充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 摘 要 在現有的三坐標聯動數控機床的工作臺上再增加一個具有兩個旋轉自由度的數控回轉工作臺，將其安裝在原有的工作臺上，與原有的工作臺成為一個整體，成為一個多自由度的回轉工作臺，即雙回轉數控工作臺。再通過對數控系統的升級（不屬于此題范疇），使該機床成為五坐標聯動的數控機床。這樣的雙回轉數控工作臺不僅可以沿 X、 Y、 Z 方向作平行移動，在 A、 B 兩軸能同時運動，且能隨時停止，在 A 軸上能夠在一定角度內連續旋轉，在 B 軸上可以做 360 度的連續旋轉。不僅可以加工簡單的直線、斜線、圓弧，還可適應更復雜的曲面和球形零件的加工 。 關鍵詞 ： 數控，回轉工作臺，五坐標聯動，雙回轉，機床 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 ABSTRACT At current three sit the mark connect the number that move the work on the stage controls the machine bed increases a number for having two revolve free degree controls the turn-over work set, will its gearing is in the original work on the stage, with originally possessed of the work set becomes a the whole, becoming the turn-over work set of a many free degrees, namely the double turns round the number controls the work set. Pass again the grade creep( do not belong to this category) that logarithms control system, make the machines bed become five sit the mark connect the dynamic number controls the machine bed. Such a turn-over number controls the work set can not only make the parallel ambulation along the X, Y, the direction of Z, continuing to revolve in A, B two stalks can at the same time exercise, and can at any time stop, on the A stalk can in the certain angle, canning the 360 degrees of revolving continuously on the B stalk. Can not only process the simple straight line, oblique line, arc, can but also adapt to the more complicated curved face to processes with the spheroid spare parts. Key words： The numeric controls, Turning round the work set, Five sit the mark； Connect to move, The double turns round, Machine bed 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 第 1 章 緒 論 .1 1.1 本課題的研究范圍及 應解決的主要問題 . 1 1.2 本課題的研究目的和現實意義 . . 1 1.3 國內外現有數控發展狀況 . 2 1.4 當代數控發展的主要趨勢 . 3 1.4.1 基于 PC 的開放式數控系統已得到廣泛認可，具有強大的生命力 . 5 1.4.2 全數字化是未來數控系統發展的必然趨勢 . . 6 1.4.3 多通道軟件體系結構是適 應整合數控機床的不二選擇 . . 6 1.4.4 網絡化功能已從單一的數據傳輸向網絡監控、維護與管理方向發展 . . 7 1.4.5 高速高精度控制是數控技術發展的永恒主題 . . 8 1.4.6 智能化控制是提高數控加工效率的有效手段 . . 10 1.4.7 CAD/CAM 與 CNC 的集成已成為擴展數控系統功能的重要途徑 . 10 1.5 數控機床的升級（五軸聯動） . 11 第 2 章 電動機的選擇與控制 .12 2.1 步進電動機的特點與種類 . 12 2.1.1 步進電動機的特點 . 12 2.1.2 步進電動機的種類 . 13 2.2 步進電動機的選擇 . 14 2.3 步進電動機的控制 . 14 2.3.1 步進電動機的速度控制 . 14 2.3.2 步進電動機的點 位控制 . 21 2.3.3 步進電動機的加減速控制 . 22 第 3 章 工作臺方案的選定 .24 3.1 分度工作臺 . 24 3.2 數控回轉工作臺 . 26 3.2.1 開環數控轉臺 . 26 3.2.2 閉環數控回轉工作臺 . 27 3.3 雙螺距蝸桿傳動 . 28 第 4 章 雙回轉數控工作臺結構設計 .30 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第 5 章 蝸輪蝸桿設計計算 .34 5.1 蝸桿傳動輸入參數 . 34 5.2 接觸疲勞強度計算 . 34 5.3 確定蝸輪蝸桿主要尺寸 . 36 5.4 蝸桿的傳動效率 . 37 5.5 蝸桿蝸輪的精度等級的選擇 . 38 5.6 蝸桿傳動的熱平衡計算 . 38 第 6 章 齒輪設計計算 .39 6.1 齒輪設計輸入參數 . 39 6.2 齒 輪傳動結構形式和布置形式 . 39 6.3 材料及熱處理 . 39 6.4 齒輪基本參數 . 40 6.5 齒面接觸疲勞強度的校核 . 43 6.6 齒根彎曲強度的校核 . 44 第 7 章 控制系統的設計 .46 7.1 單片機 . 46 7.2 擴展數據存儲器 . 48 7.3 鍵盤及顯示電路的設計 . 49 7.4 越界報警電路設計 . 49 7.5 環形分配器的選用 . 50 7.6 驅動電路的設計 . 50 7.7 電源電路設計 . 51 7.8 程序設 計 . 53 第 8 章 誤差補償分析 .60 8.1 成型運動誤差補償概述 . 61 8.2 基本運動形式的軟件補償 . 63 8 2 1 直線運動的數控指令修正 . 64 8 2 2 圓弧運動的數控指令修正 . 65 第 9 章 進給系統精度分析 .66 9.1 直線軌跡 . 69 9.2 圓弧軌跡 . 70 第 10 章 結 論 .72 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 參考文獻 .73 英文原文： .74 中文譯文： .79 致 謝 .83 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 第 1 章 緒 論 1.1 本課題的研究范圍及 應解決的主要問題 隨著科學技術的迅速發展，機械產品的形狀和結構不斷地改進，這就要求機床設備具有較好的通用性和較大的靈活性，以適用生產對象頻繁變化的需要。特別是對于航天航空等部門中的加工批量不大、生產周期要求短、改型頻繁、形狀復雜、精度要求又很高的這類零件的加工，三坐標聯動數控機床在這方面起了舉足輕重的作用。但是隨著高精尖技術要求的不斷提高，三坐標聯動機床已經不能滿足要求。而五坐標聯動機床就能滿足這些要求。 采用 5軸聯動對三維曲 面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為， 1 臺 5 軸聯動機床的效率可以等于 2臺 3 軸聯動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時， 5軸聯動加工可比 3 軸聯動加工發揮更高的效益。 在現有的三坐標聯動的數控機床的工作臺上，增加一個旋轉工作臺（一臺帶有兩個旋轉自由度的數控回轉工作臺），在通過對數控系統的升級改造（不屬于此設計范圍）使該機床成為五坐標聯動的數控機床 . 1.2 本課題的研究目的和現實意義 . 裝備工業的技術水平和現代化程度決定著整個國 民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業（如信息技術及其產業、生物技術及其產業、航空、航天等國防工業產業）的使能技術和最基本的裝備。而數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。總之，大力發展以數控技術 為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 而 5 軸聯動加工又是數控技術發展的重中之重，采用 5軸聯動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為， 1臺 5軸聯動機床的效率可以等于 2臺 3 軸聯動機床，特別是使充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時， 5 軸聯動加工可比 3 軸聯動加工發揮更高的效益。但過去因 5 軸聯動數控系統、主機結構復雜等原因，其價格要比 3 軸聯動數控機床高出數倍，加之編程技術難度較大，制約了 5 軸聯 動機床的發展 . 當前由于電主軸的出現，使得實現 5 軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型 5 軸聯動機床和復合加工機床（含 5面加工機床）的發展。在 EMO2001 展會上，新日本工機的 5 面加工機床采用復合主軸頭，可實現 4 個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5軸加工可在同一臺機床上實現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國 DMG 公司展出 DMUVOUTION系列加工中心，可在一次裝夾下 5面加工和 5軸聯動加工，可由 CNC 系統控制或 CAD/CAM 直接或間接控制。 1.3 國內外現有數控發展狀況 我國數控系統分為 3 種型級，即經濟型、普及型和高級型。這是根據我國當前市場需求的實際情況，按技術應用不同領域和復雜程度進行的階段性標準來劃分的。在經濟型數控系統中，我們具有很大優勢，在當前每年數千臺經濟型數控車床和電加工機床的市場上，國產數控系統是“一花獨秀” (其中有 10%左右的是合資企業產品 )。在普及型數控系統的市場中，我們正在取得進展。進入 90 年代以來，我國數控系統的各方面研究力量在集中優勢、突破關鍵、以我為主、發展產業的原則基礎上，逐步形成了以航 天數控集團、機電集團、華中數控、藍天數控等以生產普及型數控系統為主的國有企業，以及北京 法那科、西門子數控 (南京 )有限公司等合資企業的基本力量。當然，擁有我國自主版權的數控系統在市場開拓上仍要盡更大的力量。技術狀況 80 年代以來，國家對數控機床的發展十分重視，經歷了“六五”、“七五”期間的消化吸收引進技術，“八五”期間科技攻關開發自主版權數控系統 2 個階段，已為數控機床的產業化奠定了良好基礎，并取得了長足的進步。“九五”期間數控機床發展已進入實現產業化階段。數控機床新開發品種 300 個，已有一定的覆蓋面。新開發的 國產數控機床產品大部分達到國際 80年代中期水平，部分達到 90年代水平，為國家重點建設提供了一批高水平數控機床。在技術上也取得了突破，如高速主軸制造技術 (12 000 r/min 18 000 r/min)、快速進給 (60 m/min)、快速換刀 (1.5 s)、柔性制造、快速成形制造技術等為下一步國產數控機床的發展充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 奠定的基礎。當前，我國數控系統正處在由研究開發階段向推廣應用階段過渡的關鍵時期，也是由封閉型系統向開放型系統過渡的時期。從生產規模上看，已有像航天數控集團、華中數控系統有限公司、北京機床研究所等可實 現批量生產的產業化基地。 我國數控系統在技術上已趨于成熟，在重大關鍵技術上 (包括核心技術 )，已達到國外先進水平。目前，已新開發出數控系統 80 種。自“七五”以來，國家一直把數控系統的發展作為重中之重來支持，現已開發出具有中國版權的數控系統，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關鍵技術。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標聯動技術對我們已不再是難題， 0.1 m 當量的超精密數控系統、數控仿形系統、非圓齒輪加工系統、高速進給數控系統、實時多任務操作系統都已研制成功。尤其是基于 PC 機的開放式智能化數控系統，可 實施多軸控制，具備聯網進線等功能，既可作為獨立產品，又是一代開放式的開發平臺，為機床廠及軟件開發商二次開發創造了條件。特別重要的是，我國數控系統的可靠性已有很大提高， MPBF 值可以在 15 000 h 以上。同時大部分數控機床配套產品已能國內生產，自我配套率超過 60%。這些成果為中國數控系統的自行開發和生產奠定了基礎。 1.4 當代數控發展的主要趨勢 數控車床又稱數字控制（ Numbercal control,簡稱 NC）機床。它是 20世紀 50 年代初發展起來的一種自動控制機床，而數控車床是其中的一類實用性很強的機床形式。 數控車床是基于數字控制的。數控機床，就是采用了數控技術的機床。是一個裝有程序控制系統的機床，該統能夠邏輯地處理具有使用號碼，或其他符號編碼指令規定的程序。此種程序控制系統，即數控系統。 數控系統是一種控制系統，它自動閱讀輸入載體上事先給定的數字值，并將其譯碼，從而使機床動作和加工零件。 數控機床的組成：主機，CNC,驅動裝置，數控機床的輔助裝置，編程機及其他一些附屬設備。 1）主機 主機是數控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械部分。根據不同的零件加工要求，有車床、銑床、鉆床、鏜床、磨床、重型機床、電 加工機床及其它類型 。與普通機床不同的是，數控機床的主機結構上具有以下特點：由于大多數數控機床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統，因此，數控機床的機械傳動結構得到了簡化。為了適應數控機床連續地自動化加工，數控機床機械結構具有較高的動態剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。更多地采用高效傳動部件，如滾珠絲杠副，直線滾動導軌等。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2） CNC 裝置 這是數控機床的核心。用于實現輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能。現代數控機床的數控裝置都具有下面一些功能。 21世紀 的數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。 為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產業化生產存在的問題。目前許多國家對開放式數控系統進行研究，如美國 的 NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、歐共體的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的 ONC(Open Numerical Control System)等。數控系統開放化已經成為數控系統的未來之路。所謂開放式數控系統就是數控系統的開發可 以在統一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統中，快速實現不同品種、不同檔次的開放式數控系統，形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開發工具等是當前研究的核心。 網絡化數控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的需求，也是實現新的制造模式如敏 捷制造、虛擬企業、全球制造的基礎單元。國內外一些著名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關的新概念和樣機，如在 EMO2001 展中，日本山崎馬扎克（ Mazak） 公司展出的“CyberProduction Center” （智能生產控制中心，簡稱 CPC） ；日本大隈（ Okuma）機床公司展出 “IT plaza” （信息技術廣場，簡稱 IT 廣場 ） ；德國西門子 (Siemens)公司展出的 Open Manufacturing Environment（開放制造環境，簡稱 OME）等，反映了數控機床加工向網絡化方向發展的趨 勢。 數控機床 (系統 )作為現代制造系統的關鍵基礎單元，其功能的強弱和充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 性能的好壞決定著上述制造模式的成敗。為適應日益復雜的制造過程，數控技術正在發生根本性變革。在體系結構方面，數控系統已基本上實現由專用型封閉式結構模式向通用型開放式結構模式的轉型，并向基于 PC 的全數字化體系結構發展；在網絡化基礎上，數控系統可方便地與 CAD/CAM 集成為一體， 數控機床 的聯網運行，使得車間網絡化監控、維護與管理變成了現實；在數控系統的高速、高精、高效控制方面，也采取了很多措施，如高速下的平滑控制算法、提高系統的快速響應能力、提高反饋和控制環節的數據分辨率等，獲得了不錯的效果；在智能化控制方面，通過采樣加工過程中影響產品加工質量的 外部變量，實現了加工參數的自動修正、調節與補償，有效提高了 CNC 的工作效率。 本文結合近兩年來作者所在國家數控系統工程技術研究中心和武漢華中數控股份有限公司參觀漢諾威EMO2005 和芝加哥 IMTS2006 的觀感，以及我們長期以來對數控技術發展動態的關注，對上述數控技術的發展趨向作一探討。 數控系統體系結構向基于 PC 的全數字化開放體系結構方向發展 。 1.4.1 基于 PC的開放式數控系統已得到廣泛認可，具有強大的生命力 . 從兩次機床展上可以看到，著名廠商的高檔數控系統都以基于 PC 的開放數控系統為主流 . SINUMERIK 840Di sl 是基于 PC 的數控系統，其軟件系統 MMC(人機通信 )軟件系統、 NC(數字控制 )軟件系統、 PLC(可編程邏輯控制 )軟件系統和通信及驅動接口軟件 中的 MMC 軟件系統采用 Windows NT 或 XP 操作系統。機床制造商可以按照自己的特殊操作方式和理念，利用 Windows 技術改變人機界面 (HMI)。其開放式系統理念的一個重要特點是，可以在數控核心部分，使用標準的開發工具對用戶指定的系統循環和功能宏進行調整 . FANUC 16i/18i/21i/30i 系列是具有網絡功能的超小型、超薄型高檔CNC 系統， 其硬件結構采用 CNC 內建 PC 型式， NC 卡完成高實時性要求的數控運算和 PLC 控制功能， PC 完成操作界面、編程、數據管理、網絡等相對弱實時性要求功能。操作系統采用 Windows 2000/XP 或 Windows CE。備有C 語言執行程序、嵌入式宏執行程序等各類功能。 CNC 系統與主計算機的連接接口采用高速串行總線 (HSSB)。 FANUC 300i/310i/320i系列采用 Windows CE 作為操作系統，并提供動態鏈接庫函數供用戶二次開發 . HEIDENHAIN 公司推出的最新一代 TNC 控制器 iTNC 530 采用全 新的微處理器結構，具有非常強大的計算能力，可控制 12軸，控制器本身包含主機單元和控制單元兩個部分。主機單元采用 Intel 處理器以及 AGP 圖形顯充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 示卡，并帶有各類數據通信接口 (Ethernet/RS232/RS422/USB 等 )，是典型的基于 PC 的系統 . FAGOR 公司最高檔數控系統 CNC8070 是 CNC 技術與 PC 技術的結晶，是與 PC 兼容的數控系統，采用 Pentium CPU，可運行 WINDOWS 和 MS-DOS，可控制 16 軸 +3 電子手輪 +2主軸，可運行 VISUAL BASIC， VISUAL C+，程序段處 理時間 1ms， PLC 可達 1024 輸入點 /1024 輸出點，執行時間 1ms/1k指令，具有以太網、 CAN、 SERCOS 通訊接口，可選用 10V 模擬量接口 .能在基于 PC 的體系結構上設計出世界頂級數控系統，說明基于 PC結構的開放數控系統具有很強的生命力。 1.4.2 全數字化是未來數控系統發展的必然趨勢 . 全數字化不僅包括數控單元到伺服接口以及伺服系統內部是數字的，而且還應該包括測量單元的數字化。因此，現場總線、編碼器到伺服的數字化接口、驅動單元內部三環 (位置環、速度環及電流環 )數字化，是數控系統全數字化的重要 標志。 1) 編碼器到伺服的接口數字化也必將獲得發展 編碼器到伺服驅動的數字化接口雖然只在 Heidenhain 的系統中得以實現，但作為數字化數控系統的必要構成環節，未來將獲得更多發展。 2) 驅動單元三環全數字化是全數字化的重要內容 . 三環 (位置環 /速度環 /電流環 )數字化是全數字化的重要內容。HEIDENHAIN iTNC 530 控制單元最新的設計中集成了控制系統所有伺服控制回路 (位置環 /速度環 /電流環 )，所有伺服計算都在 DSP(數字信號處理器 )中完成。測量組件的反饋均集成在控制單元上，包含位 置反饋和速度反饋 。 1.4.3 多通道軟件體系結構是適應整合 數控機床 的不二選擇 . 針對制造業對整合 數控機床 (即融合工業機器人、影像處理系統和精密物料搬運各項功能的機械，不僅能完成通常的加工功能，而且還具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自 動誤差補償、自動診斷和聯網等功能 )的巿場需求，各著名數控系統廠紛紛將多軸 (包括多主軸 )多通道控制、軸同步控制、軸疊加控制、軸混合控制、信道協同等功能列為新的研究點。同步控制可以令不同通道的運動軸按照某種時序關系或某種條件達到同步，混合控制可讓一個軸的混合命令在各通道之間進行交換，閥加控制能把一個軸的移動命令疊加到屬于另一通道的另一個軸上去 .如 Fanuc 30i系統，具有 10 通道，八根主軸，可控進給軸數達 32根，可聯動控制進給軸數達 24 個，能同時運行十個獨立的數控加工程序，具有軸同步、混合、充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 疊加控制等功能。基 于此系統， FANUC 公司推出了四個搬運機器人、一套天車輸送線、外加兩部六腿切削加工機器人的整合加工系統。整個系統動作協調、有序，銜接順暢，體現了典型的多通道數控系統的特徵 . 1.4.4 網絡化功能已從單一的數據傳輸向網絡監控、維護與管理方向發展 . 1) 以太網接口已成為數控系統與外部計算機聯網通訊的主要選擇，零件程序等數據文件的快速網絡傳輸已成為數控系統的基本功能 .著名系統廠的數控系統均具備強大的網絡功能，并將以太網接口作為數控系統的基本配置或選擇配置，實現與外部計算機的聯網通訊。 SIEMENS 840D 采用 SINDNC 軟件模塊可將 SINUMERIK 系統快速、簡單和經濟地添加到標準的以太網網絡中，并與 Windows PC 和 UNIX 工作站之間建立穩定的連接，還可以使用標準 CF 卡進行程序與數據的傳輸。集成的以太網功能保證了數控系統文檔與計算機之間的快速傳輸，其滿量程的傳輸速率是標準串行口的 100 倍 . FANUC 16i/18i/21i/30i 系列 CNC 系統與企業主計算機之間的接口協議采用 DNC1 或 DNC2。 DNC1 是 FANUC 自行開發的實現 CNC 與主計算機之間傳送數據信息的一種通訊協議及通訊指令庫，一臺計算機 可連 16 臺 CNC機床。 DNC2 功能與 DNC1 基本相同，但通訊協議不同，用的是歐洲常用的LSV2 協議，一臺計算機可連 8臺 CNC 機床，通訊速率最快為 19Kb/秒。此外， FANUC 系統還提供了兩種以太網口： PCMCIA 卡和內埋的以太網板。PCMCIA 局域網卡可臨時插入顯示裝置側的插槽，用于連接 PC 機，傳送數據，調整機床參數或作一些維護，用完后即可拔下；高速以太網板 (100 Mbps)是裝在 CNC 系統內部的，因此可長期與主機連結，用于傳輸零件程序和檢查機床工作狀態 . HEIDENHAIN iTNC530 所配備的 “ 高 速以太網 ” 通訊接口能以100Mbit/s 的速率傳輸程序數據。 Rexroth 公司的數控系統在各個層面上采用通用通訊機制：外部計算機級，基于工業 PC 的開放式體系結構，提供了簡單有效的外圍計算機通訊方法，如以太網 TCP/IP， OPC 以及 COM/DCOM 的 Windows 訪問機制； HMI 級基于 Windows XP或 Windows CE.NET等操作系統，使用如 Microsoft network等標準網絡，輕松實現數據交換； I/O級使用諸如 PROFIBUS-DP或 DeviceNet等世界通用標準，連接傳感器等 I/O 設 備；驅動級使用諸如 SERCOS 等國際標準接口，以獲得高的動態特性和精度。 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 2) 加工過程的網絡監控允許對整個工廠進行網絡管理，遠程網絡服務使系統廠和用戶雙雙受益 ,數控系統有了網絡功能后，可方便實現其網絡監控、維護與管理。 SIEMENS 基于 internet 的 “ePS”( 電子產品服務 )軟件方案，可以通過互聯網訪問 Sinumerik 810D/840D/840Di 控制系統，通過其CM(Condition Monitoring 狀態監控 )系統在線連續監控數控系統的軸狀態、 PLC 狀態等，并評估機床狀況、分析相 關的機床參數，實現遠程診斷、維修服務，防止早期故障引起的意外停機，減少檢修停工期，增強可靠性，提升機床有效性，提高生產率，降低維護費用。 FANUC 系統通過高速以太網板，實現對機床側運行狀態實時的集中監控；通過工廠網絡， CNC 可同時連接到機床和辦公室，這種連接允許對整個工廠進行管理，以提高生產率；通過互聯網，在工廠外或家里，亦可遠程監控機床工作狀態；使用機床遠程診斷軟件包，機床制造商能方便地構建遠程機床維護系統，不用去現場即可檢查故障 (問題 )產生的原因 (狀況 ),減少停機時間，機床制造商還可提高服務效率。 FANUC 通過運行于 PC 上CIMPLICITY i CELL 軟件包，可實現多臺聯網 CNC 的管理 . 1.4.5 高速高精度控制是數控技術發展的永恒主題 . 1) 高速、高精度已成為高檔 數控機床 的主要特 征 . 速度和精度是 數控機床 的兩個重要指標， 它直接關系到加工效率和產品質量。高速、高精度 數控機床 是多品種、變批量加工環境下保持高效與柔性統一的必要工具。為此，國際知名 數控機床 和系統制造商從未停止對高速高精度控制的追求。 在速度方面，目前 數控機床 運動的加速度已提高到 2 3g，快速移動速度提高到 150 200m/min。在這些高速高精度 數控機床 中，有一部分是利用直接驅動技術，但隨著滾珠絲杠技術的發展，大導程高精度的滾珠絲杠也已大量應用到高速高精度 數控機床 中，實現了加速度 1 1.5g，快速移動速度 120 150m/min。為了能夠優化金屬切削的加工過程，現代化的加工將越來越多地采用高性能切削 (High Performance Cutting)。 HPC 技術不僅要求提高切削速度 (即提高主軸轉速 )，而且要求提高刀具的進給速度。目前生產效率低的問題，不單在于刀具的切削速度低，也不單在于刀具的進給速度低，而在于針對給定的材料和其它條件，如何將刀具切削速度和進給速度有機地結合起來，以實現高性能切削 (HPC)。除了從軟的方面得到高性能切削外，人們還從硬的方面追求高速切削 (HSC)，如提高刀具的充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 切削硬度，提高機床主軸的旋轉速度，尤其是提高機床主軸在高速下的切削功率和旋轉扭矩，這些指標對生產過程的經濟性也有著舉足輕重的影響，它可以使金屬切削加工更快、更好、更經濟。 在精度方面，精密 數控機床 的機械加工精度已從道級 (0.01mm)提升到微米級 (0.001mm)。超精密 數控機床 的微細切削和磨削加工精度可穩定達0.05m 左右，形狀精度可達 0.01m 左右。 數控機床 的高速、高精要求，對數控系統的高速高精控制算法、高速高精動態特性控制技術等提出了更高的要求。 2) 數控系統高速、高精度控制的主要措施 . 各著名數控系統廠商 對高速高精性能的追求始終是堅持不懈的，根據自身特點，各自采取了提高高速高精性能的各種措施 . FANUC 公司 FANUC 公司一直走在數控技術的前沿，并不斷提出新的概念來引導數控技術的發展，除納米插補，納米 CNC 系統等概念外，在高速高精方面又推出了以下較新的技術 :HRV(高響應矢量 )4 控制技術 . HRV4 繼承并發展了 HRV3 的優點，是納米數控系統高速高精伺服控制，并可減少電機發熱。其特點為：在任何時刻，均采用納米層次的位置 指令；超高速伺服控制處理器； ai 高分辨率的脈沖編碼器 (16 million/rev)；防止機械振顫的 HRV 濾波器 . MTC(Machine Tip Control):為了控制機床在加工點處的振顫， FANUC研究了機床頂部控制 (MTC)和加速率傳感單元用于檢測加工點處的加速率。采用 MTC 后可明顯減小機床振顫。 反向間隙加速功能 :由于存在反向間隙，在高速加工時會導致響應滯后，引起象限尖峰，并影響加工精度。采用反向間隙加速功能后將顯著改善象限尖峰，提高加工精度 . MPC(Machining Point Control加工點控制 ):采用 MPC 功能，可在加工點處抑止振顫，獲得更高的加工精度 . SIEMENS 公司 : 西門子公司對高速高精度位置控制的本質有著精辟的理解：通過避免機床振顫來優化工件表面的加工質量；通過增加對加加速度控制能力，提高機床動態響應能力；通過增加加速度提高加工速度等。 HEIDENHAIN 公司 : 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 號稱在歐洲數控系統銷售第一的 HEIDENHAIN 公司，由于多年來從事精密模具加工，對加工速度及精度的提升有著深刻、獨到的見解。 HEIDENHAIN公司研究了不同分辨率的碼盤對扭矩脈動的影響，并提出了使用高分辨率的編碼器有利于減小轉矩脈動的影響。另外， HEIDENHAIN 還對機床 運行時間和絲杠溫升變形規律進行研究。 綜上所述，各數控系統廠商對高速高精度控制的理解基本上是相同的，而且對動態精度的提高非常重視，所采取的主要措施體現在以下方面 . 1) 高速下的平滑控制 . 通過對運動速度、加速度、加加速度的優化，減少機床振顫，使加工更加平穩 ,獲得更高的加工表面質量。如 HEIDENHAIN 采用高分辨率的反饋器件減小轉矩脈動， FANUC 利用 MPC 技術減少機床振顫 . 2) 提高系統的快速響應能力 . 提高系統的快速響應能力不僅是高速加工的前提，也是保證精度的有利措施。如 FANUC 采用 HRV4，反 向間隙加速等方式減少因響應滯后帶來的誤差 . 3) 提高數據分辨率 . 以納米級的分辨率參與到各個環節，如： FANUC 系統的納米插補技術。 1.4.6 智能化控制是提高數控加工效率的有效手段 . 由于數控加工過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，為實現加工過程的多目標優化， 數控機床 應能根據切削條件 的變化，基于多信息融合下的重構優化、智能決策，實時動態調節工作參數，使加工過程能保持最佳工作狀態，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設備的生產效率 . 在芝加哥 IMTS2006 上，加拿大英屬哥倫比亞大學 Yusuf Altintas 教授展示的切削參數優化系統，采用現代測試技術檢測機床的各項運行參數和動態參數，并結合 CAD/CAM 技術，經過優 化計算，合理地將刀具參數、機床參數以及被加工材料性能參數結合起來，得到刀具軌跡和運行參數，極大地提高了切削加工的效率和刀具的使用壽命。據介紹北美幾大飛機制造企業和汽車企業應用了他的智能切削系統后，平均切削效率提高了 8倍，平均刀具壽命提高了 20倍 . 1.4.7 CAD/CAM 與 CNC 的集成已成為擴展數控系統功能的重要途徑 . 國際主流數控系統廠商在研制最新數控系統的同時， 都非常注重對充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 CAD/CAM/CNC 集成技術的開發，并明確的將圖形化、集成式的編程系統作為擴展數控系統功能、提高數控系統人機交互方式友好性的重要途徑。SIEMENS 的 Shop Turn、 Shop Mill 車間級集成式編程系統， FANUC 公司的集成式編程系統， HEIDENHAIN 公司的對話框式集成編程系統等，都已成為各公司歷次展會宣傳的重點 . 總之 ,高檔數控系統是實現制造技術 和裝備現代化的基石，是保證國防工業和高技術產業發展的戰略物資，工業發達國家至今仍限制向中國出口。目前，國產高檔數控系統的發展及產業化速度已經嚴重制約了自主高端數字化裝備的研制，在航空航天、船舶、發電設備、軌道交通等所需的大型專用 數控機床 及工藝裝備基本依賴進口，已嚴重威脅到國民經濟建設和國防安全，加快高檔數控系統的研究與產業化迫在眉睫。 1.5 數控機床的升級（五軸聯動） 我國現有數控機床主要以經濟型數控系統和數控機床為主，只適應于形狀簡單的直線，斜線等類零件加工，對于那種復雜的型面卻只能用手動加工，這對于產品多樣化和產品更新可以及效率高的年代已經不再適應。 為適應生產的發展，必須對現有的機床進行升級。在我國，從經濟和技術角度出發，對數控機床的升級主要是對機床的性能和功能方面的增加。在現有的 3 軸聯動機床的工作臺上增加一個旋轉數控工作臺（一臺帶有兩個旋轉自由度的數控回轉工作臺），再通過對數控系統的升級改造使該機床成為五軸聯動的數控機床。 設原鏜床旋轉刀具的軸線為 Z 軸，水平方 向平行于工作臺裝夾面的方向為 X軸，并且與 Z軸垂直，確定了 X,Z 軸正方向后，可以根據右手螺旋定則確定 Y 軸的方向。兩個旋轉軸 A 與 X軸平行， B 與新工作臺垂直，他們的原點都在 Y 軸上（如下圖）其中 B 軸是隨 A 軸的旋轉而隨時變化。 該數控機床的工作臺不僅可以沿 X、 Y、 Z 方向做平行移動，還可以沿A、 B 方向旋轉進給或者分度運動，升級后的數控機床，它的新工作臺可以充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 和原來的工作臺作為一個整體，既可以做 3 坐標的直線運動，還可以做繞3 坐標中的兩個做旋轉進給運動或分度，因此該機床的適應范圍很廣，不僅適合于簡單的直線，斜線，圓 弧加工外還能適應那些更復雜的曲面以及球面零件的加工。如 沈陽機床股份有限公司開發的五軸車銑中心。刀庫容量 16，數控系統： Siemens840D，可控 X、 Y、 Z、 B、 C 五個軸，具有車削中心加銑削中心的特點。上海重型機床廠開發的雙主