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什麽叫節點

數控技術,簡稱“數控”。英文:Numerical Control(NC)。是指用數字、文字和符號組成的數字指令來實現壹臺或多臺機械設備動作控制的技術。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數控的產生依賴於數據載體和二進制形式數據運算的出現。1908年,穿孔的金屬薄片互換式數據載體問世;19世紀末,以紙為數據載體並具有輔助功能的控制系統被發明;1938年,香農在美國麻省理工學院進行了數據快速運算和傳輸,奠定了現代計算機,包括計算機數字控制系統的基礎。數控技術是與機床控制密切結合發展起來的。1952年,第壹臺數控機床問世,成為世界機械工業史上壹件劃時代的事件,推動了自動化的發展。

現在,數控技術也叫計算機數控技術,目前它是采用計算機實現數字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執行對設備的控制功能。由於采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置,使輸入數據的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現,均可通過計算機軟件來完

數控技術的應用不但給傳統制造業帶來了革命性的變化,使制造業成為工業化的象征,而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大,他對國計民生的壹些重要行業(IT、汽車、輕工、醫療等)的發展起著越來越重要的作用,因為這些行業所需裝備的數字化已是現代發展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看,其主要研究熱點有以下幾個方面。

1.高速、高精加工技術及裝備的新趨勢

效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率,提高產品的質量和檔次,縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之壹,國際生產工程學會(CIRP)將其確定為21世紀的中心研究方向之壹。

在轎車工業領域,年產30萬輛的生產節拍是40秒/輛,而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之壹;在航空和宇航工業領域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差,材料為鋁或鋁合金,只有在高切削速度和切削力很小的情況下,才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯結方式拼裝,使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。

從EMO2001展會情況來看,高速加工中心進給速度可達80m/min,甚至更高,空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠,包括我國的上海通用汽車公司,已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min,快速為100m/min,加速度達2g,主軸轉速已達60000r/min。加工壹薄壁飛機零件,只用30min,而同樣的零件在壹般高速銑床加工需3h,在普通銑床加工需8h;德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12*!000r/mm和1g。

在加工精度方面,近10年來,普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級加工中心則從3~5μm,提高到1~1.5μm,並且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。

在可靠性方面,國外數控裝置的MTBF值已達6 000h以上,伺服系統的MTBF值達到30000h以上,表現出非常高的可靠性。

為了實現高速、高精加工,與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發展,應用領域進壹步擴大。

2. 5軸聯動加工和復合加工機床快速發展

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。壹般認為,1臺5軸聯動機床的效率可以等於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。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。

當前由於電主軸的出現,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軸加工可在同壹臺機床上實現,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,可在壹次裝夾下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。

3. 智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統發展的主要趨勢

21世紀的數控裝備將是具有壹定智能化的系統,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***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壹的運行平臺上,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,並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範、通信規範、配置規範、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壹個新亮點。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。國內外壹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,日本山崎馬紮克(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。

4. 重視新技術標準、規範的建立

(1) 關於數控系統設計開發規範

如前所述,開放式數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性,美國、歐***體和日本等國紛紛實施戰略發展計劃,並進行開放式體系結構數控系統規範(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和規範的制定,預示了數控技術的壹個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數控系統的規範框架的研究和制定。

(2) 關於數控標準

數控標準是制造業信息化發展的壹種趨勢。數控技術誕生後的50年間的信息交換都是基於ISO6983標準,即采用G,M代碼描述如何(how)加工,其本質特征是面向加工過程,顯然,他已越來越不能滿足現代數控技術高速發展的需要。為此,國際上正在研究和制定壹種新的CNC系統標準ISO14649(STEP-NC),其目的是提供壹種不依賴於具體系統的中性機制,能夠描述產品整個生命周期內的統壹數據模型,從而實現整個制造過程,乃至各個工業領域產品信息的標準化。

STEP-NC的出現可能是數控技術領域的壹次革命,對於數控技術的發展乃至整個制造業,將產生深遠的影響。首先,STEP-NC提出壹種嶄新的制造理念,傳統的制造理念中,NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下,NC程序可以分散在互聯網上,這正是數控技術開放式、網絡化發展的方向。其次,STEP-NC數控系統還可大大減少加工圖紙(約75%)、加工程序編制時間(約35%)和加工時間(約50%)。

目前,歐美國家非常重視STEP-NC的研究,歐洲發起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1~2001.12.31)。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的20個CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學術機構。美國的STEP Tools公司是全球範圍內制造業數據交換軟件的開發者,他已經開發了用作數控機床加工信息交換的超級模型(Super Model),其目標是用統壹的規範描述所有加工過程。目前這種新的數據交換格式已經在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數控系統的原型樣機上進行了驗證。

壹.數控機床編程的方法

數控機床程序編制的方法有三種:即手工編程、自動編程和CAD/CAM 。

1. 手工編程

由人工完成零件圖樣分析、工藝處理、數值計算、書寫程序清單直到程序的輸入和檢驗。適用於點位加工或幾何形狀不太復雜的零件,但是,非常費時,且編制復雜零件時,容易出錯。

2. 自動編程

使用計算機或程編機,完成零件程序的編制的過程,對於復雜的零件很方便。

3. CAD/CAM

利用CAD/CAM軟件,實現造型及圖象自動編程。最為典型的軟件是Master CAM,其可以完成銑削二坐標、三坐標、四坐標和五坐標、車削、線切割的編程,此類軟件雖然功能單壹,但簡單易學,價格較低,仍是目前中小企業的選擇。

二.數控機床程序編制的內容和步驟

1. 數控機床編程的主要內容

分析零件圖樣、確定加工工藝過程、進行數學處理、編寫程序清單、制作控制介質、進行程序檢查、輸入程序以及工件試切。

2. 數控機床的步驟

1) 分析零件圖樣和工藝處理

根據圖樣對零件的幾何形狀尺寸,技術要求進行分析,明確加工的內容及要求,決定加工方案、確定加工順序、設計夾具、選擇刀具、確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。

同時還應發揮數控系統的功能和數控機床本身的能力,正確選擇對刀點,切入方式,盡量減少諸如換刀、轉位等輔助時間。

2) 數學處理

編程前,根據零件的幾何特征,先建立壹個工件坐標系,根據零件圖紙的要求,制定加工路,在建立的工件坐標系上,首先計算出刀具的運動軌跡。對於形狀比較簡單的零件(如直線和圓弧組成的零件),只需計算出幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、兩幾何元素的交點或切點的坐標值。

3) 編寫零件程序清單

加工路線和工藝參數確定以後,根據數控系統規定的指定代碼及程序段格式,編寫零件程序清單。

4) 程序輸入

5) 程序校驗與首件試切

三.數控加工程序的結構

1. 程序的構成:由多個程序段組成。

O0001;O(FANUC-O,AB8400-P,SINUMERIK8M-%)機能指定程序號,每個程序號對應壹個加工零件。

N010 G92 X0 Y0;分號表示程序段結束

N020 G90 G00 X50 Y60;

...;可以調用子程序。

N150 M05;

N160 M02;

2. 程序段格式:

1) 字地址格式:如N020 G90 G00 X50 Y60;

最常用的格式,現代數控機床都采用它。地址N為程序段號,地址G和數字90構成字地址為準備功能,...。

2) 可變程序段格式:如B2000 B3000 B B6000;

使用分割符B各開各個字,若沒有數據,分割符不能省去。常見於數控線切割機床,另外,還有3B編程等格式。

3) 固定順序程序段格式:如00701+02500-13400153002;

比較少見。其中的數據嚴格按照順序和長度排列,不得有誤,上面程序段的意思是:N007 G01 X+02500 Y-13400 F15 S30 M02;

零件圖的數學處理

零件圖的數學處理主要是計算零件加工軌跡的尺寸,即計算零件加工輪廓的基點和節點的坐標,或刀具中心輪廓的基點和節點的坐標,以便編制加工程序。

壹.基點坐標的計算

壹般數控機床只有直線和圓弧插補功能。對於由直線和圓弧組成的平面輪廓,編程時數值計算的主要任務是求各基點的坐標。

1. 基點的含義

構成零件輪廓的不同幾何素線的交點或切點稱為基點。基點可以直接作為其運動軌跡的起點或終點。

2. 直接計算的內容

根據填寫加工程序單的要求,基點直接計算的內容有:每條運動軌跡的起點和終點在選定坐標系中的坐標,圓弧運動軌跡的圓心坐標值。

基點直接計算的方法比較簡單,壹般可根據零件圖樣所給的已知條件用人工完成。即依據零件圖樣上給定的尺寸運用代數、三角、幾何或解析幾何的有關知識,直接計算出數值。在計算時,要註意小數點後的位數要留夠,以保證足夠的精度。

二.節點坐標的計算

對於壹些平面輪廓是非圓方程曲線Y=F(X)組成,如漸開線、阿基米德螺線等,只能用能夠加工的直線和圓弧去逼近它們。這時數值計算的任務就是計算節點的坐標。

1. 節點的定義

當采用不具備非圓曲線插補功能的數控機床加工非圓曲線輪廓的零件時,在加工程序的編制工作中,常用多個直線段或圓弧去近似代替非圓曲線,這稱為擬合處理。擬合線段的交點或切點稱為節點。

2. 節點坐標的計算

節點坐標的計算難度和工作量都較大,故常通過計算機完成,必要時也可由人工計算,常用的有直線逼近法(等間距法、等步長法、和等誤差法)和圓弧逼近法。

有人用AutoCAD繪圖,然後捕獲坐標點,在精度允許的範圍內,也是壹個簡易而有效的方法.

培養目標:

本專業培養學生從事數控加工、機械產品設計與制造、生產技術管理方面的高等工程技術應用型人才。要求學生能在生產現場從事產品制造、開發工作,或在技術部門從事工藝、管理工作。主要培養學生數控編程、加工及數控車床、數控銑床、數控加工中心及其它數控設備的操作維修、維護方面的理論知識和專業知識。並能獲得國家勞動和社會保障部頒發的數控工藝員技術等級證書,車鉗工等級證書。

主幹課程設置:

機械制圖及計算機繪圖,工程力學,機械設計,單片機原理及接口技術,機械制造技術基礎,電工電子基礎,電氣控制技術,數控機床控制技術和系統,數控機床原理及應用,數控機床編程與操作,CAD/CAM技術,機床夾具,數控機床維修技術。AUTOCAD平面繪圖,MASTERCAM三維設計,PRO/E實體造型。以及金工實訓,車鉗工實訓,數控車實訓 。

就業情況:

本專業畢業生主要面向珠三角外資大中型企事業單位及國有企事業單位的操作、銷售、工藝、設備維護等部門,主要培養數控機床操作人員、數控編程工藝人員、NC數控編程、數控設備維修人員、數控設備營銷人員。此外還能從事CAD/CAM軟件應用,數控系統或設備的銷售與技術服務工作,數控設備的安裝調試及維護,以及車間生產組織與管理等工作.NC數控編程,現在在沿海壹帶工資基本算數控方面非常高的壹個項目!!

國產數控機床技術的不足

長期以來,國產數控機床始終處於低檔迅速膨脹,中檔進展緩慢,高檔依靠進口的局面,特別是國家重點工程需要的關鍵設備主要依靠進口,技術受制於人。究其原因,國內本土數控機床企業大多處於“粗放型”階段,在產品設計水平、質量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落後了5-10年;在高、精、尖技術方面的差距則達到了10-15年。同時中國在應用技術及技術集成方面的能力也還比較低,相關的技術規範和標準的研究制定相對滯後,國產的數控機床還沒有形成品牌效應。同時,中國的數控機床產業目前還缺少完善的技術培訓、服務網絡等支撐體系,市場營銷能力和經營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創新能力,完全擁有自主知識產權的數控系統少之又少,制約了數控機床產業的發展。

國外公司在中國數控系統銷量中的80%以上是普及型數控系統。如果我們能在普及型數控系統產品快速產業化上取得突破,中國數控系統產業就有望從根本上實現戰略反擊。同時,還要建立起比較完備的高檔數控系統的自主創新體系,提高中國的自主設計、開發和成套生產能力,創建國產自主品牌產品,提高中國高檔數控系統總體技術水平。

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