)這些先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，而數(shù)控技術(shù)水平高低和數(shù)控設(shè)備擁有量是體現(xiàn)國家綜合國力水平、衡量國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。一、現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢 21世紀(jì)是知識經(jīng)濟(jì)新時代，制造業(yè)作為我國新世紀(jì)的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)將面臨著劇烈的挑戰(zhàn)和經(jīng)歷一場深刻的技術(shù)變革。在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)

24、展起來的先進(jìn)制造技術(shù)代表了制造技術(shù)發(fā)展的前沿，對制造業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生巨大影響。當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展大致有以下特點：1信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合 隨著信息技術(shù)向制造技術(shù)的注入和融合，促進(jìn)著制造技術(shù)的不斷發(fā)展。它使制造技術(shù)的技術(shù)含量提高，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。促進(jìn)了加工制造的精密化、快速化，自動化技術(shù)的柔性化、智能化，整個制造過程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化。相繼出現(xiàn)的各種先進(jìn)制造模式，如cims、并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造、虛擬企業(yè)與虛擬制造等，均以信息技術(shù)的發(fā)展為支撐。2計算機輔助設(shè)計、輔助制造、輔助工程分析(cad/cam/cae)制造信息的數(shù)字化，將實現(xiàn)cad/capp/cam/ca

25、e的一體化，使產(chǎn)品向無圖紙制造方向發(fā)展。在發(fā)達(dá)國家的大型企業(yè)中，已廣泛使用cad/cam，實現(xiàn)100%數(shù)字化設(shè)計。將數(shù)字化技術(shù)注入產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，提高了企業(yè)產(chǎn)品自主開發(fā)能力和產(chǎn)品檔次，同時也提高了企業(yè)對市場的應(yīng)變能力和快速響應(yīng)能力。通過局域網(wǎng)實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部并行工程，通過internet建立跨地區(qū)的虛擬企業(yè)，實現(xiàn)資源共享，優(yōu)化配置，也使制造業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)輔助制造方向發(fā)展。3加工制造技術(shù)向著超精密、超高速以及發(fā)展新一代制造裝備的方向發(fā)展（1）超精密加工技術(shù)超精密加工技術(shù)是為了獲得被加工件的形狀、尺寸精度和表面粗糙度均優(yōu)于亞微米級的一門高新技術(shù)。超精加工技術(shù)的加工精度由紅外波段向可見光和不可見光的紫外波段趨

26、進(jìn)，目前加工精度達(dá)到0.025m，表面粗糙度達(dá)0.045m，已進(jìn)入納米級加工時代。美國為了適應(yīng)航空、航天等尖端技術(shù)的發(fā)展，已研制出多種數(shù)控超精密加工車床，最大的加工直徑可達(dá)1.63m，定位精度為28納米（10-9m）。（2）超高速切削目前鋁合金超高速切削的切削速度已超過1600m/min，鑄鐵為1500m/min，超耐熱鎳合金為300m/min，鈦合金200m/min。超高速切削的發(fā)展已轉(zhuǎn)移到一些難加工材料的切削加工?，F(xiàn)代數(shù)控機床主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到1000020000rmin，采用高速內(nèi)裝式主軸電動機后，使主軸直接與電動機連接成一體，可將主軸轉(zhuǎn)速提高到4000050000rmin。（3）新一

27、代制造裝備的發(fā)展市場競爭和新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料的發(fā)展推動著新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)，如“并聯(lián)桁架式結(jié)構(gòu)數(shù)控機床”（或俗稱“六腿”機床），突破了傳統(tǒng)機床的結(jié)構(gòu)方案，采用可以伸縮的六個“腿”連接定平臺和動平臺，每個“腿”均由各自的伺服電動機和精密滾珠絲杠驅(qū)動，控制這六條“腿”的伸縮就可以控制裝有主軸頭的動平臺的空間位置和姿勢，滿足刀具運動軌跡的要求。4工藝研究由“經(jīng)驗”走向“定量分析” 先進(jìn)制造技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢是通過計算機技術(shù)和模擬技術(shù)的應(yīng)用，使工藝研究由“經(jīng)驗判斷”走向“定量分析”，加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。5虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來越多的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（virtual re

28、ality technology）主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個部分。虛擬制造技術(shù)將從根本上改變了設(shè)計、試制、修改設(shè)計、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型（soft prototype）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品（hard prototype）進(jìn)行試驗，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本。虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間約束、靠計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟(jì)實體。虛擬企業(yè)的特點是企業(yè)的功能上的不完整、地域上的分散性和組織結(jié)構(gòu)上的

29、非永久性，即功能的虛擬化、組織的虛擬化、地域的虛擬化。二、數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展隨著先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，要求現(xiàn)代數(shù)控機床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向發(fā)展。1高速度、高精度化高速化指數(shù)控機床的高速切削和高速插補進(jìn)給，目標(biāo)是在保證加工精度的前提下，提高加工速度。這不僅要求數(shù)控系統(tǒng)的處理速度快，同時還要求數(shù)控機床具有大功率和大轉(zhuǎn)矩的高速主軸、高速進(jìn)給電動機、高性能的刀具、穩(wěn)定的高頻動態(tài)剛度。高精度包括高進(jìn)給分辨率、高定位精度和重復(fù)定位精度、高動態(tài)剛度、高性能閉環(huán)交流數(shù)字伺服系統(tǒng)等。數(shù)控機床由于裝備有新型的數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，使機床的分辨率和進(jìn)給速度達(dá)到0.1m(24mmin

30、)，lm(100240mmin)，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)逐步由16位cpu過渡到32位cpu。日本產(chǎn)的fanucl5系統(tǒng)開發(fā)出64位cpu系統(tǒng)，能達(dá)到最小移動單位0.1m時，最大進(jìn)給速度為100mmin。fanucl6和fanucl8采用簡化與減少控制基本指令的risc(reduced instruction set computer)精簡指令計算機，能進(jìn)行更高速度的數(shù)據(jù)處理，使一個程序段的處理時間縮短到0.5ms，連續(xù)lmm移動指令的最大進(jìn)給速度可達(dá)到120mmin。日本交流伺服電動機已裝上每轉(zhuǎn)可產(chǎn)生100萬個脈沖的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度可達(dá)到0.01mm脈沖及在位置伺服系統(tǒng)中采用前饋控制

31、與非線性控制等方法。補償技術(shù)方面，除采用齒隙補償、絲杠螺距誤差補償、刀具補償?shù)燃夹g(shù)外，還開發(fā)了熱補償技術(shù)，減少由熱變形引起的加工誤差。2“開放式”要求新一代數(shù)控機床的控制系統(tǒng)是一種開放式、模塊化的體系結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)的構(gòu)成要素應(yīng)是模塊化的，同時各模塊之間的接口必須是標(biāo)準(zhǔn)化的； 系統(tǒng)的軟件、硬件構(gòu)造應(yīng)是“透明的”、“可移植的”； 系統(tǒng)應(yīng)具有“連續(xù)升級”的能力。為滿足現(xiàn)代機械加工的多樣化需求，新一代數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)更趨向于“開放式”：機床結(jié)構(gòu)按模塊化、系列化原則進(jìn)行設(shè)計與制造，以便縮短供貨周期，最大限度滿足用戶的工藝需求。數(shù)控機床的很多部件的質(zhì)量指標(biāo)不斷提高，品種規(guī)格逐漸增加、機電一體化內(nèi)容更加豐富，因

32、此專門為數(shù)控機床配套的各種功能部件已完全商品化。3智能化 所謂智能化數(shù)控系統(tǒng)，是指具有擬人智能特征，智能數(shù)控系統(tǒng)通過對影響加工精度和效率的物理量進(jìn)行檢測、建模、提取特征、自動感知加工系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)及外部環(huán)境，快速做出實現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對進(jìn)給速度、切削深度、坐標(biāo)移動、主軸轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)進(jìn)行實時控制，使機床的加工過程處于最佳狀態(tài)。 （1）在數(shù)控系統(tǒng)中引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)。數(shù)控機床中因工件毛坯余量不勻、材料硬度不一致、刀具磨損、工件變形、潤滑或冷卻液等因素的變化將直接或間接影響加工效果。自適應(yīng)控制是在加工過程中不斷檢查某些能代表加工狀態(tài)的參數(shù)，如切削力、切削溫度等，通過評價函數(shù)計算和最佳化處理，

33、對主軸轉(zhuǎn)速、刀具(或工作臺)進(jìn)給速度等切削用量參數(shù)進(jìn)行校正，使數(shù)控機床能夠始終在最佳的切削狀態(tài)下工作。 （2）設(shè)置故障自診斷功能。數(shù)控機床工作過程中出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)能自動診斷，并立即采取措施排除故障，以適應(yīng)長時間在無人環(huán)境下的正常運行要求。 （3）具有人機對話自動編程功能。可以把自動編程機具有的功能，裝入數(shù)控系統(tǒng)，使零件的程序編制工作可以在數(shù)控系統(tǒng)上在線進(jìn)行，用人機對話方式，通過crt彩色顯示和手動操作鍵盤的配合，實現(xiàn)程序的輸入、編輯和修改，并在數(shù)控系統(tǒng)中建立切削用量專家系統(tǒng)，從而達(dá)到提高編程效率和降低操作人員技術(shù)水平的要求。（4）應(yīng)用圖像識別和聲控技術(shù)。由機床自己辨別圖樣，并自動地進(jìn)行數(shù)

34、控加工的智能化技術(shù)和根據(jù)人的語言聲音對數(shù)控機床進(jìn)行自動控制的智能化技術(shù)。4復(fù)合化復(fù)合化加工，即在一臺機床上工件一次裝夾便可以完成多工種、多工序的加工，通過減少裝卸刀具、裝卸工件、調(diào)整機床的輔助時間，實現(xiàn)機多能，最大限度提高機床的開機率和利用率。60年代初期，在一般數(shù)控機床的基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù)控加工中心（mc），即自備刀庫的自動換刀數(shù)控機床。在加工中心機床上，工件一次裝夾后，機床的機械手可自動更換刀具，連續(xù)地對工件的各加工面進(jìn)行多種工序加工。目前加工中心的刀庫容量可多達(dá)120把左右，自動換刀裝置的換刀時間為l2s。加工中心中除了鏜銑類加工中心和車削類車削中心外，還出現(xiàn)了集成型車/銑加工中心、自動更換

35、電極的電火花加工中心，帶有自動更換砂輪裝置的內(nèi)圓磨削加工中心等。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，打破了原有機械分類的工藝性能界限，出現(xiàn)了相互兼容、擴大工藝范圍的趨勢。復(fù)合加工技術(shù)不僅是加工中心、車削中心等在同類技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)合，而且正向不同類技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)合發(fā)展。 多軸同時聯(lián)動移動，是衡量數(shù)控系統(tǒng)的重要指標(biāo)，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的控制軸數(shù)可多達(dá)16軸，同時聯(lián)動軸數(shù)已達(dá)到6軸。高檔次的數(shù)控系統(tǒng)，還增加了自動上下料的軸控制功能，有的在plc里增加位置控制功能，以補充軸控制數(shù)的不足，這將會進(jìn)一步擴大數(shù)控機床的工藝范圍。5高可靠性 高可靠性的數(shù)控系統(tǒng)是提高數(shù)控機床可靠性的關(guān)鍵。選用高質(zhì)量的印制電路和元器件，對元器件進(jìn)

36、行嚴(yán)格地篩選，建立穩(wěn)定的制造工藝及產(chǎn)品性能測試等一整套質(zhì)量保證體系。在新型的數(shù)控系統(tǒng)中采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)三維高密度插裝技術(shù)，進(jìn)一步地把典型的硬件結(jié)構(gòu)集成化，做成專用芯片，提高了系統(tǒng)的可靠性。 現(xiàn)代數(shù)控機床均采用cnc系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)的硬件由多種功能模塊制成，對于不同功能的模塊可根據(jù)機床數(shù)控功能的需要選用，并可自行擴展，組成滿意的數(shù)控系統(tǒng)。在cnc系統(tǒng)中，只要改變下軟件或控制程序，就能制成適應(yīng)各類機床不同要求的數(shù)控系統(tǒng)。現(xiàn)代數(shù)控機床都裝備有各種類型的監(jiān)控、檢測裝置，以及具有故障自動診斷與保護(hù)功能。能夠?qū)ぜ偷毒哌M(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)工件超差，刀具磨損、破裂，能及時報警，給予補償，或?qū)Φ毒哌M(jìn)

37、行調(diào)換，具有故障預(yù)報和自恢復(fù)功能，保證數(shù)控機床長期可靠地工作。數(shù)控系統(tǒng)一般能夠?qū)浖⒂布M(jìn)行故障自診斷，能自動顯示故障部位及類型，以便快速排除故障。此外系統(tǒng)中注意增強保護(hù)功能，如行程范圍保護(hù)功能、斷電保護(hù)功能等，以避免損壞機床和工件的報廢。6多種插補功能數(shù)控機床除具有直線插補、圓弧插補功能外，有的還具有樣條插補、漸開線插補、螺旋插補、極坐標(biāo)插補、指數(shù)曲線插補、圓柱插補、假想坐標(biāo)插補等。7人機界面的友好 現(xiàn)代數(shù)控機床具有豐富的顯示功能，多數(shù)系統(tǒng)都具有實時圖形顯示、plc梯形圖顯示和多窗口的其他顯示功能；豐富的編程功能，像會話式自動編程功能、圖形輸入自動編程功能，有的還具有cadcam功能；方便

38、的操作，有引導(dǎo)對話方式幫助你很快熟悉操作，設(shè)有自動工作手動參與功能；根據(jù)加工的要求，各系統(tǒng)都設(shè)了多種方便于編程的固定循環(huán)；伺服系統(tǒng)數(shù)據(jù)和波形的顯示，伺服系統(tǒng)參數(shù)的自動設(shè)定；系統(tǒng)具有多種管理功能，刀具及其壽命的管理、故障記錄、工作記錄等；plc程序編制方法增加，目前有梯形圖編程（ladder language program）方法、步進(jìn)順序流程圖編程（step sequence program）方法?，F(xiàn)在越來越廣泛地用c語言編寫plc程序；幫助功能，系統(tǒng)不但顯示報警內(nèi)容，而且能指出解決問題的方法。三、數(shù)控技術(shù)與計算機集成制造系統(tǒng)1柔性制造單元（flexible manufacturing cel

39、l）fmc 在早期是作為簡單和初級的柔性制造技術(shù)而發(fā)展起來的。它在mc的基礎(chǔ)上增加了托盤自動交換裝置或機器人、刀具和工件的自動測量裝置、加工過程的監(jiān)控功能等，它和mc相比具有更高的制造柔性和生產(chǎn)效率。圖1-7為配有托盤交換系統(tǒng)構(gòu)成的 fmc。托盤上裝夾有工件，在加工過程中，它與工件一起流動，類似通常的隨行夾具。環(huán)形工作臺用于工件的輸送與中間存儲，托盤座在環(huán)形導(dǎo)軌上由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動而回轉(zhuǎn)，每個托盤座上有地址識別碼。當(dāng)一個工件加工完畢，數(shù)控機床發(fā)出信號，由托盤交換裝置將加工完的工件（包括托盤）拖至回轉(zhuǎn)臺的空位處，然后轉(zhuǎn)至裝卸工位，同時將待加工工件推至機床工作臺并定位加工。在車削fmc 中一般不使用

40、托盤交換工件，而是直接由機械手將工件安裝在卡盤中，裝卸料由機械手或機器人實現(xiàn)，如圖1-8所示。圖1-7 帶有托盤交換系統(tǒng)的fmc1-環(huán)行交換工作臺 2-托盤座 3-托盤 4-加工中心 5-托盤交換裝置圖1-8 機器人搬運式fmc1-車削中心 2-機器人 3-物料傳送裝置fmc 是在加工中心（mc）、車削中心（tc）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，又是fms 和cims的主要功能模塊。fmc具有規(guī)模小，成本低（相對fms），便于擴展等優(yōu)點，它可在單元計算機的控制下，配以簡單的物料傳送裝置，擴展成小型的柔性制造系統(tǒng)，適用于中小企業(yè)。2柔性制造系統(tǒng)（flexible manufacturing system）f

41、ms 是集自動化加工設(shè)備、物流和信息流自動處理為一體的智能化加工系統(tǒng)。fms由一組cnc機床組成，它能隨機地加工一組具有不同加工順序及加工循環(huán)的零件。實行自動運送材料及計算機控制，以便動態(tài)地平衡資源的供應(yīng)，從而使系統(tǒng)自動地適應(yīng)零件生產(chǎn)混合的變化及生產(chǎn)量的變化。圖1-9為一柔性制造系統(tǒng)框圖。由圖可見，柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)和信息系統(tǒng)組成。圖1-9 柔性制造系統(tǒng)框圖（1）加工系統(tǒng) 該系統(tǒng)由自動化加工設(shè)備、檢驗站、清洗站、裝配站等組成，是fms 的基礎(chǔ)部分。加工系統(tǒng)中的自動化加工設(shè)備通常由510臺cnc機床、加工中心及其附屬設(shè)備（例如工件裝卸系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、切屑處理系統(tǒng)和刀具交換系統(tǒng)等

42、）組成，可以以任意順序自動加工各種工件、自動換工件和刀具。fms 中常需在適當(dāng)位置設(shè)置檢驗工件尺寸精度的檢驗站，由計算機控制的坐標(biāo)測量機擔(dān)任檢驗工作。其外形類似坐標(biāo)數(shù)控銑床，在通常安裝刀具的位置上裝置檢測觸頭，觸頭隨夾持主軸按程序相對工件移動，檢測工件上一些預(yù)定點的坐標(biāo)位置。計算機讀入這些預(yù)定點的坐標(biāo)值之后，經(jīng)過運算和比較，可算出各種幾何尺寸（如外圓內(nèi)孔的直徑、平面的平面度、平行度、垂直度等）的加工誤差，并發(fā)出通過或不通過等命令。清洗站的任務(wù)是清除工件夾具和裝載平板上的切屑和油污。工件裝卸站設(shè)在物料處理系統(tǒng)中靠近自動化倉庫和fms 的入口處。由于裝卸操作系統(tǒng)較復(fù)雜，大多數(shù)fms 均采用人力裝卸

43、。（2）物料運貯系統(tǒng) 物料運送系統(tǒng)在計算機控制下主要實現(xiàn)工件和刀具的輸送及入庫存放，它由自動化倉庫、自動輸送小車、機器人等組成。在fms 中，工件一般通過專用夾具安裝在托盤上，工件輸送時連同整個托盤一起由自動輸送小車進(jìn)行輸送。在計算機的控制下，根據(jù)作業(yè)調(diào)度計劃自動從工件存貯區(qū)將工件取出送到指定的機床上加工，或者從機床上取出完成該工序加工的工件送到另一機床上加工。自動輸送小車在自動化倉庫和各個制造單元之間完成工件輸送任務(wù)。自動化倉庫包括倉庫多層貨架、出入庫裝卸站、堆裝起重機、傳動齒輪和導(dǎo)軌等組成，它能通過物料運貯工作站的指令實現(xiàn)毛坯、加工成品的自動入庫及出庫。刀具輸送是利用機器人實現(xiàn)刀具進(jìn)出系統(tǒng)

44、以及系統(tǒng)中央刀庫和各加工設(shè)備刀庫之間的刀具輸送。（3）信息系統(tǒng) 信息系統(tǒng)由主計算機、分級計算機及其接口、外圍設(shè)備和各種控制裝置的硬件和軟件組成。其主要功能是實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的信息聯(lián)系，確保系統(tǒng)的正常工作。對fms ，計算機系統(tǒng)一般分為三級，第一級為主計算機，又稱為管理計算機，其任務(wù)是：一是用來向下一級計算機實時發(fā)布命令和分配數(shù)據(jù)；二是用來實時采集現(xiàn)場工況；三是用來觀察系統(tǒng)的運行情況。第二級為過程控制計算機，包括計算機群控（dnc ）、刀具管理計算機和工件管理計算機，其作用是接受主計算機的指令，根據(jù)指令對下屬設(shè)備實施具體管理。第三級由各設(shè)備的控制計算機構(gòu)成，執(zhí)行各種操作任務(wù)。在柔性制造系統(tǒng)中，加工

45、零件被裝夾在隨行夾具或托盤上，自動地按加工順序在機床間逐個輸送，工序間輸送的工件一般不再重新裝夾。專用刀具和夾具也能在計算機控制下自動調(diào)度和更換。如果在系統(tǒng)中設(shè)置有測量工作站，則加工零件的質(zhì)量也能在測量工作站上檢查，甚至進(jìn)一步實現(xiàn)加工質(zhì)量的反饋控制。系統(tǒng)只需要最低限度的操作人員，并能實現(xiàn)夜班無人作業(yè)，操作人員只負(fù)責(zé)啟停系統(tǒng)和裝卸工件。由于fms是一種具有很高柔性的自動化制造系統(tǒng)，因此它最適合于多品種、中小批量的零件生產(chǎn)。3dncdnc是direct numerical control或distributed numerical control的簡稱，意為直接數(shù)字控制或分布數(shù)字控制。dnc最早的

46、含義是直接數(shù)字控制，其研究開始于20世紀(jì)六十年代。它指的是將若干臺數(shù)控設(shè)備直接連接在一臺中央計算機上，由中央計算機負(fù)責(zé)nc程序的管理和傳送。當(dāng)時的研究目的主要是為了解決早期數(shù)控設(shè)備(nc)因使用紙帶輸入數(shù)控加工程序而引起的一系列問題和早期數(shù)控設(shè)備的高計算成本等問題。dnc的基本功能是下傳nc程序。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代dnc還具有制造數(shù)據(jù)傳送（nc程序上傳、nc程序校正文件下傳、刀具指令下傳、托盤零點值下傳、機器人程序下傳、工作站操作指令下傳等）、狀態(tài)數(shù)據(jù)采集(機床狀態(tài)、刀具信息和托盤信息等)、刀具管理、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)監(jiān)控、單元控制和cad/capp/cam接口等功能。4計算機集成制造系統(tǒng)（co

47、mputer integrated manufacturing system）簡介cims是用于制造業(yè)工廠的綜合自動化大系統(tǒng)。它在計算機網(wǎng)絡(luò)和分布式數(shù)據(jù)庫的支持下，把各種局部的自動化子系統(tǒng)集成起來，實現(xiàn)信息集成和功能集成，走向全面自動化，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高質(zhì)量、降低成本。它是工廠自動化的發(fā)展方向，未來制造業(yè)工廠的模式。（1）cims的概念 計算機集成制造系統(tǒng)是在信息技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計算機及其軟件，將制造工廠的全部生產(chǎn)活動設(shè)計、制造及經(jīng)營管理（包括市場調(diào)研、生產(chǎn)決策、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造以及銷售經(jīng)營）等與整個生產(chǎn)過程有關(guān)的物

48、料流與信息流實現(xiàn)計算機高度統(tǒng)一的綜合化管理，把各種分散的自動化系統(tǒng)有機地集成起來，構(gòu)成一個優(yōu)化的完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，從而獲得更高的整體效益，縮短產(chǎn)品開發(fā)制造周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，提高企業(yè)的應(yīng)變能力，以贏得競爭。（2）cims的構(gòu)成 cims包括制造工廠的生產(chǎn)、經(jīng)營的全部活動，應(yīng)具有經(jīng)營管理、工程設(shè)計和加工制造等主要功能。圖1-10為cims的構(gòu)成。它是在cims數(shù)據(jù)庫的支持下，由信息管理模塊、設(shè)計和工藝模塊和制造模塊組成。圖1-10 cims的構(gòu)成設(shè)計和工藝模塊主要包括：計算機輔助設(shè)計（cad）、計算機輔助工程（cae）、成組技術(shù)（gt）、計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計（capp）、計算機輔助數(shù)

49、控編程技術(shù)等，目的使產(chǎn)品的開發(fā)更高效、優(yōu)質(zhì)、并自動化地進(jìn)行。柔性制造系統(tǒng)是制造模塊的主體，主要包括：零件的數(shù)控加工、生產(chǎn)調(diào)度、刀具管理、質(zhì)量檢測和控制、裝配、物料儲運等。信息管理模塊主要包括：市場預(yù)測、經(jīng)營決策、各級生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷售及售后跟蹤服務(wù)、成本核算、人力資源管理等，通過信息的集成，達(dá)到縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、減少占用的流動資金、提高企業(yè)的應(yīng)變能力。公用數(shù)據(jù)庫是cims的核心，對信息資源進(jìn)行存儲與管理，并對各個計算機系統(tǒng)進(jìn)行通信，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的共享和信息集成。由上述可知，cims是建立在多項先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)上的高技術(shù)制造系統(tǒng)，為趕上工業(yè)先進(jìn)國家的機械制造水平，我國863計劃將cims作為自動化領(lǐng)域中的一個主題項目進(jìn)行研究，開展了關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)工作，確定了若干試點工廠，取得了一批重要的研究成果。cims的實施過程中要實現(xiàn)工程設(shè)計、制造過程、信息管理、工廠生產(chǎn)等技術(shù)和功能的集成，這種集成不是現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)的計算機化，而原有的生產(chǎn)系統(tǒng)集成很困難，獨立的自動化系統(tǒng)異構(gòu)同化非常復(fù)雜，所以要考慮在實施cims計劃時的收益和支出。思考題與習(xí)題一1-1 數(shù)控機床由哪些部分組成？各有什么作用？1-2 什么叫做點位控制、直線控制、輪廓控制數(shù)控機床？有何特點及應(yīng)用？1-3 簡