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大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 中文文獻(xiàn) - 1 -數(shù) 控 系 統(tǒng)數(shù) 控 系 統(tǒng) 是 數(shù) 字 控 制 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 稱 ， 英 文 名 稱 為 Numerical Control System， 早 期 是 由 硬件 電 路 構(gòu) 成 的 稱 為 硬 件 數(shù) 控 （ Hard NC） ， 1970 年 代 以 后 ， 硬 件 電 路 元 件 逐 步 由 專 用 的 計(jì)算 機(jī) 代 替 稱 為 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 （ Computerized numerical control,簡(jiǎn) 稱 CNC） 系 統(tǒng) 是 用 計(jì) 算 機(jī) 控 制 加 工功 能 ， 實(shí) 現(xiàn) 數(shù) 值 控 制 的 系 統(tǒng) 。 CNC 系 統(tǒng) 根 據(jù) 計(jì) 算 機(jī) 存 儲(chǔ) 器 中 存 儲(chǔ) 的 控 制 程 序 ， 執(zhí) 行 部 分 或 全部 數(shù) 值 控 制 功 能 ， 并 配 有 接 口 電 路 和 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 的 專 用 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 。CNC 系 統(tǒng) 由 數(shù) 控 程 序 、 輸 入 裝 置 、 輸 出 裝 置 、 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 裝 置 （ CNC 裝 置 ） 、 可 編 程邏 輯 控 制 器 （ PLC） 、 主 軸 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 和 進(jìn) 給 （ 伺 服 ） 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 （ 包 括 檢 測(cè) 裝 置 ） 等 組 成 。CNC 系 統(tǒng) 的 核 心 是 CNC 裝 置 。 由 于 使 用 了 計(jì) 算 機(jī) ， 系 統(tǒng) 具 有 了 軟 件 功 能 ， 又 用 PLC 代替 了 傳 統(tǒng) 的 機(jī) 床 電 器 邏 輯 控 制 裝 置 ， 使 系 統(tǒng) 更 小 巧 ， 其 靈 活 性 、 通 用 性 、 可 靠 性 更 好 ， 易 于實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 雜 的 數(shù) 控 功 能 ， 使 用 、 維 護(hù) 也 方 便 ， 并 具 有 與 上 位 機(jī) 連 接 及 進(jìn) 行 遠(yuǎn) 程 通 信 的 功 能 。機(jī) 床 技 術(shù) 十 四 大 發(fā) 展 趨 勢(shì)1、 機(jī) 床 的 高 速 化 隨 著 汽 車 、 航 空 航 天 等 工 業(yè) 輕 合 金 材 料 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 高 速 加 工 已 成 為 制 造 技 術(shù) 的 重 要 發(fā)展 趨 勢(shì) 。 高 速 加 工 具 有 縮 短 加 工 時(shí) 間 、 提 高 加 工 精 度 和 表 面 質(zhì) 量 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 在 模 具 制 造 等 領(lǐng) 域的 應(yīng) 用 也 日 益 廣 泛 。 機(jī) 床 的 高 速 化 需 要 新 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) 、 高 速 電 主 軸 和 高 速 伺 服 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) ， 以及 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) 的 優(yōu) 化 和 輕 量 化 。 高 速 加 工 不 僅 是 設(shè) 備 本 身 ， 而 是 機(jī) 床 、 刀 具 、 刀 柄 、 夾 具 和 數(shù)控 編 程 技 術(shù) ， 以 及 人 員 素 質(zhì) 的 集 成 。 高 速 化 的 最 終 目 的 是 高 效 化 ， 機(jī) 床 僅 是 實(shí) 現(xiàn) 高 效 的 關(guān) 鍵之 一 ， 絕 非 全 部 ， 生 產(chǎn) 效 率 和 效 益 在 “刀 尖 ”上 。 2、 機(jī) 床 的 精 密 化 按 照 加 工 精 度 ， 機(jī) 床 可 分 為 普 通 機(jī) 床 、 精 密 機(jī) 床 和 超 精 機(jī) 床 ， 加 工 精 度 大 約 每 8 年提 高 一 倍 。 數(shù) 控 機(jī) 床 的 定 位 精 度 即 將 告 別 微 米 時(shí) 代 而 進(jìn) 入 亞 微 米 時(shí) 代 ， 超 精 密 數(shù) 控 機(jī) 床 正 在向 納 米 進(jìn) 軍 。 在 未 來 10 年 ， 精 密 化 與 高 速 化 、 智 能 化 和 微 型 化 匯 合 而 成 新 一 代 機(jī) 床 。 機(jī) 床的 精 密 化 不 僅 是 汽 車 、 電 子 、 醫(yī) 療 器 械 等 工 業(yè) 的 迫 切 需 求 ， 還 直 接 關(guān) 系 到 航 空 航 天 、 導(dǎo) 彈 衛(wèi)星 、 新 型 武 器 等 國(guó) 防 工 業(yè) 的 現(xiàn) 代 化 。 3、 從 工 序 復(fù) 合 到 完 整 加 工 70 年 代 出 現(xiàn) 的 加 工 中 心 開 多 工 序 集 成 之 先 河 ， 現(xiàn) 已 發(fā) 展 到 完 整 加 工 ， 即 在 一 臺(tái) 機(jī) 床 上 完成 復(fù) 雜 零 件 的 全 部 加 工 工 序 。 完 整 加 工 通 過 工 藝 過 程 集 成 ， 一 次 裝 卡 就 把 一 個(gè) 零 件 加 工 過 程全 部 完 成 。 由 于 減 少 裝 卡 次 數(shù) ， 提 高 了 加 工 精 度 ， 易 于 保 證 過 程 的 高 可 靠 性 和 實(shí) 現(xiàn) 零 缺 陷 生產(chǎn) 。 此 外 ， 完 整 加 工 縮 短 了 加 工 過 程 鏈 和 輔 助 時(shí) 間 ， 減 少 了 機(jī) 床 臺(tái) 數(shù) ， 簡(jiǎn) 化 了 物 料 流 ， 提 高了 生 產(chǎn) 設(shè) 備 的 柔 性 ， 生 產(chǎn) 總 占 地 面 積 小 ， 使 投 資 更 加 有 效 。 4、 機(jī) 床 的 信 息 化 機(jī) 床 信 息 化 的 典 型 案 例 是 Mazak410H， 該 機(jī) 床 配 備 有 信 息 塔 ， 實(shí) 現(xiàn) 了 工 作 地 的 自 主 管理 。 信 息 塔 具 有 語 音 、 文 本 和 視 像 等 通 訊 功 能 。 與 生 產(chǎn) 計(jì) 劃 調(diào) 度 系 統(tǒng) 聯(lián) 網(wǎng) ， 下 載 工 作 指 令 和加 工 程 序 。 工 件 試 切 時(shí) ， 可 在 屏 幕 上 觀 察 加 工 過 程 。 信 息 塔 實(shí) 時(shí) 反 映 機(jī) 床 工 作 狀 態(tài) 和 加 工 進(jìn)大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 中文文獻(xiàn) - 2 -度 ， 并 可 以 通 過 手 機(jī) 查 詢 。 信 息 塔 同 時(shí) 進(jìn) 行 工 作 地 數(shù) 據(jù) 統(tǒng) 計(jì) 分 析 和 刀 具 壽 命 管 理 ， 以 及 故 障報(bào) 警 顯 示 、 在 線 幫 助 排 除 。 機(jī) 床 操 作 權(quán) 限 需 經(jīng) 指 紋 確 認(rèn) 。 5、 機(jī) 床 的 智 能 化 -測(cè) 量 、 監(jiān) 控 和 補(bǔ) 償 機(jī) 床 智 能 化 包 括 在 線 測(cè) 量 、 監(jiān) 控 和 補(bǔ) 償 。 數(shù) 控 機(jī) 床 的 位 置 檢 測(cè) 及 其 閉 環(huán) 控 制 就 是 簡(jiǎn) 單 的應(yīng) 用 案 例 。 為 了 進(jìn) 一 步 提 高 加 工 精 度 ， 機(jī) 床 的 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 精 度 和 刀 頭 點(diǎn) 的 空 間 位 置 ， 可 以 通 過球 桿 儀 和 激 光 測(cè) 量 后 ， 輸 入 數(shù) 控 系 統(tǒng) 加 以 補(bǔ) 償 。 未 來 的 數(shù) 控 機(jī) 床 將 會(huì) 配 備 各 種 微 型 傳 感 器 ，以 監(jiān) 控 切 削 力 、 振 動(dòng) 、 熱 變 形 等 所 產(chǎn) 生 的 誤 差 ， 并 自 動(dòng) 加 以 補(bǔ) 償 或 調(diào) 整 機(jī) 床 工 作 狀 態(tài) ， 以 提高 機(jī) 床 的 工 作 精 度 和 穩(wěn) 定 性 。 6、 機(jī) 床 的 微 型 化 隨 著 納 米 技 術(shù) 和 微 機(jī) 電 系 統(tǒng) 的 迅 速 進(jìn) 展 ， 開 發(fā) 加 工 微 型 零 件 的 機(jī) 床 已 經(jīng) 提 到 日 程 上 來 了。 微 型 機(jī) 床 同 時(shí) 具 有 高 速 和 精 密 的 特 點(diǎn) ， 最 小 的 微 型 機(jī) 床 可 以 放 在 掌 心 之 中 ， 一 個(gè) 微 型 工 廠可 以 放 在 手 提 箱 中 。 操 作 者 通 過 手 柄 和 監(jiān) 視 屏 幕 控 制 整 個(gè) 工 廠 的 運(yùn) 作 。 7、 新 的 并 聯(lián) 機(jī) 構(gòu) 原 理 傳 統(tǒng) 機(jī) 床 是 按 笛 卡 爾 坐 標(biāo) 將 沿 3 個(gè) 坐 標(biāo) 軸 線 的 移 動(dòng) X、 Y、 Z 和 繞 3 個(gè) 坐 標(biāo) 軸 線 轉(zhuǎn) 動(dòng) A、 B、 C 依 次 串 聯(lián) 疊 加 ， 形 成 所 需 的 刀 具 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 。 并 聯(lián) 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 床 是 采 用 各 種 類 型 的 桿 機(jī) 構(gòu)在 空 間 移 轉(zhuǎn) 主 軸 部 件 ， 形 成 所 需 的 刀 具 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 。 并 聯(lián) 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 床 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 緊 湊 、 剛 度 高、 動(dòng) 態(tài) 性 能 好 等 一 系 列 優(yōu) 點(diǎn) ， 應(yīng) 用 前 景 廣 闊 。 8、 新 的 工 藝 過 程 除 了 金 屬 切 削 和 鍛 壓 成 形 外 ， 新 的 加 工 工 藝 方 法 和 過 程 層 出 不 窮 ， 機(jī) 床 的 概 念 正 在 變 化。 激 光 加 工 領(lǐng) 域 日 益 擴(kuò) 大 ， 除 激 光 切 割 、 激 光 焊 接 外 ， 激 光 孔 加 工 、 激 光 三 維 加 工 、 激 光 熱處 理 、 激 光 直 接 金 屬 制 造 等 應(yīng) 用 日 益 廣 泛 。 電 加 工 、 超 聲 波 加 工 、 疊 層 銑 削 、 快 速 成 型 技 術(shù)、 三 維 打 印 技 術(shù) 各 顯 神 通 。 9、 新 結(jié) 構(gòu) 和 新 材 料 機(jī) 床 高 速 化 和 精 密 化 要 求 機(jī) 床 的 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 化 和 輕 量 化 ， 以 減 少 機(jī) 床 部 件 運(yùn) 動(dòng) 慣 量 對(duì) 加 工 精度 的 負(fù) 面 影 響 ， 大 幅 度 提 高 機(jī) 床 的 動(dòng) 態(tài) 性 能 。 例 如 ， 借 助 有 限 元 分 析 對(duì) 機(jī) 床 構(gòu) 件 進(jìn) 行 拓 撲 優(yōu)化 ， 設(shè) 計(jì) 箱 中 箱 結(jié) 構(gòu) ， 以 及 采 用 空 心 焊 接 結(jié) 構(gòu) 或 鉛 合 金 材 料 已 經(jīng) 開 始 從 實(shí) 驗(yàn) 室 走 向 實(shí) 用 。 10、 新 的 設(shè) 計(jì) 方 法 和 手 段 我 國(guó) 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 和 開 發(fā) 手 段 要 盡 快 從 甩 圖 板 的 二 維 CAD 向 三 維 CAD 過 渡 。 三 維 建 模 和 仿真 是 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 的 基 礎(chǔ) ， 是 企 業(yè) 技 術(shù) 優(yōu) 勢(shì) 的 源 泉 。 在 此 三 維 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ) 上 進(jìn) 行 CAD/CAM/CAE/PDM 的 集 成 ， 加 快 新 產(chǎn) 品 的 開 發(fā) 速 度 ， 保 證 新 產(chǎn) 品 的 順 利 投 產(chǎn) ， 并 逐 步 實(shí) 現(xiàn) 產(chǎn) 品 生 命 周 期 管 理。 11、 直 接 驅(qū) 動(dòng) 技 術(shù) 在 傳 統(tǒng) 機(jī) 床 中 ， 電 動(dòng) 機(jī) 和 機(jī) 床 部 件 是 借 助 耦 合 元 件 ， 如 皮 帶 、 齒 輪 和 聯(lián) 軸 節(jié) 等 加 以 連 接， 實(shí) 現(xiàn) 部 件 所 需 的 移 動(dòng) 或 旋 轉(zhuǎn) ， 機(jī) 和 電 是 分 家 的 。 直 接 驅(qū) 動(dòng) 技 術(shù) 是 將 電 動(dòng) 機(jī) 與 機(jī) 械 部 件 集 成為 一 體 ， 成 為 機(jī) 電 一 體 化 的 功 能 部 件 ， 如 直 線 電 動(dòng) 機(jī) 、 電 主 軸 、 電 滾 珠 絲 桿 和 力 矩 電 動(dòng) 機(jī) 等。 直 接 驅(qū) 動(dòng) 技 術(shù) 簡(jiǎn) 化 了 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) ， 提 高 了 機(jī) 床 的 剛 度 和 動(dòng) 態(tài) 性 能 ， 運(yùn) 動(dòng) 速 度 和 加 工 精 度 。 12、 開 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 中文文獻(xiàn) - 3 -數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 開 放 是 大 勢(shì) 所 趨 。 目 前 開 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 有 三 種 形 式 ： 1） 全 開 放 系 統(tǒng) ， 即基 于 微 機(jī) 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 以 微 機(jī) 作 為 平 臺(tái) ， 采 用 實(shí) 時(shí) 操 作 系 統(tǒng) ， 開 發(fā) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 各 種 功 能 ， 通過 伺 服 卡 傳 送 數(shù) 據(jù) ， 控 制 坐 標(biāo) 軸 電 動(dòng) 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 。 2） 嵌 入 系 統(tǒng) ， 即 CNC+PC， CNC 控 制 坐 標(biāo)軸 電 動(dòng) 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) ， PC 作 為 人 機(jī) 界 面 和 網(wǎng) 絡(luò) 通 信 。 3） 融 合 系 統(tǒng) ， 在 CNC 的 基 礎(chǔ) 上 增 加 PC主 板 ， 提 供 鍵 盤 操 作 ， 提 高 人 機(jī) 界 面 功 能 ， 如 Siemens840Di 和 Fanuc210i。 13、 可 重 組 制 造 系 統(tǒng) 隨 著 產(chǎn) 品 更 新 換 代 速 度 的 加 快 ， 專 用 機(jī) 床 的 可 重 構(gòu) 性 和 制 造 系 統(tǒng) 的 可 重 組 性 日 益 重 要 。通 過 數(shù) 控 加 工 單 元 和 功 能 部 件 的 模 塊 化 ， 可 以 對(duì) 制 造 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 快 速 重 組 和 配 置 ， 以 適 應(yīng) 變 型產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 需 要 。 機(jī) 械 、 電 氣 和 電 子 、 液 和 氣 、 以 及 控 制 軟 件 的 接 口 規(guī) 范 化 和 標(biāo) 準(zhǔn) 化 是 實(shí) 現(xiàn)可 重 組 性 的 關(guān) 鍵 。 14、 虛 擬 機(jī) 床 和 虛 擬 制 造 為 了 加 快 新 機(jī) 床 的 開 發(fā) 速 度 和 質(zhì) 量 ， 在 設(shè) 計(jì) 階 段 借 助 虛 擬 現(xiàn) 實(shí) 技 術(shù) ， 可 以 在 機(jī) 床 還 沒 有制 造 出 來 以 前 ， 就 能 夠 評(píng) 價(jià) 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 的 正 確 性 和 使 用 性 能 ， 在 早 期 發(fā) 現(xiàn) 設(shè) 計(jì) 過 程 的 各 種 失 誤， 減 少 損 失 ， 提 高 新 機(jī) 床 開 發(fā) 的 質(zhì) 量 。重 點(diǎn) 發(fā) 展 范 圍１ 、 高 速 、 精 密 數(shù) 控 車 床 ， 車 削 中 心 類 及 四 軸 以 上 聯(lián) 動(dòng) 的 復(fù) 合 加 工 機(jī) 床 。 主 要 滿 足 航 天 、航 空 、 儀 器 、 儀 表 、 電 子 信 息 和 生 物 工 程 等 產(chǎn) 業(yè) 的 需 要 。２ 、 高 速 、 高 精 度 數(shù) 控 銑 鏜 床 及 高 速 、 高 精 度 立 臥 式 加 工 中 心 。 主 要 滿 足 汽 車 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 缸體 缸 蓋 及 航 天 航 空 、 高 新 技 術(shù) 等 行 業(yè) 大 型 復(fù) 雜 結(jié) 構(gòu) 支 架 、 殼 體 、 箱 體 、 輕 金 屬 材 料 零 件 和 精密 零 件 加 工 需 求 。３ 、 重 型 、 超 重 型 數(shù) 控 機(jī) 床 類 ： 數(shù) 控 落 地 銑 鏜 床 、 重 型 數(shù) 控 龍 門 鏜 銑 床 和 龍 門 加 工 中 心 、重 型 數(shù) 控 臥 式 車 床 及 立 式 車 床 ， 數(shù) 控 重 型 滾 齒 機(jī) 等 ， 該 類 產(chǎn) 品 滿 足 能 源 、 航 天 航 空 、 軍 工 、艦 船 主 機(jī) 制 造 、 重 型 機(jī) 械 制 造 、 大 型 模 具 加 工 、 汽 輪 機(jī) 缸 體 等 行 業(yè) 零 件 加 工 需 求 。４ 、 數(shù) 控 磨 床 類 ： 數(shù) 控 超 精 密 磨 床 、 高 速 高 精 度 曲 軸 磨 床 和 凸 輪 軸 磨 床 、 各 類 高 精 高 速專 用 磨 床 等 ， 滿 足 精 密 超 精 密 加 工 需 求 。５ 、 數(shù) 控 電 加 工 機(jī) 床 類 ： 大 型 精 密 數(shù) 控 電 火 花 成 形 機(jī) 床 、 數(shù) 控 低 速 走 絲 電 火 花 切 割 機(jī) 床 、精 密 小 孔 電 加 工 機(jī) 床 等 ， 主 要 滿 足 大 型 和 精 密 模 具 加 工 、 精 密 零 件 加 工 、 錐 孔 或 異 型 孔 加 工及 航 天 、 航 空 等 行 業(yè) 的 特 殊 需 求 。６ 、 數(shù) 控 金 屬 成 形 機(jī) 床 類 （ 鍛 壓 設(shè) 備 ） ： 數(shù) 控 高 速 精 密 板 材 沖 壓 設(shè) 備 、 激 光 切 割 復(fù) 合 機(jī) 、數(shù) 控 強(qiáng) 力 旋 壓 機(jī) 等 ， 主 要 滿 足 汽 車 、 摩 托 車 、 電 子 信 息 產(chǎn) 業(yè) 、 家 電 等 行 業(yè) 板 金 批 量 高 效 生 產(chǎn)需 求 及 汽 車 輪 轂 及 軍 工 行 業(yè) 各 種 薄 壁 、 高 強(qiáng) 度 、 高 精 度 回 轉(zhuǎn) 型 零 件 加 工 需 求 。７ 、 數(shù) 控 專 用 機(jī) 床 及 生 產(chǎn) 線 ： 柔 性 加 工 自 動(dòng) 生 產(chǎn) 線 （ Ｆ Ｍ Ｓ ╱ Ｆ Ｍ Ｃ ） 及 各 種 專 用 數(shù)控 機(jī) 床 ， 該 類 生 產(chǎn) 線 是 針 對(duì) 汽 車 、 家 電 等 行 業(yè) 加 工 缸 體 、 缸 蓋 、 變 速 箱 箱 體 等 及 多 品 種 變 批量 殼 體 、 箱 體 類 零 件 加 工 需 求 。