◘将零件数控加工编程过程中的几何造型、刀位计 算、图形显示和后置处理等作业过程结合在一起， 有效解决了编程的数据来源、图形显示、加工模 拟和交互修改问题。 ◘编程是在计算机上直接面向零件的三维实体图形 进行，不需要用户编制零件加工源程序，用户界 面友好，使用简洁、直观、准确，便于检查。 ◘有利于实现系统的集成，不仅能够实现产品的设 计与数控编程的集合，还便于工艺设计、刀具量 具设计等其他生产过程的集成。
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。12:19:4112:19:4112:1910/17/2020 12:19:41 PM
二、制造自动化技术的兴起及现状
▲19世纪末期，机械化生产开始出现； 20世纪中叶，自动化车床开始出现； 1947年，第一个机械加工自动线在美国福特汽车 公司投产； 20世纪50年代柔性自动化生产开始出现（以数控 车床为代表） 20世纪70年代诞生了柔性制造系统； 20世纪80年代开始出现了计算机集成制造系统。
▲制造自动化促使制造业逐渐由劳动密集型产业向技术 密集型和知识密集型产业转变。
▲制造自动化技术是制造业发展的重要标志，代表着先 进制造技术的水平，也体现了一个国家科技水平的高低 。
▲采用制造自动化技术不仅显著地提高劳动生产率、大 幅度提高产品质量、降低制造成本、提高经济效益，还 有效地改善劳动条件、提高劳动者的素质、有利于产品 更新、带动相关技术的发展，大大提高企业的市场竞争 能力。
增减，构成不同档次的数控系统；
3 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；
4 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。
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.1720.10.17Saturday, October 17, 2020
▲计算机辅助数控数控加工程序分为两种不同的 形式：一是借助于数控语言进行自动编程，二是 利用CAD/CAM软件工具完成数控加工程序的编制。
■与数控语言自动编程比较，利用CAD/CAM软件 系统进行数控编程具有以下特点：
CAD/CAM系统数控编程，它是利用CAD造型所生 成的三维几何实体，采用人机交互的方式、有操作 者在计算机屏幕上指定三维实体被加工的部位，输 入适合的切削参数和刀具参数，交互选择走刀方式， 然后由系统自动进行刀具轨迹计算和处理，生成刀 为位文件。
▲在 “狭义制造”概念下，制造自动化的含义是生 产车间内产品的机械加工和装配检验过程的自动 化，包括切削加工自动化、工件装卸自动化、工 件储运自动化、零件与产品清洁及检验自动化、 断屑与排屑自动化、装配自动化、机器故障诊断 自动化等。 ▲在 “广义制造”概念下，制造自动化则包含了产 品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动 化和质量控制自动化等产品制造全过程以及各个 环节综合集成自动化，以使产品制造过程实现高 效、优质、低耗、及时、洁净的目标。
▲按照驱动电机分为：步进伺服、直流伺服、交流伺 服
半闭环控制系统
■目前交流伺服系统的交流电机主要采用异步电动机和 永磁同步电动机两种。 异步电动机 功率大、精度稍低、多 用于主轴电机 永磁同步电动机 精度要求高、价格贵，多用于容量 小的进给伺服电机 ■交流伺服驱动器有模拟式和数字式之分。 模拟式 工作速度快，系统频率宽，体积大、器件多、不 易调试 数字式 控制方式改变仅需改变软件，柔性好，结构紧凑， 重复性好 ■检测元件：旋转变压器、脉冲编码器等 旋转变压器是一种输出的电压与角位移量成连续函数关 系的感应式微型电动机。 脉冲编码器是机床上应用最多的传感器，可分为增量式、 绝对式、混合式三种，其中增量式较为普遍。
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
3 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
4 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
体系结构的发展
1 集成化 高度集成化芯片，提高数控系统集成度； 2 模块化 通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的
计算机辅助数控编程
四、机床数控技术发展趋势
从三个方面讨论机床数控技术的发展趋势
▲性能发展方面
1 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
2 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
纵观新世纪的制造自动化技术发展趋势，可用六化来概括， 即敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、全球化、绿色化。 1 制造敏捷化 敏捷化制造环境和制造过程是新世纪制造活动的必然趋势， 其核心是使企业对面临市场竞争作出快速响应，利用企业内 外各方面的优势，形成动态联盟，缩短产品开发周期，尽快 抢占市场。 2 制造网络化 基于 Internet的制造已成为当今制造业的重要发展趋势，包括 企业制造环境的网络化和企业与企业之间的网络化。 通过制造环境的网络化，实现制造过程的集成，实现企业的 经营管理、工程设计和制造控制等各子系统的集成 通过企业与企业间的网络化，可实现异地制造、远程协调作 业。
3、数控系统的软件组成
4、开放式数控系统 数控系统越来越广泛的应用到各种控制领域，同时 也不断地对数控系统软件硬件提出了新的要求其中 较为突出的是要求系统具有开放性，以满足CNC系 统快速发展和用户自主开发需要
实现基于PC微机开放式数控系统有如下三种途径： ▲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
第四章 制造自动化技术
一 概述 二 机床数控技术 三 工业机器人 四 柔性制造系统
第一节 概述
一、制造自动化技术内涵
▲ 自动化 （Automation）是美国通用汽车公司 D. S. Harder先生于 1936年提出来的，其核心含义是 “自动地去 完成特定的作业”。当时 Harder先生所说的特定作业，是指 零件在机器之间转移的自动搬运，自动化功能目标是代替 人的体力劳动。随着技术的进步，自动化的功能目标在不 断地随着自动化手段的提高、时代的进步而变化。在计算 机用于自动化之前，自动化的功能目标是以省力为主要目 的，以代替人的体力劳动。 ▲ 随着计算机和信息技术的发展，计算机和信息技术作为 自动化技术的重要手段，使自动化的视野大大扩展，自动 化的功能目标不再仅仅是代替人的体力劳动，而且还须代 替人的部分脑力劳动。
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
CNC系统的组成原理
2、数控系统的硬件结构
数控系统从硬件结构上可分为单CPU结构、多 ▲CPU结构、直接采用PC计算机的系统结构。
▲单CPU结构：通过总线使CPU与存储器和各种接 口相连接，集中控制、分时处理工作方式 多CPU结构：多个CPU通过公用地址和数据总线互 连，各自完成功能，系统速度高、处理能力强 ▲直接采用PC计算机的系统结构：具有微机丰富 的软硬件资源、友好的人机界面、拥有多媒体和网 络功能，是当前数控系统的发展方向
3 制造虚拟化 包括设计过程的拟实技术和加工制造过程的虚拟技术。拟 实技术是面向产品的结构和性能的分析，以优化产品本身 性能和成本为目标；虚拟技术是面向产品生产过程的模拟 和检验，检验产品的可加工性、加工工艺的合理性。制造 虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真来模拟真实系统， 发现设计与生产中可避免的缺陷和错误，保证产品的制造 过程一次成功。 4 制造智能化 智能制造技术的宗旨在于扩大、延伸以及部分取代人类专 家在制造过程中的脑力劳动，以实现优化的制造过程。智 能制造包含智能计算机、智能机器人、智能加工设备、智 能生产线等。智能制造系统是制造系统发展的最高阶段， 即从柔性制造系统、集成制造系统向智能制造系统发展。
手工编程只能编制那些几何形状不复杂、计算量不是 很大、加工程序不多的简单零件，对于一些复杂零件， 如带有非圆曲面、自由曲面的轮廓、模具型腔等，手 工编程则变得极为困难。
2、计算机辅助数控加工编程
▲快速而准确的编制数控加工程序就成为数控技 术发展和应用中德一个重要环节，计算机辅助数 控加工编程技术正是针对这一问题而产生和发展 起来的。
二、机床伺服系统 1、机床进给伺服系统
一般是由位置控制单元、速度控制单元、伺服电机、 检测单元四部分组成，通常将位置控制单元与数控装 置做在一起，习惯上所称的伺服单元或驱动单元仅包 含速度控制单元。
机床伺服系统的分类: ▲按照私服系统的结构特点分为：开环系统、闭环系 统、半闭环系统、混合闭环系统。应用最广泛的是半 闭环结构
三、数控加工编程技术
1、数控加工编程一般步骤， 数控加工编程就是将零件的工艺过程、工艺参数、刀 具位移量、位移方向以及其他辅助动作按照运动顺序 和所用数控系统规定得坐标系和指令代码及格式来编 程加工程序单，经校核、试切无误后制备在储存介质 上，然后再由相应的阅读器将程序输入数控装置，从 而控制数控设备的运行。 一般可分为工艺处理、数值计算、编制零件加工程序 单、输入数控程序、程序校验。
▲回顾历史，可将制造自动化的发展分为 刚性自 动化、柔性自动化和综合自动化三个发展阶段。
■刚性自动化
在半自动和自动机床、组合机床、组合机床自动线出现 ，解决了单一品种大批量生产自动化问题特点是生产效 率高、加工品种单一。20世纪 50年代达到了顶峰。 ■柔性自动化
为满足多品种小批量甚至单件生产自动化的需要，出现 了一系列柔性制造自动化技术:如数控技术 （NC）、计 算机数控 （CNC）、柔性制造单元 （FMC）、柔性制造 系统 （FMS）等。 ■综合自动化