智能數(shù)控機(jī)床與編程 課件全套 第1-8章 緒論、智能數(shù)控系統(tǒng)-柔性制造應(yīng)用

第1章緒論

1.1智能制造1.2智能數(shù)控系統(tǒng)概論1.3智能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用1.4本章小結(jié)

思維導(dǎo)圖

（1）掌握智能制造的三種范式；（2）掌握智能數(shù)控機(jī)床的概念和特征；

（3）了解智能數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用；

（4）了解國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)在智能化方面的成果。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

一、智能制造的三種范式

二、智能制造的應(yīng)用意義

§1.1智能制造

本節(jié)的重點(diǎn)：智能制造的三種范式。一、智能制造三種范式智能制造的演進(jìn)發(fā)展可以歸納為三種基本范式，分別為：1）數(shù)字化制造2）數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造3）數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造二、智能制造的應(yīng)用意義智能制造面向產(chǎn)品全生命周期，以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造系統(tǒng)為載體，通過動態(tài)適應(yīng)制造環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、成本及交貨期等目標(biāo)優(yōu)化，在不同類型的工業(yè)生產(chǎn)中，利于優(yōu)化制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率與制造質(zhì)量。智能制造是裝備行業(yè)、終端用戶和科研院所改革創(chuàng)新、研發(fā)新產(chǎn)品、突破新技術(shù)的有效支撐，將在國民經(jīng)濟(jì)市場需求和國家戰(zhàn)略發(fā)展需求中發(fā)揮重要作用。

一、智能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程

二、智能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

§1.2智能數(shù)控系統(tǒng)概論

一、智能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程智能數(shù)控系統(tǒng)是智能制造推進(jìn)和發(fā)展的重點(diǎn)方向。數(shù)控系統(tǒng)是智能制造的核心要素，其智能化水平是實(shí)現(xiàn)智能制造裝備、柔性制造單元、智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠的基礎(chǔ)支撐和保障。對應(yīng)智能制造演進(jìn)發(fā)展的三種基本范式，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展可以分為三個階段：（1）數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字化（2）數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化（3）數(shù)控系統(tǒng)智能化一、智能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢數(shù)控系統(tǒng)智能化技術(shù)已經(jīng)發(fā)展二十多年，取得了一定的研究成果和實(shí)踐效果。但大部分技術(shù)只是實(shí)現(xiàn)了一定程度的感知、分析、反饋和控制功能，其技術(shù)水平和應(yīng)用效果仍處于智能化發(fā)展的初級階段。作為“智能+”典型范例，智能數(shù)控系統(tǒng)除具有傳統(tǒng)數(shù)字化階段的典型特征外，更重要的是具有平臺化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化特征。

一、智能數(shù)控機(jī)床概念

二、智能數(shù)控機(jī)床特征

三、智能數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)

四、智能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用實(shí)例

§1.3智能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用

一、智能數(shù)控機(jī)床概念數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的“工作母機(jī)”，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和新一代人工智能技術(shù)的突破，數(shù)控機(jī)床正從數(shù)字化機(jī)床向智能化機(jī)床方向發(fā)展。智能數(shù)控機(jī)床是智能制造的關(guān)鍵裝備，是新一代智能制造的主體，是智能制造的技術(shù)前提和物質(zhì)基礎(chǔ)。二、智能數(shù)控機(jī)床特征智能數(shù)控機(jī)床的特征主要表現(xiàn)在：（1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化（3）智能化交流伺服驅(qū)動裝置（4）智能化狀態(tài)監(jiān)控與維護(hù)技術(shù)（5）智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù)（6）網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)三、智能數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)智能數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在兩方面：（1）數(shù)控機(jī)床智能化技術(shù)。數(shù)控機(jī)床智能化技術(shù)以傳統(tǒng)數(shù)控技術(shù)為支撐，通過開放式數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)，體現(xiàn)擴(kuò)展性、互換性及操作性等技術(shù)優(yōu)勢，通過機(jī)床狀態(tài)控制、加工過程監(jiān)測、伺服驅(qū)動及網(wǎng)絡(luò)接口等模塊，體現(xiàn)機(jī)床的智能化水平。（2）大數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)。數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過程中需要采集力矩、電流、溫度、振動等各類數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集管理和優(yōu)化加工過程，所以需要利用大數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析過程，建立加工過程與相關(guān)數(shù)據(jù)的合理關(guān)聯(lián)，為相應(yīng)的決策提供可靠性依據(jù)，最大化減少人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)加工過程的智能化管理。四、智能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用實(shí)例（1）i5智能機(jī)床i5智能數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)架構(gòu)如右圖所示i5的具體智能化表現(xiàn)包括：1）操作智能化；2）在線加工仿真；3）智能診斷；4）智能車間管理（2）北京精雕高速五軸加工中心JDGR400TJDGR400T攻克了五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床的一系列核心技術(shù)，主要特色功能包括：1）精密高速電主軸；2）數(shù)控系統(tǒng)；3）高速旋轉(zhuǎn)工作臺；4）多技術(shù)集成；5）補(bǔ)償功能；6）質(zhì)量管控本章小結(jié)：本章介紹了智能制造演進(jìn)發(fā)展的三種基本范式，分別為：數(shù)字化制造、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造；梳理了智能數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，即數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化階段，介紹了三個階段的關(guān)鍵技術(shù)特征；總結(jié)了智能數(shù)控系統(tǒng)在平臺化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方面的發(fā)展趨勢；介紹了智能數(shù)控機(jī)床概念和特征。本章結(jié)束，謝謝！第2章智能數(shù)控系統(tǒng)

2.1智能數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)施需求

2.2智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.3智能數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

2.4智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問

2.5智能數(shù)控系統(tǒng)案例

2.6本章小結(jié)

思維導(dǎo)圖

（1）掌握智能數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)施需求；（2）了解智能數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)；（3）掌握智能數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案；（4）聯(lián)系實(shí)際了解智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問方式。

學(xué)習(xí)目標(biāo)§2.1智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

一、系統(tǒng)需滿足開放性要求二、系統(tǒng)需滿足實(shí)時性要求三、系統(tǒng)需滿足數(shù)據(jù)接口及信息傳遞要求四、系統(tǒng)需滿足人工智能與加工知識模型融合要求一、系統(tǒng)需滿足開放性要求傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)大多采用封閉式體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)、交互方式各不相同，系統(tǒng)之間的不兼容嚴(yán)重制約了系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。智能數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件模塊是需要機(jī)床制造商和用戶針對機(jī)床不同應(yīng)用而自行添加的，這就要求數(shù)控系統(tǒng)的架構(gòu)具有開放性，能夠在原有系統(tǒng)內(nèi)靈活增加智能模塊。開放式體系結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)智能化的基礎(chǔ)。二、系統(tǒng)需滿足實(shí)時性要求數(shù)控系統(tǒng)是一種典型的實(shí)時多任務(wù)系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成控制任務(wù)的處理以及對外部事件的響應(yīng)。數(shù)控系統(tǒng)的很多任務(wù)，如加減速運(yùn)算、插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制等，都是實(shí)時性很強(qiáng)的任務(wù)，如不能在規(guī)定周期內(nèi)完成插補(bǔ)計(jì)算或位置控制任務(wù)，加工過程就會出現(xiàn)斷續(xù)和停頓，從而影響工件加工質(zhì)量并減少刀具使用壽命。用戶通過操作面板發(fā)出的急停指令，必須在給定的最短時間內(nèi)作出響應(yīng)，否則就會危及設(shè)備及人身安全。要實(shí)現(xiàn)在線智能控制，系統(tǒng)必須滿足實(shí)時性要求。三、系統(tǒng)需滿足數(shù)據(jù)接口及信息傳遞要求由于G/M代碼只能實(shí)現(xiàn)單向信息傳遞，使用G/M代碼作為上層CAX與執(zhí)行層CNC的數(shù)據(jù)接口，不僅流失了大量的有用信息，而且無法實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，使得CNC變成加工現(xiàn)場的信息孤島，更是成為數(shù)控系統(tǒng)智能化的瓶頸。一種兼容于STEP標(biāo)準(zhǔn)的編程接口被推出，命名為STEP-NC。STEP-NC以面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，包含了零件的幾何信息和制造信息，信息不但更加完整而且可以雙向傳遞。由于STEP-NC只定義了制造特征和工步等通用信息，而沒有嚴(yán)格的刀具路徑信。STEP-NC為數(shù)控系統(tǒng)提供了產(chǎn)品信息和加工信息傳輸?shù)妮d體，使得CAD/CAM系統(tǒng)能夠與CNC系統(tǒng)集成，為數(shù)控系統(tǒng)的智能化提供了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。四、系統(tǒng)需滿足人工智能與加工知識模型融合要求人工智能技術(shù)如專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等研究的不斷深人，將推動數(shù)控系統(tǒng)智能化水平的不斷提高。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)流驅(qū)動系統(tǒng)正常工作，但缺乏足夠的“智力”。其原因是數(shù)控系統(tǒng)掌握的相關(guān)知識太少，很難在現(xiàn)場加工過程中做出聰明決策。制造過程中充斥著各種各樣的大量知識，而這些知識的表達(dá)、存儲方式又千差萬別。數(shù)控系統(tǒng)智能水平的高低，取決于人工智能技術(shù)的發(fā)展程度以及加工知識庫的完備程度?！?.1智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

智能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該能夠自我識別并與制造體系中的其他系統(tǒng)進(jìn)行通信，能夠自主對加工過程進(jìn)行監(jiān)控和優(yōu)化，能夠?qū)庸げ僮鞯慕Y(jié)果進(jìn)行檢查和評價，能夠根據(jù)所積累的加工經(jīng)驗(yàn)對未來的加工進(jìn)行優(yōu)化。為此，智能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求：1）系統(tǒng)需滿足開放性要求2）系統(tǒng)需滿足實(shí)時性要求3）系統(tǒng)需滿足數(shù)據(jù)接口及信息傳遞要求4）系統(tǒng)需滿足人工智能與加工知識模型融合要求§2.2智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

從端的角度劃分，智能數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)包含本地端NC、移動端NC、云端NC三部分。其中本地端NC包括傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺、軟件平臺，為智能數(shù)控機(jī)床提供基礎(chǔ)；云端NC包括基于NC-Link協(xié)議的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)互通，為車間產(chǎn)線數(shù)據(jù)傳輸提供支持；移動端NC包括基于手機(jī)、平板設(shè)備的通訊，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的線上監(jiān)控與調(diào)度提供保障。智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)§2.3智能數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案智能數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)控機(jī)床從被動的“動作執(zhí)行者”向自主的“任務(wù)承擔(dān)者”轉(zhuǎn)變，數(shù)控系統(tǒng)的智能化涵蓋四個方面的功能特征：自主感知與連接、自主學(xué)習(xí)與建模、自主優(yōu)化與決策、自主控制與執(zhí)行，其實(shí)現(xiàn)方案如圖所示智能數(shù)控系統(tǒng)控制原理

(1)基于NCUC實(shí)現(xiàn)內(nèi)部設(shè)備互聯(lián)和內(nèi)外數(shù)據(jù)同步。NCUC總線是進(jìn)行高速實(shí)時通信的工業(yè)現(xiàn)場總線，用于將數(shù)控裝置、I/O從站和伺服從站通過以太網(wǎng)的拓?fù)浯?lián)起來，因此NCUC總線是數(shù)控系統(tǒng)級的內(nèi)部互聯(lián)協(xié)議。(2)基于NC-Link的同構(gòu)、異構(gòu)系統(tǒng)混聯(lián)。實(shí)現(xiàn)智能制造的重要前提之一就是設(shè)備的互聯(lián)互通?！?.4智能數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問§2.5智能數(shù)控系統(tǒng)案例

沈陽機(jī)床集團(tuán)的i5數(shù)控系統(tǒng)是在PC平臺上開發(fā)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)，也是我國第一個由機(jī)床制造商自主開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)。i5功能模塊的圖形界面§2.5智能數(shù)控系統(tǒng)案例

i5運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)化和智能化制造的理念，按照機(jī)床制造商和最終用戶的需求，將面向特征的編程功能和工藝支持集成到數(shù)控系統(tǒng)上，具有豐富的人機(jī)界面功能、三維圖形輔助編程、加工仿真模擬等功能。i5數(shù)控系統(tǒng)的特征編程本章小結(jié)：

本章介紹了智能數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)施需求，包括開放性要求、實(shí)時性要求、數(shù)據(jù)接口及信息傳遞要求、工智能與加工知識模型融合要求等；介紹了智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺化三方面描述體系結(jié)構(gòu)的特征；從自主感知與連接、自主學(xué)習(xí)與建模、自主優(yōu)化與決策、自主控制與執(zhí)行四個方面描述智能數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案的特征；解釋了智能數(shù)控系統(tǒng)滿足實(shí)時控制及外部數(shù)據(jù)訪問需求的兩種數(shù)據(jù)訪問方式，一是基于NCUC實(shí)現(xiàn)內(nèi)部設(shè)備互聯(lián)和內(nèi)外數(shù)據(jù)同步，二是基于NC-Link的同構(gòu)、異構(gòu)系統(tǒng)混聯(lián)。本章結(jié)束，謝謝！第3章智能數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)

3.1數(shù)控機(jī)床及其HCPS模型3.2智能數(shù)控機(jī)床功能3.3智能數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)配置3.4智能數(shù)控機(jī)床主軸單元3.5智能數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動3.6本章小結(jié)

思維導(dǎo)圖

學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）掌握數(shù)控機(jī)床及其HCPS模型；（2）了解智能數(shù)控機(jī)床的功能特點(diǎn)；（3）掌握數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)配置原則；（4）掌握數(shù)控機(jī)床電主軸的性能與應(yīng)用；（5）掌握數(shù)控機(jī)床主軸軸承系統(tǒng)的配置和預(yù)緊方式；（6）理解數(shù)控機(jī)床主軸工況監(jiān)控與補(bǔ)償措施；（7）掌握數(shù)控機(jī)床直線和圓周進(jìn)給形式及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

一、數(shù)控機(jī)床及其HCPS1.0模型

二、“互聯(lián)網(wǎng)+”機(jī)床及其HCPS1.5模型

三、智能機(jī)床及其HCPS2.0模型

§3.1數(shù)控機(jī)床及其HCPS模型

一、數(shù)控機(jī)床及其HCPS1.0模型數(shù)控機(jī)床是典型的“人-信息-物理系統(tǒng)”（HCPS），即在人和機(jī)床之間增加了一個信息系統(tǒng)，由于這個階段的數(shù)控機(jī)床只是通過G代碼來實(shí)現(xiàn)刀具、工件的軌跡控制，缺乏對機(jī)床實(shí)際加工狀態(tài)的感知、反饋和學(xué)習(xí)建模的能力，導(dǎo)致實(shí)際路徑可能偏離理論路徑等問題，影響了加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率?？梢妭鹘y(tǒng)數(shù)控機(jī)床的智能化程度并不高，因此將該階段稱為HCPS1.0，意指數(shù)控機(jī)床HCPS的初級發(fā)展階段。數(shù)控機(jī)床控制原理如圖所示手動機(jī)床控制原理二、“互聯(lián)網(wǎng)+”機(jī)床及其HCPS1.5模型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展推動制造業(yè)從數(shù)字化制造向數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造發(fā)展。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造本質(zhì)上屬于“互聯(lián)網(wǎng)+制造”，可定義為第二代智能制造。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)仍然是基于人、信息系統(tǒng)、物理系統(tǒng)三部分組成的HCPS，但這三部分相對于面向數(shù)字化制造的HCPS1.0均發(fā)生了變化，故將其定義為HCPS1.5?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+機(jī)床”控制原理如圖所示。“互聯(lián)網(wǎng)十”機(jī)床同時具有一定的智能化水平，主要體現(xiàn)在：1）網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和數(shù)控機(jī)床不斷融合；2）制造系統(tǒng)向平臺化發(fā)展；3）智能化功能初步呈現(xiàn)數(shù)控機(jī)床控制原理三、智能機(jī)床及其HCPS2.0模型智能機(jī)床是在新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用新一代人工智能技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)深度融合的機(jī)床。智能機(jī)床控制原理如圖所示，其顯著特點(diǎn)是，利用自主感知與連接獲取機(jī)床、加工、工況、環(huán)境有關(guān)的信息，通過自主學(xué)習(xí)與建模生成知識，并能應(yīng)用這些知識進(jìn)行自主優(yōu)化與決策，完成自主控制與執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)加工制造過程的優(yōu)質(zhì)、高效、安全、可靠和低耗的多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行。相對于面向數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造的“互聯(lián)網(wǎng)+”機(jī)床，智能機(jī)床發(fā)生了本質(zhì)性變化，所以定義為HCPS2.0。智能機(jī)床控制原理§3.2智能數(shù)控機(jī)床功能

對于不同的類型，智能數(shù)控機(jī)床的功能差別很大，而且智能化功能也是不斷進(jìn)化的。但從本質(zhì)來說，其智能功能特征可概括為：一個中心+三類基本功能，如圖所示，以人為中心，實(shí)現(xiàn)人、計(jì)算機(jī)、機(jī)床的功能的動態(tài)交互。人、計(jì)算機(jī)與機(jī)床（機(jī)床機(jī)械和電氣部分）之間進(jìn)行信息的及時傳遞與反饋，是體現(xiàn)智能的關(guān)鍵，人、計(jì)、機(jī)的動態(tài)交互支撐了智能數(shù)控機(jī)床三類基本功能：執(zhí)行階段的智能、準(zhǔn)備階段的智能和維護(hù)階段的智能。智能數(shù)控機(jī)床的功能交互

一、結(jié)構(gòu)配置原則

二、機(jī)床結(jié)構(gòu)配置類型

§3.3智能數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)配置

一、結(jié)構(gòu)配置原則機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置取決于機(jī)床的具體用途，為了實(shí)現(xiàn)智能數(shù)控機(jī)床的高精度和高效率加工，機(jī)床結(jié)構(gòu)配置應(yīng)遵循如下基本原則：（1）輕量化原則（2）重心驅(qū)動原則（3）對稱原則（4）短懸臂原則（5）近路程原則（6）力閉環(huán)原則二、機(jī)床結(jié)構(gòu)配置類型機(jī)床結(jié)構(gòu)配置類型主要包括:（1）箱中箱結(jié)構(gòu)配置（2）全封閉結(jié)構(gòu)配置（3）零機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)配置（4）虛擬X軸傳動結(jié)構(gòu)配置

一、數(shù)控機(jī)床主軸發(fā)展歷程

二、數(shù)控機(jī)床電主軸

三、主軸軸承系統(tǒng)的配置和預(yù)緊

四、主軸與刀具的聯(lián)接

五、回轉(zhuǎn)軸的主軸頭

六、主軸工況監(jiān)控與智能化

§3.4智能數(shù)控機(jī)床主軸單元一、數(shù)控機(jī)床主軸發(fā)展歷程從市場拉動的角度，上世紀(jì)70年代主要是簡化機(jī)械傳動系統(tǒng)，避免扭轉(zhuǎn)振動；80年代中期到90年代中期是提高切削速度，即主軸的轉(zhuǎn)速；進(jìn)入21世紀(jì)是不斷降低電主軸的成本以獲得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。從技術(shù)推動的角度，上世紀(jì)70年代主要是借助變頻技術(shù)和伺服驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，不斷提高電氣傳動效率；80年代中期到90年代中期是諸如磁浮軸承等各種新型軸承的應(yīng)用；進(jìn)人21世紀(jì)是陶瓷軸承的應(yīng)用和主軸部件的智能化。數(shù)控機(jī)床主軸發(fā)展歷程二、數(shù)控機(jī)床電主軸電主軸是將電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和主軸做成一體。中空的、直徑較大的電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸，同時也是機(jī)床的主軸。它有足夠的空間容納刀具夾緊機(jī)構(gòu)或送料機(jī)構(gòu)，是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能集成的機(jī)電一體化的功能部件。典型電主軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。電主軸通常至少包含前后兩組主軸承，以承受徑向和軸向載荷，同時往往設(shè)有軸承預(yù)緊力的調(diào)整環(huán)節(jié)。電主軸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、主軸軸承系統(tǒng)的配置和預(yù)緊主軸軸承系統(tǒng)常用的組合配置有：（1）圓錐滾子軸承（2）圓柱滾子軸承加雙列軸向球軸承（3）角接觸球軸承加圓柱滾子軸承（4）角接觸球軸承——O配置（5）角接觸球軸承——TD配置（6）角接觸球軸承加圓柱滾子軸承主軸主軸軸承系統(tǒng)常用的組合配置如圖所示軸承系統(tǒng)的預(yù)緊方法主要包括兩種：（1）剛性的定位預(yù)緊（2）彈性的定壓預(yù)緊。主軸軸承的不同配置四、主軸與刀具的聯(lián)接（1）主軸與刀具的聯(lián)接形式。加工中心或復(fù)合機(jī)床的主軸要與各種各樣的刀具系統(tǒng)聯(lián)接，機(jī)床主軸內(nèi)孔和刀具柄部的聯(lián)接形式是機(jī)床與刀具之間的接口。接口的基本功能是傳遞切削力或扭矩，保證主軸中心與刀具中心一致，同時應(yīng)具有高剛度。此外，要求能夠精確、方便、可靠和快速地更換刀具。（2）刀具的自動夾緊機(jī)構(gòu)。刀具夾緊機(jī)構(gòu)按動力源可以分為液壓、氣動和手動3種。當(dāng)自動換刀時，必須采用液壓或氣動的自動夾緊機(jī)構(gòu)。刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)原理五、回轉(zhuǎn)軸的主軸頭電主軸與力矩電動機(jī)集成在一起，在提供切削力的同時實(shí)現(xiàn)2個或3個數(shù)控回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動，是配置多軸數(shù)控機(jī)床的主要途徑之一。實(shí)現(xiàn)主軸頭數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的方案基本有三種。（1）AC軸雙擺主軸頭（2）第二種是ABC三軸主軸頭（3）第三種是萬向角度主軸頭具有回轉(zhuǎn)軸的主軸頭六、主軸工況監(jiān)控與智能化（1）主軸工況監(jiān)控主軸的工況監(jiān)控主要有3個方面：振動/顫振、溫度和變形。采用的傳感器分別有聲發(fā)射傳感器、位移傳感器、加速度計(jì)、測力儀和溫度傳感器等。主軸工況集成監(jiān)控主軸軸向位移監(jiān)控銑削過程的聲發(fā)射監(jiān)控六、主軸工況監(jiān)控與智能化（2）主軸主動補(bǔ)償1）刀具變形主動補(bǔ)償2）主動阻尼3）主動安全主動阻尼主軸刀具變形的主動補(bǔ)償

一、直線進(jìn)給驅(qū)動

二、圓周進(jìn)給驅(qū)動

§3.5智能數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動一、直線進(jìn)給驅(qū)動直線進(jìn)給是機(jī)床最主要的進(jìn)給形式，普遍應(yīng)用的直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)有：絲杠螺母副、齒輪齒條副、蝸桿齒條副和直線電動機(jī)。直線電動機(jī)驅(qū)動齒輪齒條副的背隙消除滾珠絲杠螺母副不同的循環(huán)方式二、圓周進(jìn)給驅(qū)動機(jī)床在加工復(fù)雜形狀表面時，為了提高加工效率，保證加工質(zhì)量和防止干涉，除了X、Y和Z軸的直線進(jìn)給外，還需有控制刀具與工件相對姿態(tài)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動A、B或C軸的圓周進(jìn)給，即第4軸和第5軸，加上X、Y和Z軸3個直線軸，構(gòu)成5軸聯(lián)動加工，如圖所示。多軸加工中的圓周進(jìn)給二、圓周進(jìn)給驅(qū)動圓周進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要包括：蝸輪蝸桿副和直接驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺。AC軸直接驅(qū)動工作臺的配置與應(yīng)用蝸輪蝸桿副驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺本章小結(jié)：

依照智能制造的三個范式和機(jī)床的發(fā)展歷程，梳理了數(shù)控機(jī)床及其HCPS模型，即HCPS1.0、HCPS1.5、HCPS2.0；從執(zhí)行階段、準(zhǔn)備階段和維護(hù)階段分類總結(jié)了智能數(shù)控機(jī)床的基本功能；講解了智能數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)配置原則，分析了結(jié)構(gòu)配置創(chuàng)新案例；介紹了智能數(shù)控機(jī)床常用的電主軸、主軸軸承系統(tǒng)的配置和預(yù)緊方法、主軸與刀具的聯(lián)接形式、主軸工況的監(jiān)控與智能化措施以及主軸的主動補(bǔ)償措施；介紹了智能數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動方式和使用的機(jī)構(gòu)。本章結(jié)束，謝謝！第4章數(shù)控機(jī)床高性能技術(shù)

4.1數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)4.2數(shù)控機(jī)床振動抑制技術(shù)4.3智能數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)技術(shù)4.4智能數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)通信4.5本章小結(jié)

思維導(dǎo)圖

學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）了解數(shù)控機(jī)床熱誤差、幾何誤差和力誤差補(bǔ)償方法及意義；（2）理解數(shù)控機(jī)床主軸振動、進(jìn)給軸振動和刀具振動的抑制方法；（3）掌握數(shù)控機(jī)床主要的內(nèi)部、外部數(shù)據(jù)感知方法；（4）熟悉數(shù)控機(jī)床的數(shù)據(jù)傳輸方案；（5）熟悉常用的數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)通訊協(xié)議；（6）熟悉NC-Link協(xié)議架構(gòu)及主要組成

一、數(shù)控機(jī)床的誤差

二、熱誤差補(bǔ)償

三、幾何誤差補(bǔ)償

四、力誤差補(bǔ)償

§4.1數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)

一、數(shù)控機(jī)床的誤差數(shù)控機(jī)床主要由床身、立柱、主軸和各種直線導(dǎo)軌或旋轉(zhuǎn)軸等部件組成，機(jī)床部件在制造裝配和使用過程中會產(chǎn)生各種誤差。機(jī)床的各種誤差最終反映為刀具中心點(diǎn)的實(shí)際空間軌跡與理論空間軌跡的差別，如圖所示，誤差源包括4類，分別為：1）在無負(fù)荷或精加工條件下機(jī)床的幾何/運(yùn)動誤差；2）由機(jī)床內(nèi)部熱源和環(huán)境溫度變化而造成的熱誤差；3）由切削力和慣性力引起的動態(tài)誤差；4）與夾具和裝夾有關(guān)的誤差機(jī)床的誤差二、熱誤差補(bǔ)償（1）熱誤差來源因機(jī)床的溫度變化導(dǎo)致機(jī)床的結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，從而產(chǎn)生誤差，稱為熱變形誤差或熱誤差，機(jī)床的熱變形是影響加工精度的主要原因之一。改善機(jī)床的熱特性并減少熱誤差，通常有四種途徑：1）改善熱環(huán)境和降低熱源的發(fā)熱程度；2）改進(jìn)機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3）控制機(jī)床重要部件的升溫，采取措施對其進(jìn)行有效冷卻和散熱；4）建立溫度變量與熱變形之間的數(shù)學(xué)模型，用軟件預(yù)報誤差二、熱誤差補(bǔ)償（2）熱誤差分析與檢測通過分析機(jī)床加工過程中所產(chǎn)生的熱變形誤差的因素，檢測和采集誤差源、加工誤差、加工位置及溫度分布等參數(shù)，確定引起機(jī)床熱變形誤差的熱源分布情況。熱誤差分析與檢測的基礎(chǔ)是建立熱誤差測量系統(tǒng)。誤差測量包括溫度測量和熱變形測量。溫度傳感器分布示例數(shù)字式溫度傳感器的接入五點(diǎn)式位移傳感器測量熱變形二、熱誤差補(bǔ)償（3）熱誤差建模熱誤差模型的建立就是將所篩選出的溫度敏感點(diǎn)實(shí)驗(yàn)放據(jù)和相對應(yīng)的熱位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。目前最常用的熱誤差建模方法是通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對機(jī)床各部件熱變形與敏感點(diǎn)的溫度變量進(jìn)行擬合建模，多元線性回歸方法是最常用的熱誤差補(bǔ)償建模方法之一，由多個自變量的最優(yōu)組合共同預(yù)測或估計(jì)因變量。二、熱誤差補(bǔ)償（4）熱誤差補(bǔ)償熱誤差補(bǔ)償可以分為三種情況：針對主軸熱變形的熱誤差補(bǔ)償、針對絲杠膨脹的補(bǔ)償以及同時包含主軸和絲杠熱變形的補(bǔ)償。熱誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)施方法主要有：（1）基于FDEM（FEM+FDM）模型的熱誤差補(bǔ)償（2）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的熱誤差補(bǔ)償（3）基于傳遞函數(shù)的熱誤差補(bǔ)償（4）基于控制系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的熱誤差補(bǔ)償（5）高性能數(shù)控系統(tǒng)熱誤差補(bǔ)償功能三、幾何誤差補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的主要零部件在制造、裝配過程中存在誤差，會直接引起機(jī)床的幾何誤差。該誤差不僅影響工件加工精度，而且當(dāng)誤差較大時會直接導(dǎo)致加工工件無法滿足加工要求。研究幾何誤差建模及補(bǔ)償方法將有利于減少幾何誤差，提升加工質(zhì)量。（1）幾何誤差測量。機(jī)床誤差檢測分為單項(xiàng)誤差分量檢測和綜合誤差分量檢測兩種方法。數(shù)控機(jī)床的幾何誤差來源及機(jī)床運(yùn)動部件的姿態(tài)誤差如圖所示。數(shù)控機(jī)床幾何誤差類型三、幾何誤差補(bǔ)償（2）幾何誤差建模機(jī)床結(jié)構(gòu)以運(yùn)動副的連接來實(shí)現(xiàn)刀具和工件的相對運(yùn)動。理想情況下，刀位點(diǎn)的位置就是工件編程指示的位置，但實(shí)際加工中，這兩個位置不一定重合，二者之間的誤差就是空間定位誤差。每個運(yùn)動部件皆可按照剛體運(yùn)動學(xué)以桿件和鉸接符號來建立運(yùn)動學(xué)模型，描述運(yùn)動鏈相互關(guān)系。5軸龍門加工中心的運(yùn)動學(xué)模型三、幾何誤差補(bǔ)償（3）幾何誤差補(bǔ)償幾何誤差補(bǔ)償分為實(shí)時補(bǔ)償和非實(shí)時補(bǔ)償兩種方式。實(shí)時補(bǔ)償受限于實(shí)時補(bǔ)償周期，適宜中低速度下進(jìn)行；為提升空間誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)際應(yīng)用水平，研究空間誤差離線補(bǔ)償（非實(shí)時）技術(shù)，設(shè)計(jì)針對加工代碼修正的離線誤差補(bǔ)償模塊。與三軸機(jī)床相比，五軸機(jī)床增加了旋轉(zhuǎn)軸，除了直線進(jìn)給軸的空間誤差外，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軸也會有空間誤差，所以五軸機(jī)床誤差補(bǔ)償還需要進(jìn)行機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)軸之間的誤差參數(shù)的測量和補(bǔ)償。幾何誤差補(bǔ)償原理示意圖旋轉(zhuǎn)軸的六項(xiàng)幾何誤差三、幾何誤差補(bǔ)償（4）高性能數(shù)控系統(tǒng)的幾何誤差補(bǔ)償高性能數(shù)控系統(tǒng)在幾何誤差補(bǔ)償技術(shù)上進(jìn)行了深入研究，取得了關(guān)鍵技術(shù)突破，開發(fā)出不同特征的誤差補(bǔ)償功能，包括：1）西門子840D系統(tǒng)幾何誤差補(bǔ)償－VCS；2）發(fā)那科的三維誤差補(bǔ)償和三維機(jī)床位置補(bǔ)償；3）大隈OKUMA的幾何誤差測量與補(bǔ)償功能四、力誤差補(bǔ)償力誤差是加工誤差的主要來源之一。數(shù)控機(jī)床在加工過程中，由于切削余量的隨機(jī)波動導(dǎo)致切削力波動，使加工變形不均勻而映射到加工表面的加工誤差稱為力誤差。建立切削力誤差模型的關(guān)鍵是加工過程中切削力的實(shí)時準(zhǔn)確測量，以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為例，其解決方案為：利用數(shù)控系統(tǒng)中存儲的各軸的負(fù)載狀態(tài)信息，在無需添加額外測量裝置的情況下，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)獲取各軸的負(fù)載信息。根據(jù)對主軸負(fù)載信息的分析，將進(jìn)給倍率的調(diào)節(jié)控制信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到PMC端，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)。結(jié)合FANUC二次開發(fā)工具FOCAS程序庫，通過以太網(wǎng)訪問數(shù)控系統(tǒng)，獲得各軸相應(yīng)的負(fù)載信息，不用添加傳感器等設(shè)備，更加方便、快捷、有效。

一、振動測試方法

二、主軸振動抑制

三、進(jìn)給軸振動抑制

四、刀具振動抑制

§4.2數(shù)控機(jī)床振動抑制技術(shù)

一、振動測試方法機(jī)床動態(tài)性能測試是典型的機(jī)械振動測試討程，振動測試的基本流程如圖所示。不同激振方式和激振器的技術(shù)特點(diǎn)不同，電動和電液激振技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。采用電動、電液和壓電相對激振時，激振器安裝在刀具（主軸）與工件（工作臺）之間，機(jī)床處于靜止?fàn)顟B(tài)。機(jī)床振動測試二、主軸振動抑制（1）主軸振動形成原因數(shù)控機(jī)床配套使用的高速電主軸發(fā)生振動的原因有很多，主要有三類原因：1）電主軸的共振；2）電主軸的電磁振蕩；3）電主軸的機(jī)械振動（2）主軸振動抑制方法主軸振動抑制可從三方面入手：1）變速切削技術(shù)；2）主軸軸承預(yù)緊力控制；3）主軸系統(tǒng)自平衡控制三、進(jìn)給軸振動抑制（1）進(jìn)給軸振動形成原因?qū)е聰?shù)控機(jī)床進(jìn)給軸產(chǎn)生振動的原因有很多，大致可分為四類：1）機(jī)械傳動方面的故障；2）數(shù)控機(jī)床電氣元件的故障；3）數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)；4）機(jī)床共振三、進(jìn)給軸振動抑制（2）進(jìn)給軸振動抑制方法1）在機(jī)械傳動方面，可通過改善機(jī)械傳動部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行抑制。2）在電氣元件方面，可通過選用新型直線電機(jī)、采用電氣電柜的電磁屏蔽等措施來避免對進(jìn)給軸運(yùn)動產(chǎn)生影響。3）在伺服系統(tǒng)參數(shù)方面，可對伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行伺服優(yōu)化，或者通過控制系統(tǒng)校正，抑制進(jìn)給軸的振動。（3）高性能數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給軸振動抑制功能1）海德漢的動態(tài)高效功能；2）發(fā)那科系統(tǒng)的SERVOGUIDE功能；3）馬扎克的防振動功能四、刀具振動抑制（1）刀具振動形成原因刀具在切削工件時產(chǎn)生振動的原因有：1）包括刀具在內(nèi)的工藝系統(tǒng)剛性不足，導(dǎo)致其固有頻率低；2）切削產(chǎn)生了一個足夠大的外激力；3）切削力的頻率與工藝系統(tǒng)的固有頻率相同。四、刀具振動抑制（2）刀具振動抑制方法刀具切削振顫的控制方法分為兩種：被動控制和主動控制。被動控制是指通過改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)和材料、選擇合適的加工工藝參數(shù)來避開不穩(wěn)定切削區(qū)域。被動控制具體實(shí)施方法有：1）刀具振動控制2）工件振動控制3）調(diào)整工藝參數(shù)主動控制是指在振動控制過程中，根據(jù)傳感器監(jiān)測到的振動信號，基于一定的控制策略，經(jīng)過實(shí)時計(jì)算，通過驅(qū)動器對控制目標(biāo)施加一定的影響，達(dá)到抑制或者消除振動的目的。

一、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用層次

二、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)感知

三、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)傳輸

四、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)處理

五、智能數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用－iNCCloud服務(wù)平臺

§4.3智能數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)技術(shù)一、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用層次以大數(shù)據(jù)的全生命周期為主線、大數(shù)據(jù)在智能數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方式為：從數(shù)控機(jī)床獲取數(shù)據(jù)-將數(shù)據(jù)存儲至資源池--對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果生成決策、對應(yīng)地，本章節(jié)將大數(shù)據(jù)應(yīng)用流程分為3個層次：數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用，如圖所示。數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用層次二、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)感知數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)數(shù)據(jù)反映機(jī)床的加工特征，是實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床智能化的關(guān)鍵支撐數(shù)據(jù)，包括位置、振動、速度、加速度、電流，功率，聲音、溫度等。這些狀態(tài)數(shù)據(jù)有一部分直接來自數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部，與數(shù)控機(jī)床本身的控制過程緊密相關(guān)，有些狀態(tài)數(shù)據(jù)則需要借助外部傳感器間接獲取。（1）數(shù)控機(jī)床內(nèi)部電控大數(shù)據(jù)感知主要包括：1）位移數(shù)據(jù)；2）速度數(shù)據(jù)；3）壓力數(shù)據(jù)（2）數(shù)控機(jī)床外部數(shù)據(jù)感知主要包括：1）溫度傳感器；2）振動傳感器；3）聲發(fā)射傳威器；4）RFID傳感器；5）條碼/二維碼傳感器二、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)感知（3）數(shù)控機(jī)床測量數(shù)據(jù)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中的感知、分析、決策等重要環(huán)節(jié)都離不開機(jī)床測量技術(shù)，刀具磨損、數(shù)控機(jī)床健康狀態(tài)、幾何量、智能傳動裝置及油液狀態(tài)等都需要精密測量，并通過誤差補(bǔ)償來提高機(jī)床使用壽命及工件加工精度。目前，數(shù)控系統(tǒng)測量設(shè)備層出不窮，比較常用的有激光干涉儀和機(jī)床測頭等。主要包括：1）激光干涉儀；2）機(jī)床測頭三、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)從感知到應(yīng)用的必需環(huán)節(jié)，主要表現(xiàn)為以通信技術(shù)為主的各種網(wǎng)絡(luò)，依賴于物理設(shè)備的硬件互聯(lián)和通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議互通。主要包括：（1）數(shù)控機(jī)床的RS-232/422/485互聯(lián)；（2）數(shù)控機(jī)床的USB互聯(lián)；（3）數(shù)控機(jī)床的RJ-45互聯(lián)；（4）窄帶物聯(lián)網(wǎng)；（5）5G移動網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)處理根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)時性或數(shù)據(jù)量等需求，數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的處理方式一般有兩種：云端數(shù)據(jù)處理和邊緣數(shù)據(jù)處理。如圖展示了云計(jì)算和邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)處理的典型架構(gòu)。(1)云端數(shù)據(jù)處理是指各種底層設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接將數(shù)據(jù)上傳至云端，并在云端對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析(2)邊緣數(shù)據(jù)處理是指各種底層設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接直接把數(shù)據(jù)存儲于邊緣端，以低延遲的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行就近處理，從而及時向控制設(shè)備反饋處理結(jié)果。云端計(jì)算與邊緣計(jì)算體系架構(gòu)五、智能數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)應(yīng)用－iNCCloud服務(wù)平臺iNCCloud平臺的實(shí)質(zhì)是數(shù)控資源集聚共享的有效載體，為工業(yè)智能化應(yīng)用的創(chuàng)新與集成提供數(shù)據(jù)和平臺，推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造的轉(zhuǎn)型升級。如圖所示,應(yīng)用可分為數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和智能決策四大模塊，通過這四大模塊實(shí)現(xiàn)iNCCloud平臺的智能化應(yīng)用。其功能包括：1）產(chǎn)品全生命周期追溯；2）設(shè)備定位；3）機(jī)床自主維修；4）故障在線報修；5）生產(chǎn)過程實(shí)時監(jiān)測；6）預(yù)測性維修iNCCloud平臺應(yīng)用

一、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通互操作

二、數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)通訊協(xié)議

三、NC-Link協(xié)議

§4.4智能數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)通信一、數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通互操作數(shù)控機(jī)床互聯(lián)通信實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互聯(lián)、互通、互操作，是溝通設(shè)備與數(shù)據(jù)應(yīng)用的使能技術(shù)，是“讓設(shè)備說話的技術(shù)”。主要包括：（1）數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互聯(lián)；（2）數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互通；（3）數(shù)控機(jī)床大數(shù)據(jù)的互操作二、數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)通訊協(xié)議數(shù)控系統(tǒng)互聯(lián)通訊協(xié)議主要有三種，分別是：（1）OPCUA協(xié)議（2）MTConnect協(xié)議（3）umati協(xié)議三、NC-Link協(xié)議NC-Link協(xié)議是由“數(shù)控機(jī)床互聯(lián)互通產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控機(jī)床互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，旨在打造中國自主知識產(chǎn)權(quán)的機(jī)床互聯(lián)通訊標(biāo)準(zhǔn)，提供更加適合數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)通訊協(xié)議。（1）NC-Link協(xié)議特點(diǎn)1）獨(dú)特的數(shù)控裝備信息模型；2）支持自定義的組合數(shù)據(jù)；3）輕量級數(shù)據(jù)交換格式；4）對異構(gòu)設(shè)備或平臺高度兼容；5）獨(dú)特的安全性設(shè)計(jì)三、NC-Link協(xié)議（2）NC-Link標(biāo)準(zhǔn)組成NC-Link標(biāo)準(zhǔn)包含五部分內(nèi)容如圖所示：通用要求、設(shè)備模型，數(shù)據(jù)字典，接口要求和安全要求。設(shè)備模型、數(shù)據(jù)字典和接口要求共同構(gòu)成了NC-Link協(xié)議的語義系統(tǒng)，決定了NC-Link協(xié)議的互操作能力。NC-Link標(biāo)準(zhǔn)組成三、NC-Link協(xié)議（3）NC-Link體系架構(gòu)NC-Link標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)包括：設(shè)備層、NC-Link層、應(yīng)用層，如圖所示。設(shè)備層由獨(dú)立的數(shù)控裝備組成，是原始數(shù)據(jù)源；應(yīng)用層是數(shù)據(jù)的最終使用方；NC-Link層在設(shè)備與應(yīng)用層之間執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，是NC-link體系架構(gòu)的核心。數(shù)據(jù)的傳輸流向?yàn)樵O(shè)備層→NC-Link層→應(yīng)用層或應(yīng)用層→NCLink層→設(shè)備層。NC-Link體系架構(gòu)三、NC-Link協(xié)議（4）NC-Link接口要求NC-Link接口是NC-Link層與設(shè)備層/應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的唯一通道。NC-Link接口要求與設(shè)備模型共同構(gòu)成NC-Link的語法部分。在數(shù)據(jù)交互時，有四類操作：模型文件的操作（包括查詢與設(shè)置）、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)下發(fā)、數(shù)據(jù)采樣。NC-link適配器、代理器和應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口訪問模型如圖所示。NC-link適配器、代理器和應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口訪問模型有：1）發(fā)布/訂閱模型；2）接口指令；3）接口交互流程N(yùn)C-Link協(xié)議的接口交互模型本章小結(jié)：本章主要介紹數(shù)控機(jī)床的高性能技術(shù)，這些技術(shù)是數(shù)控機(jī)床發(fā)展到智能數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵。首先講解數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償，重點(diǎn)是影響機(jī)床加工精度的熱誤差、幾何誤差以及力誤差的補(bǔ)償方法；接著講解了數(shù)控機(jī)床的振動抑制技術(shù)，介紹了振動測試方法，主軸振動形成原因和抑制方法，進(jìn)給軸振動形成原因和抑制方法，刀具振動形成原因和抑制方法；圍繞大數(shù)據(jù)技術(shù)，介紹了數(shù)控機(jī)床的大數(shù)據(jù)應(yīng)用層次、大數(shù)據(jù)感知來源、大數(shù)據(jù)傳輸與處理方式，梳理了iNCCloud服務(wù)平臺的功能；圍繞智能數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)通信，介紹了數(shù)據(jù)互聯(lián)方式、互通協(xié)議、互操作方案，數(shù)控系統(tǒng)主流的互聯(lián)通訊協(xié)議，特別針對我國的NC-Link協(xié)議，介紹了其特點(diǎn)、組成、體系架構(gòu)以及接口交互流程。本章結(jié)束，謝謝！第5章數(shù)控加工工藝及其智能化

5.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)5.2數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

5.3數(shù)控加工夾具

5.4數(shù)控加工刀具5.5數(shù)控加工工藝智能優(yōu)化5.6本章小結(jié)

思維導(dǎo)圖

（1）掌握數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)知識；（2）掌握數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容；（3）掌握工件定位的基本原理，熟悉常見夾具功能及定位方式；（4）熟悉常用數(shù)控車床、銑床和加工中心的刀具用途；（5）了解數(shù)控加工工藝智能優(yōu)化項(xiàng)目及方法。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

一、數(shù)控加工

二、數(shù)控加工工藝

三、數(shù)控加工工藝分析

§5.1數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)一、數(shù)控加工（1）數(shù)控加工的對象根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，最適合于數(shù)控加工的零件是：1）多品種、多規(guī)格、中小批量的零件生產(chǎn)，特別適合新產(chǎn)品的試制生產(chǎn)；2）加工精度、表面粗糙度要求高的零件；3）形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是具有復(fù)雜曲線、曲面輪廓的零件；4）加工中的錯誤會造成浪費(fèi)嚴(yán)重的貴重零件；5）在加工過程中必須進(jìn)行多種加工的零件；6）在普通機(jī)床上加工生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，質(zhì)量難以穩(wěn)定控制的零件。一、數(shù)控加工（2）數(shù)控加工的步驟數(shù)控加工大致有如下幾個步驟：第一步：閱讀零件圖樣，充分了解圖樣的技術(shù)要求；第二步：根據(jù)零件圖樣的要求進(jìn)行工藝分析；第三步：根據(jù)零件圖和制定的加工工藝方案，再按照所用數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的指令代碼及程序格式進(jìn)行數(shù)控編程；第四步：將零件加工程序，存儲在程序載體上（如U盤），或通過網(wǎng)絡(luò)，輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)；第五步：檢驗(yàn)與修改加工程序。數(shù)控加工步驟一、數(shù)控加工（3）機(jī)械加工精度機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、幾何形狀和相互位置）與理想幾何參數(shù)相符合的程度。零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度稱為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。加工精度主要包括三方面內(nèi)容：1）尺寸精度；2）形狀精度；3）位置精度一、數(shù)控加工（4）機(jī)械加工表面質(zhì)量機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件在機(jī)械加工后表面層的微觀幾何形狀誤差和物理、化學(xué)及力學(xué)性能。機(jī)械加工表面質(zhì)量的含義有兩方面的內(nèi)容：一方面是表面的幾何特性，另一方面是表面層的物理力學(xué)性能。表面的幾何特性：1）表面粗糙度；2）表面波度；3）表面紋理方向；4）傷痕表面層的物理力學(xué)性能：主要表現(xiàn)在：1）加工表面的冷作硬化；2）表面層金相組織變化；3）表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力或造成原有殘余應(yīng)力的變化。表面幾何特性二、數(shù)控加工工藝數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時所運(yùn)用的各種方法和技術(shù)手段的總和，是人們對大量數(shù)控加工實(shí)踐的總結(jié)。（1）提高機(jī)械加工表面質(zhì)量的工藝措施1）選擇合理的切削用量；2）選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)；3）改善工件材料的性能；4）選擇合適的切削液；5）選擇合理的刀具材料；6）防止或減小工藝系統(tǒng)的振動（2）數(shù)控加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程是零件生產(chǎn)中關(guān)鍵性的指導(dǎo)文件，主要包括：1）工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則；2）工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)步驟；3）數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容三、數(shù)控加工工藝分析（1）數(shù)控加工的零件圖分析首先應(yīng)分析零件在產(chǎn)品中的作用、位置、裝配關(guān)系和工作條件，搞清楚各項(xiàng)技術(shù)要求對零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響，找出主要的和關(guān)鍵的技術(shù)要求，然后對零件圖樣進(jìn)行詳細(xì)分析。主要包括：1）零件圖的完整性和正確性分析；2）零件的技術(shù)要求分析；3）零件材料分析；4）零件尺寸標(biāo)注分析（2）數(shù)控加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析是指零件在滿足使用性能的前提下，制造的可行性和加工的經(jīng)濟(jì)性。

一、毛坯種類及選擇

二、定位基準(zhǔn)的選擇

三、表面加工方法的選擇

四、加工階段的劃分

五、加工順序的安排

§5.2數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)六、加工余量的確定七、切削用量的確定八、走刀路線的確定九、數(shù)控加工工藝文件的編制一、毛坯種類及選擇（1）毛坯種類機(jī)械零件常用的毛坯種類有鑄件、鍛件、焊接件、沖壓件、型材等。鑄件：鑄件形狀一般不受限制，可以用于形狀較復(fù)雜的零件毛坯鍛件：鍛件適用于機(jī)械強(qiáng)度和韌性較高、形狀比較簡單的零件毛坯焊接件：焊接件尺寸和形狀一般不受限制，根據(jù)需要將型材或鋼板等焊接而成的毛坯件沖壓件：沖壓件是在沖床上用沖模將板料沖制而成，沖壓件毛坯可以非常接近成品要求，在小型機(jī)械、儀表、輕工電子產(chǎn)品方面應(yīng)用廣泛型材：型材主要用于形狀簡單的零件一、毛坯種類及選擇（2）毛坯選擇數(shù)控加工中，選擇合適的毛坯，對零件的加工質(zhì)量、加工成本、生產(chǎn)效率都有很大的影響。所以應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)類型及生產(chǎn)條件，綜合考慮毛坯制造和機(jī)加工的費(fèi)用來確定毛坯，以取得最佳效果。毛坯選擇時應(yīng)考慮下列因素：1）零件的材料及其力學(xué)性能；2）生產(chǎn)類型；3）零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸；4）生產(chǎn)條件二、定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，選擇定位基準(zhǔn)時，為了保證零件的加工精度，首先考慮的是選擇精基準(zhǔn)，精基準(zhǔn)選定之后，再考慮合理選擇粗基準(zhǔn)。（1）精基準(zhǔn)的選擇原則：1）基準(zhǔn)重合原則；2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則；3）自為基準(zhǔn)原則；4）互為基準(zhǔn)反復(fù)加工原則；5）便于裝夾原則（2）粗基準(zhǔn)的選擇原則：1)重要表面原則；2）相互位置要求原則；3）加工余量合理分配原則；4）不重復(fù)使用原則；5）便于裝夾原則三、表面加工方法的選擇選擇表面加工方法時,一般先根據(jù)零件的加工要求，查表或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定哪些加工方法能達(dá)到所要求的加工精度，然后再確定精加工前準(zhǔn)備工序的加工方法。由于獲得同一精度和粗糙度的加工方法往往有幾種，在選擇時除了考慮生產(chǎn)率要求和經(jīng)濟(jì)效益外，還應(yīng)根據(jù)零件的材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、生產(chǎn)類型及企業(yè)的具體生產(chǎn)條件等因素，選擇相應(yīng)的加工方法和加工方案。四、加工階段的劃分零件的加工質(zhì)量要求較高時，通常將整個工藝路線劃分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。加工質(zhì)量要求特別高時，還要增加光整加工和超精密加工階段。五、加工順序的安排復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝路線一般包括切削加工、熱處理和輔助工序。（1）切削加工順序的安排原則：1）先粗后精原則；2）基面先行原則；3）先主后次原則；4）先面后孔原則（2）熱處理工序的安排：1）預(yù)備熱處理；2）最終熱處理（3）輔助工序的安排輔助工序的種類較多，如檢驗(yàn)、去毛刺、倒棱、去磁、清洗、平衡、涂防銹漆和包裝等。六、加工余量的確定加工余量是指加工過程中從加工表面上所切去的金屬層厚度。加工余量根據(jù)零件的不同結(jié)構(gòu)，有單邊余量和雙邊余量之分。對于平面，加工余量是單邊余量，等于實(shí)際切削的金屬層厚度。對于外圓和內(nèi)孔等旋轉(zhuǎn)表面，加工余量是指雙邊余量，實(shí)際切削的金屬層厚度是直徑上的加工余量的一半。確定加工余量的方法通常有以下三種：（1）查表修正法；（2）經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法；（3）分析計(jì)算法七、切削用量的確定切削用量包括切削速度（主軸轉(zhuǎn)速）、背吃刀量、進(jìn)給速度。（1）切削用量的選擇原則：1）粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；2）半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。從刀具的耐用度出發(fā)，切削用量的選擇順序是：1）選取盡可能大的背吃刀量ap；2）其次根據(jù)機(jī)床動力和剛性限制條件或已加工表面粗糙度的要求，選取盡可能大的進(jìn)給速度f；3）最后利用切削用量手冊選取或者用公式計(jì)算確定切削速度vc七、切削用量的確定（2）背吃刀量的選定確定背吃刀量的一般方法：1）在工件表面粗糙度值要求為Ra12.5μm～25μm時，如果數(shù)控加工的加工余量小于5mm~6mm，粗加工一次進(jìn)給就可以達(dá)到要求。但在余量較大，工藝系統(tǒng)剛性較差或機(jī)床動力不足時，可分多次進(jìn)給完成。2）在工件表面粗糙度值要求為Ra3.2μm～12.5μm時，可分粗加工和半精加工兩步進(jìn)行。粗加工時的背吃刀量選取同前。粗加工后留0.5mm～1.0mm余量，在半精加工時切除。3）在工件表面粗糙度值要求為Ra0.8μm～3.2μm時，可分粗加工、半精加工、精加工三步進(jìn)行。半精加工時的背吃刀量取1.5mm～2mm。精加工時背吃刀量取0.3mm～0.5mm。七、切削用量的確定（3）進(jìn)給量的確定進(jìn)給量f(mm/r)或進(jìn)給速度vf(mm/min)主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料選取。（4）切削速度的選擇切削速度的選取原則是：1）粗車時，因背吃刀量和進(jìn)給量都較大，切削速度受刀具耐用度和機(jī)床功率的限制，應(yīng)選較低的切削速度；2）精加工時，背吃刀量和進(jìn)給量都較小，切削速度主要受工件加工質(zhì)量和刀具耐用度的限制，一般應(yīng)選較高的切削速度。八、走刀路線的確定確定走刀路線時，要綜合考慮工件的形狀與剛度、加工余量大小、機(jī)床與刀具的剛度等情況，遵循以下幾點(diǎn)原則：1）走刀路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度；2）應(yīng)使加工路線最短，來縮短數(shù)控加工程序，提高加工效率；3）要盡量簡化數(shù)值計(jì)算，以減少編程工作量。八、走刀路線的確定（1）數(shù)控車削加工走刀路線數(shù)控車削加工應(yīng)按其形狀特點(diǎn)規(guī)劃走刀路線。主要有：1）外圓車削；2）臺肩車削；3）仿形車削；4）切槽；5）階梯切削路線；6)雙向切削進(jìn)給路線（2）數(shù)控銑削加工走刀路線包括：1）銑削加工的切入和切出；2）銑削內(nèi)槽；3）曲面加工；4）型腔粗加工；5）型腔精加工；6）銑槽；7）銑削曲面九、數(shù)控加工工藝文件的編制數(shù)控加工工藝文件既是數(shù)控加工和產(chǎn)品驗(yàn)收的依據(jù)，也是操作者遵守和執(zhí)行的規(guī)程，同時還為企業(yè)零件重復(fù)生產(chǎn)積累了必要的工藝資料。數(shù)控加工工藝文件主要有：1）數(shù)控加工工序卡片；2）數(shù)控加工刀具卡片；3）數(shù)控加工走刀路線圖

一、工件定位的基本原理

二、常見定位方式及定位元件

三、工件的裝夾

四、數(shù)控機(jī)床夾具

五、數(shù)控車床常用夾具

六、數(shù)控銑床與加工中心常用夾具

§5.3數(shù)控加工夾具一、工件定位的基本原理定位就是限制自由度。一個在空間處于自由狀態(tài)的工件有六個自由度，如圖所示，即沿X、Y、Z三個直角坐標(biāo)軸方向的移動自由度x、y、z和繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度x、y、z。要完全確定工件的位置（定位），就需要按一定的要求合理布置六個支承點(diǎn)（即定位元件）來限制工件的六個自由度，這就是工件定位的“六點(diǎn)定位原理”。工件的六個自由度二、常見定位方式及定位元件工件的定位是通過工件上的定位基準(zhǔn)面和夾具上定位元件工作表面之間的配合或接觸實(shí)現(xiàn)的，一般應(yīng)根據(jù)工件上定位基準(zhǔn)面的形狀，選擇相應(yīng)的定位元件。主要定位元件包括：（1）工件以平面定位（2）工件以圓孔定位（3）工件以外圓柱面定位（4）工件以一面兩孔定位三、工件的裝夾工件從定位到夾緊的整個過程稱為工件的裝夾。正確的裝夾是保證加工精度的重要條件。數(shù)控加工時，工件裝夾的基本原則與普通機(jī)床相同，都要根據(jù)具體情況合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案，但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一；2）盡量減少工件的裝夾次數(shù)和輔助時間，即盡可能在工件的一次裝夾中加工出全部待加工表面；3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能；4）對于加工中心，工件在工作臺上的安放位置要兼顧各個工位的加工，要考慮刀具長度及其剛度對加工質(zhì)量的影響。四、數(shù)控機(jī)床夾具機(jī)床夾具是在機(jī)床上用來快速、準(zhǔn)確、方便地安裝工件的工藝裝備。（1）機(jī)床夾具的類型按專門化程度分類有以下幾種：1）通用夾具；2）專用夾具；3）可調(diào)夾具；4）組合夾具（2）機(jī)床夾具的組成雖然機(jī)床夾具種類很多，但它們的基本組成是相同的，都包括：1）定位裝置；2）夾緊裝置；3）夾具體；4）其他元件及裝置五、數(shù)控車床常用夾具數(shù)控車床要盡量選用已有的通用夾具，且應(yīng)盡量做到一次裝夾中把零件所有待加工表面都加工出來。工件定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。由于工件的形狀大小和加工數(shù)量不同，常采用以下裝夾方法：1）四爪卡盤；2）三爪卡盤；3）兩頂尖間裝夾工件；4）一夾一頂裝夾工件；5）軟爪；6）自動卡盤；7）彈簧夾頭；8）中心架；9）跟刀架六、數(shù)控銑床與加工中心常用夾具銑床與加工中心夾具主要用于加工工件上的平面、鍵槽、缺口及成形表面等，加工的切削力較大，又是斷續(xù)切削，容易引起振動，因此要求夾具具有足夠的強(qiáng)度，夾緊力足夠大，有較好的自鎖性。主要包括的夾具有：1）通用夾具2）專用夾具3）組合夾具4）成組夾具5）氣動或液壓夾具6）真空夾具

一、常用刀具材料及性能

二、數(shù)控車削刀具

三、數(shù)控銑床與加工中心刀具

§5.4數(shù)控加工刀具一、常用刀具材料及性能常用刀具材料及性能包括：1）高速鋼，高速鋼的強(qiáng)度高、韌度好、性能比較穩(wěn)定、工藝性好；2）硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金具有高速鋼的韌性，高切削速度下的耐磨性與紅硬性，特別是涂層技術(shù)的應(yīng)用，使涂層硬質(zhì)合金成為機(jī)夾刀片的首選；3）陶瓷，陶瓷刀具材料具有高硬度、高耐磨性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和低摩擦系數(shù)，尤其是其優(yōu)良的紅硬性，適用于高速切削和高速重切削，但其缺點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差；4）立方氮化硼，立方氮化硼的硬度僅次于金剛石，是高硬度、高耐磨性和高熱硬性的刀具材料；5）人造金剛石，人造金剛石是目前最硬的刀具材料，耐磨性很高。二、數(shù)控車削刀具數(shù)控車削刀具可完成工件的外圓、端面、內(nèi)孔、切槽或切斷，以及車內(nèi)外螺紋等加工工藝。按車刀所加工的表面特征來分有外圓車刀、端面車刀、內(nèi)（外）切槽車刀、內(nèi)（外）螺紋車刀、內(nèi)孔車刀、切斷刀等，如圖所示。常用車刀的種類、形狀和用途二、數(shù)控車削刀具（1）機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的選用數(shù)控車床一般選用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀，把經(jīng)過研磨的可轉(zhuǎn)位多邊形刀片用夾緊組件夾在刀桿上。由于可轉(zhuǎn)位刀片的形式多種多樣，并采用多種刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)，因此可轉(zhuǎn)位車刀的品種越來越多，使用范圍很廣。刀片和刀具選擇應(yīng)注意下列問題：1）刀片材料的選擇2）刀片形狀的選擇3）刀片后角的選擇4）刀尖圓弧半徑的選擇5）刀桿頭部形式選擇6）左右手柄的選擇二、數(shù)控車削刀具（2）數(shù)控車削用工具系統(tǒng)數(shù)控車削加工用工具系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)，與機(jī)床刀架的形式、刀具類型及刀具是否需要動力驅(qū)動等因素有關(guān)。數(shù)控車削工具系統(tǒng)必須根據(jù)刀架刀盤結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇。數(shù)控車削加工用工具系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)體系三、數(shù)控銑床與加工中心刀具數(shù)控銑床和加工中心上使用的刀具主要有銑削用刀具和孔加工用刀具兩大類。（1）銑削刀具的選擇數(shù)控銑削加工要求銑刀鋼性要好、耐用度要高。除此以外，銑刀切削刃幾何角度的參數(shù)選擇及排屑性能等也非常重要。（2）常用銑刀被加工零件的幾何形狀是選擇刀具類型的主要依據(jù)。常用銑刀包括：1）面銑刀；2）立銑刀；3）模具銑刀；4）鍵槽銑刀；5）成形銑刀三、數(shù)控銑床與加工中心刀具（3）加工中心對刀具的基本要求1）刀具的切削性能強(qiáng)；2）刀具的精度要求高（4）典型孔加工刀具1）鉆孔加工；2）擴(kuò)孔加工；3）鏜孔加工；4）鉸孔加工（5）加工中心工具系統(tǒng)工具系統(tǒng)作為刀具與機(jī)床的接口，除包含刀具本身外，還包括實(shí)現(xiàn)刀具快換所必需的定位、夾緊、抓取及刀具保護(hù)等機(jī)構(gòu)。數(shù)控銑床與加工中心工具系統(tǒng)主要為鏜銑類工具系統(tǒng)。工具系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可分為整體式與模塊式兩種。

一、數(shù)控機(jī)床智能編程工藝優(yōu)化

二、曲面加工工藝優(yōu)化

§5.5數(shù)控加工工藝智能優(yōu)化一、數(shù)控機(jī)床智能編程工藝優(yōu)化目前數(shù)控自動編程還主要是借助CAM軟件完成，輸入CAM的內(nèi)容來自CAD的零件設(shè)計(jì)信息和CAPP（computeraidedprocessplanning，計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）的零件工藝信息，這些信息通過CAM軟件在自動或人工干預(yù)下生成數(shù)控程序，包括如下步驟：1）準(zhǔn)備原始數(shù)據(jù)2）輸入翻譯3）數(shù)學(xué)處理4）后置處理5）信息輸出二、曲面加工工藝優(yōu)化（1）曲面加工軌跡平滑方法數(shù)控加工中，刀具軌跡擬合方法主要有插值法和逼近法兩類。當(dāng)?shù)毒哕壽E順序通過給定的刀位點(diǎn)時，稱為插值軌跡；當(dāng)擬合的軌跡不嚴(yán)格通過刀位點(diǎn)，只是在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)接近給定的刀位點(diǎn)，稱為逼近軌跡。如圖為兩種擬合方法的示意圖。刀具軌跡擬合方法二、曲面加工工藝優(yōu)化（2）曲面加工速度優(yōu)化方法速度優(yōu)化需要考慮兩方面：1）確定單條軌跡上各程序段的合理速度；2）保證相鄰軌跡的速度連續(xù)性。在相鄰軌跡連續(xù)性速度優(yōu)化方面的研究主要分為兩類：1）在數(shù)控系統(tǒng)前瞻階段，通過跨相鄰軌跡的大范圍程序段預(yù)讀，在確定單條軌跡速度的同時考慮相鄰軌跡的速度連續(xù)性；2）在離線環(huán)境下，通過對全局軌跡的遍歷和迭代，實(shí)現(xiàn)相鄰軌跡間的速度連續(xù)。二、曲面加工工藝優(yōu)化（3）高性能數(shù)控系統(tǒng)曲面加工優(yōu)化功能不同品牌高性能數(shù)控系統(tǒng)均提供了相應(yīng)的軌跡平滑和速度優(yōu)化功能，并結(jié)合其高速高精運(yùn)動控制、誤差補(bǔ)償和振動抑制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了零件高性能曲面加工優(yōu)化。主要包括的優(yōu)化功能有：1）西門子曲面加工優(yōu)化功能2）FANUC曲面加工優(yōu)化功能3）海德漢曲面加工優(yōu)化功能4）華中8型曲面加工優(yōu)化功能本章小結(jié)：

數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程的基礎(chǔ)，直接影響零件的加工精度和生產(chǎn)效率。本章首先介紹了數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)知識，包括機(jī)械加工精度指標(biāo)和表面質(zhì)量指標(biāo)；梳理了提高表面質(zhì)量的工藝措施；詳細(xì)講解了數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，特別針對數(shù)控車削、數(shù)控銑削列舉了常用走刀路線的規(guī)劃；介紹了常用數(shù)控夾具及定位方式；常用的數(shù)控刀具、材料及刀具系統(tǒng)；數(shù)控加工工藝智能優(yōu)化措施。本章結(jié)束，謝謝！第6章智能數(shù)控機(jī)床加工程序編制

6.1智能數(shù)控加工編程基礎(chǔ)

6.2數(shù)控車削程序編制6.3數(shù)控銑削與加工中心程序編制6.4數(shù)控加工自動編程

思維導(dǎo)圖（1）掌握數(shù)控編程基本指令；（2）掌握數(shù)控車削編程基本指令和車削固定循指令；（3）掌握數(shù)控銑削基本指令和子程序、縮放、鏡像、旋轉(zhuǎn)等指令；（4）了解SIEMENS系統(tǒng)Shop智能工步編程原理與步驟；（5）熟悉自動編程過程和步驟。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

一、數(shù)控程序編制內(nèi)容與方法

二、坐標(biāo)系

三、絕對坐標(biāo)編程與增量坐標(biāo)編程

四、程序結(jié)構(gòu)

五、基本移動指令

六、刀具補(bǔ)償

§6.1智能數(shù)控加工編程基礎(chǔ)本節(jié)的重點(diǎn)：數(shù)控程序編制內(nèi)容與方法。一、數(shù)控程序編制內(nèi)容與方法（1）數(shù)控程序編制內(nèi)容數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程，其主要內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：分析零件圖紙工藝處理數(shù)學(xué)處理編寫程序單制備控制介質(zhì)及程序校驗(yàn)（2）數(shù)控程序編制方法1）手工編程從工藝分析、數(shù)值計(jì)算直到數(shù)控程序的試切和修改等過程全部或主要由人工完成，就是手工編程，要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且須具備機(jī)械加工工藝知識和數(shù)值計(jì)算能力。

對于幾何形狀不太復(fù)雜的零件，數(shù)控編程計(jì)算較簡單、程序段不多，手工編程是可行的。但對形狀復(fù)雜的零件，特別是具有曲線、曲面（如葉片、復(fù)雜模具型腔）或幾何形狀并不復(fù)雜但程序量大的零件（如復(fù)雜孔系的箱體），手工編程很難勝任，耗時長、效率低、出錯率高，這種情況適用于自動編程。（2）數(shù)控程序編制方法2）自動編程從編制零件加工程序的全部過程主要由計(jì)算機(jī)來完成，此種編程方法稱為自動編程。自動編程由計(jì)算機(jī)代替人完成復(fù)雜的坐標(biāo)計(jì)算和書寫程序單的工作，效率高，程序正確性好，可以解決許多手工無法完成的復(fù)雜零件編程難題。

實(shí)現(xiàn)自動編程的方法主要有語言式自動編程和圖形交互式自動編程兩種。前者是通過高級語言的形式，表示出全部加工內(nèi)容，計(jì)算機(jī)采用批處理方式，一次性處理、輸出加工程序；后者是采用人機(jī)對話的處理方式，利用CAD/CAM功能生成加工程序。目前，應(yīng)用CAD/CAM軟件已經(jīng)成為自動編程的主要手段。（2）數(shù)控程序編制方法不同CAD/CAM系統(tǒng)的功能、用戶界面有所不同，編程操作也不盡相同，但編程的基本原理與基本步驟是一致的，如圖6-1所示。圖6-1利用CAD/CAM進(jìn)行數(shù)控自動編程基本原理二、坐標(biāo)系（1）機(jī)床坐標(biāo)系（MCS）在數(shù)控機(jī)床上，刀具的定位點(diǎn)、移動軌跡等都是以坐標(biāo)值的形式給出的。因此，為了實(shí)現(xiàn)對刀具的運(yùn)動控制，必須在數(shù)控機(jī)床上建立坐標(biāo)系，即確定坐標(biāo)軸的方向和設(shè)定坐標(biāo)原點(diǎn)的位置。（1）機(jī)床坐標(biāo)系（MCS）

1）坐標(biāo)系及運(yùn)動方向規(guī)定國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系，采用右手定則的笛卡兒坐標(biāo)系，如圖6-2所示。圖中，姆指指向X軸，食指指向Y軸，中指指向Z軸，指尖指向各坐標(biāo)軸的正方向，即增大刀具和工件之間距離的方向。同時規(guī)定了分別平行于X、Y、Z軸的第一組附加軸為U、V、W，第二組附加軸為P、Q、R。若有旋轉(zhuǎn)軸時，規(guī)定繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)軸依次為A、B、C軸，其方向?yàn)橛倚菁y方向，如圖6-2所示。旋轉(zhuǎn)軸的原點(diǎn)一般定在水平面上。若還有附加的旋轉(zhuǎn)軸時用D、E定義，其與直線軸沒有固定關(guān)系。圖6-2坐標(biāo)系規(guī)定（1）機(jī)床坐標(biāo)系（MCS）

2）坐標(biāo)軸及方向規(guī)定在確定機(jī)床坐標(biāo)軸時，一般先確定Z軸，然后確定X軸和Y軸，最后確定其它軸。JB3051-82標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，機(jī)床運(yùn)動的正方向，是指增大工件和刀具之間距離的方向。（1）機(jī)床坐標(biāo)系（MCS）

2）坐標(biāo)軸及方向規(guī)定Z軸Z坐標(biāo)的運(yùn)動是由傳遞切削力的主軸決定的，規(guī)定與機(jī)床主軸軸線平行的坐標(biāo)軸為Z軸。刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸的正向，如圖6-3（a）所示。如圖6-2坐標(biāo)系規(guī)定141果機(jī)床上有多個主軸，則選一個垂直于工件裝夾平面的主軸為Z軸。如果主軸能夠擺動，則選垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆坐標(biāo)方向，如圖6-3（b）所示的六軸加工中心機(jī)床的主軸。如果機(jī)床無主軸，則選垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆坐標(biāo)方向，如圖6-3（c）所示數(shù)控龍門銑床坐標(biāo)系。

圖6-3數(shù)控機(jī)床z軸不同情況（1）機(jī)床坐標(biāo)系（MCS）

2）坐標(biāo)軸及方向規(guī)定

X軸X軸與Z軸垂直，并位于水平面內(nèi)，一般與工件的裝夾平面平行。確定X軸的正方向時，分兩種情況：①如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，則刀具離開工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。如圖6-3所示數(shù)控車床的X軸。②如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，則分為兩種情況：Z坐標(biāo)水平時，沿刀具主軸向工件看時，+X方向指向右方，如圖6-4（a）所示；Z坐標(biāo)垂直時，觀察者面對刀具主軸向立柱看時，+X指向右方，如圖6-4（b）所示圖6-4數(shù)控機(jī)床x軸（1）機(jī)床坐標(biāo)系（MCS）

2）坐標(biāo)軸及方向規(guī)定

Y軸

在確定X、Z軸后，根據(jù)X和Z坐標(biāo)的正方向，按照右手直角笛卡兒坐標(biāo)系來確定Y坐標(biāo)的正方向。

回轉(zhuǎn)軸圍繞坐標(biāo)軸X、Y、Z旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動，分別用A、B、C表示。它們的正方向用右手螺旋法則判定，如圖6-2b所示。

附加軸如果在X、Y、Z主要坐標(biāo)軸以外，還有平行于它們的坐標(biāo)軸，則用附加坐標(biāo)軸U、V、W分別表示平行于X、Y、Z三個坐標(biāo)軸的第二組直線運(yùn)動；如還有平行于X、Y、Z軸的第三組直線運(yùn)動，則附加坐標(biāo)軸可分別指定為P、Q及R軸。

如果在第一組回轉(zhuǎn)運(yùn)動A、B、C之外還有平行或不平行A、B、C的第二組回轉(zhuǎn)運(yùn)動，可分別指定為D、E及F。（1）機(jī)床坐標(biāo)系（MCS）

3）數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的建立①機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)在規(guī)定了機(jī)床坐標(biāo)軸和方向后，必須再確定機(jī)床原點(diǎn)，才能建立機(jī)床坐標(biāo)系。

數(shù)控車床的機(jī)床原點(diǎn)一般設(shè)在卡盤前端面或后端面的中心，如圖6-5a所示。

數(shù)控銑床的機(jī)床原點(diǎn)，各生產(chǎn)廠不一致，有的設(shè)在機(jī)床工作臺的中心，有的設(shè)在進(jìn)給行程的終點(diǎn)，如圖6-5b所示

②機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床參考點(diǎn)是機(jī)床上一個位置固定的特殊點(diǎn)，通常設(shè)置在機(jī)床各軸靠近正向極限的位置，由限位開關(guān)準(zhǔn)確定位，到達(dá)參考點(diǎn)時所顯示的數(shù)值則表示參考點(diǎn)與機(jī)床零點(diǎn)間的距離，該數(shù)值被記憶在數(shù)控系統(tǒng)并在系統(tǒng)中建立機(jī)床零點(diǎn)，作為系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)算的基準(zhǔn)點(diǎn)。圖6-5數(shù)控機(jī)床原點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)（2）工件坐標(biāo)系（WCS）加工程序的編制通常是針對某一工件，根據(jù)零件圖樣進(jìn)行的，為了便于尺寸計(jì)算、檢查，編程時需要針對零件圖建立工件坐標(biāo)系（編程坐標(biāo)系）。

工件坐標(biāo)系是在數(shù)控編程時用來定義工件形狀和刀具相對工件運(yùn)動的坐標(biāo)系，為保證編程與機(jī)床加工的一致性，工件坐標(biāo)系也應(yīng)用右手笛卡爾坐標(biāo)系。工件裝夾到機(jī)床上時，應(yīng)使工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向保持一致。

工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱為工件原點(diǎn)或編程原點(diǎn)，建立工件坐標(biāo)系的核心是選取工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。工件原點(diǎn)位置的選取會對編程是否簡便、加工精度是否易于保證等有重要影響，應(yīng)合理選擇。（2）工件坐標(biāo)系（WCS）

工件原點(diǎn)的一般選用原則：

（1）應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。圖6-6（a）所示為車削零件的工件原點(diǎn)，選擇端面的中心處為工件原點(diǎn)可以省去編程時的尺寸和公差換算，減少計(jì)算工作量，更易于保證加工精度。（2）對于有對稱幾何特征的零件，工件原點(diǎn)一般選擇在對稱中心。（3）工件原點(diǎn)應(yīng)選擇方便對刀操作、便于工件裝夾、測量和檢驗(yàn)的位置，如圖6-6（b）所示銑削零件的工件原點(diǎn)位置。圖6-6工件原點(diǎn)選擇（3）刀具相對運(yùn)動原則由于機(jī)床的結(jié)構(gòu)不同，有的是刀具運(yùn)動、零件固定；有的是刀具固定、零件運(yùn)動。為了編程方便，均假定工件不動、刀具相對于工件作進(jìn)給運(yùn)動而確定坐標(biāo)軸正方向。實(shí)際機(jī)床加工時，如果是刀具不動，工件相對于刀具移動實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，則按相對運(yùn)動關(guān)系，工件運(yùn)動的正方向（機(jī)床坐標(biāo)系的實(shí)際正方向）恰好與工件坐標(biāo)系的正方向（刀具運(yùn)動的正方向）相反。三、絕對坐標(biāo)編程與增量坐標(biāo)編程數(shù)控加工程序中表示幾何點(diǎn)的坐標(biāo)位置有絕對值和增量值兩種方式,可通過準(zhǔn)備功能指令G90、G91進(jìn)行選擇。G90表示輸入的尺寸字?jǐn)?shù)值為絕對值，G91表示輸入的尺寸字?jǐn)?shù)值為增量值。絕對值以“工件原點(diǎn)”為依據(jù)來表示坐標(biāo)位置，如圖6-7（a），增量值以相對于“前一點(diǎn)”位置的坐標(biāo)尺寸增量來表示坐標(biāo)位置，如圖6-7（b）所示。圖6-7絕對坐標(biāo)和增量坐標(biāo)四、程序結(jié)構(gòu)（1）程序字?jǐn)?shù)控編程將程序中出現(xiàn)的英文字母及字符稱為“地址”，如：X、Y、Z、A、B、C、﹪、＠、#、…；數(shù)字0～9(包括小數(shù)點(diǎn)、“+”、“-”號)稱為“數(shù)字”。通常來說，每一個不同的地址都代表著一類指令代碼，同類指令則通過后面的數(shù)字加以區(qū)別。

“地址”和“數(shù)字”的組合稱為“程序字”，程序字(亦稱代碼指令)是組成數(shù)控加工程序的最基本單位，程序字都有規(guī)定的格式和要求，數(shù)控系統(tǒng)無法識別不符合輸入格式要求的代碼。輸入格式的詳細(xì)規(guī)定，可以查閱數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家提供的“編程說明書”。四、程序結(jié)構(gòu)（2）程序段

程序段由程序段號、地址、數(shù)字、符號等組成,是加工程序最主要的組成部分，通常由N及后綴的數(shù)字(稱順序號或程序段號)開頭；以程序段結(jié)束標(biāo)記，實(shí)際使用時常用符號“；”表示結(jié)束標(biāo)記。為了方便檢查、閱讀，允許對程序段加注釋，注釋應(yīng)加在程序段的“；”之后一個完整的加工程序段，除程序段號、程序段結(jié)束標(biāo)記外，其主體部分應(yīng)具圖6-7絕對坐標(biāo)和增量坐標(biāo)146備六個要素，即必須在程序段中明確：移動的目標(biāo)是哪里？沿什么樣的軌跡移動？移動速度要多快？刀具的切削速度是多少？選擇哪一把刀移動？機(jī)床還需要哪些輔助動作？四、程序結(jié)構(gòu)（2）程序段例如程序段

N10G90G01X100Y100F100S300T01M03；

其六要素的定義為：移動目標(biāo)：X100、Y100(終點(diǎn)坐標(biāo)值)；移動軌跡：G01(直線插補(bǔ))；刀具移動速度：Fl00；主軸轉(zhuǎn)速：S300(對應(yīng)切削速度)；選擇的刀具：T1(1號刀)；機(jī)床輔助動作：M03(主軸正轉(zhuǎn))。四、程序結(jié)構(gòu)（3）程序

數(shù)控加工程序，以程序字為最基本的單位，程序字的集合構(gòu)成了程序段，程序段的集合則構(gòu)成了完整的加工程序。

程序以程序號開頭，以M02（或M30）結(jié)束，M02（或M30）稱為程序結(jié)束標(biāo)記。程序號、程序結(jié)束標(biāo)記、加工程序段是任何加工程序都必須具備的三要素。

程序號表示程序名，位于程序的開頭