1、数控技术数控技术1数控技术数控技术22数控技术数控技术3第一节第一节 数控机床的发展展望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。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真和现场调试中，自动控制理论具有重要的理论指导作用。指导作用。在伺服速度环控制中采用前馈控制，使传统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的位置环偏差控制的跟踪滞后现象得到了
2、很大改善，而且增加了系统的稳定性和伺服精度。善，而且增加了系统的稳定性和伺服精度。第一节第一节 数控机床的发展展望数控机床的发展展望3一一.自动控制理论和伺服驱动技术自动控制理论和伺服驱动技术数控技术数控技术4二计算机及信息处理技术二计算机及信息处理技术第一节第一节 数控机床的发展展望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。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。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、判而信息处理技术
3、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，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。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。、模糊控制、人工神经网络和仿真等技术。4数控技术数控技术5三精密机械技术三精密机械技术第一节第一节 数控机床的发展展望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。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。精密
4、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、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。轻重的影响。5数控技术数控技术6四精密检测和智能化的传感技术四精密检测和智能化的传感技术第一节第一节 数控机床的发展展望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。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精密检测和
5、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。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。样的工作环境下能够可靠地运行。6数控技术数控技术7五网络和通信技术五网络和通信技术第一节第一节 数控机床的发展展望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；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
6、。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：这种通信通常分三级：1）工厂管理级。）工厂管理级。2）车间单元控制级。）车间单元控制级。3）现场设备级。）现场设备级。7数控技术数控技术8在在20世纪后期形成的以数控技术为中心的柔性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。术发展的主流。它的特征可以归结为它的特征可以归结为3F、3I和和3S，即：，即：3F表示柔性化表示柔性化Flexibility）、联盟化）、联盟化Federalization）和新颖化）和新颖化Fashion）；）；3I表
7、示集成化表示集成化Integration）、信息化）、信息化Information）和智能化）和智能化Intelligence）；）；3S表示系统化表示系统化System）、软件化）、软件化Software）和个性化和个性化Specialty）。）。第一节第一节 数控机床的发展展望数控机床的发展展望8数控技术数控技术9第二节柔性制造系统（第二节柔性制造系统（FMS）第二节柔性制造系统（第二节柔性制造系统（FMS）一柔性制造单元一柔性制造单元FMC）柔性制造系统柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，简称，简称FMS)是由数控加工设备、物料运是由数控加工设备、物
8、料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。统。柔性制造单元柔性制造单元FMC的结构形式根据不同的的结构形式根据不同的加工对象、加工对象、CNC机床的类型与数量以及工件更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。有托盘搬运式和机器人搬运式两大类型。数控技术数控技术10托盘搬运式托盘搬运式以北京精密机床厂生产的以北京精密机床厂生产的FMC1型为例，型为例，如图所示。它由卧式加工中心、环形交换工作台、如图所示。它由卧式加工中心、环形交换工作台、托盘
9、以及托盘交换装置组成。托盘以及托盘交换装置组成。第二节柔性制造系统（第二节柔性制造系统（FMS）10数控技术数控技术11机器人搬运式机器人搬运式第二节柔性制造系统（第二节柔性制造系统（FMS）11如图所示为日本日如图所示为日本日立精机的一种立精机的一种FMC。它由一台加工中心、它由一台加工中心、一台车削中心、一个机一台车削中心、一个机器人以及两台回转工作器人以及两台回转工作台组成。机器人移动台组成。机器人移动如图中箭头所示）为如图中箭头所示）为两台机床服务。每台机两台机床服务。每台机床各用一台交换工作台床各用一台交换工作台作为输送与缓冲存储。作为输送与缓冲存储。数控技术数控技术12FMS的组成
10、的组成FMS主要由加工子系统、物料储运子系统、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。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物料储运子系统又称物流系统或称材料仓库与搬运系统库与搬运系统运行控制子系统运行控制子系统刀具子系统刀具子系统质量检测及监控子系统质量检测及监控子系统二柔性制造系统二柔性制造系统FMS）第二节柔性制造系统（第二节柔性制造系统（FMS）12数控技术数控技术132.FMS的特点的特点提高了中、小批
11、量零件制造的生产率；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；缩短了新产品试制的准备时间；减少了工厂的库存零件；减少了工厂的库存零件；节约了生产劳动成本；节约了生产劳动成本；提高了产品质量；提高了产品质量；改善了制造厂的工作条件；改善了制造厂的工作条件；保证了操作人员的安全。保证了操作人员的安全。第二节柔性制造系统（第二节柔性制造系统（FMS）13数控技术数控技术14第三节第三节 直接数字控制（直接数字控制（DNC）直接数字控制直接数字控制Direct Numerical Control/Distributed Numerical Control，简称，简称DNC）又又称为
12、分布式数字控制称为分布式数字控制，其零部件加工程序或机床程序存放在公用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。与控制过程有关的数据。14一概述一概述数控技术数控技术15第三节第三节 直接数字控制（直接数字控制（DNC）1.DNC接口技术研究接口技术研究DNC接口的通讯功能主要有三种：下传接口的通讯功能主要有三种：下传NC程程序、上传序、上传NC程序、系统状态采集和远程控制。程序、系统状态采集和远程控制。只具备第一种功能
13、的只具备第一种功能的DNC叫基本叫基本DNC；具备前两种功能的叫狭义具备前两种功能的叫狭义DNC；三种功能均有的叫广义三种功能均有的叫广义DNC。日本的日本的FANUC公司研究了两种接口：公司研究了两种接口：DNC1和和DNC2。美国各大数控公司推出了各种美国各大数控公司推出了各种DNC接口产品，接口产品，如如REMEX DNC、RYBETT CAMSHARE DNC 以以及及SHOPLINK DNC等。等。二二DNC技术的研究技术的研究15数控技术数控技术16第三节第三节 直接数字控制（直接数字控制（DNC）2.DNC结构和结构和DNC通讯结构研究通讯结构研究DNC结构是指结构是指DNC主机
14、与数控系统的接口主机与数控系统的接口形式，而形式，而DNC通讯结构则指通讯结构则指DNC主机与数控系统主机与数控系统的通讯拓朴结构。的通讯拓朴结构。常见的常见的DNC结构形式有如下几种：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纸带阅读机输入接口接口配置为接口配置为RS232C接口接口接口配置为接口配置为DNC接口。接口。接口配置为网络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接口配置为进行直接数控的计算机16数控技术数控技术17第三节第三节 直接数字控制（直接数字控制（DNC）常见的常见的DNC通讯结构形式有如下几种：
15、通讯结构形式有如下几种：点到点式点到点式现场总线式现场总线式局域网式局域网式17数控技术数控技术18第三节第三节 直接数字控制（直接数字控制（DNC）3.DNC通讯技术的研究通讯技术的研究18DNC主机与数控系统的通讯采用最多的是串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行通讯，物理接口最常见的是RS232C串行通讯串行通讯接口。接口。DNC主机与上层控制计算机的通讯以前主要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。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
16、相这部分的技术发展与网络技术的发展密切相关，主要有以太网关，主要有以太网Ethernet）和）和MAP3.0等。等。数控技术数控技术19第三节第三节 直接数字控制（直接数字控制（DNC）4.DNC应用系统研究应用系统研究目前国外典型的目前国外典型的DNC系统主要有美国系统主要有美国Automation Intelligence 公司公司NumeridexCAM分分部的部的SHOPNET DNC系统、美国波音公司军机分系统、美国波音公司军机分部配置的部配置的Cimlinics的的DNC系统、日本系统、日本FANUC公公司的司的DNC1和和DNC2系统。系统。国内于国内于20世纪世纪70年代开始在
17、年代开始在DNC方面进行研方面进行研究，有一定影响的单位是北京机床研究所、清华究，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、中科院自大学、重庆大学、南京航空航天大学、中科院自动化研究所等。动化研究所等。19数控技术数控技术20第三节第三节 直接数字控制（直接数字控制（DNC）DNC集成技术集成技术DNC系统重构技术系统重构技术现场总线式通讯结构和局域网式通讯结构现场总线式通讯结构和局域网式通讯结构适用于具有适用于具有DNC接口功能的高档进口数控系统接口功能的高档进口数控系统的的DNC系统系统生产管理软件生产管理软件三三DNC的未来发展趋势的未来发展趋势数控技术数控
18、技术21第四节第四节 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)是在柔性制造技术、计算机技术、信是在柔性制造技术、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，息技术、自动化技术和现代管理科学的基础上，将制造工厂的将制造工厂的全部生产和经营活动所需的全部生产和经营活动所需的各种分各种分布的自动化子系统，通过新的生产管理模式、工布的自动化子系统，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。高质量的智能制造系统。2
19、1一什么是一什么是CIM和和CIMS数控技术数控技术22第四节第四节 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)一般一般CIMS通常由管理信息分系统、设计自动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、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，计算机网络分系统和数据库分系统六个部分组成，即即CIMS由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。管理信息分系统管理信息分系统工程设计自动化分系统工程设计自动化分系统制造自动化分系统制造自动化分系统质量保证分系统质量保证分系统计算机网络分系统计算机网络分系统数据库分系统数据库分系统二二CIMS的结构的结构22数控技术数控技术23第四节第四节 计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)如图所示为如图所示为6个分系统的框图及其与外部信息的个分系统的框图及其与外部信息的联系。联系。23数控技术数控技术24第四节第四节 计算机集成制造系统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。如图所示功能分系统与支撑分系统间的关系。24
