数控加工技术4数控加工技术发展趋势简介.pdf

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1、第八章 先进加工技术 第八章 先进加工技术 8.1 数控加工技术 8.1.1 数控加工技术概论 8.1.2 数控机床 8.1.3 数控编程概论 8.1.4 数控加工技术发展趋势简介 8.2 智能制造、大数据、物联网 主 要 内 容主 要 内 容 1 数控机床的发展概况 数控技术的发展趋势 数控技术在先进制造技术中的应用 2 3 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 1.数控机床的发展概况 数控系统的稳定性 数控机床基本性能 相关伺服驱动设备的性能及稳定性 电子元器件制造的稳定性 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 发展阶段数控系统的发展世界产生的年代中国产生年代 硬件数控 第一代电子管数控系

2、统1952年1958年 第二代晶体管数控系统1961年1964年 第三代集成电路数控系统1965年1972年 软件数控 第四代小型计算机数控系统1968年1978年 第五代微处理器数控系统1974年1981年 第六代基于工控PC机的通用CNC系统1990年1992年 2.数控技术的发展趋势 运行高速化 加工高精化 功能复合化 控制智能化 体系开放化 驱动并联化 交互网络化 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 进入上世纪九十年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采用计算机、控制理 论等领域的最新技术成就，使其朝着上述方向发展 2.数控技术的发展趋势 8.1.4 数控技工技术

3、发展趋势简介 速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率 和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。 2.数控技术的发展趋势 （一）运行高速化 使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。 进给率高速化： 在分辨率为1 m时，在Fmax=240m/min下可进行复杂型面精确加工； 在程序段长度为1mm时，Fmax=30m/min，并且具有1.5g的加减速率； 换刀速度 0.9秒（刀到刀） 2.8秒（切削到切削） 工作台（托盘）交换速度6.3秒。 主轴高速化：采用电主轴（内装式主

4、轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。 主轴最高转速达200000r/min。 主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 2.数控技术的发展趋势 （二）加工高精化 提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。 提高CNC系统控制精度： 采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化， 采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上106 脉冲/转的 内藏

5、位置检测器，其位置检测精度能达到0.01 m/脉冲）； 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。 采用误差补偿技术： 采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术; 设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的 应用可将加工误差减少6080。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定位 精度为0.1 m。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （三）功能复合化 复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。 镗铣钻复合加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）； 车铣复合车削中心（ATC，动力刀头

6、）； 铣镗钻车复合复合加工中心(ATC，可自动装卸车刀架)； 铣镗钻磨复合复合加工中心（ATC，动力磨头）； 可更换主轴箱的数控机床组合加工中心； 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能 化程度不断提高，具体体现在以上几个方面。 2.数控技术的发展趋势 （四）控制的智能化 加工过程自适应控制技术 加工参数的智能优化与选择 智能故障诊断与自修复技术 智能化交流伺服驱动装置 智能4M数控系统 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 1）加工过程自适应控制技术 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展

7、趋势 （四）控制的智能化 Mitsubishi Electric 公司的用于数控电火花成型机床的“Miracle Fuzzy” 基于模 糊逻辑的自适应控制器，可自动控制和优化加工参数 日本牧野在电火花NC系统Makino_Mce20中，用专家系统代替人进行加工过程监控 以色列的外置式力自适应控制器 意大利Mandelli公司数控系统的可编程功率自适应控制功能 国内清华、华中、华南工大的自适应控制技术的研究已取得成果 2）加工参数的智能优化与选择 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （四）控制的智能化 日本大隈公司的OSP-P300A数控系统带有人工智能功能 8.1.4

8、 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （四）控制的智能化 3）智能故障诊断复技术 智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法，实现故障快速准确定 位的技术。 智能故障诊断技术在日本、美国及中国公司生产的数控系统中已有应用，大多都是应 用专家系统实现的。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （四）控制的智能化 3）智能故障诊断复技术 智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法，实现故障快速准确定 位的技术。 智能故障诊断技术在日本、美国及中国公司生产

9、的数控系统中已有应用，大多都是应 用专家系统实现的。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （四）控制的智能化 4）智能化交流伺服驱动装置 能自动识别负载，并自动调整参数的 智能化伺服系统，包括智能主轴交流 驱动装置和智能化进给伺服装置。这 种驱动装置能自动识别电机及负载的 转动惯量，并自动对控制系统参数进 行优化和调整，使驱动系统获得最佳 运行 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （四）控制的智能化 5）智能4M数控系统 在制造过程中，将测量 (Measurement)、建模(Modelling)、 加工(Manufacturing)、机器操

10、作 (Manipulator)四者（即4M）融合在 一个系统中，实现信息共享，促进测 量、建模、加工、装夹、操作一体化 的4M智能系统。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （五）体系的开放化 定义（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作 的系统。 硬件 配置 单元 软件 配置 单元 标准计算机硬件 数控系统 基本硬件 数控功能 应用程序 DOS(WINDOWS) 实时多任务操作系统RTM 应用程序接口 NC构件库 开放式数控系统特点： 系统构件（软件和硬件）具有标 准化(Standardization)与多样化 ( Di

11、versification)和互换性 (Interchangeability)的特征 允许通过对构件的增减来构造系 统，实现系统“积木式”的集成。 构造应该是可移植的和透明的； 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （五）体系的开放化 定义（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作 的系统。 开放体系结构CNC的优点 向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，新一代的通用软硬件资源就可 能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能； 标准化的人机界面：标准化的编程语言，方便用户使用，降

12、低了和操作效率直接有关的劳 动消耗； 向用户特殊要求开放：提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，从低 级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止,用户技术诀窍能方便地融入； 可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （五）体系的开放化 定义（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作 的系统。 国内外开放式数控系统的研究进展 美国：NGC(The Next Generation Work-station/Machine Contr

13、oller)和 OMAC(Open Modular Architecture Controller)计划 欧盟：OSACA（Open System Architecture for Control within Automation Systems)计划 日本：OSEC(Open System Environment for Controller)计划 华中I型基于IPC的CNC开放体系结构 航天I型CNC系统基于PC的多机CNC开放体系结构 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （六）驱动并联化 驱动杆 机架 动平台主轴电机伺服电机 主轴 刀具 柔性夹具 工件 静平台

14、 并联加工中心（又称6条腿数控机床、虚轴机床）是数控机床在结构上取得的重大突破。 并联结构机床是现代机器人与 传统加工技术相结合的产物； 由于它没有传统机床所必需的 床身、立柱、导轨等制约机床 性能提高的结构， 具有现代机器人的模块化程度 高、重量轻和速度快等优点。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 2.数控技术的发展趋势 （七）交互网络化 支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数 控系统，该系统是形成“全球制造”的基础单元。 网络资源共享。 数控机床的远程（

15、网络）监视、控制。 数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控） 数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程（网络）诊断、远程维护、电子商务等）。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 3. 数控技术在先进制造技术中的应用 （一）数控加工中心机床(Machining Center，MC) 美：本世纪初，曾为MC第一消费大国，拥有量超6万台，年产量5000台； 日：MC第一生产大国，年產15000台，产值30亿美元。 德：MC第一技术大国，年产虽2500台，但产值10亿。 中国：MC第一消费大国和第一进口国，国内加工中心市场占有率达到61%。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 3. 数控技术在

16、先进制造技术中的应用 （二）自适应控制 （Adaptive Control, AC ） 将代表加工状态的参数进行测量并及时对主轴转速,进给速度等参数进行修正，使切削过程达到 并维持最佳状态，这称为NC机床的自适应控制 Mitsubishi Electric 公司的用于数控电火花成型机床的“Miracle Fuzzy” 基于模糊逻辑的自 适应控制器，可自动控制和优化加工参数； 以色列的外置式力自适应控制器 意大利Mandelli公司数控系统的可编程功率自适应控制功能。 国内清华和华中科技大学的自适应控制技术的研究已取得成果。正在进行商品化开发。 所谓最佳状态指标，可以是最大生产率、最低加工成本、

17、最佳表面质量等。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 3. 数控技术在先进制造技术中的应用 （三）直接数字控制 （Direct NC, DNC ） DNC是一台中央计算机控制一群 CNC，目前DNC已从直接数控演 变为分配式数控，即DNC控制的 全部， CNC机床各守其职，与中 央计算机组成计算机。 DNC系统功能系统功能 NCNC 程程 序序 管管 理理 NCNC 数数 据据 分分 配配 NCNC 数数 据据 校校 正正 NCNC 编编 程程 车车 间间 数数 据据 采采 集集 物物 流流 控控 制制 局局 部部 生生 产产 控控 制制 基本功能基本功能辅助功能辅助功能 8.1.4 数控技

18、工技术发展趋势简介 3. 数控技术在先进制造技术中的应用 （四）柔性制造系统 （Flexible Manufacturing System, FMS ） 将多台NC机床与工件、刀具、夹 具及切屑与自动传输线相配合，并 由计算机统一管理与控制，就组成 了计算机群控自动线， 国外称为 FMS 特点: 加工效率很高，且有很大的灵活性和较强的适应性 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 3. 数控技术在先进制造技术中的应用 （五）设计制造一体化 CAD/CAM CAD Computer Aid Design CAM Computer Aided Manufacturing CAD充分利用计算机高速计算

19、能力、逻辑判断能力、特别是图象显示和人机会话能力，使计算 机履行很大一部分制图员和设计师的工作，快速完成高质量产品设计与工艺设计任务 CAM完成生产计划的编制，生产过程的调度并对整个制造过程进行控制。 CAD/CAM是产品设计和制造过程的完整系统，它使计算机集成化机械工厂成为现实，它被人 们称之为制造业的未来。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 3. 数控技术在先进制造技术中的应用 （六）计算机集成制造系统(CIMS ) CIMS Computer Integrated Manufacture CIM 是一种概念，指出了制造业应用计算机技术的更高阶段。 在制造企业中将从市场分析、经营决策、

20、产品设计、经过制造过程各环节，最后到销售和售后 服务 , 逐步实现全企业的计算机化。实施CIM的目的是实现企业内更短的设计生产周期，改善 企业经营管理，以适应市场的迅速变化，获得更大经济效益。 CIMS 就是在CIM思想指导下，逐步实现企业全过程计算机化的综合人机系统。不论其计算机 技术应用的广度和深度处于什么阶段，只要全局规划是明确的，确实按照CIM 思想指导着企业 的体制改革和技术改革就可称之为CIMS。 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 3. 数控技术在先进制造技术中的应用 （六）计算机集成制造系统(CIMS ) 日美企业竞争力倒转 美国如何从80年代从 钢铁、汽车、机械、化工 到

21、电视、激光、录像机、半导体、集成电 路、计算机各行业竞争中失去优势。采取的策略：信息化、企业过程重组 1992年 INTEL 取代日本成为世界IC之最 1993年 通用、福特公司扭亏为盈 1994年 美国在芯片、软件、计算机、网络、移动通信、高清晰度电视、生物技术占优势 上世纪80年代以来长期居于世界经济之冠的日本，其入围世界500强企业比例连年下降， 而美国则连年上升 世界500强中，前10名中居一、二的三菱、三井到96年后让为于通用、福特 8.1.4 数控技工技术发展趋势简介 3. 数控技术在先进制造技术中的应用 （六）计算机集成制造系统(CIMS ) 日美企业竞争力倒转 异构环境下的信息集成 复杂大系统的建模 实时分布环境下的生产调度和优化技术 人工智能和专家系统的成功应用 成都飞机工业公司CIMS工程 麦道机头生产周期：12个月-6个月 某型号飞机批生产周期：24个月-18月 复杂结构件设计、加工时间缩短到原来的1/6 获得1亿美元的波音757尾段订单 本 讲 小 结 数 控 编 程 概 论 数 控 技 工 技 术 发 展 趋 势 简 介 先 进 加 工 技 术 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 下 讲 预 告 智 能 制 造 、 大 数 据 、 物 联 网 先 进 加 工 技 术