whhit数控技术发展方向.pptx

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1、哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述11.3.3.1运行高速化运行高速化l 运行高速化、加工高精化运行高速化、加工高精化 速度和精度是数控设备的两个重要指标，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在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。的要求。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述21.3.3.1运行高速化运行高速化l运行高速化：运行使进给率、主轴转

2、速、刀具运行高速化：运行使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。有高加（减）速率。1. 进给率高速化：进给率高速化：在分辨率为在分辨率为1 m时，时，Fmax=240m/min。在在Fmax下可获得下可获得复杂型面的精确加工；复杂型面的精确加工；在程序段长度为在程序段长度为1mm时，时，Fmax=30m/min，并且具有并且具有1.5g的加减速率；的加减速率；哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述31.3.3.1运行高速化运行高速化2. 主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主主轴高速化

3、：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴最高转速达主轴最高转速达200000r/min。主轴转速的最高加（减）速为主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需即仅需1.8秒即可从秒即可从0提速到提速到15000r/min。3. 换刀速度换刀速度 0.9秒（刀到刀）秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）秒（切削到切削）4. 工作台（托盘）交换速度工作台（托盘）交换速度 6.3秒。秒。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述41.3.3.2加工高精化加工高精化l加工高精化：提高机械设备的制造和装配精度；提加工高精化：提高机械设备

4、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。高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。1.提高提高CNC系统控制精度：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，采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使使CNC控制单位精细化，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（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日本交流伺服电机已有装上106 脉冲脉冲/转的内藏位置转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到检测器，其位置检测精度能达到0.01 m/脉冲）；脉冲）；位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。位置伺服系统采用

5、前馈控制与非线性控制等方法。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述51.3.3.2加工高精化加工高精化2. 采用误差补偿技术：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将加工误差减少6080。三井精机的。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定位精度为型超精密卧式加工中心的定位精度为0.1 m。哈

6、工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述61.3.3.2加工高精化加工高精化 由于计算机技术的不断进步，促进了由于计算机技术的不断进步，促进了数控技术水平的提高，数控装置、进给伺数控技术水平的提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高，使得现代的数控设备在新的技随之提高，使得现代的数控设备在新的技术水平下，可同时具备运行高速化、加工术水平下，可同时具备运行高速化、加工高精化的性能。高精化的性能。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述71.3.3.3功能复合化功能复合化l复合化是指在一台设备能实现多种

7、工艺手段加工的方复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。法。镗铣钻复合镗铣钻复合加工中心（加工中心（ATC）、）、五面加工中心（五面加工中心（ATC，主轴主轴立卧转换）；立卧转换）；车铣复合车铣复合车削中心（车削中心（ATC，动力刀头）；动力刀头）；铣镗钻车复合铣镗钻车复合复合加工中心（复合加工中心（ATC，可自动装卸车刀架）；可自动装卸车刀架）；铣镗钻磨复合铣镗钻磨复合复合加工中心（复合加工中心（ATC，动力磨头）；动力磨头）；可更换主轴箱的数控机床可更换主轴箱的数控机床组合加工中心。组合加工中心。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述81.3.3.4控制智能化

8、控制智能化l 随着人工智能技术的不断发展，并为满足制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，具体体现在以下几技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：个方面：哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述91.3.3.4控制智能化控制智能化1. 加工过程自适应控制技术加工过程自适应控制技术 通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以

9、辩识出刀具的受力、磨损以及破算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并根据这些状态损状态，机床加工的稳定性状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述101.3.3.4控制智能化控制智能化Mitsubishi Electric 公司的用于数控电火花成型机床的公司的用于数控

10、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；制和优化加工参数；日本牧野在电火花日本牧野在电火花NC系统系统Makino_Mce20中，用专家系统代中，用专家系统代替人进行加工过程监控。替人进行加工过程监控。以色列的外置式力自适应控制器以色列的外置式力自适应控制器意大利意大利Mandelli公司数控系统的可编程功率自适应控制功能公司数控系统的可编程功率自适应控制功能。国内清华和华中科大的自适应控制技术的研究已取得成果。国内清华和华中科大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。正在进行商品化

11、开发。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述111.3.3.4控制智能化控制智能化2. 加工参数的智能优化与选择加工参数的智能优化与选择 将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的加工参数编制短生产准备时间的目

12、的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。工作状态。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述121.3.3.4控制智能化控制智能化目前已开发出带自学习功能的神经网络电火花加工专目前已开发出带自学习功能的神经网络电火花加工专家系统。家系统。日本大隈公司的日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工智能式自系列数控系统带有人工智能式自动编程功能。动编程功能。国内清华和华中科大在加工参数的智能优化与选择及国内清华和华中科大在加工参数的智能优化与选择及CAPP方面的研究也取得了一些成果。但有待

13、进行实方面的研究也取得了一些成果。但有待进行实用化开发。用化开发。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述131.3.3.4控制智能化控制智能化3. 智能故障诊断与自修复技术智能故障诊断与自修复技术 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（法（AI、ES、ANN等），实现故障快速准确定位的技术。等），实现故障快速准确定位的技术。智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技术集以自动排除故障或指导故障的排

14、除技术。智能自修复技术集故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。于加工过程的整个生命周期。智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中已有应用，基本上都是应用专家系统实现的。已有应用，基本上都是应用专家系统实现的。智能化自修复技术还在研究之中。智能化自修复技术还在研究之中。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述141.3.3.4控制智能化控制智能化4. 智能化交流伺服驱动装置智能化交流伺服驱动装置 目前已开始研究能自动识别负载

15、，并自动调整参数的目前已开始研究能自动识别负载，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。统获得最佳运行。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述151.3.3.4控制智能化控制智能化5. 智能智能4M数控系统数控系统 在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快在制造过程中，加工、检测

16、一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量速检测和快速响应的有效途径，将测量(Measurement)、建模建模(Modelling)、加工加工(Manufacturing)、机器操作机器操作(Manipulator)四者（即四者（即4M）融合在一个系统中，实现信息融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作一体化的共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作一体化的4M智智能系统。能系统。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述161.3.3.5体系开放化体系开放化 定义（定义（IEEE）：）：具有在不同的工作平台上均能实现系统具有在不同的工作

17、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。功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。 开放式数控系统特点：开放式数控系统特点：系统构件（软件和硬件）具有标准化系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)与与多样化多样化(Diversification)和互换性和互换性(Interchangeability)的的特征特征允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统“积木式积木式”的集成。构造应该是可移植的和透明的；的集成。构造应该是可移植的和透明的；哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述171

18、.3.3.5体系开放化体系开放化1. 开放体系结构开放体系结构CNC的优点的优点 向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件议，只需少量的重新设计和调整，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与可靠性将不着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；断改善并处于长生命周期； 标准化的人机界面：标准化的编程语言，方便用户使用标准化的人机界面：标准化的编程语言，

19、方便用户使用，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗；，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗；哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述181.3.3.5体系开放化体系开放化向用户特殊要求开放：更新产品、扩充能力、提供可供向用户特殊要求开放：更新产品、扩充能力、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，给选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，给用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能方便地融入，创造出自己的名牌产品

20、；方便地融入，创造出自己的名牌产品；可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成可减少产品品种，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。本，增强市场供应能力和竞争能力。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述191.3.3.5体系开放化体系开放化2. 国内外开放式数控系统的研究进展国内外开放式数控系统的研究进展美国：美国：NGC(The Next Generation Work-station/Machine Controller)和和OMAC(Open Modular Architecture Controller)计划计划欧共体：欧共体：OSA

21、CA（Open System Architecture for Control within Automation Systems)计划计划日本：日本：OSEC(Open System Environment for Controller)计划计划华中华中I型型基于基于IPC的的CNC开放体系结构开放体系结构航天航天I型型CNC系统系统基于基于PC的多机的多机CNC开放体系结构开放体系结构哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述上午上午7时时11分分201.3.3.6 驱动并联化驱动并联化驱动杆驱动杆机架机架 动平台动平台主轴电机主轴电机伺服电机伺服电机主轴主轴刀具刀具柔性夹

22、具柔性夹具工件工件静平台静平台图图 并联机床结构示意图并联机床结构示意图并联加工中心并联加工中心（又称（又称6条腿数条腿数控机床、虚轴控机床、虚轴机床）是数控机床）是数控机床在结构上机床在结构上取得的重大突取得的重大突破。破。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述211.3.3.6驱动并联化驱动并联化特点特点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；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，性能提高的结构，具有现代机器人的模块化程度高、

23、重量轻和速度快等优点。具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述221.3.3.6驱动并联化驱动并联化 鉴于并联机床具有许多传统机床所无法比拟的鉴于并联机床具有许多传统机床所无法比拟的卓越性能，它作为一种新型的加工设备，已成为当卓越性能，它作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向。近年来，受到了前机床技术的一个重要研究方向。近年来，受到了国际机床行业的高度重视。在近几年的国际知名机国际机床行业的高度重视。在近几年的国际知名机床博览会上，一些世界著名的机床厂商都展出了他床博览会上，一些世界著名的机床厂商都展出

24、了他们研制的并联机床，得到了行家们的高度评价，被们研制的并联机床，得到了行家们的高度评价，被认为是认为是“自发明数控技术以来在机床行业中最有意自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步义的进步”，“21世纪新一代数控加工设备世纪新一代数控加工设备”。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述231.3.3.7交互网络化交互网络化 支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足支持网络通讯协议，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，该对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成系统是形成“全球制造全球制造”的基础单元。的基础单元。 网络资源共享

25、。网络资源共享。 数控机床的远程（网络）监视、控制。数控机床的远程（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）。络）诊断、远程维护、电子商务等）。哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述24习题与思考题习题与思考题1-1名词解释：名词解释： 数字控制、数控机床、点位控制系统、轮廓控制系统、数字控制、数控机床、点位控制系统、轮廓控制系统、开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统开环伺服系统、

26、闭环伺服系统、半闭环伺服系统1-2. NC机床由哪儿部分组成，试用框图机床由哪儿部分组成，试用框图 表示各部分之间的表示各部分之间的关系，并简述各部分的基本功能。关系，并简述各部分的基本功能。1-3试从控制精度、系统稳定性及经济性三方面，比较开试从控制精度、系统稳定性及经济性三方面，比较开环、闭环、半闭环系统的优劣？环、闭环、半闭环系统的优劣？1-4从从NC系统、联动轴数、伺服系统、机床来看，系统、联动轴数、伺服系统、机床来看，NC机机床各分为几类，它们各用于什么场合？床各分为几类，它们各用于什么场合？1-5NC机床适用于加工哪些类型零件，不适用于哪些类型机床适用于加工哪些类型零件，不适用于哪

27、些类型的零件，为什么？的零件，为什么？哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述25阅读报告阅读报告l请在下列的专题中选择一项，查阅相关资料并写出读书请在下列的专题中选择一项，查阅相关资料并写出读书报告：报告：数控系统发展趋势；数控系统发展趋势；进给伺服系统和驱动电机发展趋势；进给伺服系统和驱动电机发展趋势；主轴驱动系统和主轴电机发展趋势；主轴驱动系统和主轴电机发展趋势；数控机床的发展趋势；数控机床的发展趋势；国外最新数控系统或机床介绍、比较（至少国外最新数控系统或机床介绍、比较（至少6种）种）l 要求：要求：至少至少 阅读阅读5篇篇99年以后的文献资料，其中外文资料不得年以后

28、的文献资料，其中外文资料不得少于少于2篇，并在上交时附上相应的参考文献或网址篇，并在上交时附上相应的参考文献或网址。阅读报告的字数不得少于阅读报告的字数不得少于3500汉字。汉字。上交时间上交时间11月月30日以前，鼓励用日以前，鼓励用Email上交电子文挡，上交电子文挡，地址：地址：hcnc-哈工大哈工大 现代数控技术现代数控技术 第第1章概述章概述26自学任务自学任务l 内容：数控加工程序的手工编程方法（两次课的时间）内容：数控加工程序的手工编程方法（两次课的时间）l 要求：要求： 熟悉数控加工的熟悉数控加工的G、M、F、S等指令的意义和使用方法；等指令的意义和使用方法； 能正确理解数控机床的机床坐标系、工件坐标系的概念，能正确理解数控机床的机床坐标系、工件坐标系的概念，并会判别数控机床的坐标系；并会判别数控机床的坐标系； 会编制简单的数控加工程序。会编制简单的数控加工程序。l 参考书的章节：参考书的章节： 廖效果廖效果数控技术数控技术 湖北科学技术出版社湖北科学技术出版社 武汉，武汉，2000 第二章的手工编程部分。第二章的手工编程部分。 其它相关参考书的相关章节。其它相关参考书的相关章节。