数控机床与技术的发展趋势课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6章,数控技术发展趋势,数控技术,新乡学院,机电工程学院,1,数控技术,数控技术新乡学院1数控技术,6.1 数控机床的发展展望,6.2 柔性制造系统（FMS）,6.3 直接数字控制（DNC）,6.4 计算机集成制造系统（CIMS）,2,2,数控技术,6.1 数控机床的发展展望22数控技术,第一节 数控机床的发展展望,自动控制理论和伺服驱动技术对数控机床的功能、动态特性和控制品质具有决定性的影响。,在对一个具体的控制装置或系统的设计、仿真和现场调试中，自动控制理论具有重要的理论指导作用。,在伺服速度环控制中采用前馈控制，使传统的位置环偏差控制的跟踪滞后现象得到了很大改善，而且增加了系统的稳定性和伺服精度。,第一节 数控机床的发展展望,3,一.自动控制理论和伺服驱动技术,3,数控技术,第一节 数控机床的发展展望自动控制理论和伺服驱动技术对数控,二计算机及信息处理技术,第一节 数控机床的发展展望,计算机技术在数控机床诞生半个世纪中发生了最具革命性的进步。,它包括计算机软件和计算机硬件技术、数据库技术，以及网络通信技术。,而信息处理技术包括信息的存取、运算、判断、决策和交换，计算机作为信息处理的工具，两者之间具有极为密切的关系。,目前的数控系统还引入人工智能、专家系统、模糊控制、人工神经网络和仿真等技术。,4,4,数控技术,二计算机及信息处理技术第一节 数控机床的发展展望计算机技,三精密机械技术,第一节 数控机床的发展展望,精密机械技术是数控机床的基础，它包括精密机械设计和精密机械加工两大方面。,精密机械技术，当今正面临着重大的挑战。,机械系统自身在结构及传动的精度、刚度、体积、质量和寿命等方面对数控机床仍具有举足轻重的影响。,5,5,数控技术,三精密机械技术第一节 数控机床的发展展望精密机械技术是数,四精密检测和智能化的传感技术,第一节 数控机床的发展展望,精密检测和传感技术一直是闭环和半闭环控制系统中的关键技术，检测和传感装置则是实现自动控制的关键环节之一。,精密检测和传感的精度与功能直接影响自动控制的品质，在精度补偿方面发挥重要作用。,精密检测的关键元件是传感器，数控系统要求传感器能快速、精确地获取信息，并在各种各样的工作环境下能够可靠地运行。,6,6,数控技术,四精密检测和智能化的传感技术第一节 数控机床的发展展望精,五网络和通信技术,第一节 数控机床的发展展望,数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制，需要网络进行通信；,网络的主要任务是进行通信，共享信息。,这种通信通常分三级：,（1）工厂管理级。,（2）车间单元控制级。,（3）现场设备级。,7,7,数控技术,五网络和通信技术第一节 数控机床的发展展望数控系统从控制,在20世纪后期形成的以数控技术为中心的柔性制造技术，预期在未来仍将继续发展并成为加工技术发展的主流。,它的特征可以归结为3F、3I和3S，即：,3F表示柔性化（Flexibility）、联盟化（Federalization）和新颖化（Fashion）；,3I表示集成化（Integration）、信息化（Information）和智能化（Intelligence）；,3S表示系统化（System）、软件化（Software）和个性化（Specialty）。,第一节 数控机床的发展展望,8,8,数控技术,在20世纪后期形成的以数控技术为中心的柔性制造技术，预期在未,第二节柔性制造系统（FMS）,第二节柔性制造系统（FMS）,一柔性制造单元（FMC）,柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，简称FMS)是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。,柔性制造单元FMC的结构形式根据不同的加工对象、CNC机床的类型与数量以及工件更换与存储方式的不同，可以多种多样，目前主要有托盘搬运式和机器人搬运式两大类型。,9,数控技术,第二节柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（FMS）一,托盘搬运式,以北京精密机床厂生产的FMC1型为例，如图所示。它由卧式加工中心、环形交换工作台、托盘以及托盘交换装置组成。,第二节柔性制造系统（FMS）,10,10,数控技术,托盘搬运式第二节柔性制造系统（FMS）1010数控技术,机器人搬运式,第二节柔性制造系统（FMS）,11,如图所示为日本日立精机的一种FMC。,它由一台加工中心、一台车削中心、一个机器人以及两台回转工作台组成。机器人移动（如图中箭头所示）为两台机床服务。每台机床各用一台交换工作台作为输送与缓冲存储。,11,数控技术,机器人搬运式第二节柔性制造系统（FMS）11如图所示为日本,FMS的组成,FMS主要由加工子系统、物料储运子系统、运行控制子系统、刀具子系统和质量监测及监控子系统五个子系统组成。,加工子系统又称加工单元或制造单元,物料储运子系统又称物流系统或称材料仓库与搬运系统,运行控制子系统,刀具子系统,质量检测及监控子系统,二柔性制造系统（FMS）,第二节柔性制造系统（FMS）,12,12,数控技术,FMS的组成二柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（,2.FMS的特点,提高了中、小批量零件制造的生产率；,缩短了新产品试制的准备时间；,减少了工厂的库存零件；,节约了生产劳动成本；,提高了产品质量；,改善了制造厂的工作条件；,保证了操作人员的安全。,第二节柔性制造系统（FMS）,13,13,数控技术,2.FMS的特点第二节柔性制造系统（FMS）1313数控技,第三节 直接数字控制（DNC）,第三节 直接数字控制（DNC）,直接数字控制（,Direct Numerical Control/Distributed Numerical Control,，简称,DNC,）,又称为分布式数字控制,，,是用一台或几台计算机直接控制若干台数控机床的系统控制方法，又称为群控。,其零部件加工程序或机床程序存放在公用的存储器中，计算机按照约定及请求，向这些机床分送程序和数据，并能收集、显示或编辑与控制过程有关的数据。,14,一概述,14,数控技术,第三节 直接数字控制（DNC）第三节 直接数字控制（DNC）,第三节 直接数字控制（DNC）,1.DNC接口技术研究,DNC接口的通讯功能主要有三种：下传NC程序、上传NC程序、系统状态采集和远程控制。,只具备第一种功能的DNC叫基本DNC；,具备前两种功能的叫狭义DNC；,三种功能均有的叫广义DNC。,日本的FANUC公司研究了两种接口：DNC1和DNC2。,美国各大数控公司推出了各种DNC接口产品，如REMEX DNC、RYBETT CAMSHARE DNC 以及SHOPLINK DNC等。,二,DNC技术的研究,15,15,数控技术,第三节 直接数字控制（DNC）1.DNC接口技术研究二D,第三节 直接数字控制（DNC）,2.DNC结构和DNC通讯结构研究,DNC结构是指DNC主机与数控系统的接口形式，而DNC通讯结构则指DNC主机与数控系统的通讯拓朴结构。,常见的DNC结构形式有如下几种：,接口配置为穿孔机输入接口,接口配置为纸带阅读机输入接口,接口配置为RS232C接口,接口配置为DNC接口。,接口配置为网络接口,接口配置为进行直接数控的计算机,16,16,数控技术,第三节 直接数字控制（DNC）2.DNC结构和DNC通讯结,第三节 直接数字控制（DNC）,常见的DNC通讯结构形式有如下几种：,点到点式,现场总线式,局域网式,17,17,数控技术,第三节 直接数字控制（DNC）常见的DNC通讯结构形式有如下,第三节 直接数字控制（DNC）,3.DNC通讯技术的研究,18,DNC主机与数控系统的通讯采用最多的是串行通讯，物理接口最常见的是RS232C串行通讯接口。,DNC主机与上层控制计算机的通讯以前主要是串行通讯，随着网络技术的发展，现在主要采用的是计算机局域网技术。,这部分的技术发展与网络技术的发展密切相关，主要有以太网（Ethernet）和MAP3.0等。,18,数控技术,第三节 直接数字控制（DNC）3.DNC通讯技术的研究18,第三节 直接数字控制（DNC）,4.DNC应用系统研究,目前国外典型的DNC系统主要有美国Automation Intelligence 公司NumeridexCAM分部的SHOPNET DNC系统、美国波音公司军机分部配置的Cimlinics的DNC系统、日本FANUC公司的DNC1和DNC2系统。,国内于20世纪70年代开始在DNC方面进行研究，有一定影响的单位是北京机床研究所、清华大学、重庆大学、南京航空航天大学、中科院自动化研究所等。,19,19,数控技术,第三节 直接数字控制（DNC）4.DNC应用系统研究191,第三节 直接数字控制（DNC）,DNC集成技术,DNC系统重构技术,现场总线式通讯结构和局域网式通讯结构,适用于具有DNC接口功能的高档进口数控系统的DNC系统,生产管理软件,三DNC的未来发展趋势,20,数控技术,第三节 直接数字控制（DNC）DNC集成技术三DNC的未,第四节 计算机集成制造系统(CIMS),第四节 计算机集成制造系统(CIMS),CIM是英文Computer Integrated Manufacturing的缩写，译为计算机集成制造。,CIMS,是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和现代管理科学的基础上，将制造工厂的,全部生产和经营活动所需的,各种分布的自动化子系统，通过新的生产管理模式、工艺理论和计算机网络有机地集成起来，以获得适应于多品种、中小批量生产的高效益、高柔性和高质量的智能制造系统。,21,一什么是,CIM和CIMS,21,数控技术,第四节 计算机集成制造系统(CIMS)第四节 计算机集成制造,第四节 计算机集成制造系统(CIMS),一般CIMS通常由管理信息分系统、设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统、计算机网络分系统和数据库分系统六个部分组成，即CIMS由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。,管理信息分系统,工程设计自动化分系统,制造自动化分系统,质量保证分系统,计算机网络分系统,数据库分系统,二,CIMS的结构,22,22,数控技术,第四节 计算机集成制造系统(CIMS)一般CIMS通常由管理,第四节 计算机集成制造系统(CIMS),如图所示为6个分系统的框图及其与外部信息的联系。,23,23,数控技术,第四节 计算机集成制造系统(CIMS)如图所示为6个分系统的,第四节 计算机集成制造系统(CIMS),如图所示功能分系统与支撑分系统间的关系。,24,24,数控技术,第四节 计算机集成制造系统(CIMS)如图所示功能分系统与支,