第七章數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢課件

一、數(shù)控機床的產(chǎn)生

在汽車、拖拉機等大量生產(chǎn)的工業(yè)部門中，大都采用自動機床、組合機床和自動線。但這種設(shè)備的第一次投資費用大，生產(chǎn)準(zhǔn)備時間長，這與改型頻繁、精度要求高、零件形狀復(fù)雜的艦船和宇航，以及其他國防工業(yè)的要求不相適應(yīng)。如果采用仿形機床，則要制造靠模，不僅生產(chǎn)周期長，精度亦受限制。第二次世界大戰(zhàn)以后，美國為了加速飛機工業(yè)的發(fā)展，要求革新一種樣板加工的設(shè)備。1948年，美國帕森斯(Parsons)公司在研制加工直升飛機葉片輪廓檢查用樣板的機床時，提出了數(shù)控機床的初始設(shè)想?！?-1數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展一、數(shù)控機床的產(chǎn)生在汽車、拖拉機等大量生產(chǎn)的工11952年，美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機構(gòu)實驗室1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一21952年的第一代——電子管數(shù)控機床1959年的第二代——晶體管數(shù)控機床1965年的第三代——集成電路數(shù)控機床1970年的第四代——小型計算機數(shù)控機床1974年的第五代——微型計算機數(shù)控系統(tǒng)1990年的第六代——基于PC的數(shù)控機床二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展半個世紀(jì)以來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和六代。六代1952年的第一代——電子管數(shù)控機床二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展半個世31電子管：1952，ParsonsCorp.,MIT,美空軍后勤司令部合作，第一臺立式銑；2晶體管、印刷電路：1959，晶體管元件的出現(xiàn)使電子設(shè)備的體積大大減小，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，K&T開發(fā)第一臺加工中心

MILWAUKEE-MATIC。3小規(guī)模集成電路：1965,由于它體積小、功耗低，，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進一步提高。1967英國最初的FMS.4通用小型計算機：1970，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了一臺以通用小型計算機作為數(shù)控裝置的數(shù)控系統(tǒng)，特征為許多數(shù)控功能由軟件完成。5微處理器：1974，開始出現(xiàn)的以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)被人們譽為第五代數(shù)控系統(tǒng)，近30年來，裝備微處理機數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。6基于PC（PC-BASED）的數(shù)控：20世紀(jì)80年代，基于PC開發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)。1電子管：1952，ParsonsCorp.,MIT,4二個階段

1955~1959，晶體管1952~1955，電子管

1959~1965，小規(guī)模集成電路

硬件數(shù)控二個階段1955~1959，晶體管1952~1955，電子5

1974-微處理器(MCNC)1979超大規(guī)模集成電路(VLIC)1970s(1970~1974)，小型計算機1994~PC-NC.計算機數(shù)控1974-微處理器(MCNC)1970s(1970~16§7-2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢1、高速、高精度2、智能化

3、開放式數(shù)控系統(tǒng)4、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)5、提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性6、實現(xiàn)數(shù)控裝備的復(fù)合化7、CAD/CAM/CNC一體化，實現(xiàn)數(shù)字化制造

§7-2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢1、高速、高精度

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隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計算機、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著下述方向發(fā)展。1、加工高速化、高精度化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。（1）高速化高速CPU芯片主軸高速化，采用電主軸采用全數(shù)字交流伺服機床動、靜態(tài)性能的改善隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計算機、8上世紀(jì)90年代以來，高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速15000－100000r/min）、高速進給運動部件（快移速度60~120m/min，切削進給速度高達60m/min）、高性能伺服系統(tǒng)以及工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破。圖切削速度的發(fā)展在分辨率為1μm時，快進速度達240m/min，可獲得復(fù)雜型面的精確加工加速度達2g主軸轉(zhuǎn)速已達200,000rpm換刀速度少于1s上世紀(jì)90年代以來，高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速15000－19提高機械的制造和裝配精度；采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單位精細(xì)化采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機已有裝上1000000脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度能達到0.01μm/脈沖）位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法（2）加工高精度化采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù)；設(shè)備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術(shù)（研究表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60％～80％）。（2）加工高精度化采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤10普通的加工精度提高了一倍，達到5微米；精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進入納米級（0.001微米），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達到0.01~0.05微米，加工圓度為0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。RaδVFVC250.10100002500200.0880002000150.0660001500100.044000100050.0220005000RaδVfVC19931994201920192019年度Ra——表面粗糙度（um），δ——加工誤差（um），Vf——進給速度（mm/min），Vc——切削速度（m/min）圖數(shù)控機床的高速化對加工質(zhì)量的影響普通的加工精度提高了一倍，達到5微米；精密加工精度提高了兩個111）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，辯識出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并實時修調(diào)加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及保證設(shè)備運行的安全性2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化：將零件加工的一般規(guī)律、特殊工藝經(jīng)驗，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇”，獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，提高編程效率和加工工藝水平，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。使加工系統(tǒng)始終處于較合理和較經(jīng)濟的工作狀態(tài)。2、控制智能化隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在：1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測主軸和進給電機123）智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù)

智能故障診斷技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法，實現(xiàn)故障快速準(zhǔn)確定位。

智能故障自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)診斷故障原因和部位，以自動排除故障或指導(dǎo)故障的排除技術(shù)。集故障自診斷、自排除、自恢復(fù)、自調(diào)節(jié)于一體，貫穿于全生命周期。

智能故障診斷技術(shù)在有些數(shù)控系統(tǒng)中已有應(yīng)用，智能化自修復(fù)技術(shù)還在研究之中。

4）智能化交流伺服驅(qū)動裝置：自動識別負(fù)載、自動調(diào)整控制參數(shù)，包括智能主軸和智能化進給伺服裝置，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運行。3）智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù)13（1）智能化適應(yīng)控制技術(shù)圖智能化適應(yīng)控制下的進給速率（1）智能化適應(yīng)控制技術(shù)圖智能化適應(yīng)控制下的進給速率14

（2）自動編程技術(shù)（2）自動編程技術(shù)15（3）具有故障自動診斷功能

（4）智能尋位加工（3）具有故障自動診斷功能（4）智能尋位加工16數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是先進制造模式的要求，數(shù)控機床作為網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，有助于解決自動化孤島問題。支持網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，既滿足單機DNC需要，又能滿足FMC、FMS、CIMS、敏捷制造對基層設(shè)備集成要求。網(wǎng)絡(luò)資源共享。數(shù)控機床的遠程（網(wǎng)絡(luò)）控制。數(shù)控機床故障的遠程（網(wǎng)絡(luò)）診斷。數(shù)控機床的遠程（網(wǎng)絡(luò)）培訓(xùn)與教學(xué)（網(wǎng)絡(luò)數(shù)控）3、加工網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是先進制造模式的要求，數(shù)控機床作為網(wǎng)17數(shù)控系統(tǒng)中采用網(wǎng)絡(luò)與光纖通訊技術(shù)實現(xiàn)運動和I/O的控制是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。由于技術(shù)封鎖等原因，各系統(tǒng)中光纖通訊采用的協(xié)議沒有兼容性和互換性，要求伺服驅(qū)動器以及I/O模塊必須具有相應(yīng)協(xié)議的光纖通訊接口，這樣的系統(tǒng)軟硬件開放性較差，而且系統(tǒng)的成本也較高。

網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議：德國Intrtamat的SERCOS、美國DELTATAU的Mcro-Link、日本FANUC的SERVO-Link、日本三菱的Tro-Link，還有ARCNET、CANBus、Profibus、USB、IEEE1394。數(shù)控系統(tǒng)中采用網(wǎng)絡(luò)與光纖通訊技術(shù)實現(xiàn)運動和I/O的控制是數(shù)控181）傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的特點

由生產(chǎn)廠家支配價格和結(jié)構(gòu)，各種接口不能通用。

功能集成停止在微電子技術(shù)的應(yīng)用上，而不是針對開放式的生產(chǎn)環(huán)境和功能。對于不同的產(chǎn)品，操作、維護方法都必須進行相應(yīng)的培訓(xùn)。

對于使用者，控制器成為黑盒子無法自行修改更新。

為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，數(shù)控系統(tǒng)需要具有：開放性：可重構(gòu)性、可維護性、允許用戶進行二次開發(fā)模塊化：具有平臺無關(guān)性

接口協(xié)議：可傳遞性、可移植性

可進化性：智能化

語言統(tǒng)一化：中性語言NML：FADL、OSEL4、數(shù)控系統(tǒng)的開放化1）傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的特點為滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，數(shù)控系統(tǒng)19傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)都是專門、具有不同的編程語言、非標(biāo)準(zhǔn)人機接口、多種實時操作系統(tǒng)、非標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口等特征，造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護的不便，也限制了數(shù)控技術(shù)的進一步發(fā)展。為了解決這些問題，人們提出了“開放式數(shù)控系統(tǒng)”的概念。概念最早見于1987年美國的NGC(NextGenerationController)計劃，NGC控制技術(shù)通過實現(xiàn)基于相互操作和分級式的軟件模塊的“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（SOSAS）”找到解決問題的辦法。一個開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供應(yīng)商為實現(xiàn)專門的最佳方案去定制控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)都是專門、具有不同的編程語言、非標(biāo)準(zhǔn)人機接口、202）開放化數(shù)控系統(tǒng)的概念

數(shù)控系統(tǒng)可以在統(tǒng)一的運行平臺上開發(fā)，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁數(shù)控功能，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明特色的名牌產(chǎn)品。（1）開放式數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)硬件配置單元軟件配置單元標(biāo)準(zhǔn)計算機硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應(yīng)用程序DOS(WINDOWS)實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTM應(yīng)用程序接口NC構(gòu)件庫2）開放化數(shù)控系統(tǒng)的概念（1）開放式數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)硬件配置軟21（2）開放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點數(shù)控系統(tǒng)廠

品種減少、批量增加，易于滿足用戶要求；開放式的標(biāo)準(zhǔn)框架，促進各行業(yè)的軟件廠商參與；軟件開發(fā)效率提高，產(chǎn)品更新加快。

機床廠

可使整機具有個性化，降低開發(fā)成本。

減少對系統(tǒng)廠的依賴，保護自己專有技術(shù)。

最終用戶

購買機床時的初期成本透明化；

能實現(xiàn)用戶自身獨特的FA系統(tǒng)設(shè)計；

用戶界面的一致性，易于使用和培訓(xùn)；（2）開放式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點22（3）開放式數(shù)控研究狀況美國在20世紀(jì)90年代初提出了開發(fā)下一代控制器的計劃NGC(NextGenerationController)，以后又提出了OMAC（OpenModularArchitectureControl）計劃，重點開發(fā)以PC為平臺的開放式模塊化控制器。歐洲也在20世紀(jì)90年代初開始OSACA(OpenSystemArchitectureforControlswithinAutomationsystem)計劃，目標(biāo)是研制出開放式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。（3）開放式數(shù)控研究狀況23（4）現(xiàn)狀由于技術(shù)等方面的限制，要在短期內(nèi)完全實現(xiàn)這種理想的開放式數(shù)控系統(tǒng)，還有不少困難。

目前開放式數(shù)控的一個具體表現(xiàn)就是發(fā)展基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的PC化正成為開放式數(shù)控系統(tǒng)一個潮流，代表了CNC發(fā)展的主要方向?；赑C的開放式數(shù)控系統(tǒng)有3種基本結(jié)構(gòu)形式：

ＰＣ嵌入ＣＮＣ型

CNC嵌入ＰＣ型

全軟件CNC型

（4）現(xiàn)狀基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)有3種基本結(jié)構(gòu)形式：24

5、提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性

數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間大于10000-30000（小時）

電子與電氣元件高集成、抗干擾，零部件制造專業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化

6、實現(xiàn)數(shù)控裝備的復(fù)合化2）機床結(jié)構(gòu)技術(shù)上的突破性進展當(dāng)屬20世紀(jì)90年代中期問世的并聯(lián)機床。并聯(lián)機床是機器人技術(shù)、機床結(jié)構(gòu)技術(shù)、現(xiàn)代伺服驅(qū)動技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，被稱為“21世紀(jì)的機床”

1）傳統(tǒng)機床基本上都遵循笛卡爾直角坐標(biāo)系的運動原理被設(shè)計制造出來，其結(jié)構(gòu)為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，存在懸臂部件，承受很大彎矩和扭矩，不容易獲得高的結(jié)構(gòu)剛度。另外，傳統(tǒng)機床組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形成誤差迭加，限制了加工精度和速度的提高。

5、提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性

數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間大25我國自主研發(fā)的并聯(lián)機床樣機我國自主研發(fā)的并聯(lián)機床樣機26并聯(lián)運動機床

并聯(lián)運動機床是以空間并聯(lián)機構(gòu)為基礎(chǔ)，充分利用計算機數(shù)字控制的潛力，以軟件取代部分硬件，以電氣裝置和電子器件取代部分機械傳動，使將近兩個世紀(jì)以來以笛卡爾坐標(biāo)直線位移為基礎(chǔ)的機床結(jié)構(gòu)和運動學(xué)原理發(fā)生了根本變化。并聯(lián)運動機床并聯(lián)運動機床是以空間并聯(lián)機構(gòu)為基礎(chǔ)，充27并聯(lián)運動機床布局的基本特點是，以機床框架為固定平臺的若干桿件組成空間并聯(lián)機構(gòu)，主軸部件安裝在并聯(lián)機構(gòu)的動平臺上，改變桿件的長度或移動桿件的支點，按照并聯(lián)運動學(xué)原理形成刀頭點的加工表面軌跡。有六桿、三桿、立式、臥式并聯(lián)機床，結(jié)構(gòu)形式為并聯(lián)、串聯(lián)和混合結(jié)構(gòu)，可采用直線電機和電主軸。并聯(lián)運動機床布局的基本特點是，以機床框架為固定平臺28由于并聯(lián)運動機床結(jié)構(gòu)以桁架桿系取代傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)的懸臂梁和兩支點梁來承載切削力和部件重力，加上運動部件的質(zhì)量明顯減小以及主要由電主軸、滾珠絲桿、直線電動機等機電一體化部件組成，因而具有剛度高、動態(tài)性能好、機床的模塊化程度高、易于重構(gòu)以及機械結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，是新一代機床結(jié)構(gòu)的重要發(fā)展方向。由于并聯(lián)運動機床結(jié)構(gòu)以桁架桿系取代傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)29并聯(lián)機床自94年在美國芝加哥國際機床展覽會上面市以來，有了很大發(fā)展，結(jié)構(gòu)緊湊而且增大了工作空間，機床剛度和工作精度進一步提高，已進入實用階段。主要用于汽車業(yè)、航空業(yè)和模具業(yè)。在加工中心和可移動FMC中也采用了并聯(lián)結(jié)構(gòu)。有六桿、三桿、立式、臥式并聯(lián)機床，結(jié)構(gòu)形式為并聯(lián)、串聯(lián)和混合結(jié)構(gòu)，可采用直線電機和電主軸。并聯(lián)機床的工作臺有固定臺、可交換臺、水平分度臺、滑座床身等多種。現(xiàn)已達到的最高精度：定位精度為±5μm，重復(fù)定位精度為±1.5μm。過去并聯(lián)機床的最大問題是精度不如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機床，其原因一是坐標(biāo)軸（支桿）的位置精度不高，二是由于熱效應(yīng)和切削力引起的變形。現(xiàn)在桿內(nèi)除裝有滾珠絲杠外，還有檢測桿自身長度的測量系統(tǒng)，通過補償校正運動精度。數(shù)控并聯(lián)機床的應(yīng)用

并聯(lián)機床自94年在美國芝加哥國際機床展覽會上303）并聯(lián)機床的優(yōu)、缺點及研究熱點：優(yōu)點：進給速度快；精度高；剛性好；加速度高；安裝、維修方便。缺點：工作空間??；姿態(tài)能力差；運動特性和力特性非線性。目前研究熱點：混聯(lián)機床。3）并聯(lián)機床的優(yōu)、缺點及研究熱點：311）目前CNC系統(tǒng)的局限：數(shù)控代碼只定義了機床的運動和動作，丟失了尺寸公差、精度要求、表面光潔度等大量信息；生成G代碼的過程單向不可逆，在加工車間做出的修改無法反饋到設(shè)計部門；各廠商開發(fā)的宏和擴展EIA代碼，使系統(tǒng)間語言不具通用性，對G、M代碼的解釋也不盡相同；不支持5軸銑、樣條數(shù)據(jù)、高速切削等功能；7、STEP-NC1）目前CNC系統(tǒng)的局限：7、STEP-NC32

STEP-NC是一個新的NC編程數(shù)據(jù)接口國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO14649），于2019年制定的，在2019年成為國際標(biāo)準(zhǔn)草案（DraftInternationalStandard,DIS），目的是取代現(xiàn)在使用的NC編程接口標(biāo)準(zhǔn)。2）STEP-NC的出現(xiàn)STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)即產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)STEP-NC是STEP向數(shù)控領(lǐng)域的擴展，它在STEP的基礎(chǔ)上以面向?qū)ο蟮男问綄a(chǎn)品的設(shè)計信息與制造信息聯(lián)系起來，拋棄了傳統(tǒng)數(shù)控程序中直接對坐標(biāo)軸和刀具動作進行編碼的做法，采用了新的數(shù)據(jù)格式和面向特征的編程原則

STEP-NC是一個新的NC編程數(shù)據(jù)接口國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO133STEP-NC是歐美許多企業(yè)和研究機構(gòu)共同開發(fā)的一套面向?qū)ο蟮腘C編程接口，這套編程接口總稱為“計算機數(shù)字控制數(shù)據(jù)模型（DataModelforComputerizedNumericalControllers），它包括十三個部分，分成三個階段發(fā)布。目前發(fā)布出來的有：1）概述和基本原理2)總體加工數(shù)據(jù)3）切削加工數(shù)據(jù)4）銑削刀具。STEP-NC是一種在CAD/CAM系統(tǒng)和CNC機床之間進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的模型，它使用工步（WorkingSteps)這個面向?qū)ο蟮母拍?，通過詳細(xì)描述加工過程而不是機床運動來彌補ISO6983的不足。STEP-NC是歐美許多企業(yè)和研究機構(gòu)共同開發(fā)的一套面向?qū)ο?4STEP-NC的基本原理是基于制造特征（manufacturingfeatures）進行編程，而不是直接對刀具運動進行編程。它包含了工件的所有加工任務(wù)，通過這一系列加工任務(wù)，對從零件毛坯到最終成品所有的操作加以描述，提供了更高層次的信息給加工車間。STEP-NC是STEP（StandardfortheExchangeofProductModelData)標(biāo)準(zhǔn)的擴展，一個基于STEP-NC的NC程序由幾何信息和工藝信息描述組成。幾何信息描述文件格式與STEP標(biāo)準(zhǔn)完全一致。幾何信息采用STEP數(shù)據(jù)格式描述，CNC系統(tǒng)可以直接從CAD系統(tǒng)讀取STEP數(shù)據(jù)文件，從而消除了由于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換可能導(dǎo)致的精度降低的問題。工藝信息描述部分包括所有工步的詳細(xì)完整定義，如特征代碼、刀具數(shù)據(jù)、機床功能、加工方法及其他數(shù)據(jù)。STEP-NC的基本原理是基于制造特征（manufactur35德國肖特日本FANUC德國肖特日本FANUC36美國哈挺美國哈挺37瑞士米克朗德國斯賓納TC系列瑞士米克朗德國斯賓納TC系列38日本東芝美國新新那提韓國現(xiàn)代日本東芝美國新新那提韓國現(xiàn)代39數(shù)字制造就是用數(shù)字的方式來存儲、管理和傳遞制造過程中的所有信息。在計算機世界里，可以產(chǎn)生各種各樣的信息，并把物理過程虛擬化；DNC可以對CAD/CAPP/CAM以及CNC的程序進行傳送和分級管理。DNC技術(shù)使CNC與通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起,可以傳送維修數(shù)據(jù)，使用戶與數(shù)控生產(chǎn)廠家直接通信，進而把制造廠家聯(lián)系在一起，構(gòu)成虛擬制造網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在的問題是，如何把這些信息從計算機“下載”到生產(chǎn)線，在生產(chǎn)過程中利用這些信息控制機器，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。這個全過程就是數(shù)字制造。

8、CAD/CAM/CNC一體化，實現(xiàn)數(shù)字化制造數(shù)字制造就是用數(shù)字的方式來存儲、管理和傳遞制造過程中40數(shù)字化工廠數(shù)字化工廠41高速、高精、高效、智能化、復(fù)合化開放化、網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)總的發(fā)展趨勢

運行高速化加工高精化功能復(fù)合化控制智能化體系開放化驅(qū)動并聯(lián)化交互網(wǎng)絡(luò)化當(dāng)代，數(shù)控技術(shù)的典型應(yīng)用是FMC/FMS/CIMS，其發(fā)展方向是高速化、高精度化、高效加工、多功能化、小型化、復(fù)合化、開放化和智能化以及數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。目前的動向是:開放式數(shù)控系統(tǒng)、高速加工系統(tǒng)。高速、高精、高效、數(shù)控技術(shù)總的發(fā)展趨勢運行高速化42一、柔性制造單元（FMC,FlexibleManufacturingCell）§7-3數(shù)控技術(shù)的FMS及CIMS一、柔性制造單元（FMC,FlexibleManufact431、定義：有兩個以上柔性制造單元或多臺數(shù)控機床、加工中心組成，并用一個物料輸送系統(tǒng)將機床聯(lián)系起來。二、柔性制造系統(tǒng)(FMS,FlexibleManufacturingSystem)1、定義：有兩個以上柔性制造單元或多臺數(shù)控機床、加工中心組成442、特征高柔性能在不停機調(diào)整的情況下，實現(xiàn)多種不同工藝要求的零件加工。(2)高效率能采用合理的切削用量實現(xiàn)高效加工，同時使輔助時間和準(zhǔn)備終結(jié)時間減小到最低程度。(3)高度自動化自動更換工件、刀具、夾具，實現(xiàn)自動裝夾和輸送，自動監(jiān)測加工過程，有很強的系統(tǒng)軟件功能。2、特征高柔性能在不停機調(diào)整的情況下，實現(xiàn)多種不同工453、生產(chǎn)線（FTL,FlexibleTransferLine）3、生產(chǎn)線（FTL,FlexibleTransfer464、組成由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成，每一個子系統(tǒng)還可以有分系統(tǒng)。加工系統(tǒng)可以由FMC組成，但是多數(shù)還是由CNC機床按DNC的控制方式構(gòu)成，可以自動更換刀具和工件并進行自動加工。物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個物流系統(tǒng)。

信息流系統(tǒng)包括加工系統(tǒng)及物流系統(tǒng)的自動控制，在線狀態(tài)監(jiān)控及其信息處理以及在線檢測和處理等。4、組成由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成，每一個47三、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)J.Harringtong博士提出：ComputerIntegratedManufacturing計算機集成制造CIM基本思想企業(yè)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)是不可分割的，應(yīng)該加以統(tǒng)一處理；整個生產(chǎn)過程實質(zhì)上也是對信息的采集、傳遞和加工處理的過程，在企業(yè)中主要存在信息流和物流這兩種運動過程，而物流又是受信息流控制的。三、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)J.Harrington48CIM的定義CIM是一種組織、管理與運行企業(yè)的哲理。它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)等有機結(jié)合，借助計算機（硬、軟件），使企業(yè)產(chǎn)品全生命周期——市場需求分析、產(chǎn)品定義、研究開發(fā)、設(shè)計、制造、支持（包括質(zhì)量、銷售、采購、發(fā)送、服務(wù)）以及產(chǎn)品最后報廢、環(huán)境處理等各階段活動中有關(guān)人/組織、經(jīng)營管理和技術(shù)三要素及其信息流、物流和價值流有機集成并優(yōu)化運行，實現(xiàn)企業(yè)制造活動的計算機化、信息化、智能化、集成優(yōu)化，以達到產(chǎn)品上市快、高質(zhì)、低耗、服務(wù)好、環(huán)境清潔，進而提高企業(yè)的柔性、健壯性、敏捷性，使企業(yè)贏得市場競爭。CIM的定義CIM是一種組織、管理與運行企業(yè)的49CIMS的定義CIMS是一種基于CIM哲理構(gòu)成的計算機化、信息化、智能化、集成優(yōu)化的制造系統(tǒng)。在功能上，CIMS包含了一個工廠的全部生產(chǎn)經(jīng)營活動，即從市場預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、管理到售后服務(wù)的全部活動。CIMS比傳統(tǒng)的工廠自動化的范圍大得多，是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)。(2)CIMS模式的自動化不是工廠各個環(huán)節(jié)的計算機化或自動化(有人稱自動化孤島)的簡單疊加，而是有機的集成，并且這里的集成不僅僅是物質(zhì)、設(shè)備的集成，更主要的是體現(xiàn)在以信息集成為特征的技術(shù)集成，以至于人的集成。CIMS的定義CIMS是一種基于CIM哲理構(gòu)成50CIMS的組成(1)工程設(shè)計系統(tǒng)。

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