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数控技术的发展状况
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一、数控设备的发展历史

第一代数控系统:1952年至1959年,采用电子管元件。
第二代数控系统:1959年开始,采用晶体管元件。
第三代数控系统:1965年开始,采用集成电路。
第四代数控系统:1970年开始,采用大规模集成电路及小型通用计算机。
第五代数控系统:1974年开始,采用微处理机和微型计算机。  
jr-1五轴连动机器人

 

数控加工中心(Mach数控机床)配备有装载多把刀具的刀具库,有自动更换刀具的功能,一次装夹中可以完成钻、镗、铣、铰等工序,特别适用于箱体类零件的多面、多工序加工。它能完成车削加工的同时,兼有铣、镗、钻孔、攻丝等功能。


加工中心机床的出现,加之CAD技术、信息技术、网络控制技术以及系统工程学的发展,为单机数控自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展,创造了必要的条件.计算机群控系统即直接数控(DirectNC-DNC)系统,就是这一发展趋向的具体体现。DNC系统使用一台较大的计 算机,控制与管理多台数控机床和数控加工中心,能进行多品种、多工序的加工。

 

  柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem-FMS)带有自动换刀装置(AutomaticToolChanger-ATC)的数控加工中心,是柔性制造的硬件基础,是制造系统的基本级别。其后出现的柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell-FMC),是较之高一级的柔性制造系统,它一般由加工中心机床与自动更换工件(AutomatedWork-piece Changer-AWC)的随行托盘(pallet)或工业机器人以及自动检测与监控技术装备所组成。由多台和存储,以及必要的工件清洗和尺寸检查设备,并由高一级的计算机对整个系统进行控制和管理。可实现多品种的全部机械加工。

 

小型计算机集成制造系统

  计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem-CIMS):将车间制造过程的自动化,从生产决策、产品设计、市场预测直到销售的整个生产活动的自动化,特别是技术和管理科室工作的自动化的要求综合成一个完整的生产制造系统,即所谓的计算机集成制造系统,它将一个制造工厂的生产活动进行有机的集成,以实现更高效益、更高柔性的智能化生产。这是当今自动化制造技术发展的最高阶段。

 

 

数控加工零件

二、直接数字控制系统

  直接数字控制DNC系统是用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统。
  计算机将一组数控机床与储有零件加工程序和机床控制程序的公共存储器相连接,根据加工要求向机床分配数据和指令。在DNC系统保留原来各数控机床的数控系统,并与DNC系统的中央计算机组成计算机网络,实现分级控制管理。中央计算机并不取代各数控装置的常规工作。DNC系统中央计算机房配有自动编程终端,也可在加工现场安装自动编程终端与中央计算机通信进行现场自动编程和对零件程序进行编辑、修改,使编程与控制相结合,而且中央计算机零件程序存储容量大。此外,DNC系统还具有生产管理、作业调度、工况显示监控和刀具寿命管理等功能。
  DNC系统可以分为间接控制型和直接控制型两大类。

1.间接控制型系统

间接控制型DNC系统是由已有的数控机床,配上集中管理和控制的中央计算机,并在中央计算机和数控机床的数控装置之间加上通信接口所组成。
大容量的外存储器:存放每台数控机床所需的零件加工计划和加工程序,适时调至计算机的内存中。计算机顺次查询各台数控机床的状态和请求信号,根据需要计算机向某台数控机床传送所需的加工程序。由于传递一个零件加工程序的时间很短,而机床的加工时间很长,所以一台中央计算机为多台机床服务时,不会发生机床暂停加工等待的现象。

  间接型DNC系统中,各数控机床的数控装置仍然承担着原来的控制功能,中央计算机与数控机床接口,只起了原有数控机床的纸带阅读机的作用。这样的控制功能,称之为读带机旁路控制(BehindtheTapeReader-BTR)。间接型DNC系统比较容易建立,并且当中央计算机出了故障时,数控机床仍可用原有的纸带阅读机工作,但由于机床的数控装置并未简化,故硬件成本较高。

2.直接控制型系统

组成直接控制型DNC系统的数控机床不再配置普通的数控装置。原来由数控装置完成的插补运算功能全部或部分由中央计算机集中完成,各台数控机床只需配置一个简单的机床控制器(MachineControlUnit-MCU)用于数据传递,驱动控制和手动操作。

  一般来说:将插补分成粗、精插补,由中央计算机完成粗插补,由接口电路或MCU完成精插补,这种方案综合考虑了运算速度与硬件成本。
  直接控制型DNC系统的数控机床,其控制功能主要由计算机软件执行,所以灵活性较大,适应性较强,可靠性也较高,但是一次性投资比较大。

三、柔性制造单元和柔性制造系统

1.柔性制造单

柔性制造单元(FMC)是由中心控制计算机、加工中心与自动交换工件(AWC,APC)装置所组成。
    工件一次装夹后可在柔性制造单元中的加工中心上加工,使得加工的柔性(可编程性)、加工精度和生产效率更高。在柔性制造单元中,中心控制计算机负责作业调度、自动检测与工况自动监控等功能;
    工件装在自动交换工件装置(工作台)上在中心控制计算机控制下传送到加工中心上加工;
    加工中心接收中心控制计算机传送来的数控程序进行加工,并将工况数据送中心控制计算机处理,如工件尺寸自动检测和补偿,刀具损坏和寿命监控等。
   组成:它由加工中心、环形工件交换工作台、工件托盘及托盘交换装置组成环形工作台是一个独立的通用部件,与加工中心并不直接相连,装有工件的托盘在环形工作台的导轨上由环形链条驱动进行回转,每个托盘上有地址编码。当一个工件加工完毕后,托盘交换装置将加工完的工件连同托盘一起拖回至环形工作台的空位;然后,按指令将下一个加工的托盘与工件转到交换位置,由托盘交换装置将它送到机床工作台上,定位夹紧以待加工。已加工好的工件连同托盘转至工件的装卸工位,由人工卸下,并装上待加工的工件。托盘搬运的方式多用于箱体类零件或大型零件。托盘上可装夹几个相同的零件,也可装夹数个不同的零件。

  对于车削或磨削中心等机床,可以使用工业机器人进行工件的交换。由于机器人的抓重能力及同一规格的抓取手爪对工件形状与尺寸的限制,这种搬运方式主要适用于小件或回转件的搬运。柔性制造单元可以作为组成柔性制造系统的基础,也可以作独立的自动化加工设备。由于柔性制造单元自成体系,占地面积小,成本低而且功能完善,加工适应范围广,故有廉价小型柔性制造系统之称。

2.柔性制造系统

  柔性制造系统(FMS)公认的特征:由一个物料运输系统将所有设备连接起来,这些设备不限于切削加工设备,也可以是电加工、激光加工、热处理、冲压剪切设备以及装配、检验等设备;可以进行没有固定加工顺序和无节拍的随机自动制造。

 

 

  柔性制造系统的组成:一般认为FMS应由加工、物流、信息流三个子系统组成,每一个子 系统还可以有分系统。
  加工系统多数是由CNC机床按DNC的控制方式构成。系统中的机床,有互补和互替两种配置原则:互补是指在系统中配置有完成不同工序的机床,彼此互相补充而不能代替,一个工件顺次通过这些机床进行加工;互替是指在系统中配置有相同的机床,一台机床有故障则另一台机床可以代替加工,以免整个系统停工等待。当然,一个系统的机床设备也可以按这两种方式混合配置,这要根据预期生产性质来确定。
物流系统包括工件和刀具两个物流系统。
  刀具系统设有中央刀库,由机器人在中央和各机床的刀库之间进行输送和交换刀具。而刀具的备制和预调一般都不包括在自动监控的范围之内。刀具的数目要少,必须采用标准化、系列化,并有较长的刀具寿命。系统应有监控刀具寿命和刀具故障的功能。对刀具寿命的监控,目前多采用定时换刀的方法,即记录每一把刀具的使用时间,达到预定的使用寿命后即强行更换。还有一种直接检测刀具磨损情况更换刀具的方法,由于这一技术不成熟,还没有在生产中得到应用。
  工件系统包括有工件、夹具的输送、装卸以及仓储等装置。在FMS中工件和夹具的存储仓库多用立体仓库,由仓库计算机进行控制和管理。其控制功能有:记录在库货物的名称、货位、数量、重量以及入库时间等内容;接受中央计算机的出、入库指令,控制堆垛机和输送车的运动;监督异常情况和故障报警等。各设备之间的输送路线以直线往复方式居多,输送设备中使用最多的是有轨小车和使用灵活的无轨小车。无轨小车又称自动引导小车(AutomatedGuideVcbicle-AGV)。小车上有托盘交换台,工件放在托盘上,托盘由交换台推上机床的工作台,对工件进行加工;加工好的工件连同托盘拉回到小车上的交换台上,送装卸工位,由人工卸下并装上新的待加工件。小车的行走路线常用电缆或光电引导。

 

    信息流系统包括作业计划,加工系统和物流系统的调度与自动控制,在线状态监控及其数据和信息处理,以及故障在线检测和处理等。
    此外,在FMS中排屑、去毛刺、清洗等工作设备都要纳入系统的管理与自动控制范围之内。
   
四、计算机集成制造系统简述

    计算机集成制造系统(CIMS)是采用现代计算机技术将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来随着科学技术的进步和生产的发展,产品多样化,中小批量产品比重日益增加,产品交货期和更新换代周期越来越短。目前中小批零件品种占整个机加工零件品种的50%以上。CIMS将计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理集成在一起,将制造过程中的物料流和信息流组成一个协调平衡的运动系统,实现总体的优化来适应市场竞争的需要。
    CIMS将计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理集成在一起,将制造过程中的物料流和信息流组成一个协调平衡的运动系统,实现总体的优化来适应市场竞争的需要。
    目前CIMS技术得到广泛的重视。美国把CIMS看作是今后60年科技方向;欧共体将CIMS列为信息技术研究三个重大项目之一;日本在80年代初就提出了立国和面向21世纪的科技发展战略,对开发CIMS有关的各种新技术都作了巨额投资。我国在1986年制定了国家科技研究发展计划(即“863"计划),将CIMS确定为自动化研究领域的主题之一。
 


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