数字化控制技术.docx
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数字化控制技术数字化控制技术1.数字化控制技术编辑本义项数控技术求助编辑百科名片数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
用数控技术实施加工控制的机床,或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。
数控系统包括:
数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。
什么是数控技术?
数控技术的发展趋势数控机床程序编制SAJ数控技术变频器主要特点:
国产数控机床技术的不足培训目标主要课程引就业方向编辑本段什么是数控技术?
数控技术,简称“数控”。
英文:
NumericalControl(NC)。
是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
它所控制的通常数控技术是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。
1908年,穿孔的金属薄片互换式数据载体问世;19世纪末,以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明;1938年,香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输,奠定了现代计算机,包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。
1952年,第一台数控机床问世,成为世界机械工业史上一件划时代的事件,推动了自动化的发展。
数控机床现在,数控技术也叫计算机数控技术,目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置,使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现,均可以通过计算机软件来完成。
编辑本段数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。
从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面。
1.高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技数控机床工作流程术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。
为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在轿车工业领域,年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域,其加工的零部件多为薄壁和薄筋,刚度很差,材料为铝或铝合金,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对这些筋、壁进行加工。
近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。
这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高,空运行速度可达100m/min左右。
目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。
美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min。
加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h,在普通铣床加工需8h;德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!
000r/mm和1g。
在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m,精密级加工中心则从35m,提高到11.5m,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。
在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6000h以上数控机床组成,伺服系统的MTBF值达到30000h以上,表现出非常高的可靠性。
为了实现高速、高精加工,与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展,应用领域进一步扩大。
2.5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工,可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。
一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时,5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。
但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因,其价格要比3轴联动数控机床高出数倍,加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。
当前由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。
因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。
在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。
德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联数控装置动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
3.智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:
为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过程的自适应控制,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。
目前许多国家对开放式数控系统进行研究,如美国的NGC(TheNextGenerationWork-Station/MachineControl)、欧共体的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController),中国的ONC(OpenNumericalControlSystem)等。
数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。
所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能),形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品。
目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。
数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造数控车床模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。
国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中,日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProductionCenter”(智能生产控制中心,简称CPC);日本大隈(Okuma)机床公司展出“ITplaza”(信息技术广场,简称IT广场);德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment(开放制造环境,简称OME)等,反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
4.重视新技术标准、规范的建立
(1)关于数控系统设计开发规范如前所述,开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性,美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。
我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
(2)关于数控标准数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。
数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准,即采用G,M代码描述如何(how)加工,其本质特征是面向加工过程,显然,他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。
为此,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEPNC),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个数控铣床生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化。
STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命,对于数控技术的发展乃至整个制造业,将产生深远的影响。
首先,STEP-NC提出一种崭新的制造理念,传统的制造理念中,NC加工程序都集中在单个计算机上。
而在新标准下,NC程序可以分散在互联网上,这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。
其次,STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸(约75%)、加工程序编制时间(约35%)和加工时间(约50%)。
目前,欧美国家非常重视STEP-NC的研究,欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.12001.12.31)。
参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。
美国的STEPTools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者,他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(SuperModel),其目标是用统一的规范描述所有加工过程。
目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。
编辑本段数控机床程序编制一.数控机床编程的方法数控机床程序编制的方法有三种:
即手工编程、自动编程和加工中心CAD/CAM。
1.手工编程由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。
适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件,但是,非常费时,且编制复杂零件时,容易出错。
2.自动编程使用计算机或程编机,完成零件程序的编制的过程,对于复杂的零件很方便。
3.CAD/CAM利用CAD/CAM软件,实现造型及图象自动编程。
最为典型的软件是MasterCAM,其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程,此类软件虽然功能单一,但简单易学,价格较低,仍是目前中小企业的选择。
二.数控机床程序编制的内容和步骤1.数控机床编程的主要内容分析零件图样、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、输入程序以及工件试切。
2.数控机床的步骤1)分析零件图样和工艺处理根据图样对零件的几何形状尺寸,技术要求进行分析,明确加工的内容及要求,决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。
同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力,正确选择对刀点,切入方式,尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。
2)数学处理编程前,根据零件的几何特征,先建立一个工件坐标系,数控系统的功能根据零件图纸的要求,制定加工路线,在建立的工件坐标系上,首先计算出刀具的运动轨迹。
对于形状比较简单的零件(如直线和圆弧组成的零件),只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。
3)编写零件程序清单加工路线和工艺参数确定以后,根据数控系统规定的指定代码及程序段格式,编写零件程序清单。
4)程序输入5)程序校验与首件试切三.数控加工程序的结构1.程序的构成:
由多个程序段组成。
O0001;O(FANUC-O,AB8400-P,SINUMERIK8M-%)机能指定程序号,每个程序号对应一个加工零件。
N010G92X0Y0;分号表示程序段结束N020G90G00X50Y60;.;可以调用子程序。
N150M05;N160M02;2.程序段格式:
1)字地址格式:
如N020G90G00X50Y60;最常用的格式,现代数控机床都采用它。
地址N为程序段号,地址G和数字90构成字地址为准备功能,.。
2)可变程序段格式:
如B2000B3000BB6000;使用分割符B各开各个字,若没有数据,分割符不能省去。
常见于数控线切割机床,另外,还有3B编程等格式。
3)固定顺序程序段格式:
如00701+0;比较少见。
其中的数据严格按照顺序和长度排列,不得有西门子系统控制的机器人误,上面程序段的意思是:
N007G01X+02500Y-13400F15S30M02;零件图的数学处理零件图的数学处理主要是计算零件加工轨迹的尺寸,即计算零件加工轮廓的基点和节点的坐标,或刀具中心轮廓的基点和节点的坐标,以便编制加工程序。
一基点坐标的计算一般数控机床只有直线和圆弧插补功能。
对于由直线和圆弧组成的平面轮廓,编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。
1.基点的含义构成零件轮廓的不同几何素线的交点或切点称为基点。
基点可以直接作为其运动轨迹的起点或终点。
2.直接计算的内容根据填写加工程序单的要求,基点直接计算的内容有:
每条运动轨迹的起点和终点在选定坐标系中的坐标,圆弧运动轨迹的圆心坐标值。
基点直接计算的方法比较简单,一般可根据零件图样所给的已知条件用人工完成。
即依据零件图样上给定的尺寸运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识,直接计算出数值。
在计算时,要注意小数点后的位数要留够,以保证足够的精度。
二节点坐标的计算对于一些平面轮廓是非圆方程曲线Y=F(X)组成,如渐开线、阿基米德螺线等,只能用能够加工的直线和圆弧去逼近它们。
这时数值计算的任务就是计算节点的坐标。
1.节点的定义当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时,在加工程序的编制工作中,常用多个直线段或圆弧去近似代替非圆曲线,这称为拟合处理。
拟合线段的交点或切点称为节点。
2.节点坐标的计算节点坐标的计算难度和工作量都较大,故常通过计算机完成,必要时也可由人工计算,常用的有直线逼近法(等间距法、等步长法、和等误差法)和圆弧逼近法。
有人用AutoCAD绘图,然后捕获坐标点,在精度允许的范围内,发那科数控系统也是一个简易而有效的方法培养目标:
本专业培养学生从事数控加工、机械产品设计与制造、生产技术管理方面的高等工程技术应用型人才。
要求学生能在生产现场从事产品制造、开发工作,或在技术部门从事工艺、管理工作。
主要培养学生数控编程、加工及数控车床、数控铣床、数控加工中心及其它数控设备的操作维修、维护方面的理论知识和专业知识。
并能获得国家劳动和社会保障部颁发的数控工艺员技术等级证书,车钳工等级证书。
主干课程设置:
机械制图及计算机绘图,工程力学,机械设计,单片机原理及接口技术,机械制造技术基础,电工电子基础,电气控制技术,数控机床控制技术和系统,数控机床原理及应用,数控机床编程与操作,CAD/CAM技术,机床夹具,数控机床维修技术。
AUTOCAD平面绘图,MASTERCAM三维设计,PRO/E实体造型。
以及金工实训,车钳工实训,数控车实训。
就业情况:
本专业毕业生主要面向珠三角外资大中型企事业单位及国有企事业单位的操作、销售、工艺、设备维护等部门,主要培养数控机床操作人员、数控编程工艺人员、NC数控编程、数控设备维修人员、数控设备营销人员。
此外还能从事CAD/CAM软件应用,数控系统或设备的销售与技术服务工作,数控设备的安装调试及维护,以及车间生产组织与管理等工作.NC数控编程,现在在沿海一带工资基本算数控方面非常高的一个项目!
编辑本段SAJ数控技术变频器主要特点:
1、低频力矩大、输出平稳数控技术变频器2、高性能矢量控制3、转矩动态响应快、稳速精度高4、减速停车速度快5、抗干扰能力强编辑本段国产数控机床技术的不足长期以来,国产数控机床始终处于低档迅速膨胀,中档进展缓慢,高档依靠进口的局面,特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口,技术受制于人。
究其原因,国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段,在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年;在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15年。
同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低,相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后,国产的数控机床还没有形成品牌效应。
同时,中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系,市场营销能力和经营管理水平也不高。
更重要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。
国外公司在中国数控系统销量中的80%以上是普及型数控系统。
如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破,中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击。
同时,还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系,提高中国的自主设计、开发和成套生产能力,创建国产自主品牌产品,提高中国高档数控系统总体技术水平。
编辑本段培训目标培养适应现代化经济建设需要,德、智、体全面发展,具有扎实的数控机床加工专业知识,有较强的动手能力,能在生产一线的智能、技能型操作岗位上,从事数控加工和数控设备操作与管理的人才。
1编辑本段主要课程机械制图、公差配合与技术测量基础、金属材料与热处理、机械设计基础、工程力学、液压与气动技术、机床夹具、金属切削原理与刀具、机械制造工艺学、电工电子基础及操作技能、钳工技能培训数控车床加工技术、数控铣床加工中心加工技术、电火花加工技术、AutoCAD、PRO/E三维造型与设计、UG三维设计与数控编程、MASTERCAM三维设计与数控编程、数控机床结构与维护。
模拟、数字及电力电子技术、机械工程控制基础、传感器与检测技术、微型计算机原理与接口技术、机床数控原理、CAM/CAD软件应用、模具与现代加工技术概论、数控系统维护及调试、数控系统课程设计数控编程数控编程求助编辑百科名片求助编辑百科名片数控编程数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一,通常包括分析零件图样,确定加工工艺过程;计算走刀轨迹,得出刀位数据;编写数控加工程序;制作控制介质;校对程序及首件试切。
有手工编程和自动编程两种方法。
总之,它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
基本概念常用方法基本步骤功能代码程序格式1.程序段格式2.程序格式机床坐标系1.机床坐标系的确定2.坐标轴方向的确定3.机床原点的设置数控车床编程1.一、工件坐标系设定指令2.二、主轴控制、进给控制及刀具选用3.三、快速定位、直线插补、圆弧插补基本概念常用方法基本步骤功能代码程序格式1.程序段格式2.程序格式机床坐标系1.机床坐标系的确定2.坐标轴方向的确定3.机床原点的设置数控车床编程1.一、工件坐标系设定指令2.二、主轴控制、进给控制及刀具选用3.三、快速定位、直线插补、圆弧插补展开编辑本段基本概念编辑本段基本概念数控编程是数控加工准备阶段的主要内容,通常包括分析零件图样,确定加工工艺过程;计算走刀轨迹,得出刀位数据;编写数控加工程序;制作控制介质;校对程序及首件试切。
总之,它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
编辑本段常用方法编辑本段常用方法手工编程1.定义手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。
利用一般的计算工具,通过各种数学方法,人工进行刀具轨迹的运算,并进行指令编制。
这种方式比较简单,很容易掌握,适应性较大。
适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程,对机床操作人员来讲必须掌握。
2.编程步骤人工完成零件加工的数控工艺分析零件图纸制定工艺决策确定加工路线选择工艺参数计算刀位轨迹坐标数据编写数控加工程序单验证程序手工编程3.优点主要用于点位加工(如钻、铰孔)或几何形状简单(如平面、方形槽)零件的加工,计算量小,程序段数有限,编程直观易于实现的情况等。
4.缺点对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件,刀具轨迹数据计算相当繁琐,工作量大,极易出错,且很难校对,有些甚至根本无法完成。
自动编程(图形交互式)1.定义对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序,经过处理后生成加工程序,称为自动编程。
随着数控技术的发展,先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能,而且为编程提供了扩展数控功能的手段。
FANUC6M数控系统的参数编程,应用灵活,形式自由,具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程,使加工程序简练易懂,实现普通编程难以实现的功能。
数控编程同计算机编程一样也有自己的语言,但有一点不同的是,现在电脑发展到了以微软的Windows为绝对优势占领全球市场.数控机床就不同了,它还没发展到那种相互通用的程度,也就是说,它们在硬件上的差距造就了它们的数控系统一时还不能达到相互兼容.所以,当我要对一个毛坯进行加工时,首先要以我们已经拥有的数控机床采用的是什么型号的系统.2.常用自动编程软件
(1)UGUnigraphics是美国UnigraphicsSolution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维参数化软件,是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件,用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。
UG软件在CAM领域处于领先的地位,产生于美国麦道飞机公司,是飞机零件数控加工首选编程工具。
UG优点提供可靠、精确的刀具路径能直接在曲面及实体上加工良好的使用者界面,客户也可自行化设计界面多样的加工方式,便于设计组合高效率的刀具路径完整的刀具库加工参数库管理功能包含二轴到五轴铣削、车床铣削、线切割大型刀具库管理实体模拟切削泛用型后处理器等功能高速铣功能CAM客户化模板
(2)CatiaCatia是法国达索(Dassault)公司推出的产品,法制幻影系列战斗机、波音737、777的开发设计均采用Catia。
CATIA据有强大的曲面造型功能,在所有的CAD三维软件位居前列,广泛应用于国内的航空航天企业、研究所,以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选。
CATIA具有较强的编程能力,可满足复杂零件的数控加工要求。
目前一些领域采取CATIA设计建模,UG编程加工,二者结合,搭配使用。
(3)Pro/E是美国PTC(参数技术有限公司)开发的软件,是全世界最普及的三维CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)系统。
广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。
具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。
Pro/E在我国南方地区企业中被大量使用,设计建模采用PRO-E,编程加工采用MASTERCAM和CIMATRON是目前通行的做法。
(4)C(imatronCAD/CAM系统以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品,是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。
该系统提供了比较灵活的用户界面,优良的三维造型、工程绘图,全面的数控加工,各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。
CimatronCAD/CAM系统在国际上的模具制造业备受欢迎,国内模局制造行业也在广泛使用。
(5)Mastercam美国CNC公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件,它具有方便直观的几何造型Mastercam提供了设计零件外形所需的理想环境,其强大稳定的造型功能
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