(经济学)现代数控技术发展(第一讲)ppt模版课件.ppt
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1、现代数控技术发展(Development of CNC)山东大学数控技术研究中心电话:053188392873(O)13953191186E_mail: FXY FXYing_SDU2:52 PM2工欲善其事,必先利其器工欲善其事,必先利其器中国古代谚语中国古代谚语即:即:制造业要能造出好的产品制造业要能造出好的产品,必须有先进的工具(设备、刀,必须有先进的工具(设备、刀具、检具等)。现代制造业则必具、检具等)。现代制造业则必须以现代制造工具作基础,而数须以现代制造工具作基础,而数控设备则是其关键。控设备则是其关键。2:52 PM3数控技术的广泛含义数控技术的广泛含义1.流程工业的过程工业控制
2、;2.机械制造业的运动控制;3.机械制造业自动化功能控制.数控系统+数控装备2:52 PM4 制造业和制造技术的形成,只有两百年的历史。 18世纪后期,世纪后期,以蒸汽机和工具机发明为特征的产业革命,开始了以机器为主导地位的制造业新纪元,促成了制造企业雏形 工厂式生产的出现。19世纪末、世纪末、20世纪初,世纪初,内燃机的发明引发了制造业的革命;由福特、斯隆开创了流水式、大批量生产模式。 2战后,战后,微电子技术、计算机技术、自动化技术得到了迅速发展,推动了制造技术向高质量和柔性化生产的方向发展。 70年代开始,年代开始,大量生产模式已不能适应新的市场特点,于是相继出现了计算机集成制造、丰田生
3、产模式(精益生产)。也就是说,受市场多样化、个性化的牵引及商业竞争加剧的影响,制造技术进入了面向市场、柔性生产的新阶段,引发了生产模式和管理技术的革命。 90年代年代, 相继出现了智能制造、敏捷制造、下一代制造等新的制造理念。 随着社会需求个性化、多样化的发展:生产规模沿“单件小批量少品种大批量多品种变批量专业化、专门化批量协同生产”的方向发展。制造资源配置沿着“劳动密集型设备密集型-信息密集型-知识密集型”的方向发展。与之相适应,制造技术的:生产方式则沿着“手工-机械化-单机自动化-刚性流水自动化-柔性自动化-智能自动化”的方向发展。1. 制造业的历史回顾2:52 PM52020世纪人类社会
4、最伟大的科技成果是计算机的发明世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用与应用(1946(1946年)年),计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50多个年头。数控技术经厉了2个阶段和6代的发展:第阶段:硬件数控()第代:年的电子管第代:年晶体管分离元件第代:年的小规模集成电路第阶段:软件数控()第代:年的小型计算机第代:年的微处理器第代:年基于个人机(PC-BASED) 2. CNC产生与发展2:52 PM6分类分类世代世代诞生年代诞生年代系统元件及电路构成系统元件及电路构成世界世界我国我国硬件数硬件
5、数控控NCNC第一代第一代第二代第二代第三代第三代19521952年年19591959年年19651965年年19581958年年19651965年年19721972年年电子管、继电器,模拟电路电子管、继电器,模拟电路晶体管,数字电路(分立元件)晶体管,数字电路(分立元件)集成数字电路集成数字电路计算机计算机数控数控CNCCNC第四代第四代19701970年年19761976年年内装小型计算机,中规模集成电路内装小型计算机,中规模集成电路第五代第五代19741974年年19821982年年内装微处理器的内装微处理器的NCNC字符显示,故障自诊断字符显示,故障自诊断19791979年年19811
6、981年年19871987年年19911991年年19951995年年超大规模集成电路,大容量存储器,可编程接口,遥控接口超大规模集成电路,大容量存储器,可编程接口,遥控接口人机对话人机对话, ,动态图形显示动态图形显示, ,实时软件精度补偿实时软件精度补偿, ,适应机床无人适应机床无人化运转要求化运转要求3232位位CPUCPU,可控,可控1515轴,设定轴,设定0.0001mm0.0001mm进给速度进给速度24m/min24m/min,带前,带前馈控制的交流数字伺服、智能化系统。馈控制的交流数字伺服、智能化系统。利用利用RISCRISC技术技术6464位系统。位系统。微机开放式微机开放式
7、CNCCNC系统、系统、STEP-NCSTEP-NC第六代第六代2:52 PM7年代年代76767777787879798080818182828383848485858686878790909191CPUCPU3000C/29013000C/2901位片机位片机1616位微处理器位微处理器3232位微处理器位微处理器6464位位伺服伺服驱动驱动直流模拟伺服直流模拟伺服交流模交流模拟伺服拟伺服交流数字伺服交流数字伺服最小最小设定设定单位单位1um1um0.1um0.1um0.01um0.01um进给进给速度速度高速、高精度型高速、高精度型2.1m/min2.1m/min8.4m/min8.4m
8、/min33.7m/min33.7m/min 高速型高速型15m/min15m/min 60m/min60m/min快速快速9.6m/min9.6m/min15m/min15m/min24m/min24m/min60m/min60m/min240m/min240m/min扩充扩充功能功能用软件扩充数控功能、用软件扩充数控功能、刀具补偿,固定循环,刀具补偿,固定循环,存储器运行存储器运行用软件充实人机接口,彩色用软件充实人机接口,彩色显示,会话编程,仿真显示,会话编程,仿真3232位位CPUCPU,高速、高精度加工,高速、高精度加工,数字伺服,高速主轴,智能化开放数字伺服,高速主轴,智能化开放
9、系统系统2:52 PM8mm项目项目低档低档中档中档高档高档分辨率分辨率 10101 1 0.10.1进给速度进给速度 8-15 m/min8-15 m/min15-24 m/min15-24 m/min15-100 m/min15-100 m/min联动轴数联动轴数 2-3 2-3轴轴 2-4 2-4轴或轴或3-53-5轴以上轴以上主主CPUCPU8 8位位1616位、位、3232位甚至采用位甚至采用RISCRISC的的6464位位伺服系统伺服系统步进电机、开环步进电机、开环直流及交流闭环、全数字交流伺服系统直流及交流闭环、全数字交流伺服系统内装内装PLCPLC无无有内装有内装PCPC,功能
10、极强的内装,功能极强的内装PCPC,甚至有轴控制功能,甚至有轴控制功能显示功能显示功能数码管数码管, ,简单的简单的CRTCRT字符字符显示显示有字符图形或三维图形显示有字符图形或三维图形显示通信功能通信功能无无RC232CRC232C和和DNCDNC接口接口还可能有还可能有MAPMAP通通讯接口和联网讯接口和联网功能功能m2:52 PM9CNC市场现状目前CNC市场,国际上最大的数控系统生产厂是日本公司,1年生产5万套以上系统,占世界市场约45%左右,其次是德国的西门子公司约占15%以上,再次是西班牙发格,意大利菲地亚,法国的,日本的三菱、安川。国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数
11、控集团、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等,国产数控生产厂家规模都较小,年产都还没有超过300-400套。国内中高端数控系统被德、日垄断国内中高端数控系统被德、日垄断 :在高、精、尖技术方面的差距则达到了年。如果没有“中国芯”,就要让人牵着鼻子走,你没有跟他讨价还价的资格;原因是缺乏自主创新能力,完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少,制约了数控机床产业的发展。有些高端技术,还要受禁。2:52 PM10第代的CNC系统主要特点() 元器件集成度高,可靠性好,性能高,可靠性已可达到万小时以上;() 基于平台,技术进步快,升级换代容易;() 提供了开放式基础,可供利用的软、硬件资
12、源丰富,使数控功能扩展到很宽的领域(如、,连接网卡、声卡、打印机、摄影机等);() 对数控系统生产厂来说,提供了优良的开发环境,简化了硬件。 2:52 PM113. 3. C CNCNC发展趋势智能思考型软件化数控系统发展趋势智能思考型软件化数控系统 长期以来,CNC传统的封闭式体系结构,只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定,加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节没有反馈控制环节,整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下,加工过程中的
13、刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数,无法实时动态调整无法实时动态调整,更无法修正CAD/CAM中的设定量,因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。 在现代制造系统中的全新制造模式中,数控技术是关键技术,它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前,数控技术正在发生根本性变革,由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体
14、、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系统实现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了在线诊断和智能化故障处理;在网络化基础上,CAD/CAM与数控系统集成为一体,机床联网,实现了中央集中控制的群控加工。 2:52 PM123. CNC3. CNC发展趋势智能思考型软件化数控系统发展趋势智能思考型软件化数控系统(1)(1)1)性能发展方向:(1)高速、高精、高效化。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统,同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施,机床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化 。
15、包含两方面:数控系统本身的柔性,数控系统采用模块化设计,功能覆盖面大,可裁剪性强,便于满足不同用户的需求;群控系统的柔性,同一群控系统能依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工,正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴,西门子880系统控制轴数可达24轴。 2:52 PM13(4)智能化思考型。早期的系统按程序设定执行。而人工智能则试图用计算模型实
16、现人类的各种智能行为,CNC和人工智能相互结合,使CNC具有了智能化思考型控制功能。主要分支发展:自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统,高速加工运动控制的提前预测和预算功能、动态前馈功能,在压力、温度、位置、速度等参数和状态的监测、监控功能等。从而达到最佳控制的目的。2)功能发展方向(1)用户界面图形化:图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用,人们可以通过视窗操作,便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局
17、部显示比例缩放功能的实现。 (2)科学计算可视化 :高效处理数据和解释数据,使信息交流不再局限于用文字和语言表达,而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息 3. CNC3. CNC发展趋势智能思考型软件化数控系统发展趋势智能思考型软件化数控系统(2)(2)2:52 PM14(3)插补和补偿方式多样化:多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能等。加加速度控制功能:加加速度,移动突变时,振动,导致表面质量降低(4)内装高性能PL C:梯图可视化编程
18、,在线监控、仿真、调试运行。(5)多媒体数控技术 :集计算机、声像和通信技术于一体,具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化,在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。3)体系结构的发展(1)集成化、超薄型、超小型化: 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片,可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用先进封装和互连技术,将半导体和表面安装技术融为一体。3. CNC3. CNC发展趋势智能思考型软件化数控系统发展趋势智能思考型软件化
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