數(shù)控技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用培訓(xùn)課件

數(shù)控技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用太原理工大學(xué)董長(zhǎng)雙一、前言

數(shù)控技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)機(jī)械機(jī)械加工過(guò)程進(jìn)行信息處理與控制，達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一門技術(shù)。是FMS、CIMS的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的裝備主流。數(shù)控技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：

(1)機(jī)械制造技術(shù)；

(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；

(3)自動(dòng)控制技術(shù)；

(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；

(5)傳感器技術(shù)；(6)微電子技術(shù)；(7)軟件技術(shù)等。二、數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生

20世紀(jì)40年末，JohnparsonsandFrankstulenparsonscorporation,（Traversecity,Michigan)提出了數(shù)控加工思想。theideaofusingcoordinatepositiondatacontainedonpunchedcardstodefineandmachinethesurfacecontoursofairfoilshapesairfoil±0.0015inch(±0.038mm)

1951年4月，美國(guó)空軍和MIT伺服實(shí)驗(yàn)室簽協(xié)議，研發(fā)數(shù)控機(jī)床。

1952年3月，第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在MIT問(wèn)世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展。當(dāng)時(shí)控制程序是記錄在紙帶上的字符和數(shù)字，故稱數(shù)字控制機(jī)床。

1955年，第一臺(tái)商業(yè)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)全國(guó)機(jī)床展覽會(huì)上展出。

1959年，KeaneyandTrecherCo.研制了第一臺(tái)加工中心（MC),加工中心是具有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。

1967年，MollinCo.研制了第一臺(tái)柔性制造系統(tǒng)（FMS）(DavidWilliamson)。(System24,(24hr/day,16hrhumanworkerunattended)IBM1360/140,7machinetools)柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（若干臺(tái)數(shù)控機(jī)床和加工中心）、物料運(yùn)送及管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)組成的自動(dòng)加工線。CincinnatiMillingMachineCo.VerticalHydro-Telmillingmachine

292vacuumtubes計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(computerintegratedmanufacturingsystem:CIMS)計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)是一種企業(yè)生產(chǎn)制造與生產(chǎn)管理進(jìn)行優(yōu)化的哲理。這種哲理首先是在1974年美國(guó)JosephHarrington博士在其論文《ComputerIntegratedManufacturing》中提出的。CIM是針對(duì)企業(yè)所面臨的激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)而提出的組織企業(yè)生產(chǎn)的一種哲理。其基本思想是：①制造企業(yè)中的各個(gè)部分（即從市場(chǎng)分析、經(jīng)營(yíng)決策、工程設(shè)計(jì)、制造過(guò)程、質(zhì)量控制、生產(chǎn)指揮到售后服務(wù)）是一個(gè)互相緊密相關(guān)的整體；②整個(gè)制造過(guò)程本質(zhì)上可以抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)的搜集、傳遞、加工和利用的過(guò)程，最終產(chǎn)品僅是數(shù)據(jù)的物化表現(xiàn)。前者體現(xiàn)了集成的思想，它將企業(yè)決策、經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)制造、銷售及售后服務(wù)有機(jī)地結(jié)合在一起；后者就是信息制造觀的思想。

CIMS定義：由一個(gè)多級(jí)計(jì)算機(jī)控制硬件結(jié)構(gòu)，配合一套訂貨、銷售、設(shè)計(jì)、制造和管理綜合為一體的軟件系統(tǒng)所構(gòu)成的全盤自動(dòng)化制造系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集體制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)CIMS：三、數(shù)字控制與數(shù)控機(jī)床基本概念與分類基本概念

數(shù)字控制（NC，numericalcontrol）GB8129-87,用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。

數(shù)控系統(tǒng)（NCsystem）：實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的機(jī)電控制設(shè)備；

數(shù)控機(jī)床：裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。

機(jī)床：機(jī)床是從金屬的毛坯上切削掉多余的材料，使工件具有要求的形狀和寸，取得規(guī)定的精度和光潔度。

普通機(jī)床：人工手動(dòng)操作的機(jī)床。機(jī)床類別及代號(hào)：（JB1838-85）車床（C）鉆床（Z）鏜床（T）磨床（M）齒輪加工機(jī)床（Y）螺紋加工機(jī)床（S)銑床（X）刨插床（B)拉床（L）特種加工機(jī)床（D）鋸床（G)其他加工機(jī)床（Q)（GB/T15375-94）車床（C）鉆床（Z）鏜床（T）磨床（M）齒輪加工機(jī)床（Y）螺紋加工機(jī)床（S)銑床（X）刨插床（B)拉床（L）鋸床（G)其他加工機(jī)床（Q)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程

零件圖首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過(guò)程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作。加工程序數(shù)控裝置

伺服系統(tǒng)

機(jī)床數(shù)控機(jī)床的組成

本圖是數(shù)控機(jī)床的組成框圖。除了機(jī)床本體以外的部分統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。

1．輸入/輸出設(shè)備

2.控制面板3．?dāng)?shù)控裝置

4．伺服單元

5．PLC及接口

6．機(jī)床本體

7．測(cè)量裝置伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置

伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸電機(jī)（鼠籠型三相感應(yīng)電機(jī)），實(shí)現(xiàn)零件切削加工運(yùn)動(dòng)。要求：高轉(zhuǎn)速（10000r/min），大功率（2.2~250kW)，寬調(diào)速范圍(1:10~1:1000)。進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給電機(jī)（永磁同步電機(jī)）,實(shí)現(xiàn)零件切削加工成形運(yùn)動(dòng)。要求：定位精度高，響應(yīng)速度快，調(diào)度范圍寬，低速大轉(zhuǎn)矩。測(cè)量裝置位置和速度測(cè)量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用：保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)（速度和位置控制）。主軸運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)（速度控制）PLC、機(jī)床床I/O電路路和裝置PLC(ProgrammableLogicController)：：用于完成與邏邏輯運(yùn)算有關(guān)關(guān)順序動(dòng)作的的I/O控制制，它由硬件件和軟件組成成；1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)設(shè)備公司（DEC-DigitalEquipmentCorporation)研研制出世界第1臺(tái)PLC，，并在GM公公司汽車自動(dòng)動(dòng)裝配線上試試用成功。獨(dú)立式、嵌入入式。機(jī)床I/O電電路和裝置：：實(shí)現(xiàn)I/O控控制的執(zhí)行部部件(由繼電電器、電磁閥閥、行程開關(guān)關(guān)、接觸器等等組成的邏輯電路；；)功能：接受CNC的的M、S、T指令，對(duì)其其進(jìn)行譯碼并并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)應(yīng)的控制信號(hào)號(hào)控制輔助裝置完完成機(jī)床相應(yīng)應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作作并接受操作作面板和機(jī)床床側(cè)的I/O信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)經(jīng)其處理后，，輸出指令控控制CNC系系統(tǒng)的工作狀狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作作。數(shù)控機(jī)床物理理結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的特特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1．

適應(yīng)應(yīng)性強(qiáng)；2．

加工工精度高、質(zhì)質(zhì)量穩(wěn)定；3．

生產(chǎn)產(chǎn)效率高、經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益好；；4．

減輕輕操作者的勞勞動(dòng)強(qiáng)度、操操作簡(jiǎn)單；5．有利利于生產(chǎn)管理理的現(xiàn)代化；；6.具具有故障障診斷和監(jiān)控控能力；問(wèn)題：1．造價(jià)較高高；

2．調(diào)調(diào)試和維修比比較復(fù)雜，需需要專門的技技術(shù)人員；3．對(duì)編程程人員的技術(shù)術(shù)水平要求較較高。數(shù)控機(jī)床特別別適合高精度度、復(fù)雜零件件的加工80年代的東東芝事件1987年5月27日，，日本警視廳廳逮捕了日本本東芝機(jī)械公公司鑄造部部部長(zhǎng)林隆二和和機(jī)床事業(yè)部部部長(zhǎng)谷村弘弘明。東芝機(jī)機(jī)械公司曾與與挪威康士堡堡公司合謀，，非法向前蘇蘇聯(lián)出口大型型銑床等高技技術(shù)產(chǎn)品。上世紀(jì)60年年代末，蘇聯(lián)聯(lián)情報(bào)機(jī)關(guān)在在美國(guó)海軍機(jī)機(jī)要部門建立立的間諜網(wǎng)不不斷獲得美國(guó)國(guó)核潛艇跟蹤蹤蘇聯(lián)潛艇的的情報(bào)。蘇聯(lián)聯(lián)潛艇的噪音音很大，美國(guó)國(guó)海軍在200海里以外外就能偵測(cè)到到。1979年底底，克格勃高高級(jí)官員奧西西波夫以全蘇蘇技術(shù)機(jī)械進(jìn)進(jìn)口公司副總總經(jīng)理的身份份，通過(guò)日本本和光貿(mào)易股股份公司駐莫莫斯科事務(wù)所所所長(zhǎng)熊谷獨(dú)獨(dú)與日本伊藤藤忠商社、東東芝公司和挪挪威康士堡公公司接上了頭頭。在巨大的的商業(yè)利益的的誘惑下，東東芝公司和康康士堡公司同同意向蘇聯(lián)提提供四臺(tái)MBP—11OS型九軸數(shù)數(shù)控大型船用用螺旋槳銑床床，此項(xiàng)合同同成交額達(dá)37億日元（（1850萬(wàn)萬(wàn)美圓）。這這種高約10米、寬22米、重250噸的銑床床，可以精確確地加工出巨巨大的螺旋槳槳，使?jié)撏仆七M(jìn)器發(fā)出的的噪音大大降降低。為為了掩人耳耳目，蘇聯(lián)沒(méi)沒(méi)有向日本訂訂購(gòu)與九軸五五聯(lián)動(dòng)銑床相相配套的計(jì)算算機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)，而是要求求挪威國(guó)營(yíng)武武器制造公司司———康士士堡貿(mào)易公司司向東芝公司司提供四臺(tái)NC—2000數(shù)字控制制裝置，由東東芝公司完成成總裝后，出出口蘇聯(lián)。蘇蘇聯(lián)為此還與與康士堡公司司單獨(dú)簽訂了了秘密合同。。這種數(shù)控裝裝置通常與不不受“巴統(tǒng)””限制的兩軸軸機(jī)床配套使使用，但是只只要改變一下下配線和電路路，就可作為為九軸機(jī)床的的數(shù)控裝置。。東芝事件一個(gè)月后，東東芝公司即向向日本通產(chǎn)省省申領(lǐng)向蘇聯(lián)聯(lián)出口的許可可證。申領(lǐng)書書隱瞞了九軸軸機(jī)床的高性能能，偽稱產(chǎn)品品是用于加工工水力發(fā)電機(jī)機(jī)葉片的簡(jiǎn)易易TDP—70／110型兩軸機(jī)床，從而獲得得了通產(chǎn)省的的出口許可證證。這四臺(tái)精精密機(jī)床順利利到達(dá)蘇聯(lián)并并很快發(fā)揮作作用。到1985年年，蘇聯(lián)制.造出的新型潛艇噪音音僅相當(dāng)于原原來(lái)潛艇的10％，使美國(guó)海軍只只能在20海里以內(nèi)內(nèi)才能偵測(cè)出出來(lái)。1986年10月月，一艘美國(guó)國(guó)核潛艇因?yàn)闉闆](méi)有偵測(cè)到到它正在追蹤蹤的蘇聯(lián)潛艇的噪噪音而與蘇聯(lián)聯(lián)潛艇相撞。。1985年12月，蘇聯(lián)聯(lián)、日本秘密密協(xié)議當(dāng)事人人之一、東芝芝公司的熊谷谷獨(dú)因與他的的雇主發(fā)生糾紛而辭辭職，并憤而而向“巴統(tǒng)””主席蓋尼爾爾.陶瑞格揭揭發(fā)了東芝事事件。陶瑞格格立即要求日方調(diào)查此此事。日本通通產(chǎn)省對(duì)東芝芝公司進(jìn)行調(diào)調(diào)查時(shí)，東芝芝公司以預(yù)先先簽署的假合合同和其它技術(shù)文文件為證，對(duì)對(duì)此事矢口否否認(rèn)。經(jīng)過(guò)進(jìn)進(jìn)一步調(diào)查，，1987年年初，美國(guó)人人掌握了蘇聯(lián)從日本獲獲取精密機(jī)床床的真憑實(shí)據(jù)據(jù)。在美國(guó)的的壓力下，日日本警視廳對(duì)對(duì)東芝公司進(jìn)進(jìn)行突擊檢查，查查獲了全部有有關(guān)秘密資料料，并逮捕了了涉案人員。。在以后的幾幾個(gè)月里，美美國(guó)朝野群情激憤憤，再三譴責(zé)責(zé)日本，并對(duì)對(duì)東芝公司進(jìn)進(jìn)行了制裁。。當(dāng)時(shí)的日本本首相中曾根根康弘不得不向美美國(guó)表示道歉歉，日本方面面還花1億日日元在美國(guó)的的50多家報(bào)報(bào)紙上整版刊刊登“悔罪廣告”。心心驚膽顫的挪挪威政府除了了向美國(guó)保證證今后決不再再發(fā)生類似事事件外，還關(guān)關(guān)閉了康士堡公司駐駐莫斯科辦事事處，并停止止了該公司正正在與東歐國(guó)國(guó)家進(jìn)行的全全部貿(mào)易。不不久后，挪威又以以從事竊取科科技情報(bào)的間間諜活動(dòng)為由由，驅(qū)逐了蘇蘇聯(lián)一名外交交官和三名貿(mào)貿(mào)易代表。靜音潛艇的技技術(shù)東芝事件巴黎統(tǒng)籌委員員會(huì)(簡(jiǎn)稱““巴統(tǒng)”)兩有趣事情1.蘇工程程師晚上安裝裝調(diào)試兩臺(tái)機(jī)機(jī)床2.30歲歲挪威電腦技技師波路斯斯塔特喜結(jié)良良緣數(shù)控機(jī)床的分分類從不同的角度度對(duì)數(shù)控機(jī)床床進(jìn)行分類，，常見(jiàn)的有以以下幾種分類類方法：按運(yùn)動(dòng)控制軌軌跡分類1.點(diǎn)位控控制數(shù)控機(jī)床床2.直線控控制數(shù)控機(jī)床床3.輪廓控控制數(shù)控機(jī)床床按伺服系統(tǒng)的的類型分類1．開環(huán)控控制數(shù)控機(jī)床床一般用于經(jīng)濟(jì)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床床和舊機(jī)床改改造2．閉環(huán)控控制數(shù)控機(jī)床床理論上，該系系統(tǒng)可以消除除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的的誤差、間隙隙和失動(dòng)量，，具有很高的的位置精度，，但位置環(huán)內(nèi)內(nèi)的許多機(jī)械械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的的摩擦特性、、剛性和間隙隙都是非線性性的，很容易易造成系統(tǒng)的的不穩(wěn)定，因因此要求系統(tǒng)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性性要求高，閉閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計(jì)、安裝和和調(diào)試都有相相當(dāng)?shù)碾y度。。主要用于精精度要求很高高的鏜銑床，，超精車床、、超精磨床以以及較大型的的數(shù)控機(jī)床。3．半閉環(huán)環(huán)控制數(shù)控機(jī)機(jī)床半閉環(huán)數(shù)控系系統(tǒng)精度比開開環(huán)系統(tǒng)好，，比閉環(huán)差，，同時(shí)具有結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)調(diào)試方便等特特點(diǎn)，在現(xiàn)代代數(shù)控機(jī)床中中得到廣泛應(yīng)應(yīng)用。按數(shù)控系統(tǒng)體體系結(jié)構(gòu)分類類1傳統(tǒng)封閉閉式數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)早期開發(fā)的封封閉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，，系統(tǒng)的擴(kuò)展展、改變必須須求助于開發(fā)發(fā)商。目前占占領(lǐng)著數(shù)控系系統(tǒng)的大部分分市場(chǎng)。如FUNUC0系列、MITSUBISHIM50、Simens810等。。2“PC””嵌入“NC”結(jié)構(gòu)數(shù)控控系統(tǒng)制造商在既不不愿放棄多年年來(lái)積累的數(shù)數(shù)控技術(shù)資源源、又想利用用計(jì)算機(jī)豐富富的軟件資源源的情況下開開發(fā)的產(chǎn)品。。具有一定的的開放性，但但NC體系結(jié)結(jié)構(gòu)不開放，，用戶無(wú)法介介入系統(tǒng)核心心。如FUNUC16i、18i、21i，，Simens840D，Num1060等。。3“NC””嵌入“PC”結(jié)構(gòu)開放放數(shù)控系統(tǒng)PC+運(yùn)動(dòng)控控制卡構(gòu)成。。如PMAC-NC數(shù)控控系統(tǒng)（美國(guó)國(guó)DeltaTau),MAZATROL640CNC(MAZAK)4全軟件型型開放數(shù)控系系統(tǒng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)機(jī)數(shù)控軟件全全部裝在計(jì)算算機(jī)中，而硬硬件部分僅是是與伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置和外部部Ｉ／Ｏ之間間的標(biāo)準(zhǔn)通用用接口。如OpenCNC（（美國(guó)ＭDSI）PA8000NT(德國(guó)PowerAutomation)按工藝用途分分類1.切削加工類：：如數(shù)控銑床床、數(shù)控車床床、數(shù)控磨床床、加工中心心、數(shù)控齒輪輪加工機(jī)床、、FMC等。。2.成型加加工類：數(shù)控控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)數(shù)控彎管機(jī)、、數(shù)控沖壓機(jī)機(jī)等。3.特種加加工類：數(shù)控控線切割機(jī)、、電火花加工工機(jī)、激光加加工機(jī)等。4.其它類類型：數(shù)控裝裝配機(jī)、數(shù)控控測(cè)量機(jī)、機(jī)機(jī)器人等。5.虛擬軸軸機(jī)床、快速速成型機(jī)虛擬軸機(jī)床虛擬軸機(jī)床(Virtualaxiamachinetool)也稱并聯(lián)機(jī)床床（Parallelkinematicsmachinetool)虛擬軸機(jī)床（（VirtualAxisMachineTools）實(shí)實(shí)質(zhì)上是機(jī)器器人與機(jī)床的的混合物，其其在結(jié)構(gòu)上完完全不同于傳傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)機(jī)床，具有模模塊化程度高高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單，速度、動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，，造價(jià)低等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。克服了了傳統(tǒng)的機(jī)床床設(shè)備一些無(wú)無(wú)法避免的固固有缺陷，如如：非對(duì)稱、、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)，笨重的床床身立柱，單單一的加工能能力，較低的的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特特性等。1994年年在IMTS一經(jīng)展展出，就在世世界范圍內(nèi)引引起轟動(dòng)，多多家媒體把這這種機(jī)床稱為為“機(jī)床結(jié)構(gòu)構(gòu)的重大革命命”，“21世紀(jì)的的新一代數(shù)控控加工設(shè)備””。不過(guò)數(shù)年年時(shí)間，這種種機(jī)床就得到到了快速的發(fā)發(fā)展。目前，，國(guó)內(nèi)已有許許多單位對(duì)并并聯(lián)機(jī)構(gòu)裝備備和工藝技術(shù)術(shù)開始進(jìn)行了了研究。清華華大學(xué)與天津津大學(xué)合作于于1997年底研制制出我國(guó)第一一臺(tái)大型鏜銑銑類虛擬軸機(jī)機(jī)床原型樣機(jī)機(jī)，并于1998年年4月在在第四屆中國(guó)國(guó)機(jī)床工具商商品展覽交易易會(huì)上展出，，受到各界廣廣泛重視。虛擬軸機(jī)床特特點(diǎn)和用途途：機(jī)床特點(diǎn)：由于采用珩架架結(jié)構(gòu)，機(jī)床床重量輕高剛度、高精精度、高速度度及高加速度度實(shí)現(xiàn)6自自由度空間位位姿靈活變化化機(jī)床用途：特別適合于曲曲面加工，如如螺旋槳葉片片、汽輪機(jī)葉葉片、復(fù)雜光光學(xué)透鏡、模模具型腔等復(fù)復(fù)雜三維曲面面。更換執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)后可用于移移載、裝配、、能束加工等等。虛擬軸機(jī)床基基本理論虛擬軸的設(shè)計(jì)計(jì)理論。該理論包括6個(gè)伸縮桿的的長(zhǎng)度決定動(dòng)動(dòng)平臺(tái)位置的的一般理論及及特例、虛擬擬軸機(jī)床的運(yùn)運(yùn)動(dòng)分析、虛虛擬軸機(jī)床的的力學(xué)分析等等。虛擬軸機(jī)床的的控制技術(shù)。。虛擬軸機(jī)床機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單是以控制系系統(tǒng)的復(fù)雜為為條件的。虛擬軸機(jī)床的的誤差分析技技術(shù)。虛擬軸比傳統(tǒng)統(tǒng)機(jī)床具有更更高的精度，，但是存在影影響加工精度度的因素。?？焖俪尚停≧apidPrototypingRP)快速成型是一一種快速生成成模型或者零零件的制造技技術(shù)。在計(jì)算算機(jī)控制與管管理下，依靠靠已有的CAD數(shù)據(jù)，采采用材料精確確堆積的方式式，即由點(diǎn)點(diǎn)堆積成面，，由面堆積成成三維，最終終生成實(shí)體。。依靠此技術(shù)術(shù)可以生成非非常復(fù)雜的實(shí)實(shí)體，而且成成型的過(guò)程中中無(wú)需模具的的輔助?？焖俪尚图夹g(shù)術(shù)的研究始于于1970年年代，但是直直到1980年代末才逐逐漸出現(xiàn)了成成熟的制造設(shè)設(shè)備。美國(guó)3M公司的AlanJ.Herbert（1978年））、日本名古古屋市工業(yè)研研究所的小玉玉秀男（1980年）、、美國(guó)UVP公司的CharlesW.Hull（1982年））、日本大阪阪工業(yè)技術(shù)研研究所的丸谷谷洋二（1993年），，各自獨(dú)立地地提出了快速速成型的技術(shù)術(shù)設(shè)想，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的材料和方方式有差異，，但均以多層層疊加并固化來(lái)產(chǎn)產(chǎn)生實(shí)體。在在1986年年，CharlesW.Hull在美國(guó)獲獲得了光固化化立體造型設(shè)設(shè)備（SLA）的專利，，標(biāo)志著快速速成型技術(shù)即即開始進(jìn)入實(shí)實(shí)用階段，在在設(shè)計(jì)領(lǐng)域及及汽車工業(yè)上上有廣泛應(yīng)用用。目前已有十十余種不同同方法，如如光固化立立體造型（（SLA））、層片疊疊加制造（（LOM））、選擇性性激光燒結(jié)結(jié)（SLS）、熔融融沉積造型型（FDM）、掩模模固化法（（SGC））、三維印印刷法（TDP）、、噴粒法（（BPM））等。其中中SLA是是使用最早早和最廣泛泛的技術(shù)，，約占全部部快速成型型設(shè)備的70％左右右。工藝過(guò)程：：實(shí)體造型的的構(gòu)建：三三維建模模，反求工工程。實(shí)體造型的的離散處理理：將復(fù)復(fù)雜的模型型用一系列列的微小三三角形平面面來(lái)近似模模擬，每個(gè)個(gè)小三角形形用3個(gè)個(gè)頂點(diǎn)坐坐標(biāo)和一個(gè)個(gè)法矢量來(lái)來(lái)描述（（STL格格式文件））實(shí)體造型的的分層處理理：成型高高度方向上上用一系列列固定間隔隔的平面切切割被離散散過(guò)的模型型，以便提提取截面的的輪廓信息息。間隔可可以小至亞亞毫米級(jí)。。成型加工：：成型零件的的后處理：：去除支撐撐，另外還還可能需要要進(jìn)行打磨磨、拋光、、涂上油漆漆，或在高高溫爐中燒燒結(jié)以提高高強(qiáng)度光固化立體體造型（（SLA））該技術(shù)以光敏樹脂的的聚合反應(yīng)應(yīng)為基礎(chǔ)。在在計(jì)算機(jī)控控制下的紫外激光，沿著著零件各分分層截面輪輪廓，對(duì)液態(tài)樹脂進(jìn)行逐逐點(diǎn)掃描，，使被掃描描的樹脂薄薄層產(chǎn)生聚合反應(yīng)，由點(diǎn)逐漸漸形成線，，最終形成成零件的一一個(gè)薄層的的固化截面面，而未被被掃描到的的樹脂保持持原來(lái)的液液態(tài)。當(dāng)一一層固化完完畢，升降降工作臺(tái)移移動(dòng)一個(gè)層層片厚度的的距離，在在上一層已已經(jīng)固化的的樹脂表面面再覆蓋一一層新的液液態(tài)樹脂，，用以進(jìn)行行再一次的的掃描固化化。新固化化的一層牢牢固地粘合合在前一層層上，如此此循環(huán)往復(fù)復(fù)，直到整整個(gè)零件原原型制造完完畢。特點(diǎn)：有較高的精精度和較好好的表面質(zhì)質(zhì)量，能制制造形狀特特別復(fù)雜（（如空心零零件）和特特別精細(xì)（（如工藝品品、首飾等等）的零件件。層片疊加制制造（LOM）層片疊加制制造工藝是是將單面涂涂有熱溶膠膠（在被加加熱狀態(tài)下下可產(chǎn)生粘性）的箔材（（紙、陶瓷瓷箔、金屬屬箔等）通通過(guò)熱輥加加熱粘接在在一起，位位于上方的的激光器按按照CAD分層模型型所獲數(shù)據(jù)據(jù)，用激光光束將箔材材切割成所所制零件的的內(nèi)外輪廓廓，然后新新的一層箔箔材再疊加加在上面，，通過(guò)熱壓壓裝置和下下面已切割割層粘合在在一起，激激光束再次次切割，在在每一層進(jìn)進(jìn)行切割和和粘合的過(guò)過(guò)程，直至至整個(gè)零件件模型制作作完成，選擇性激光光燒結(jié)（SLS）這種工藝也也是以激光光器為能量量源，通過(guò)過(guò)紅外激光束使塑塑料、蠟、、陶瓷、金金屬或其復(fù)復(fù)合物的粉粉末均勻地地?zé)Y(jié)在加加工平面上上。在工作作臺(tái)上均勻勻鋪上一層層很?。▉唩喓撩准?jí)））的粉未作作為原料，，激光束在在計(jì)算機(jī)的的控制下，，通過(guò)掃描描器以一定定的速度和和能量密度度按分層面面的二維數(shù)數(shù)據(jù)掃描。。經(jīng)過(guò)激光光束掃描后后，相應(yīng)位位置的粉末末就燒結(jié)成成一定厚度度的實(shí)體片片層，未掃掃描的地方方仍然保持持松散的粉粉末狀。這這一層掃描描完畢，隨隨后需要對(duì)對(duì)下一層進(jìn)進(jìn)行掃描。。先根據(jù)物物體截層厚厚度而升降降工作臺(tái)，，鋪粉滾筒筒再次將粉粉末鋪平，，可以開始始新一層的的掃描。如如此反復(fù)，，直至掃描描完所有層層面。去掉掉多余粉末末，并經(jīng)過(guò)過(guò)打磨、烘烘干等適當(dāng)當(dāng)?shù)暮筇幚砝?，即可獲獲得零件。。目前應(yīng)用用此工藝時(shí)時(shí)，以蠟粉粉末及塑料料粉末作為為原料較多多，而用金金屬粉或陶陶瓷粉進(jìn)行行粘接或燒燒結(jié)的工藝藝尚未獲得得實(shí)用。三維印刷工工藝（3DP）三維印刷工工藝，也稱稱為三維打打印。1989年，，美國(guó)麻省理理工學(xué)院的EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty等在美美國(guó)申請(qǐng)了了三維印刷刷技術(shù)的專專利，之后后EmanuelM.Sachs和JohnS.Haggerty又多次次對(duì)該技術(shù)術(shù)進(jìn)行完善善，形成了了今天的三三維印刷快快速成型工工藝。通通過(guò)這個(gè)工工藝，在每每一層粘結(jié)結(jié)完畢后，，成型缸下下降一個(gè)距距離（等于于層厚），，供粉缸上上升一段高高度，推出出多余粉末末，并被鋪鋪粉輥推到到成型缸，，鋪平并被被壓實(shí)。噴噴頭在計(jì)算算機(jī)控制下下，按照下下一個(gè)截面面的二維幾幾何信息進(jìn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，，有選擇地地噴射粘結(jié)結(jié)劑，最終終構(gòu)成層面面。原理和和打印機(jī)非非常相似，，即為三維維打印這一一名稱的由由來(lái)。鋪粉粉輥鋪粉時(shí)時(shí)多余的粉粉末被粉末末收集裝置置收集。如如此周而復(fù)復(fù)始地送粉粉、鋪粉和和噴射粘結(jié)結(jié)劑，最終終完成一個(gè)個(gè)三維粉體體的粘結(jié)，，從而生產(chǎn)產(chǎn)制品。三三維P工工藝與SLS工藝都都是將粉末末材料選擇擇性地粘結(jié)結(jié)成為一個(gè)個(gè)整體。其其最大的不不同之處在在于三維P工藝不用用將粉末材材料熔融，，而是通過(guò)過(guò)噴嘴本身身會(huì)噴出粘粘合劑，將將這些材料料粘合在一一起。熔融沉積造造型（FDM）1993年年美國(guó)Stratasy公司司開發(fā)出了了第一臺(tái)基基于熔融沉沉積造型的的設(shè)備。將將CAD模模型分為一一層層極薄薄的截面，，生成控制制FDM噴噴嘴移動(dòng)軌軌跡的二維維幾何信息息。FDM加熱頭把把熱熔性材材料（ABS樹脂、、尼龍、蠟蠟等）加熱熱到臨界狀狀態(tài)，呈現(xiàn)現(xiàn)半流體性性質(zhì)，在計(jì)計(jì)算機(jī)控制制下，沿CAD確定定的二維幾幾何信息運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡，，噴頭將半半流動(dòng)狀態(tài)態(tài)的材料擠擠壓出來(lái)，，凝固形成成輪廓形狀狀的薄層。。當(dāng)一層完完畢后，通通過(guò)垂直升升降系統(tǒng)降降下新形成成層，進(jìn)行行固化。這這樣層層堆堆積粘結(jié)，，自下而上上形成一個(gè)個(gè)零件的三三維實(shí)體。。FDM工藝藝的關(guān)鍵是是保持材料料的半流動(dòng)動(dòng)性。這些些材料并沒(méi)沒(méi)有固定的的熔點(diǎn)，需需要精確控控制其溫度度?？焖俪尚停ǎㄔ危┨靥攸c(diǎn)使用三維掃掃描和快速速成型技術(shù)術(shù)，將原作作進(jìn)行復(fù)制制，可以保保留極其復(fù)復(fù)雜的細(xì)節(jié)節(jié)?？缮筛邚?fù)復(fù)雜度的產(chǎn)產(chǎn)品。產(chǎn)品制造過(guò)過(guò)程幾乎與與零件的復(fù)復(fù)雜程度無(wú)無(wú)關(guān)，相比比傳統(tǒng)制造造方式（如如鑄造），使用快快速成型技技術(shù)可以制制作出外形形極為復(fù)雜雜的產(chǎn)品，，對(duì)于傳統(tǒng)統(tǒng)工藝來(lái)說(shuō)說(shuō)，一些特特殊的形狀狀無(wú)法完成成。便于修改，，生產(chǎn)迅速速。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)過(guò)程數(shù)字化化，與CAD模型具具有直接的的關(guān)聯(lián)，可可隨時(shí)修改改數(shù)據(jù)后進(jìn)進(jìn)行制造，，尤其適用用于產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)階段的的模型制造造。固定的制造造成本。傳統(tǒng)的模型型制作往往往先需要模模具，需要要耗費(fèi)大量量時(shí)間，且且模具的制制造成本往往往較高。?？焖俪尚托图夹g(shù)的單單個(gè)成品制制作成本往往往高于使使用模具進(jìn)進(jìn)行批量生產(chǎn)的平均成本本，但是無(wú)無(wú)需模具的的一次性投投資，對(duì)于于只需要小小規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)的情況（（比如在新新產(chǎn)品開發(fā)發(fā)中的設(shè)計(jì)計(jì)模型），，使用快速速成型技術(shù)術(shù)可以降低低成本。固定的的生生產(chǎn)效率。。使用快速成成型技術(shù)生生產(chǎn)任何產(chǎn)產(chǎn)品均使用用雷同的材材料堆積方方式，對(duì)某某一特定的的產(chǎn)品的生生產(chǎn)而言可可能不是最最優(yōu)的方式式。比如，，生產(chǎn)時(shí)間間會(huì)隨著產(chǎn)產(chǎn)品體積的的增大而迅迅速增加。。按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)數(shù)分2軸聯(lián)動(dòng)（（平面曲線線）3軸聯(lián)動(dòng)（（空間曲面面，球頭刀刀）4軸聯(lián)動(dòng)（（空間曲面面）5軸聯(lián)動(dòng)及及6軸聯(lián)動(dòng)動(dòng)（空間曲曲面）。。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越越多數(shù)控系系統(tǒng)的控制制算法就越越復(fù)雜。按功能水平平分類1.高級(jí)級(jí)型數(shù)控系系統(tǒng)2.普普及型數(shù)控控系統(tǒng)3.經(jīng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)數(shù)控系統(tǒng)性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分辨率

(μm)進(jìn)給速度(m/min)其它高級(jí)型1.325=<0.1>=24,(1μm)；

>=10,(0.1μm)三維動(dòng)態(tài)，MAP,

數(shù)字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)；

<10,(0.1μm)字符/圖形

交流伺服經(jīng)濟(jì)型8/16<3<10<8字符,步進(jìn)電機(jī)三、數(shù)控機(jī)機(jī)床的選型型1.機(jī)機(jī)床類型的的選擇2.數(shù)控機(jī)機(jī)床與數(shù)控控系統(tǒng)的指指標(biāo)、功能能數(shù)控機(jī)床的的主要指標(biāo)標(biāo)：（1）規(guī)格格指標(biāo)行程范圍、、工作臺(tái)面面尺寸、承承載能力、、主軸功率率和進(jìn)給軸軸扭矩、控控制軸數(shù)和和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)數(shù)（2）精度度指標(biāo)定位精度（（一般定位位精度±0.01mm、最高高±0.4μm）重復(fù)定位精精度（（一般重復(fù)復(fù)定位精度度±0.005mm、最高高±0.3μm）分度精度回零精度（3）性能能指標(biāo)最高主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和最大大加速度最高進(jìn)給速速度和最快快移動(dòng)速度度（4）可靠靠性指標(biāo)平均無(wú)故障障工作時(shí)間間（MTBF）平均修復(fù)時(shí)時(shí)間（MTTR）數(shù)控系統(tǒng)功功能（1）控制制功能控制軸數(shù)和和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)數(shù)（2）準(zhǔn)備備功能指定機(jī)床的的動(dòng)作方式式（3）插補(bǔ)補(bǔ)功能現(xiàn)在數(shù)控系系統(tǒng)不僅有有直線、圓圓弧插補(bǔ)功功能，而且且有拋物線線、橢圓、、螺旋線、、樣條曲線線插補(bǔ)補(bǔ)功能。（4）分辨辨率（脈沖沖當(dāng)量）對(duì)控制系統(tǒng)統(tǒng)，分辨率率是可以控控制的最小小位移量它它具有以下下兩方面的的含義：a表示示數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出一個(gè)個(gè)指令脈沖沖，經(jīng)伺服服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)床上的的工件（或或刀具）移移動(dòng)的最小小位移量。。稱外部脈沖當(dāng)當(dāng)量。b表示示內(nèi)部運(yùn)算算的最小設(shè)設(shè)定單位，，稱內(nèi)部脈沖當(dāng)當(dāng)量，比外部脈脈沖當(dāng)量小小得多。數(shù)數(shù)控系統(tǒng)在在輸出位移移量前會(huì)自自動(dòng)將其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成外部部脈沖當(dāng)量量。（5）進(jìn)給給功能a進(jìn)給給速度控制制mm/minb同同步進(jìn)給速速度控制c進(jìn)給倍倍率控制（6）自動(dòng)動(dòng)加減速功功能機(jī)械設(shè)備狀狀態(tài)改變時(shí)時(shí)，系統(tǒng)具具有自動(dòng)加加減速功能能，避免或或減小沖擊擊。（7）主軸軸功能a主軸軸轉(zhuǎn)速控制制r/minb恒恒線速度控控制c主軸定向向控制dC軸控制制e主軸倍倍率控制（8）輔助功功能控制機(jī)床輔輔助裝置通通斷（如主主軸啟停、、轉(zhuǎn)向、刀刀庫(kù)啟停、、切削液?jiǎn)⑼５龋?）刀具具管理功能能實(shí)現(xiàn)刀具幾幾何尺寸和和刀具壽命命管理。（10）補(bǔ)補(bǔ)償功能a刀具具半徑和長(zhǎng)長(zhǎng)度補(bǔ)償b傳傳動(dòng)鏈誤誤差補(bǔ)償c非線線性誤差補(bǔ)補(bǔ)償（11）程程序編制功功能a手工編編程b自自動(dòng)編程語(yǔ)言式自動(dòng)動(dòng)編程：APT(自自動(dòng)編程程工具)幾何描述；；運(yùn)動(dòng)描述述；后處理理描述；輔輔助描述。。CAD/CAM（計(jì)計(jì)算機(jī)輔助助設(shè)計(jì)、計(jì)計(jì)算機(jī)輔助助制造）圖圖形交互編編程：（UG,pro/E等）（12）固固定循環(huán)功功能將實(shí)現(xiàn)典型型動(dòng)作的程程序預(yù)先編編好并存儲(chǔ)儲(chǔ)到內(nèi)存中中，用代碼碼指定，加加工時(shí)調(diào)用這類已已成為固定定循環(huán)指令令的代碼，，可大大簡(jiǎn)簡(jiǎn)化編程。。（13）人人機(jī)對(duì)話功功能數(shù)控系統(tǒng)配配有薄膜場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)晶體體管（TFT）顯示示屏，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)字符、圖圖形顯示，，以便用戶的的操作和使使用。（14）自自診斷功能能a開機(jī)機(jī)自診斷b在在線自診診斷c離離線自診斷斷d遠(yuǎn)程通通信診斷（15）通通訊功能RS-232接口、、Internet接口四、數(shù)控技技術(shù)的發(fā)展展計(jì)算機(jī)技術(shù)術(shù)的每一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)步都在在推動(dòng)數(shù)控控技術(shù)向前前發(fā)展?！傲?電子子管，1952，ParsonsCorp,MIT,美空軍軍后勤司令令部合作，，第一臺(tái)立立式銑；(292電電子管）2晶體體管、印刷刷電路，1959，，晶體管元元件的出現(xiàn)現(xiàn)使電子設(shè)設(shè)備的體積積大大減小小，數(shù)控系系統(tǒng)中廣泛泛采用晶體體管和印刷刷電路板，，K&T開開發(fā)第一臺(tái)臺(tái)加工中心心

MILWAUKEE-MATIC。3小規(guī)規(guī)模集成電電路,1965,由由于它體積積小、功耗耗低，使數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的可靠性得得以進(jìn)一步步提高。1967英英國(guó)最初的的FMS.4通用用小型計(jì)算算機(jī),1970，在在美國(guó)芝加加哥國(guó)際機(jī)機(jī)床展覽會(huì)會(huì)上，首次次展出了一一臺(tái)以通用用小型計(jì)算算機(jī)作為數(shù)數(shù)控裝置的的數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)，特征為為許多數(shù)控控功能由軟軟件完成。。5微處處理器，1974，，開始出現(xiàn)現(xiàn)的以微處處理器為核核心的數(shù)控控系統(tǒng)被人人們譽(yù)為第第五代數(shù)控控系統(tǒng)，近近30年來(lái)來(lái)，裝備微微處理機(jī)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的數(shù)控機(jī)床床得到飛速速發(fā)展和廣廣泛應(yīng)用。。6基于于PC（PC-BASED））的數(shù)控,20世紀(jì)紀(jì)80年代代，基于PC開發(fā)式式數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)發(fā)發(fā)展趨勢(shì)1．高速速高精度機(jī)床向高速速化方向發(fā)發(fā)展，可充充分發(fā)揮現(xiàn)現(xiàn)代刀具材材料的性能能，可大幅幅度提高加加工效率、、降低加工工成本，提提高零件的的表面加工工質(zhì)量和精精度。上上世紀(jì)紀(jì)90年代代以來(lái)，高高速主軸單單元（電主主軸，轉(zhuǎn)速速15000－100000r/min）、高高速且高加加/減速度度的進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)部件（（快移速度度60~120m/min，，切削進(jìn)給給速度高達(dá)達(dá)60m/min））、高性能能伺服系統(tǒng)統(tǒng)以及工具具系統(tǒng)都出出現(xiàn)了新的的突破。高速切削加加工1931年年德國(guó)切削削物理學(xué)家家薩洛蒙(Salomon)提出高速切切削理論。。在常規(guī)的切切削速度范范圍內(nèi)，切切削溫度隨隨著切削速速度的增大大而提高。。對(duì)于每一一種工件材材料，存在在一個(gè)速度度范圍，在在這個(gè)范圍圍內(nèi)，由于于切削速度度太高，任任何刀具都都無(wú)法承受受，切削加加工不可能能進(jìn)行。但但是，當(dāng)切切削速度進(jìn)進(jìn)一步提高高，超過(guò)這這個(gè)范圍后后，切削溫溫度反而降降低。同時(shí)時(shí)切削力也也會(huì)大幅度度下降。通常把切削削速度比常常規(guī)切削速速度高出5~10倍倍以上的切切削叫做高高速切削。。車削:700~7000m/min;銑削：300~6000m/min;鉆削削：：200~1100m/min;磨削削：：150~360m/s;與傳傳統(tǒng)統(tǒng)切切削削加加工工相相比比，，高高速速切切削削加加工工發(fā)發(fā)生生了了本本質(zhì)質(zhì)性性的的飛飛躍躍，，其其單單位位功功率率的的金金屬屬切切除除率率提提高高了了30%～～40%，，切切削削力力降降低低了了30%，，刀刀具具的的切切削削壽壽命命提提高高了了70%，，留留于于工工件件的的切切削削熱熱大大幅幅度度降降低低，，低低階階切切削削振振動(dòng)動(dòng)幾幾乎乎消消失失。Salomon切切削削速速度度與與溫溫度度實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)曲曲線線CPU采采用用64位位專專用用總總線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，采采用用全全數(shù)數(shù)字字伺伺服服、、運(yùn)運(yùn)用用AI（（AdvanceInterpolation)HRV(HighResponseVector)簡(jiǎn)簡(jiǎn)易易指指令令集集CPU（（RISC））等等。。（FUNUCSERVOHRV4伺伺服服位位置置以以納納米米為為單單位位采采樣樣，，使使用用ααi脈脈沖沖編編碼碼器器16000000p/r。。））高速速：：進(jìn)給給速速度度：：80m/min快進(jìn)進(jìn)速速度度：：120m/min主軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速：：100000r/min加速速度度：：2g換刀刀時(shí)時(shí)間間：：0.4sCINCINNAIT公公司司HyperMach機(jī)機(jī)床床：：進(jìn)給給速速度度：：60m/min快進(jìn)進(jìn)速速度度：：100m/min主軸軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速：：60000r/min高精精度度：：普通通級(jí)級(jí)：：5μμm精密密級(jí)級(jí)：：1μμm超精精密密級(jí)級(jí)：：0.01μμm2．．智智能能化化數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)的的智智能能化化主主要要體體現(xiàn)現(xiàn)在在以以下下幾幾個(gè)個(gè)方方面面：：（1））智智能能化化適適應(yīng)應(yīng)控控制制技技術(shù)術(shù)（（隨隨加加工工過(guò)過(guò)程程切切削削條條件件的的變變化化，，自自動(dòng)動(dòng)地地調(diào)調(diào)整整切切削削用用量量，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)加加工工過(guò)過(guò)程程最最佳佳化化））（2））自自動(dòng)動(dòng)編編程程技技術(shù)術(shù)（3））具具有有故故障障自自動(dòng)動(dòng)診診斷斷功功能能（4））智智能能化化交交流流伺伺服服驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝裝置置智能能化化交交流流伺伺服服驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝裝置置包包括括智智能能主主軸軸交交流流伺伺服服驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝裝置置和和智智能能進(jìn)進(jìn)給給交交流流伺伺服服驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝裝置置。。能自自動(dòng)動(dòng)識(shí)識(shí)別別電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)及及負(fù)負(fù)載載的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣慣量量，，并并自自動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)參參數(shù)數(shù)進(jìn)進(jìn)行行優(yōu)優(yōu)化化和和調(diào)調(diào)整整，，使使驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)獲獲得得最最佳佳運(yùn)運(yùn)行行效效果果。。（5））加加工工參參數(shù)數(shù)智智能能優(yōu)優(yōu)化化與與選選擇擇以加加工工工工藝藝參參數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)庫(kù)為為支支撐撐，，建建立立專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)，，通通過(guò)過(guò)它它提提供供優(yōu)優(yōu)化化的的切切削削參參數(shù)數(shù)，，使使加加工工系系統(tǒng)統(tǒng)始始終終處處于于最最優(yōu)優(yōu)和和最最經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)的的工工作作狀狀態(tài)態(tài)，，達(dá)達(dá)到到提提高高編編程程效效率率和和加加工工工工藝藝技技術(shù)術(shù)水水平平。。智能能制制造造技技術(shù)術(shù)包包括括專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)、、模模糊糊推推理理和和人人工工神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)三三大大部部分分。。專家家系統(tǒng)統(tǒng)先是是采采集集領(lǐng)領(lǐng)域域?qū)＜壹业牡闹R(shí)識(shí)，，然然后后將將知知識(shí)識(shí)分分解解為為事事實(shí)實(shí)與與規(guī)規(guī)則則，，存存儲(chǔ)儲(chǔ)于于知知識(shí)識(shí)庫(kù)庫(kù)中中，，通通過(guò)過(guò)推推理理作作出出決決策策。。模糊糊推理理模糊糊推推理理又又稱稱模模糊糊邏邏輯輯，，它它是是依依靠靠模模糊糊集集和和模模糊糊邏邏輯輯模模型型進(jìn)進(jìn)行行多多個(gè)個(gè)因因素素的的綜綜合合考考慮慮，，采采用用關(guān)關(guān)系系矩矩陣陣算算法法模模型型、、隸隸屬屬度度函函數(shù)數(shù)、、加加權(quán)權(quán)、、約約束束等等方方法法，，處處理理模模糊糊的的、、不不完完全全的的乃乃至至相相互互矛矛盾盾的的信信息息。。人工工神神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)是是人人腦腦部部分分功功能能的的某某些些抽抽象象、、簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化與與模模擬擬，，由由數(shù)數(shù)量量巨巨大大的的以以神神經(jīng)經(jīng)元元為為主主的的處處理理單單元元互互連連構(gòu)構(gòu)成成，，通通過(guò)過(guò)神神經(jīng)經(jīng)元元的的相相互互作作用用來(lái)來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)信信息息處處理理。。3體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)開開放放化化、、柔柔性性化化傳統(tǒng)統(tǒng)的的數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)都都是是專專門門、、具具有有不不同同的的編編程程語(yǔ)語(yǔ)言言、、非非標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)人人機(jī)機(jī)接接口口、、多多種種實(shí)實(shí)時(shí)時(shí)操作作系系統(tǒng)統(tǒng)、、非非標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的的硬硬件件接接口口等等特特征征，，造造成成了了數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)使使用用和和維維護(hù)護(hù)的的不不便便，，也也限限制了了數(shù)數(shù)控控技技術(shù)術(shù)的的進(jìn)進(jìn)一一步步發(fā)發(fā)展展。。為為了了解解決決這這些些問(wèn)問(wèn)題題，，人人們們提提出出了了““開放放式式數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)””的概概念念。。概概念念最最早早見(jiàn)見(jiàn)于于1987年年美美國(guó)國(guó)NGC(NextGenerationController)計(jì)計(jì)劃，，NGC控控制制技技術(shù)術(shù)通通過(guò)過(guò)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)基基于于相相互互操操作作和和分分級(jí)級(jí)式式的的軟軟件件模模塊塊的的““開開放放式式系系統(tǒng)統(tǒng)體體系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)規(guī)規(guī)范范（（SOSAS））””找找到到解解決決問(wèn)問(wèn)題題的的辦辦法法。。開放放式式體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)是是開開放放式式、、高高性性能能、、智智能能化化、、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)的的統(tǒng)統(tǒng)稱。。其其核核心心是是開開放放式式，，既既系系統(tǒng)統(tǒng)各各模模塊塊與與運(yùn)運(yùn)行行平平臺(tái)臺(tái)無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)、、系系統(tǒng)統(tǒng)中中各各模模塊塊之之間間的的互互操操作性及通信接接口的統(tǒng)一性性?，F(xiàn)代開放式數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的體體系結(jié)構(gòu)技術(shù)術(shù)要求：1）采用通用用性開放式閉閉環(huán)控制模式式2）采用通用用計(jì)算機(jī)組成成總線式、模模塊化、開放放式體系結(jié)構(gòu)構(gòu)，利用開放放式的數(shù)控技術(shù)軟、、硬件平臺(tái)，，可視需求通通過(guò)重構(gòu)、編編輯調(diào)整系統(tǒng)統(tǒng)的組成，便便于“剪裁”，擴(kuò)展和和生級(jí)；功能能可專用也可可通用，可組組成不同擋次次、不同類型型、不同集成程度的數(shù)控控系統(tǒng)；功能能價(jià)格比可調(diào)調(diào)，可集成用用戶的技術(shù)訣訣竅。體系結(jié)構(gòu)滿足足了開放式要要求，同時(shí)也也具有了柔性性化。4.交互可可視化為使設(shè)備易操操作和維修，，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)具備以下三三個(gè)特點(diǎn)：1）用戶界面面圖形化，可可通過(guò)窗口和和菜單進(jìn)行操操作，以便藍(lán)藍(lán)圖編程和快快速編程、三三維彩色立體體動(dòng)態(tài)顯示、、圖形模擬、、圖象動(dòng)態(tài)跟跟蹤和仿真及及不同方向的的視圖和局部部顯示比例縮縮放功能的實(shí)實(shí)現(xiàn)。2）計(jì)算可視視化，使信息息交流不再局局限于用文字字和語(yǔ)言表達(dá)達(dá)，而可以直直接使用圖形形、圖象、動(dòng)動(dòng)畫等可視信信息，使系統(tǒng)統(tǒng)滿足參數(shù)自自動(dòng)設(shè)定、刀刀具補(bǔ)償和刀刀具管理數(shù)據(jù)據(jù)的動(dòng)態(tài)處理理和顯示，以以及加工過(guò)程程的可視化仿仿真和自動(dòng)編編程設(shè)計(jì)等要要求。3）數(shù)控編程程自動(dòng)化，CAD/CAM圖形交互互自動(dòng)編程和和CAD/CAPP/CAM集成的的全自動(dòng)編程程是數(shù)控技術(shù)術(shù)發(fā)展的新趨趨勢(shì)。SIMENS840DShopmill、、Shopturn軟軟件。FANUC系系統(tǒng)采用“manualguideI””輔助編程，，操作者可以以根據(jù)藍(lán)圖輸輸入圖形尺寸寸，無(wú)需G代代碼編程，使使數(shù)控編程更更接近工程語(yǔ)語(yǔ)言、用圖形形符號(hào)說(shuō)話。。齒輪加工軟件件多軸聯(lián)動(dòng)刀具具磨軟件凸輪軸及曲軸軸加工軟件法向矢量插補(bǔ)補(bǔ)軟件2012年國(guó)國(guó)家自然科學(xué)學(xué)二等獎(jiǎng)Z-109-2-02復(fù)復(fù)雜曲面數(shù)字字化制造的幾幾何推理理論論和方法丁丁漢(華中科技大大學(xué))，朱向向陽(yáng)(上海交交通大學(xué))，，尹周平(華華中科技大學(xué)學(xué))，朱利民民(上海交通通大學(xué))，王王煜(香香港中文大學(xué)學(xué))5.通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)中央集中控控制的群控加加工，數(shù)控系系統(tǒng)應(yīng)該有強(qiáng)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能能，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)，可以在任任何一臺(tái)機(jī)床床上對(duì)其他機(jī)機(jī)床進(jìn)行編程程、設(shè)定、操操作、運(yùn)行，，不同機(jī)床的的畫面可同時(shí)時(shí)顯示在每一一臺(tái)機(jī)床的屏屏幕上，可進(jìn)進(jìn)行遠(yuǎn)程化控控制和無(wú)人操操作，實(shí)現(xiàn)信信息共享、兼兼容多種通信信協(xié)議，既能能滿足單機(jī)需需要，又能滿滿足柔性制造造單元、柔性性制造系統(tǒng)、、計(jì)算機(jī)集成成制造系統(tǒng)對(duì)對(duì)基層設(shè)備的的要求，同時(shí)時(shí)便于形成““全球制造””的基礎(chǔ)單元元的需求6.功能復(fù)合合化復(fù)合化：在一臺(tái)設(shè)備上上實(shí)現(xiàn)多種工工藝步驟的加加工，縮短加加工鏈車銑復(fù)合—車車削中心（ATC，動(dòng)力力刀頭）；鏜銑鉆復(fù)合——加工中心（ATC）、、五面加工中中心（ATC，主軸立臥臥轉(zhuǎn)換）；銑鏜鉆車復(fù)合合—復(fù)合加工工中心；可更換主軸箱箱的數(shù)控機(jī)床床—組合加工工中心；集車削和激光光加工于一體體的機(jī)床；測(cè)量/制造復(fù)復(fù)合，在加工工后對(duì)工件進(jìn)進(jìn)行在線測(cè)量量多功能復(fù)合化化機(jī)床消除了了車床、銑床床、磨床、激激光設(shè)備等之之間的傳統(tǒng)差差異。（1）車削為為主德國(guó)INDEX公司的TRAUBTNX65多功能數(shù)控車車削中心，具具有雙主軸、、4個(gè)刀塔，，第二主軸可可作Y軸移動(dòng)動(dòng)；德國(guó)DMG公司的TWIN65雙主軸車削削中心，上下下各有一個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)塔刀架，可可實(shí)現(xiàn)6面加加工，第二主主軸可作橫向向移動(dòng)等。（2）加工中中心的復(fù)合化化日本MAZAK公司的新新機(jī)床為Integrexe-1550V型型復(fù)合車銑加加工中心，它它將5軸聯(lián)動(dòng)動(dòng)加工中心的的功能和CNC數(shù)控車削削中心的功能能融合到了一一起。在市場(chǎng)場(chǎng)中，Mazak公司的的Integrex系列列機(jī)床被看作作是多功能機(jī)機(jī)床的同義詞詞。（3）磨削為為主該類復(fù)合機(jī)床床的代表為瑞瑞士MAGERLE公司司的MGR立立式車磨復(fù)合合加工機(jī)，機(jī)機(jī)床上方配有有多個(gè)磨頭和和一個(gè)車刀架架，可以對(duì)零零件進(jìn)行磨削削和精車；日日本森精機(jī)制制作所的IGV-3NT磨頭可回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式立式磨床床，可在一次次裝卡下對(duì)零零件內(nèi)外圓和和端面進(jìn)行加加工；瑞士STUDER公司的S33萬(wàn)能數(shù)控控磨床，可以以在一次裝卡卡下實(shí)現(xiàn)多線線螺紋加工和和內(nèi)外圓、端端面加工。7.數(shù)控機(jī)機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)創(chuàng)新1）直線電機(jī)機(jī)取代滾珠絲絲杠傳統(tǒng)的滾珠絲絲杠傳動(dòng)鏈結(jié)結(jié)構(gòu)需要絲杠杠軸承座，聯(lián)聯(lián)軸器等，結(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳傳動(dòng)鏈中精度度損失多（軸軸承游隙、絲絲杠螺距誤差差、反響間隙隙等），而采采用直線電機(jī)機(jī)可以克服傳傳動(dòng)鏈中丟失失的精度，另另外從電氣角角度看，參數(shù)數(shù)設(shè)置更直接接、簡(jiǎn)便、精精確。平面電機(jī)2）電主軸取取代主軸箱電主軸實(shí)現(xiàn)了了變頻電機(jī)和和機(jī)床主軸之之間的“零傳傳動(dòng)”，這是是數(shù)控機(jī)床傳傳動(dòng)的重大變變革。它克服服了傳統(tǒng)機(jī)床床皮帶或齒輪輪傳動(dòng)的主軸軸系統(tǒng)在高速速下打滑、振振動(dòng)和噪音大大、慣量大等等弊端，可良良好地實(shí)現(xiàn)主主軸轉(zhuǎn)速的高高速化，有效效改善主軸高高速綜合性能能。3）重心驅(qū)動(dòng)動(dòng)從力學(xué)角度分分析，在推動(dòng)動(dòng)物體移動(dòng)時(shí)時(shí)，如果作用用點(diǎn)不在物體體重心，則會(huì)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭扭矩，對(duì)機(jī)床床定位來(lái)講是是一個(gè)不穩(wěn)定定擾動(dòng)因素，，影響輪廓加加工精度和穩(wěn)穩(wěn)定性。通常常單滾珠絲杠杠驅(qū)動(dòng)力與工工件受力點(diǎn)總總是隨著加工工軌跡變化而而變化的，既既工作臺(tái)所受受的扭矩總是是存在的。采采用雙絲杠驅(qū)驅(qū)動(dòng)（重心驅(qū)驅(qū)動(dòng)）能很好好地解決上述述問(wèn)題，最顯顯著的作用就就是減少振動(dòng)動(dòng)，提高加工工精度。振動(dòng)隨時(shí)間的的變化如圖表表所示。重心驅(qū)動(dòng)設(shè)備備很快就消除除了振動(dòng)，反反之其他設(shè)備備的振動(dòng)則持持續(xù)了較長(zhǎng)時(shí)時(shí)間。使用位于振動(dòng)動(dòng)設(shè)備頂端的的刀具加工工工件，會(huì)造成成加工面質(zhì)量量的明顯惡化化。另外，如果在在振動(dòng)時(shí)使用用刀具切割工工件，也會(huì)輕輕微磨損刀尖尖。因此振動(dòng)動(dòng)對(duì)刀具壽命命來(lái)說(shuō)實(shí)為大大敵。更嚴(yán)重的是，，如果發(fā)生振振動(dòng)，數(shù)控裝裝置會(huì)將其作作為正常指令令之外的動(dòng)作作進(jìn)行檢測(cè)，，而為了修正正錯(cuò)誤又要驅(qū)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)動(dòng)機(jī)。如此反反復(fù)，進(jìn)一步步加劇了振動(dòng)動(dòng)。DCG有DCG無(wú)森精機(jī)公司的的車銑復(fù)合加加工中心4.現(xiàn)有機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的變變革1）內(nèi)冷式滾珠絲絲杠高速數(shù)控機(jī)床床用新HMC系列滾珠絲絲杠。HMC系列是NSK公司于1997年推推出的，由于于采用了“空空心強(qiáng)冷”技技術(shù)，帶來(lái)了了滾珠絲杠的的革命?，F(xiàn)在在，NSK公公司又對(duì)HMC系列進(jìn)行行了改進(jìn)，滾滾珠采用了新新的循環(huán)方式式，在原有高高速的基礎(chǔ)上上，實(shí)現(xiàn)了靜靜音、振動(dòng)小小的環(huán)保性。。2）內(nèi)置銑削電動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)塔傳統(tǒng)的銑削機(jī)機(jī)構(gòu)涉及傳動(dòng)動(dòng)鏈、齒輪等等機(jī)械部件，，結(jié)構(gòu)、制造造工藝復(fù)雜，，裝置會(huì)產(chǎn)生生大量的熱和和振動(dòng)。而帶帶內(nèi)置銑削電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)塔結(jié)結(jié)構(gòu)，最大程程度上減少了了熱量和振動(dòng)動(dòng)的產(chǎn)生，避避免了傳統(tǒng)損損耗，提高了了加工精度和和切削性能。。3）箱中箱、臺(tái)中中臺(tái)結(jié)構(gòu)4）衍架結(jié)構(gòu)Table-in-Table(臺(tái)中臺(tái))結(jié)結(jié)構(gòu)采用框架式的的箱形結(jié)構(gòu)，，將一個(gè)移動(dòng)動(dòng)部件嵌入另另一個(gè)部件的的框架箱中，，達(dá)到提高剛剛度，減輕移移動(dòng)部件質(zhì)量量的目的，以以適應(yīng)60m/min以以上快速移移動(dòng)和進(jìn)給的的要求。德國(guó)DS-Technology公公司的Ecospeed

加工中中心將一個(gè)回轉(zhuǎn)體體嵌入另一個(gè)個(gè)回轉(zhuǎn)體中，，例如，在B

軸工作臺(tái)臺(tái)中配置C軸軸工作臺(tái)，，就構(gòu)成了雙雙坐標(biāo)工作臺(tái)臺(tái)的臺(tái)中臺(tái)結(jié)結(jié)構(gòu)(Table-in-table)德國(guó)EEW衍衍架結(jié)構(gòu)HSM-Model可可按客戶的場(chǎng)場(chǎng)地空間大小小和使用需要要組合不同的的衍架跨距、、立柱高度和和間距，最大大加工范圍可可達(dá)151m×9m×4.25m。。8.STEP—NCSTEP（ISO10303）（（StandardfortheExchangeofProductModelData－－ISO10303））(1)目前前CNC系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)狀:繪制描述加工工零件幾何形形狀、尺寸公公差和材料等等屬性的CAD圖紙，并并以符合STEP標(biāo)準(zhǔn)的的IGES格格式存放到文文件；將該IGES文件讀入CAM系統(tǒng)，，后置處理成成RS274D（ISO6983））標(biāo)準(zhǔn)定義的的G代碼；由CNC讀入入G代碼文件件進(jìn)行數(shù)控加加工?？梢?jiàn)目前CNC系統(tǒng)基于于IGES和和ISO6983標(biāo)準(zhǔn)STEP（ISO10303）（（StandardfortheExchangeofProductModelData－－ISO10303））是關(guān)于產(chǎn)品品數(shù)