数控的产生,发展和技术特点.docx

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1、一、数字控制技术的的产生，发展和技术特点(一) 数控技术的历史概述1 .数控技术诞生(1) 诞生时间 20世纪中期，194*年(2) 诞生的过程简述 1948年，美帕森斯飞机制造公司在加工螺旋桨叶片曲面的检验样板时，提出采用计 算机技术对刀具的位移过程进行控制，以完成机械加工；问题提出后，该公司与麻省理工学院合作研发，与1952年研发出第一台数控三坐标 铣床。 1954年，美。本迪克斯公司的工业用三坐标数控铣床问世。2. 数控机床的发展史(1) 第一代数控机床真空管逻辑电路数控系统时段： 1948 年1959 年特点： 电路的逻辑元件为真空电子管 速度慢，精度低，体积大，耗电多。 为数控技术奠

2、定了基础 因价格昂贵，多应用于军事，科研(2) 第二代数控机床分立元件逻辑电路数控系统时段：60年代中期1970年代中期特点： 电路的逻辑元件为半导体分立元件晶体管 体积，速度，精度，功耗等技术指标均比真空管期间有了较大的进步 在大型企业，高精产业，开始有了应用 各项技术指标相距现代数控有较大差距(3) 第三代数控机床中小规模集成电路数控系统时段：70年代中期80年代初特点： 电路逻辑元件为中小规模数字集成电路 体积，速度，精度，功耗等技术指标均比分立元件组成的系统具有更好的技术优 势 在机械加工业应用开始逐渐广泛。 技术指标仍未达到理想状态，尤其是可靠性指标仍然存在差距。(4) 第四代数控机

3、床大规模数字集成电路数控系统时段：80年代中期以前 特点： 逻辑电路元件为大规模数字集成电路芯片， 各项技术指标较上述几代系统有较大进步，尤其是可靠性指标有较大幅度上升。故 障率下降。 和上述几代系统一样，他们都是硬件数控。 硬件数控系统的特征是：a. 逻辑处理和数值运算均有数字电路完成。b. 系统不具有柔性控制功能。c. 处理速度高于微处理器方式的柔性系统。d. 体积大，发热量大，功耗大，效率低，接点多，故障率高。（5）第五代数控机床小型计算机为处理单元的数控系统时段：80年代末以前特点： 采用通用小型计算机和专用数控系统软件组成的数控系统 和上述系统相比，最大的区别在于：它是柔性数控系统。

4、 技术指标有了质的飞跃，可靠性有了很大提高。体积，功耗，明显下降， 运算速度取决于系统软硬件的综合质量。（6）第六代数控机床 90年代开始以微处理器为核心处理元件的数控系统和第五代系统相比，其可靠性，功耗，体积，硬件成本等综合技术指标有了更大 的进步，是现代数控的基础，从此才有了普及的基础条件，是当代最实用的数控系统。（二）我国数控技术发展的状况概述（1）从1958年开始研制数控机床；（2）从1965年开始研制晶体管数控系统；NC车，铣，磨，镗，齿轮机床，加工中心，线切割机床，非圆插齿机等，发展迅速，1973 1979年共生产数控机床4180台，其中线切割占86%（3）80年代开始，引进技术，

5、开始批量生产微处理器数控系统，研制大型，高精度数控机床， 研制加工中心，FMC等数控设备，开始研发FMS，FML，CIMS等系统；（三）数控技术的发展和趋势1. 在制造业的应用范围日益扩大首先是数控铣床，然后是NC车床，钻床，镗床，磨床，NC线切割机床然后是NC加工中心，NC冲床，NC弯管机，NC齿轮加工机床，NC激光加工机床， NC火焰切割机床。2. 具有交换工作台和机器人系统的数控柔性制造单元-FMC3. 由NC机床，加工中心，数控专用机床，其他专用机床构成的柔性制造线-FMC4. 由NC机床，FMC，加工中心，工业机器人，自动运输设备，自动导行小车，起重提升设 备，计算机网络系统等组成的

6、柔性制造系统-FMS5. 有多条FMS和工业机器人，自动运输设备，自动立体仓库等组成的柔性制造工厂-FMF6. CIMS系统：在数控(机床)技术的基础上，融信息技术，网络技术，自动化技术为一体， 将企业的设计，制造，经营管理联络构成一个完整的整体，实现企业全系统的高度柔性， 高效益，全局生产的动态最优化。7. 数控装置：-向高精度，高速度方向发展；(1) 技术指标浓主轴转速高达1.510万转/分浓 进给量达60mm/min,快进达60120mm/min.浓CPU为32位64位浓主频达数千MHz(2) 向基于个人计算机(PC)的开放式数控系统方向发展；PC机：高性能，大容量，高速度，操作系统功能

7、强大，界面友好，通讯，网络，诊 断，维修功能，可靠性，低价位，等诸多优点，多国研发人员在制定标准，协议，结构，操作系统，样机研制；(3) 配置各种智能接口；8. 伺服系统(1) 全数字化的交流伺服系统是主流发展方向，(2) 高分辨率的检测器件，(3) 各种类型的补偿理论和补偿技术的研发应用；9. 机械系统的发展(1) 自动交换刀具，自动交换工件，主轴立、卧转换，数控回转工作台，数控夹具， 动力刀架，(2) 伺服系统和机床之间良好的机电匹配，提高动态特性，(3) 机械系统的计算机辅助模块化设计，优化设计，10. 数控编程技术(1) 发展在线编程，取代脱机编程，前台加工，后台编程；(2) 发展会话

8、式编程，蓝图编程，实物编程；(3) 编程软件中融入工艺数据库，使在线编程中可获最佳工艺处理；11 .向智能化方向发展(1) 应用自适应控制技术： 加工中采集状态数据，自动调整，保持良好状态；(2) 应用专家系统：将专家和高级技工的经验和规律数据化存入系统，建立人工智能专家 系统，开发模糊控制、具有自学能力的人工神经网络数控系统；(四) 柔性制造系统和CIMS简介1. 柔性制造单元FMC概念：配备有自动工件装卸装置的单台(通常为单台，也有多台形式)数控机床或加工 中心，称为柔性制造单元主要分类：主要按照工件交换形式分为两类【1】托盘搬运方式(FMC) 托盘是固定工件的器具(类似随行夹具)，与工件

9、同步流动 托盘形式：(a)往复式的交换工作台(一般2件工件轮换装夹加工)(b)环形交换工作台(10件以内的工件交换加工)例北京精密机床厂生产的FMC-1型柔性制造单元) 加工适应：箱体类和大型工件的加工 装卸工件方式：人工或自动装卸机器完成【2】机器人搬运方式的(FMC) 组成： 机器人+若干台数控机床(加工中心)+若干交换工作台 交换工作台组的数量：通常一胎加工中心配置一组交换工作台FMC的应用模式： 作为独立的加工单元进行加工 作为FMS的一个加工模块，由FMS系统调度使用FMC的应用特点： 相对FMS，规模小，成本低 占地面积小 便于扩充，灵活，构建较为方便 是目前柔性系统发展的主要方向

10、之一，尤其是作为独立生产单元的FMC发展迅速2. 柔性制造系统FMS(1) FMS定义：由中央计算机控制的一组数控机床组成的自动化制造系统(2) 基本特点：可以柔性状态下随机的加工具有不同的加工顺序和加工循环的工件，加工过程包括自动上下料和物料运送管理(3) FMS的三个组成部分： 加工系统 传输系统 控制系统(4) 系统规模及组成模式：规模：10台以下的NC机床和传输系统及控制系统组成，一般46台居多(5) 系统配置模式： 互补配置一一系统按不同的工序要求(车、铣、磨、钻等)配置相应的机床，加工时工件按工序过程依次通过相应机床，各机床之间不可替换 互替配置一一系统中完全相同的工序具有若干台同

11、类机床，可多台机床同时加工同一工序工件，或因故障而有其他机床替代加工 复合配置上述方案的综合配置2. 计算机集成制造系统CIMS(1) 定义：CIMS是在FMS、计算机技术、信息技术、自动化技术和现代管理的基础上，将制 造工厂的全部生产、经营所需的各种分布式的自动化子系统，通过新的生产管理模式、工艺理论 和计算机网络进行有机的集成，以适应多品种、中小批量生产的高效益、高柔性、和高质量的智 能制造系统(2) CIMS包含的要素 系统的基础是一系列的高技术及其综合 包括全部生产和经营活动，组成多层次和多模式的子系统 集成子系统依据：工艺理论、管理模式、计算机网络 集成的理念：是人、技术和经营的综合

12、集成，是完整的人机系统，关键仍然是人 集成的最终目标：实现多品种，中小批量离散生产过程的高效益，高柔性，高质量， 实现制造规程的机器化和智能化，达到动态的整体最优（3）CIMS的结构公用数据犀信息帽滤管理利通流控生制产计材料准备 生产调度 军向管理脸g蛰产品及工 动一.日材料微运材咐奔一检验测试产品设计分折与仿真文件管理财政| |市埼| |规切| |生产与人事管羸CIMS系统组成小结 产品设计、研发，工艺设计等计算机辅助系统：（CAD，CAPP，CAM等） 制造自动化系统：以FMS，FMC，NC为基础的自动加工、调度、仓储、运送、配置系统 质量保证系统：质量指标决策，检测数据采集，统计分析，反

13、馈调节，跟踪控制等 计算机网络系统：对CIMS子系统的网络管理，信息传输，资源共享，分布式数据库调度和实时控制（国际标准或工业标准数据形式） 数据库系统：实现数据集成管理和共享 管理信息系统：经营决策，生产计划，消瘦，供应，财务，成本，人力资源的采集分析管理，目的是：缩短产品周期、少占流动资金、提高企业应变能力CIMS系统现状美起始研发与1977年，近年来我国进行跟踪研究与探讨，研制成功的系统在试运行阶段板书设计:1. 插图CIMS集成三要素设计:BUSINESS人PEOPLETECHNOLOGY2. 插图CIMS包含要素设计:3. 插图CIMS系统组成结构设计邮 |市坝 |规坳| |生F写A

14、l荷球4. 其他相关标题，主要内容要点等按常规进行书写要求板书清晰整洁美观，图面大小适度规范，无错字别字和不规范文字符号作业：1. 简述FMC、FMS、CIMS的概念和应用意义2. 简述CIMS系统组成的基本原理课后教学小结：1. 讲清数控系统各发展阶段硬件系统组成和功能特点的概念，有助于后续教学内容的讲授2. 通过图示对比方法讲述FMC、FMS、CIMS系统，有助于对数控系统发展的认识3. 通过课件图片和加工过程录相资料片的播放，加深对FMC、FMS、CIMS系统的感性认识作业中存在的主要问题:无明显作业问题淮南联合大学教师授课教案知识点1.4一、经济型数控的一般定义和应用意义1. 经济型数

15、控机床的一般概念和定义(1) 相对标准型数控机床而言(2) 经济型数控的加工原理是符合数控机床加工原理定义的(3) 经济型数控机床的NC系统的硬件环境一般是单板机和单片机控制系统(4) 经济型数控机床的伺服系统一般是开环步进伺服系统(5) 经济型数控机床的加工精度低于标准型数控机床，系统功能和技术成本低于标准型数控机床，机床结构简单，稳定性好，具有普及应用特点(6) 经济型系统配置的机床(技术改造的机床)具有高效，低成本，明显提高加工质量， 降低废品率，提高加工效率，具有较高的技术经济效益(7) 应用相当广泛，市场潜力很大。(8) 定义：采用电板机或单片机数控系统和开环步进伺服系统，系统配置和

16、功能较低的数控机床单片机控制系统电路原理图：步进双电压伺服系统电路原理图:SB.iCgauF R200XTAL1XTAL2PS.7七口 一已6PSQIVCCALERESETNCS51(80C31)EAF1.0 NDFL.1PL2P3.0 I尸L3P3.7RD12MHZ+5V30PF X 2|_ |AZ T TVB013-+AACPGNB80V2. 经济性数控机床的技术不足（1）一般为8位CPU，运算速度低，加工进给速度较低（2）较多采用LED显示，编辑、加工、控制、故障等信息量较低（3）一般不具有通讯和网络功能，无法完成FMC、FMS、CIMC组网功能要求（4）开环控制，控制精度完全取决于步距

17、角和机械系统传动精度3. 提高经济型机床综合技术性能的技术措施（1）采用较高档的微机系统（硬件成本已大幅下降） 速度提高，进给速度提升 CRT应用显示信息量加大，编辑，图形等功能增强 高性能微机增加了通信，网络功能 可采用检测补偿技术（半闭环为宜），提高加工精度板书设计:1. 插图设计1:单片机经济型数控系统电路原理图XTAL1g 虬：RESET12MHZ30PF X2|ID O-7-AN OTI3-EG p FP2.7P2.0-E.6功放电路1-2. 插图设计2：经济型数控的双电压步进伺服系统组成结构R200SXTAL1FE.7F2.0-E.6POXTAL2pseEiVCC乩RESETNCS

18、51(80C31)EAF1.0GNDFL.lFLEP3.0 IFL3P3.7RDVR12MHZ 30PF X g|_ | 王45VVB013VCC-+A也CPJ|M80V3. 其他相关标题，主要内容要点等按常规进行书写要求板书清晰整洁美观，图面大小适度规范，无错字别字和不规范文字符号作业：1 .什么是经济型数控机床2.经济性数控机床结构性能的基本原理3 .经济性数控机床的应用意义课后教学小结：1. 讲清经济型数控系统的基本原理，有助于后续轨迹插补教学内容的讲授2. 通过图示方法讲述经济型数控伺服系统的电路结构特点，有助于对数控伺服系统的认识3. 通过课件图片和加工过程录相资料片的播放，加深经济型数控系统的感性理解 作业中存在的主要问题：无明显作业问题