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第5章現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)2023/12/62現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)理論和支持技術(shù)(略)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中的信息技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的集成平臺(tái)技術(shù)制造過程控制技術(shù)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的新發(fā)展2023/12/63軟構(gòu)件及其接口軟構(gòu)件的概念構(gòu)件是指語義完整、語法正確和有可重用價(jià)值的單位軟件,是軟件重用過程中可以明確辯識(shí)的系統(tǒng);結(jié)構(gòu)上,它是語義描述、通訊接口和實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)合體。簡單地說,構(gòu)件是具有一定的功能,能夠獨(dú)立工作或能同其它構(gòu)件裝配起來協(xié)調(diào)工作的程序體,構(gòu)件的使用同他的開發(fā)、生產(chǎn)無關(guān)。從抽象程度來看,面向?qū)ο蠹夹g(shù)已達(dá)到了類級重用(代碼重用),它以類為封裝的單位。這樣的重用粒度還太小,不足以解決異構(gòu)互操作和效率更高的重用。構(gòu)件將抽象的程度提到一個(gè)更高的層次,它是對一組類的組合進(jìn)行封裝,并代表完成一個(gè)或多個(gè)功能的特定服務(wù),也為用戶提供了多個(gè)接口。整個(gè)構(gòu)件隱藏了具體的實(shí)現(xiàn),只用接口提供服務(wù)。2023/12/64構(gòu)建技術(shù)流派近年來,構(gòu)件技術(shù)發(fā)展迅速,已形成三個(gè)主要流派,分別是OMG的CORBA、Sun的Java平臺(tái)和Microsoft的COM+。OMG的CORBA:公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)(CORBA,CommonObjectRequestBrokerArchitecture)是對象管理組織(OMG)基于眾多開放系統(tǒng)平臺(tái)廠商提交的分布對象互操作內(nèi)容基礎(chǔ)上制定的分布式應(yīng)用程序框架的規(guī)范。Sun的J2EE:為了推動(dòng)基于Java的服務(wù)器端應(yīng)用開發(fā),Sun在1999年底推出了Java2技術(shù)及相關(guān)的J2EE規(guī)范。MicrosoftDNA是Microsoft在推出Windows2000系列操作系統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)上,在擴(kuò)展了分布計(jì)算模型以及改造BackOffice系列服務(wù)器端分布計(jì)算產(chǎn)品后發(fā)布的新的分布計(jì)算體系結(jié)構(gòu)和規(guī)范。2023/12/65CORBACORBA是由絕大多數(shù)分布計(jì)算平臺(tái)廠商所支持和遵循的系統(tǒng)規(guī)范,具有模型完整、先進(jìn),獨(dú)立于系統(tǒng)平臺(tái)和開發(fā)語言,被支持程度廣泛的特點(diǎn),逐漸成為分布計(jì)算技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。COBRA標(biāo)準(zhǔn)主要分為3個(gè)層次:對象請求代理、公共對象服務(wù)和公共設(shè)施。最底層是對象請求代理(ORB,ObjectRequestBroker),規(guī)定了分布對象的定義(接口)和語言映射,實(shí)現(xiàn)對象間的通訊和互操作,是分布對象系統(tǒng)中的“軟總線”;在ORB之上定義了很多公共服務(wù),可以提供諸如并發(fā)服務(wù)、名字服務(wù)、事務(wù)(交易)服務(wù)、安全服務(wù)等各種各樣的服務(wù);最上層的公共設(shè)施則定義了組件框架,提供可直接為業(yè)務(wù)對象使用的服務(wù),規(guī)定業(yè)務(wù)對象有效協(xié)作所需的協(xié)定規(guī)則。CORBA的優(yōu)點(diǎn)是大而全,互操作性和開放性非常好,缺點(diǎn)是龐大而復(fù)雜,并且技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的更新相對較慢,在具體的應(yīng)用中使用不是很多。2023/12/66J2EEJ2EE的目標(biāo)是提供與平臺(tái)無關(guān)、可移植的、支持并發(fā)訪問和安全的、完全基于Java的開發(fā)服務(wù)器端中間件的標(biāo)準(zhǔn)。J2EE簡化了構(gòu)件可伸縮、基于構(gòu)件服務(wù)器端應(yīng)用的復(fù)雜度。在J2EE中,Sun給出了完整的基于Java語言開發(fā)面向企業(yè)分布應(yīng)用的規(guī)范,其中在分布式互操作協(xié)議上,J2EE同時(shí)支持遠(yuǎn)程方法調(diào)用(RMI,Re—moteMethodlnvocation)和因特網(wǎng)對象請求代理間協(xié)議(IlOP,IntemetInter-ORBProtocal),在服務(wù)器端分布式應(yīng)用的構(gòu)造形式包括了JavaServlet、JSP(JavaServerPage)、EJB等多種形式,以支持不同的業(yè)務(wù)需求。2023/12/67

MicrosoftDNAWindowsDNA,WindowsDistributedInternetApplicationArchitecture,譯為Windows分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)。DNA概念是借助生命科學(xué)中脫氧核糖核酸(DNA,DeoxyribonucleicAcid)的寓意來詮釋現(xiàn)代企業(yè)信息結(jié)構(gòu)的真諦。WindowsDNA允許不同網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)互相操作以及相互協(xié)作以完成某些目標(biāo),使開發(fā)者很容易的建造能夠服務(wù)許多用戶的基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)。WindowsDNA提供了一個(gè)具備協(xié)同工作能力的框架(Framework)。由于這個(gè)框架支持公用的協(xié)議,以及它發(fā)布了一些通用的接口,用戶可以在它上面添加一些新的功能以擴(kuò)充這個(gè)系統(tǒng)。WindowsDNA是一個(gè)完整的多層結(jié)構(gòu)的企業(yè)應(yīng)用總體方案,使Windows真正成為企業(yè)應(yīng)用平臺(tái)。WindowsDNA具有可伸縮性和高可靠性。2023/12/68COM+MTS(MicrosoftTransactionServer)是COM/DCOM對象的Container執(zhí)行環(huán)境。MTS是Microsoft在Windows平臺(tái)的中介軟件之一,它的主要功能是讓W(xué)indows程序員能夠開發(fā)以組件為導(dǎo)向的分布式應(yīng)用系統(tǒng),并且具備在同質(zhì)和異質(zhì)數(shù)據(jù)庫之間對修改的數(shù)據(jù)進(jìn)行兩階段提交的功能。由于MTS提供了事務(wù)管理、各種Pooling功能以及對象及時(shí)激活等功能,執(zhí)行在其中的COM/DCOM組件將不用考慮這些事情,而只是專門執(zhí)行企業(yè)邏輯代碼。COM+的推出有機(jī)的統(tǒng)一了COM/DCOM/MTS的編程模型,形成一個(gè)功能強(qiáng)大的組件體系結(jié)構(gòu),并且把DCOM/MTS的各種優(yōu)勢以更為便捷的方式提供給用戶。2023/12/69.NetNET可以看做是從WINDOWSDNA演進(jìn)而來的,它是WINDOWSDNA的繼續(xù)和發(fā)展。WINDOWSDNA是一個(gè)解決方案的平臺(tái),它關(guān)注的是如何使用微軟服務(wù)器產(chǎn)品來解決業(yè)務(wù)問題。但是除了一個(gè)技術(shù)規(guī)范以外,WINDOWSDNA并沒有任何切實(shí)的東西。但是.NET不僅有一套技術(shù)規(guī)范,它還包括了幾個(gè)實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)品,例如編譯器、類庫、甚至最終的用戶程序。如Windows.NET是操作系統(tǒng)平臺(tái)、.NETFramework是運(yùn)行環(huán)境、.NET企業(yè)服務(wù)器為產(chǎn)品服務(wù)器、VisualStudio.NET為編程平臺(tái)。2023/12/610CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)分布環(huán)境企業(yè)實(shí)施CIMS首先要實(shí)現(xiàn)信息集成。集成平臺(tái)與集成框架就是企業(yè)應(yīng)用的一種先進(jìn)集成支持工具。開發(fā)CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)的目的就是為企業(yè)實(shí)施CIMS提供開放的、易維護(hù)的、可重構(gòu)的應(yīng)用開發(fā)與系統(tǒng)運(yùn)行的集成支持工具。2023/12/611CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)基本定義CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)是一個(gè)支持復(fù)雜信息環(huán)境下CIMS應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用集成和系統(tǒng)運(yùn)行的軟件平臺(tái)。它基于制造業(yè)信息特征,在異構(gòu)分布環(huán)境(操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫)下提供透明、一致的信息訪問和交互手段,對其上運(yùn)行的應(yīng)用進(jìn)行管理,為應(yīng)用提供服務(wù),并支持CIMS信息環(huán)境下各特定領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)的集成。2023/12/612CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)的功能(1)通信服務(wù):提供分布環(huán)境下透明的通信服務(wù)功能,使用戶和應(yīng)用程序無需關(guān)心具體的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序所處的網(wǎng)絡(luò)位置,而以透明的函數(shù)調(diào)用或?qū)ο蠓?wù)方式完成它們所需的通信要求。(2)信息服務(wù):為應(yīng)用提供透明的信息訪問服務(wù),使應(yīng)用以一種一致的語義和接口實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件、應(yīng)用交互信息)的訪問與控制。(3)應(yīng)用編程(集成)接口:是一組高層接口,以函數(shù)或?qū)ο蠓?wù)的方式為用戶提供更為專業(yè)化的服務(wù),使用戶可以方便地集成現(xiàn)有應(yīng)用和開發(fā)新的應(yīng)用。應(yīng)用編程接口按照它們的通用程度又分為獨(dú)立于應(yīng)用的編程接口和依賴于應(yīng)用的編程接口。(4)應(yīng)用開發(fā)工具:一組幫用戶開發(fā)特定應(yīng)用程序的支持工具,以簡化用戶應(yīng)用程序的開發(fā)工作。(5)管理應(yīng)用程序:它是CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)的運(yùn)行管理和控制模塊。負(fù)責(zé)CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)的系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)配置、集成平臺(tái)應(yīng)用運(yùn)行管理和維護(hù)、事件管理和出錯(cuò)處理等。2023/12/613CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)的基本特性(1)為企業(yè)的經(jīng)營、管理、生產(chǎn)和設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供良好的應(yīng)用編程接口和應(yīng)用集成接口。(2)提供支持CIMS應(yīng)用開發(fā)、應(yīng)用集成的應(yīng)用開發(fā)工具、應(yīng)用編程接口、應(yīng)用原型系統(tǒng)。(3)支持不同的企業(yè)規(guī)模和多種多樣的企業(yè)信息環(huán)境。集成平臺(tái)可為不同的企業(yè)規(guī)模和應(yīng)用范圍提供最佳的結(jié)構(gòu)和功能配置,具有良好的可伸縮性。(4)支持異構(gòu)分布環(huán)境,提供一致透明的數(shù)據(jù)訪問。支持現(xiàn)有應(yīng)用、已有信息資源的集成和重用。(5)根據(jù)企業(yè)對Internet服務(wù)的需求,提供相應(yīng)的Internet服務(wù)功能。2023/12/614CIMS應(yīng)用集成平臺(tái)的發(fā)展趨勢為企業(yè)實(shí)施CIMS提供全方位、全生命周期的支持,方便現(xiàn)有應(yīng)用的集成這些支持包括提供通用的通信服務(wù)、信息服務(wù)和面向應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)工具、原型系統(tǒng)和應(yīng)用集成接口。既支持企業(yè)的信息集成,又支持功能集成和過程集成采用新技術(shù)和理論,支持標(biāo)準(zhǔn)化和開放系統(tǒng)概念,高度的軟件可重用性維護(hù)應(yīng)用系統(tǒng)的安全性、可靠性、完整性,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)的有效管理對Internet/Intranet/Extranet技術(shù)的支持2023/12/615面向服務(wù)的應(yīng)用集成2023/12/616現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)理論和支持技術(shù)(略)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中的信息技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的集成平臺(tái)技術(shù)制造過程控制技術(shù)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的新發(fā)展5.制造過程控制技術(shù)數(shù)字控制技術(shù)柔性制造技術(shù)智能制造技術(shù)2023/12/618數(shù)控技術(shù)自從本世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)創(chuàng)立以來,它給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化?,F(xiàn)在,數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù),現(xiàn)代的CAD/CAM,F(xiàn)MS和CIMS、敏捷制造和智能制造等,都是建立在現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)之上;數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的物質(zhì)手段;國家戰(zhàn)略技術(shù)和體現(xiàn)國家綜合國力水平重要標(biāo)志。專家們預(yù)言:二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競爭,其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競爭。2023/12/619數(shù)字控制(NumericalControlNC)是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程(如加工、測量、裝配等)進(jìn)行編程控制的自動(dòng)化方法。數(shù)控技術(shù)(NumericalControlTechnology)采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。數(shù)控機(jī)床(NumericalControlMachineTools)是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床。它是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。數(shù)控系統(tǒng)(NumericalControlSystem)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(ComputerNumericalControlCNC)以計(jì)算機(jī)為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。數(shù)字控制與數(shù)控技術(shù)2023/12/620高精度、高效率;剛性自動(dòng)化不能滿足的要求(手工、小規(guī)模、大規(guī)模生產(chǎn));柔性自動(dòng)化(多品種、變批量)、復(fù)雜零件的加工(多坐標(biāo)加工);計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生的原因2023/12/621數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史1952年,第一代電子管數(shù)控系統(tǒng);1959年,第二代晶體管數(shù)控系統(tǒng)。隨之出現(xiàn)刀庫,機(jī)械手、加工中心;1960年,第三代集成電路數(shù)控系統(tǒng),硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)(稱為NC);1970年,第四代小型計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC);1974年,第五代微型計(jì)算機(jī)數(shù)控(MNC,統(tǒng)稱CNC);1980年后,F(xiàn)MS、FMC、CIMS、開放式數(shù)控(openNC)系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)(IMS)大發(fā)展。1990年后,高速加工,納米制造。2023/12/622定梁龍門移動(dòng)式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心2023/12/623數(shù)控動(dòng)梁龍門鏜銑床加工中心2023/12/624多連桿機(jī)械壓力機(jī)2023/12/625濟(jì)南一機(jī)床和華東數(shù)控十五期間開發(fā)的國內(nèi)領(lǐng)先的數(shù)控設(shè)備2023/12/626將被加工零件圖紙上的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序,然后將程序輸入數(shù)控裝置,按照程序的要求,經(jīng)過信息處理,分配,使各坐標(biāo)以最小位移量為單位移動(dòng),其合成運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng),完成零件的加工。

最小位移量的合成運(yùn)動(dòng)是機(jī)床數(shù)字控制的基本原理,即軌跡控制原理(插補(bǔ)原理)。

點(diǎn)位控制:嚴(yán)格控制點(diǎn)到點(diǎn)的距離,不嚴(yán)格要求路徑,運(yùn)動(dòng)中不加工。數(shù)控機(jī)床的工作原理2023/12/627機(jī)床的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控能接收零件圖紙加工要求的信息進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算,實(shí)時(shí)地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度位置控制指令。伺服驅(qū)動(dòng)裝置能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令,驅(qū)動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng),同時(shí)能提供足夠的功率和扭矩。機(jī)床的數(shù)字控制包括:軌跡控制和開關(guān)量控制。軌跡控制:直線、圓弧及其它各種平面,空間軌跡。由插補(bǔ)指令實(shí)現(xiàn)。插補(bǔ)指令越豐富,數(shù)控功能越強(qiáng)。開關(guān)量控制:為配合數(shù)控加工,所需要的開關(guān)動(dòng)作控制,如程序停、冷卻液開停、主軸正反轉(zhuǎn)等等。由輔助功能指令實(shí)現(xiàn)。2023/12/628輸入數(shù)控裝置驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)床MG測量反饋數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控系統(tǒng):I/0接口、CNC裝置、伺服系統(tǒng)、PLC機(jī)械主機(jī):主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)、床身等2023/12/629信息輸入:程序、參數(shù)、數(shù)據(jù)等的輸入通道。輸入設(shè)備為磁帶、磁盤、通訊接口由上位機(jī)輸入,也可以在MDI方式下,用手動(dòng)按鍵輸入。數(shù)控裝置:由CPU、存儲(chǔ)器、總線、功能部件和相應(yīng)軟件組成的專用計(jì)算機(jī)。作用為將加工程序譯碼軌跡計(jì)算(速度計(jì)算)、插補(bǔ)計(jì)算、補(bǔ)償計(jì)算,向各坐標(biāo)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分配速度、位移命令。這一部分是數(shù)控機(jī)床的核心。伺服驅(qū)動(dòng)裝置:接受數(shù)控裝置來的指令,將信號進(jìn)行調(diào)解、轉(zhuǎn)換、放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī),帶動(dòng)機(jī)床執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)。檢測反饋裝置:電流、速度、位置檢測反饋裝置。機(jī)床本體:主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件。2023/12/630數(shù)控裝置主要功能①多軸聯(lián)動(dòng)、多坐標(biāo)控制。②多種函數(shù)插補(bǔ):直線、圓弧、拋物線、螺旋線、樣條等。③多種程序輸入功能。④信息轉(zhuǎn)換功能:EIA/ISO、公制/英制、絕對值/增量值、坐標(biāo)變換等。⑤補(bǔ)償功能:刀具長度補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償、間隙、螺距誤差補(bǔ)償?shù)?。⑥多種加工方式選擇。⑦故障自診斷功能。⑧顯示功能:字符、軌跡、平面圖形、三維動(dòng)態(tài)圖形。⑨通訊和聯(lián)網(wǎng)功能。2023/12/6311)多品種變批量、單件小批量的自動(dòng)化

2)柔性加工和柔性自動(dòng)化

小批量而又輪番生產(chǎn)的零件;

幾何形狀復(fù)雜的零件;

在加工過程中必須進(jìn)行多種工序加工的零件;

切削余量大的零件;

必須嚴(yán)格控制公差(公差帶范圍很?。┑牧慵?;

工藝設(shè)計(jì)會(huì)經(jīng)常變化的零件;

貴重零件;

需全部檢測的零件,等等。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用2023/12/632CNC系統(tǒng)的組成CNC系統(tǒng)由“數(shù)控裝置”、“伺服系統(tǒng)”和系統(tǒng)程序組成。數(shù)控裝置(專用計(jì)算機(jī)):硬件和軟件組成。伺服系統(tǒng):檢測裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電機(jī)組成。數(shù)控裝置的硬件組成及功能1.數(shù)控裝置的硬件包括:微機(jī)基本系統(tǒng):CPU、總線、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備等數(shù)控接口組件:進(jìn)給軸位置控制接口組件、主軸控制接口組件手搖脈沖發(fā)生器接口組件等。接口:人機(jī)界面接口、通訊接口、機(jī)電接口輔助功能(M)控制接口等2.硬件功能:與軟件一起接收輸入信息(程序)、經(jīng)過譯碼、軌跡計(jì)算(速度計(jì)算)、補(bǔ)償計(jì)算、加/減處理和插補(bǔ)運(yùn)算,給各個(gè)坐標(biāo)的伺服驅(qū)動(dòng)器分配速度、位移指令,完成數(shù)控加工任務(wù)。2023/12/633軟件由控制功能程序、管理功能程序組成控制功能程序--實(shí)時(shí)性強(qiáng),用于進(jìn)給坐標(biāo)的位置控制,中斷完成;譯碼;預(yù)處理(刀補(bǔ)和速度處理);插補(bǔ);位控;管理功能程序--實(shí)時(shí)性稍差,但要保證控制軟件數(shù)據(jù)的供給傳遞,具體見圖。

CNC軟件管理控制顯示

STMI/O處理通訊診斷譯碼刀具補(bǔ)償速度處理插補(bǔ)位置控制輸入存儲(chǔ)數(shù)控裝置軟件的基本組成和功能2023/12/634數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)CPU:16、32、64、RISC、主頻越來越高;分辨率:0.01mm、0.001mm、0.1μm、0.01μm;控制功能:FANUC15可控15軸SIEMENS840D可控31軸,多種插補(bǔ)功能及其它功能;伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能:電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)交流數(shù)字伺服,交流變頻、矢量控制、非線性、前饋控制,摩擦補(bǔ)償、伺服參數(shù)自動(dòng)調(diào)整等;數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)PLC功能:基本指令執(zhí)行快,梯形圖、C語言編程;系統(tǒng)的通訊接口功能:RS232CDNCRS485局域網(wǎng)等;系統(tǒng)的開放性:可擴(kuò)展、可添加、可重組、可選擇。美國、歐洲、日本幾大開放系統(tǒng)研究;可靠性與故障自診斷。2023/12/635數(shù)控編程

零件圖紙分析

確定加工的工藝路線刀位軌跡計(jì)算編寫程序程序輸入程序校驗(yàn)、試切

加工2023/12/636程序結(jié)構(gòu)與程序段格式1.加工程序的結(jié)構(gòu)加工程序 主程序和子程序 程序段(block)

字(word)

地址和數(shù)據(jù)2.程序段格式N××××G××X±××××.×××Y±××××.×××F××S××T××M××LF

程序段序號準(zhǔn)備機(jī)能字坐標(biāo)字進(jìn)給功能字主軸轉(zhuǎn)速功能字刀具功能字輔助功能字結(jié)束符2023/12/637常用地址字符地址字 意義A、B、C 圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸角度尺寸字F、S、T 進(jìn)給速度指定機(jī)能、主軸速度機(jī)能、刀具機(jī)能G 準(zhǔn)備機(jī)能I、J、K 插補(bǔ)參數(shù)M 輔助機(jī)能N 程序段序號U、V、W 與X、Y、Z軸平行的第2移動(dòng)坐標(biāo)尺寸字X、Y、Z 主坐標(biāo)軸X、Y、Z移動(dòng)坐標(biāo)尺寸字例:N003G90G01X+35.Y+279.3Z-429.7S1000T02F500M072023/12/638G代碼功能介紹與坐標(biāo)系有關(guān)的G代碼G53XαYβ;選擇機(jī)床坐標(biāo)系指令G92X400.Z250;工件坐標(biāo)系設(shè)定指令G54~G59;選擇工件坐標(biāo)系指令G52X100.Y50.;設(shè)定局部坐標(biāo)系指令G17(x-y),G18(z-x),G19(y-z);坐標(biāo)平面設(shè)定指令坐標(biāo)值尺寸G代碼G90,G91;絕對值和增量值編程指令G16,G15;極坐標(biāo)尺寸指令G20,G21

;公制,英制轉(zhuǎn)換指令關(guān)于參考點(diǎn)的G代碼插補(bǔ)功能G代碼G00;定位(快速)指令G60;單方向定位指令G01;直線插補(bǔ)指令G02,G03

;圓弧插補(bǔ)指令G17;螺旋線插補(bǔ)指令G33;螺紋切削指令

進(jìn)給功能G代碼切削速度控制G代碼主運(yùn)動(dòng)速度G代碼(和S聯(lián)合使用)2023/12/639G代碼功能介紹(續(xù)上頁)補(bǔ)償功能G代碼G43/44_H_;刀具長度補(bǔ)償指令G45/46/47/48IP_D_;刀具偏移指令G41/42

IP_D_刀具半徑補(bǔ)償C指令G代碼指定正的刀具偏移值指定負(fù)的刀具偏移值G45G46G47G482023/12/640N1G91G46G00X35.0Y20.0D01;N2G47G01X50.0F120.0;N3Y40.0;N4G48X40.0;N5Y-40.0;N6G45X30.0;N7G45G03X30.0Y30.0J30.0;N8G45G01Y20.0;N9G46X0;運(yùn)動(dòng)量為零,刀具向-X方向移動(dòng)一個(gè)刀偏值;N10G46G02X-30.0Y30.0;J30.0;N11G45G01Y0;運(yùn)動(dòng)量為零,刀具向+Y方向移動(dòng)一個(gè)刀偏值;N12G47X-120.0N13G47Y-80;N14

G46G00X-35.0Y-20.04020N13N12R30N11N10N9N8R30N7N6N5N4N3N2N1N14303040503540刀具:Φ20刀偏號:01刀偏值:+102023/12/6412023/12/642固定循環(huán)指令

G73;高速深孔鉆削循環(huán)G73X_Y_Z_R_Q_F_K_;(X、Y)為孔位置數(shù)據(jù),Z

:增量編程時(shí)指從R點(diǎn)到孔底的增量值。絕對編程時(shí)指孔底的坐標(biāo)值。R

:增量編程時(shí)指從初始平面到R點(diǎn)的增量值。絕對編程時(shí)指R點(diǎn)的坐標(biāo)值。Q_:每次切削進(jìn)給的深度K

:加工相同距離的多個(gè)孔時(shí),指定循環(huán)次數(shù)K初始平面參考平面工件上表面RqqqZddG99G982023/12/643固定循環(huán)指令

G74

;左旋螺紋攻絲循環(huán)G76;精密鏜孔循環(huán)G81;鉆削循環(huán)()G82;鉆、鏜階梯孔循環(huán)()G83;深孔加工循環(huán)()G84;攻螺紋循環(huán)()G85;鏜孔循環(huán)()G87;背鏜循環(huán)()2023/12/644N001G92X0Y0Z0;工件坐標(biāo)系設(shè)置在參考點(diǎn);N002G90G00Z250.0T11M06;到換刀點(diǎn)換T11刀具;N003G43Z0H11;到初始平面,長度補(bǔ)償;N004S30M03;主軸正轉(zhuǎn);N005G99G81X400.0Y-350.0Z-153.0R-97.0F120;定位,鉆1孔;N006Y-550.0;鉆2孔;N007G98Y-750.0;鉆3孔;N008G99X1200.0;鉆4孔;N009Y-550.0;鉆5孔;N010G98Y-350;鉆6孔;N011G00X0Y0M05;X、Y坐標(biāo)返回到參考點(diǎn),主軸停;N012G49Z250.0T15M06;到換刀點(diǎn),取消刀具長度補(bǔ)償,換T15刀具;N013G43Z0H15;到初始平面,并進(jìn)行刀具長度補(bǔ)償;N014S20M03;主軸正轉(zhuǎn);N015G99G82X550.0Y-450.0Z-130.0R-97.0P300F70;定位,鉆7孔,返到R平面,孔底暫停;N016G98Y-650.0;定位,鉆8孔,返回到初始平面,孔底暫停;N017G99X1050.0;定位,鉆9孔,返回到R平面,孔底暫停;N018G98X-450.0;定位,鉆10孔,到初始平面,孔底暫停;N019G00X0Y0M05;返回到參考點(diǎn),主軸停;N020G49Z250.0T31M06;到換刀點(diǎn),取消長度補(bǔ)償,換T31刀具;N021G43Z0H31;到初始平面,進(jìn)行刀具長度補(bǔ)償;N022S10M03;主軸正轉(zhuǎn);N023G99G85X800.0Y-350.0Z-153.0R-47.0F50;定位,鉆11孔,返回到R平面;N024G91Y-200.0K2;定位,鉆12、13孔,返回到R平面;N025G28X0Y0M05;經(jīng)中間點(diǎn)(0,0,-47.0)回到參考點(diǎn),主軸停;N026G49Z0;取消刀具長度補(bǔ)償;N027M00;程序停止。參考點(diǎn)350100100100100400150250250150321781112139106542505050302033T11T15T31返回位置初始平面200190150鉆孔1~6:φ10mm;鉆孔7~10:φ20mm鏜孔11~13:φ95mm2023/12/645輔助功能指令—M代碼M代碼指令主要用于數(shù)控機(jī)床開、關(guān)量的控制。如程序結(jié)束,主軸的正、反轉(zhuǎn),冷卻液的開、停等。

M00—暫停指令M02、M30—程序結(jié)束指令。M03、M04和M05-主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。M08和M09-冷卻液開、關(guān)指令。M98、M99-子程序調(diào)用和返回指令。

2023/12/646子程序與宏程序主程序與子程序子程序調(diào)出的形式:

M98P○○○○○○○;

子程序號

O0001;…M98P11000;…M30;

O1000;…M98P12000;…M99;

O2000;…M98P13000;…M99;主程序子程序子程序1重嵌套2重嵌套重復(fù)調(diào)用次數(shù)(最大999)2023/12/647例:如圖所示零件,進(jìn)行打中心孔、鉆孔、攻螺紋加工。主程序?yàn)镺0003;鉆中心孔、鉆孔、倒角、攻螺紋和鉆孔位置子程序分別為O0100、O0200、O0300、O0400和O0500號。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)為W,固定循環(huán)的初始平面為Z=250㎜,R點(diǎn)平面為Z=2㎜,鉆通孔鉆頭伸出量為2㎜,中心孔的孔深為1.5㎜,倒角深度為1㎜,其它尺寸如圖。

刀具:T01(中心鉆)

T02(Ф8.5鉆頭)

T03(倒角鉆頭)

T04(M10絲錐)。4321WФ80XYXZ228.515M10W2023/12/648O0003;主程序

N10G54G90G00X0Y0Z250.0;選擇工件坐標(biāo)系,快進(jìn)到換刀點(diǎn)

N15T01M06;換上01號刀具—中心鉆

N20S1500M03M08;啟動(dòng)主軸,開冷卻液

N25M98P0100

;在四個(gè)孔中心孔位置打中心孔

N30T02M06;換02號刀具—Ф8.5鉆頭

N35S1000M03M08;啟動(dòng)主軸,開冷卻液

N40M98P0200

;鉆四個(gè)孔

N45T03M06;換03號刀具—倒角

N50S1500M03M08;啟動(dòng)主軸,開冷卻液

N55M98P0300;給每個(gè)孔倒角

N60T04M06;換04號刀具—M10絲錐

N65S200M03M08;啟動(dòng)主軸,開冷卻液

N70M98P0400

;對四個(gè)孔攻絲

N75G28;返回參考點(diǎn)主程序結(jié)束

N80M30;主程序結(jié)束4321WФ80XYXZ228.515M10W2023/12/649O0100;鉆中心孔子程序

N85G99G81X-40.0Y0R2.0Z-1.5F10.0;鉆中心孔循環(huán),鉆第1個(gè)孔的中心孔

N90M98P0500;調(diào)用孔位置子程序(二級調(diào)用),鉆2、3、4孔的中心孔

N95M99;O0200;鉆孔子程序

N100G99G81X-40.0Y0R2.0Z-17.0F10.0;鉆第1個(gè)孔

N105M98P0500;調(diào)用孔位置子程序,鉆2、3、4孔

N110M99;O0300;倒角子程序

N115G99G81X-40.0Y0.R2.0Z-1.0F20.0;第1個(gè)孔倒角

N120M98P0500;調(diào)用孔位置子程序,對2、3、4孔倒角

N125M99;O0400;攻絲子程序

N130G99G84X-40.0Y0R2.0Z-17.0F10.0;攻第1個(gè)孔

N135M98P0500;調(diào)用孔位置子程序,對2、3、4孔攻絲

N140M99;O0500;位置子程序

N150X0Y40.0;第2個(gè)孔的位置

N155X40.0Y0;第3個(gè)孔的位置

N160X0.0Y-40.0;第4個(gè)孔的位置

N165M99;2023/12/650變量

1)變量的概念:變量用#和后面的數(shù)字表示,其格式為:#i(i=1,2,3…)

2)變量的引用:變量可以代替宏程序中地址后面的數(shù)值。例:F#103,G00Z-#100,G#130,

3)公共變量和系統(tǒng)變量公共變量(#100~#149、#500~#531)系統(tǒng)變量 ①刀具偏移(#1~#99、#2000~#2200) ②接口輸入信號(#1000~#1015、#1032) ③接口輸出信號(#1100~#1115、#1132、#1133) ④計(jì)時(shí)信息(#3011、#3012) ⑤需要零件計(jì)數(shù)和加工零件計(jì)數(shù)信息(#3901、#3902) ⑥模態(tài)信息(#4001~#4120) ⑦位置信息(#5001~#5083)

2023/12/651運(yùn)算指令和轉(zhuǎn)移指令(G65)

格式:G65HmP#iQ#jR#k; 其中:m=01~99,Hm表示運(yùn)算指令和轉(zhuǎn)移指令的功能;#i:加入運(yùn)算結(jié)果的變量名;#j,#k:被運(yùn)算的變量名,可以定為常量;例: G65H01P#100Q0;#100=0 G65H02P#100Q#101R#102;#100=#101+#102 G65H84P2000Q#100R#101;#100<#101時(shí),轉(zhuǎn)移到N2000程序段G代碼H代碼功能定義G65H01定義,置換#i=#j″H02加法#i=#j+#k″H03減法#i=#j-#k″H04乘法#i=#j×#k″H05除法#i=#j÷#k″H22絕對值″H31正弦#i=#j·SIN(#k)″H32余弦#i=#j·COS(#k)″H84條件轉(zhuǎn)移4IF#j<#k,GOTOn#i=#j2023/12/652數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢當(dāng)代,數(shù)控技術(shù)的典型應(yīng)用是FMC/FMS/CIMS,其發(fā)展方向是高速化、高精度化、高效加工、多功能化、小型化、復(fù)合化、開放化和智能化以及數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。目前的動(dòng)向是:開放式數(shù)控系統(tǒng)、高速加工系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng),不但要求模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化(用戶界面、圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真、數(shù)控編程、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊),而且對實(shí)時(shí)性和可靠性要求很高?;赑C的CNC系統(tǒng)\PC嵌入式\PC+CNC(融合系統(tǒng))新的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)STEP-NC2023/12/653隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展,數(shù)控系統(tǒng)的智能化將不斷提高。主要為:①應(yīng)用自適應(yīng)控制(AdaptiveControl)技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)檢測加工過程中的一些重要信息,并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù),達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。②引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn),加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中,以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐,建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。當(dāng)前已開發(fā)出模糊邏輯控制和帶自學(xué)習(xí)功能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)和其它數(shù)控加工系統(tǒng)。③引入故障診斷專家系統(tǒng)④智能化伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載而自動(dòng)調(diào)整參數(shù),使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。5.制造過程控制技術(shù)數(shù)字控制技術(shù)柔性制造技術(shù)智能制造技術(shù)2023/12/655柔性制造系統(tǒng)FMS柔性制造系統(tǒng)(FMS-FlexibleManufacturingSystem)是通過局域網(wǎng)把數(shù)控機(jī)床(加工中心)、座標(biāo)測量機(jī)、物料輸送裝置、對刀儀、立體刀庫、工件裝卸站、機(jī)器人等設(shè)備聯(lián)結(jié)起來,在計(jì)算機(jī)及控制軟件的控制下,形成一個(gè)加工系統(tǒng)。2023/12/656FMS的組成硬件系統(tǒng)制造設(shè)備﹕數(shù)控加工設(shè)備(如加工中心)﹑測量機(jī)﹑清洗機(jī)等。自動(dòng)化儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備﹕傳送帶﹑有軌小車﹑AGV﹑搬運(yùn)機(jī)械人﹑立體倉庫﹑中央托盤庫﹑物料或刀具裝卸站﹑中央刀庫等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)支持軟件﹕操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。FMS運(yùn)行控制系統(tǒng)﹕動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)、實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)、生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)物料(工件和刀具)管理控制系統(tǒng)等。2023/12/657基本型FMS的基本組成基本型FMS的硬件布置圖。加工系統(tǒng)主要由加工中心、數(shù)控車床組成;物流系統(tǒng)由自動(dòng)導(dǎo)引小車即一輛小車、三個(gè)機(jī)器人、一個(gè)裝卸站、兩個(gè)緩沖站組成;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用分布遞階的控制方式。2023/12/658FMS的分類按系統(tǒng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)﹐FMS可分為:柔性制造裝置(FMU):以一臺(tái)加工中心為主的系統(tǒng)。裝備有托盤庫、自動(dòng)托盤交換站或機(jī)器人、一個(gè)自動(dòng)化工具交換裝置。柔性制造單元(FMC):FMC是由1~2臺(tái)加工中心、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成,具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC可視為一個(gè)規(guī)模最小的(FMS),是FMS向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展和一種產(chǎn)物,其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化,迄今已進(jìn)入普及應(yīng)用階段。柔性制造系統(tǒng)(FMS):通常包括4臺(tái)或更多臺(tái)全自動(dòng)數(shù)控機(jī)床(加工中心與車削中心等),由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運(yùn)系統(tǒng)連接起來,可在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工及管理。2023/12/659FMS的功能能自動(dòng)控制和管理零件的加工過程﹐如制造質(zhì)量的自動(dòng)控制﹑故障的自動(dòng)診斷和處理等;通過軟件系統(tǒng)變更﹐能制造出系列零件的多種零件﹔自動(dòng)控制和管理物料(包括工件與刀具)的運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程﹔具有優(yōu)化的調(diào)度管理功能﹐無需過多的人工介入﹐能做到無人加工。2023/12/660FMS的特點(diǎn)制造柔性高﹕FMS因內(nèi)在的靈活性﹐能適應(yīng)由于市場需求變化和工程設(shè)計(jì)變更所出現(xiàn)的變動(dòng)﹐進(jìn)行多品種生產(chǎn)。設(shè)備利用率高﹑占地面積少﹕設(shè)備的利用率一般可達(dá)70%以上。系統(tǒng)布局緊湊﹐占地面積可減少20%-50%。減少直接工時(shí)費(fèi)用﹕由于機(jī)床是在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行工作﹐不需工人去操縱。減少制品數(shù)量﹐縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間﹕在FMS中﹐加工設(shè)備集中在一個(gè)很小的場地﹔各種工序集中在加工中心﹐減少了零件裝夾次數(shù)和零件經(jīng)過機(jī)床數(shù)目。維持生產(chǎn)能力強(qiáng)﹕當(dāng)一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)床發(fā)生故障時(shí),仍可降級運(yùn)轉(zhuǎn)。產(chǎn)品質(zhì)量高而穩(wěn)定﹕FMS采用全自動(dòng)化加工﹐減少人為因素﹐產(chǎn)品質(zhì)量高而穩(wěn)定。投資高﹑風(fēng)險(xiǎn)大﹐開發(fā)周期長﹑管理水平要求高。5.制造過程控制技術(shù)數(shù)字控制技術(shù)柔性制造技術(shù)智能制造技術(shù)2023/12/662智能制造系統(tǒng)它是發(fā)揮人的創(chuàng)造能力和具有人的智能的制造系統(tǒng),制造工作者認(rèn)為它是當(dāng)前制造系統(tǒng)發(fā)展的最高階段,展現(xiàn)了與人類智能行為相關(guān)的特性,如理解語言、學(xué)習(xí)能力、邏輯推理和解決問題等能力,能夠深入了解人腦活動(dòng)機(jī)理,取代人的部分腦力勞動(dòng),強(qiáng)調(diào)企業(yè)的自組織能力。智能制造技術(shù)的內(nèi)容大體包括專家系統(tǒng)、模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳因子等方面,其表現(xiàn)形式有智能制造單元和系統(tǒng),如智能數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人、制造過程的智能控制、智能監(jiān)測與診斷系統(tǒng)等。2023/12/663智能制造的歷史1988年,賴特和伯恩出版了智能制造研究領(lǐng)域的首本專著《智能制造》.他們在這本書中提出智能機(jī)床的設(shè)想:采用擬人化的方法將智能機(jī)床制成能模仿熟練機(jī)械師技能的加工機(jī)器,根據(jù)給定的輸入,自動(dòng)完成加工任務(wù),并輸出所希望的產(chǎn)品.智能機(jī)床與熟練機(jī)械師操作普通機(jī)床具有同樣的功能,因而具有智能.智能機(jī)床具有目標(biāo)理解,信息感知,通信,適應(yīng)控制等功能.2023/12/664智能制造系統(tǒng)組成有三個(gè)子系統(tǒng):①虛擬制造系統(tǒng),事先模擬制造過程.②全息制造系統(tǒng),系統(tǒng)的元素是“自主,自治”的模塊,協(xié)作

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