•模块化 通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增 减，构成不同档次的数控系统；
•网络化 可进行远程控制，在任何一台机床上对其它 机床进行编程、设定、操作、控制；
•开放式闭环控制模式 易于将计算机智能技术、网络 技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、动态数据管 理、动态仿真等技术融于一体，构成制造过程闭环控制 体系。
4.2.3 数控加工编程技术
数控加工手工编程一般步骤
NC NC
零件图
工 艺 分 析
数 值 计 算
程 序 编 制
输 入 程 序
首 件 试 切
修改
手工编制不足：效率低、复杂零件手工 编程困难，周期长，错误率高。
计算机辅助数控编程
4.2.4 机床数控技术发展趋势
数控系统性能方面
•高速高精高效化 进给速度80-120m/min，加速度1-2g， 主轴dn=(1-3)*106，换刀小于1s；加工精度0.1µm，甚至 0.01µm。
80年代-普及期 80年代末机器人总数已达45万台。
90年代-扩展渗透期 具有感觉机器人实用化，智能机器人相 继出现并开始走向应用；1997年底，机器人总量达95万台。
工业机器人发展展望
•执行机构 具有柔性感、灵巧性手爪和手臂；
•驱动机构 采用形状记忆合金、人工肌肉、压电元件、挠性轴 等新型驱动器；
• 制造敏捷化 使企业面临市场竞争作出快速响应；
• 制造网络化 实现制造过程的集成，实现异地制造、 远程协调作业；
• 制造虚拟化 保证产品和制造过程一次成功，发现设 计与生产中可避免的缺陷和错误；
• 制造智能化 扩大、延伸、部分取代人类专家在制造 过程中的脑力劳动，以实现优化的制造过程。
• 制造全球化 市场国际化，产品制造跨国化，制造资 源跨国家的协调、共享和优化利用；
•插补和补偿方式多样化
插补：直线、圆弧、椭圆、螺纹、NURBS、多项式插补；
补偿：反向间隙、垂直度、螺距、温度补偿等；
•内置高性能PLC 可用梯形图或高级语言编程，具有在线调 试和在线帮助功能；
•多媒体技术应用 在实时监控和故障诊断、生产过程监测 方面有重大应用价值。
ห้องสมุดไป่ตู้
体系结构的发展
•集成化 高度集成化芯片，提高数控系统集成度；
•示教再现式机器人 在示教操作后，能按示教的顺序、 位置、条件重现示教作业。
•智能机器人 具有视觉、听觉、触觉功能，通过比较和 识别,作出决策和规划，完成预定的动作。
工业机器人的分类--按驱动方式分类
•气压传动机器人 以压缩空气作为动力源，高速轻载 ；
•液压传动机器人 采用液压驱动，负载能力强、 传动平稳、结构紧凑、动作灵敏；
• 制造绿色化 使产品从设计、制造、使用到报废处理 全生命周期中，对环境影响最小，资源利用率最高。
第二节 机床数控技术
4.2.1 机床数控系统 4.2.2 机床伺服系统 4.2.3 数控加工编程技术 4.2.4 机床数控技术发展趋势
4.2.1 机床数控系统
数控技术的发展 硬件数控阶段NC(1952-1970)
基于PC微机和PMAC的CNC系统结构
数控系统的软件组成
开放式数控系统 开放性：满足CNC系统快速发展和用户自主开发需要 PC微机型开放式CNC系统形式：
•专用数控嵌入PC主板 是专用数控系统商提供的形式， 仅限于PC部分开放，其专用数控部分仍处于封闭状态。 •PC机+运动控制卡 提供底层数控接口，支持二次开发和 扩展，有上下两级开放性，如PMAC运动控制器。 •纯PC软件型 尚未形成商品，代表数控系统发展方向。
、CE、LP、AM等。
当前制造自动化技术研究领域和方向 • 集成技术和系统技术研究 • 自动化系统中人因作用的研究 • 数控单元系统的研究 • 制造过程的计划和调度研究 • 柔性制造技术的研究 • 现代生产模式制造环境的研究 • 底层加工系统的智能化和集成化研究
4.1.3 制造自动化技术发展趋势
方便，适用于大批量生产。 不足：轨迹精确度不高，需要存储容量大。
示教再现式控制系统工作原理
机器人示教臂
离线编程 HOLPSS离线编程与仿真系统总体结构框图
机器人编程语言 •动作级语言 每一个命令对应一个动作，语句格式为：
MOVE TO <destination>
语句简单，易于编程；不能进行复杂计算，通信能力差， 代表性语言：VAL 。 •对象级语言 有与动作语言类似功能，能处理传感器信息 ；通信和数字运算功能强，代表性语言有AML、AUTOPASS。 •任务级语言 操作者直接下命令，不需要规定机器人每个 动作细节，自动推理规划，自动生成机器人的动作。
物理设置编程-由设置固定限位开关，实现启动/停机操作 示教编程-示教完成操作信息记忆，然后再现示教过程 离线编程-通过机器人语言进行编程控制 •按控制轨迹： 点位控制-不要求末端操作速度和运动轨迹，仅要求各坐标
精确控制 轮廓控制-没有插补器，按离散点坐标及速度完成轮廓控制
工业机器人的位置伺服控制 位置伺服控制类型：
4.2.2 机床伺服系统
组成：位置控制单元、速度控制单元、伺服电机、 检测反馈单元4部分组成。
分类： • 按检测系统分 开环系统、闭环系统、 半闭环系统、混合闭环系统。 •按有控制电机分 步进伺服、直流伺服、交流伺服。
半闭环伺服系统
松下交流伺服系统的总体接线图
1-交流伺服电机 2-伺服驱动器 3-控制系统 4-控制连接电缆 5-检测连接电缆 6-动力电缆 7-PLC电缆 8-PLC
机器人位置 • 控制系统 控制机器人按给定的程序动作，记忆
示教指令，再现示教信息。 • 驱动系统 驱动执行机构完成规定作业。 • 位置检测装置 检测运动位置和工作状态。
工业机器人的分类--按系统功能分类
•专用机器人 以固定程序工作机器人，结构简单、无独 立控制系统、造价低廉，如自动换刀机械手。
•通用机器人 可完成多种作业，结构复杂，工作范围大 ，定位精度高，通用性强。
第一代：电子管； 第二代：晶体管； 第三代：小规模集成电路； 计算机数控阶段CNC（1970-现在) 第四代：小型计算机； 第五代：微处理器； 第六代：PC微机(PCNC)
机床数控系统的组成及功能 CNC系统组成：数控装置、PLC、伺服驱动装置、I/O接口、
控制面板、人机界面 数控装置功能：
控制功能-单轴、多轴联动控制； 准备功能-包括移动、暂停、坐标设定、固定循环等功能； 插补功能-直线插补、圆弧插补、抛物线等； 辅助功能-主轴启停、冷却润滑通断、刀库的启停等； 补偿功能-刀具半径/刀具、反向间隙、螺距、温度等补偿功能。 PLC功能：控制面板、主轴停启与换向、刀具更换、冷却润滑 启停、工件夹紧与松开、工作台分度等开关量的控制。
关节伺服控制-以每个关节作为单输入/单输出系统； 坐标伺服控制-以手臂末端位置矢量作为控制目标值。
刚性臂控制系统的构成
关节伺服控制
qdi:各关节位 移指令目标值 qi,qi’:各关节 位置和速度反 馈信号
关节伺服控制的构成
工业机器人的自适应控制
模型参考自适应控制
自校正适应控制系统
4.3.3 工业机器人的编程技术
4.3.4 工业机器人发展回顾与展望
工业机器人发展回顾
50年代-萌芽期 58年第一台工业机器人在美国问世。
60年代-黎明期 推出圆柱坐标、球坐标机器人，日本引进美 国机器人技术。
70年代-实用化期 计算机控制机器人、关节型机器人问世， 推出VAL编程语言、视觉力觉传感器；72年中国第一台机器 人诞生；70年代末全世界拥有万台以上机器人；日本成为机 器人王国。
第三节 工业机器人
4.3.1 工业机器人的组成与分类 4.3.2 工业机器人的控制技术 4.3.3 工业机器人的编程技术 4.3.4 工业机器人半个世纪发展
的回顾与展望
4.3.1 工业机器人的组成与分类
工业机器人的结构组成
工业机器人的组成 • 执行机构
手部：用于抓取对象，有夹持式、吸附式等不同结构 腕部：联接手部和手臂部件，用以调整手部姿态和方位 臂部：承载负荷，改变空间位置 机身：支撑臂部部件，扩大臂部活动和作业范围 机座及行走机构：机器人基础件，确定或改变
工业机器人的性能指标
•自由度 独立运动数，自由度数越高，完成的动作越复
杂，通用性越强，应用范围也越广。
•工作空间 机器人进行工作的空间范围。
•提取重力
微型机器人，提取重力 10N以下； 小型机器人，提取重力 10-50N； 中型机器人，提取重力 50-300N； 大型机器人，提取重力 300-500N； 重型机器人，提取重力 500N以上。
示教编程 示教阶段:拨动示教盒按钮或手握机器人手臂，使之按需要
姿势和路线进行工作，示教信息存储在记忆装置中。 工作再现:从记忆装置调用存储信息，再现示教阶段动作。 点位控制示教：逐一使每个轴达到需要编程点位置。 轮廓控制示教：握住示教臂，以要求速度通过所给路线。 特点：通过示教直接产生控制程序，无须手工编程，简单
•柔性化 功能覆盖面大，便于不同用户的需求；物料 流和信息流自动动态调整。
•工艺复合化和多轴化 如FANUC15可控轴数和联动轴数 均达到24轴。
•实时智能化 配置编程专家系统、故障诊断专家系统 ，实现自适应控制和模糊控制。
数控系统功能方面
•用户界面图形化 方便了用户，便于编程和图形模拟；
•科学计算可视化 可视化技术可用于自动编程、参数自动 设定、刀具补偿和管理、加工过程仿真演示；
第四章 制造自动化技术
4.1 制造自动化技术概述 4.2 机床数控技术 4.3 工业机器人 4.4 柔性制造技术
第一节 制造自动化技术概述
4.1.1 制造自动化技术内涵 4.1.2 制造自动化技术的发展及现状 4.1.3 制造自动化技术发展趋势