W10新型数控机床Bpost_计算机数控技术

第七章第七章 新型数控机床新型数控机床7 7- -1 1 概述概述 7 7- -2 2 高速、高效与极端制造数控机床高速、高效与极端制造数控机床 7 7- -3 3 新结构数控机床新结构数控机床 7 7- -4 4 新原理数控机床新原理数控机床并联运动机床并联运动机床 7 7- -5 5 新原理数控机床新原理数控机床混联结构机床混联结构机床 7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床 7 7- -7 7 自寻位数控机床自寻位数控机床7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床一、一、问题问题的提出的提出二、加工中心与车削中心二、加工中心与车削中心三、铣车复合加工中心三、铣车复合加工中心四、常规与特种复合加工机床四、常规与特种复合加工机床五、机加工与热处理复合加工机床五、机加工与热处理复合加工机床六、完整加工机床六、完整加工机床7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床二二、加工中心与车削中心加工中心与车削中心加工中心加工中心钻铣镗复合钻铣镗复合立式结构立式结构卧式结构卧式结构龙门结构龙门结构二二、加工中心与车削中心加工中心与车削中心车削中心车削中心车铣钻复合车铣钻复合卧式结构卧式结构车削为主车削为主兼做其它兼做其它7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床三三、铣车复合铣车复合加工中心加工中心铣削为主铣削为主兼做其它兼做其它7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床三三、铣车复合铣车复合加工中心加工中心五轴联动铣削五轴联动铣削专配车削专配车削Z 轴轴内外深度立车内外深度立车7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床三三、铣车复合加工中心铣车复合加工中心大型铣车复合加工中心大型铣车复合加工中心加工舰船大型螺旋桨加工舰船大型螺旋桨7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床四四、常规与特种复合加工机床常规与特种复合加工机床铣削铣削- -激光复合加工中心激光复合加工中心车车- -铣铣- -滚滚齿复合加工中心齿复合加工中心7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床五五、机加工与热处理复合加工机床机加工与热处理复合加工机床将激光表面淬火和磨削集成到一台车铣复合加工中心上将激光表面淬火和磨削集成到一台车铣复合加工中心上7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床六六、完整加工机床完整加工机床德国德国 indexindex公司公司模块化加工中心模块化加工中心能够完成车削能够完成车削、铣削铣削、钻削钻削、滚齿滚齿、磨削磨削、激光热处理等多激光热处理等多种工序种工序。7 7- -6 6 复合化数控机床复合化数控机床六六、完整加工机床完整加工机床 德国德国 index公司公司7 7- -7 7 自寻位数控机床自寻位数控机床一、一、问题问题的提出的提出二、智能寻位加工的概念二、智能寻位加工的概念三、智能寻位加工的实现原理三、智能寻位加工的实现原理四、自寻位数控机床与加工系统四、自寻位数控机床与加工系统五、自寻位数控机床的关键环节五、自寻位数控机床的关键环节7 7- -7 7 自寻位数控机床自寻位数控机床一一、问题的提出问题的提出随着市场竞争的日益激烈随着市场竞争的日益激烈，产品更新换代步伐的不断加产品更新换代步伐的不断加快快，要求制造企业必须对动态变化要求制造企业必须对动态变化、难以预测的市场需求做难以预测的市场需求做出快速响应出快速响应，高效实现多品种小批量产品的快速切换生产高效实现多品种小批量产品的快速切换生产。然而然而，目前许多制造企业很难实现这一目标目前许多制造企业很难实现这一目标。原因原因之一之一：传统制造过程按照：传统制造过程按照“定位定位- -加工加工”模式运行模式运行。在工艺设计阶段在工艺设计阶段，必须确定工件在每道工序的设备上应处的必须确定工件在每道工序的设备上应处的状态状态 ( (工件在机床上的位置与姿态工件在机床上的位置与姿态) ) , , 并按这些规定的状态并按这些规定的状态预先确定工件在各工序加工时的刀具运动路径预先确定工件在各工序加工时的刀具运动路径（生成相应的生成相应的零件零件NCNC程序程序）。一、问题的提出（续）一、问题的提出（续）在工艺实施阶段，必须按照预先规定的工件状态进行工在工艺实施阶段，必须按照预先规定的工件状态进行工件定位，并按预先生成的控制程序控制机床运行完成加工任件定位，并按预先生成的控制程序控制机床运行完成加工任务。由此产生以下几方面突出问题：务。由此产生以下几方面突出问题：(1)(1)生产准备周期长（需要精密夹具），难以对动态变化生产准备周期长（需要精密夹具），难以对动态变化的市场需求做出快速响应。的市场需求做出快速响应。(2)(2)不能适应制造系统状态的动态变化，难以实现生产过不能适应制造系统状态的动态变化，难以实现生产过程的最优控制。程的最优控制。(3)(3)难以对易变形工件进行高精度加工。难以对易变形工件进行高精度加工。7 7- -7 7 自寻位数控机床自寻位数控机床二二、智能寻位加工的概念智能寻位加工的概念1 1. .人类操作者的人类操作者的智能寻位智能寻位加工能力加工能力将人类操作者完成加工任务的过程与常规自动化加工过将人类操作者完成加工任务的过程与常规自动化加工过程进行对比程进行对比，可以发现人类操作者具有灵活顺应现实快速完可以发现人类操作者具有灵活顺应现实快速完成加工任务的能力成加工任务的能力。例如例如，一位高级钳工无需采用精密夹具一位高级钳工无需采用精密夹具固定工件固定工件，即可将没经精确定位夹持于台钳上的工件即可将没经精确定位夹持于台钳上的工件（毛坯毛坯）加工成精密而复杂的零件加工成精密而复杂的零件。但现有的自动化加工设备但现有的自动化加工设备（如数如数控机床等控机床等）却不具备这种能力却不具备这种能力，一旦工件没有按既定关系进一旦工件没有按既定关系进行精确定位行精确定位，就会将工件报废就会将工件报废。7 7- -7 7 自寻位数控机床自寻位数控机床产生上述差别的根本原因是：人类操作者在加工过程中比产生上述差别的根本原因是：人类操作者在加工过程中比自动化加工设备更多地获取了被加工零件的实际状态信息自动化加工设备更多地获取了被加工零件的实际状态信息，并并充分利用了这些信息充分利用了这些信息。即人在加工过程中利用感官和理性分析即人在加工过程中利用感官和理性分析主动找寻到了工件的实际位置与姿态主动找寻到了工件的实际位置与姿态，并根据工件的实际状态并根据工件的实际状态不断调整自己的操作动作不断调整自己的操作动作，自适应地完成加工任务自适应地完成加工任务。这样这样，即即使工件使工件（毛坯毛坯）位姿不正位姿不正，却可从不正的毛坯中加工出正确的却可从不正的毛坯中加工出正确的零件零件。这正是人所具有的智能寻位和位姿自适应加工能力这正是人所具有的智能寻位和位姿自适应加工能力。2 2. . 仿人智能寻位加工的概念仿人智能寻位加工的概念如果将数控机床赋予一种仿人的智能寻位和位姿自适应加如果将数控机床赋予一种仿人的智能寻位和位姿自适应加工能力工能力，无疑将大幅度提高制造系统的适应能力和快速响应能无疑将大幅度提高制造系统的适应能力和快速响应能力力。基于这一思想基于这一思想，我国研究人员提出了我国研究人员提出了“智能寻位加工智能寻位加工”这这一新的制造概念和制造过程运行模式一新的制造概念和制造过程运行模式，并研究出一种无需对被并研究出一种无需对被加工零件进行精确定位加工零件进行精确定位，但可主动寻位并顺应工件实际位置与但可主动寻位并顺应工件实际位置与姿态进行位姿自适应加工的智能化数控加工技术姿态进行位姿自适应加工的智能化数控加工技术。3 3. . 智能寻位加工的工艺特点智能寻位加工的工艺特点不需要在工艺设计阶段确定工件在加工时所处的状态不需要在工艺设计阶段确定工件在加工时所处的状态，因因而也就不需要用精密夹具等来固定工件的状态而也就不需要用精密夹具等来固定工件的状态，以使其实际状以使其实际状态与既定状态相符合态与既定状态相符合。取而代之的只是需用简单的取而代之的只是需用简单的、低精度低精度、低成本的通用紧固夹持元件和装置低成本的通用紧固夹持元件和装置（如螺栓如螺栓、压板压板、台钳等台钳等）将工件适当地或随机地固定在工作台或托盘上即可进行加工将工件适当地或随机地固定在工作台或托盘上即可进行加工。效果：效果：( (1 1) )可快速响应市场的动态变化可快速响应市场的动态变化，易于实现产品的易于实现产品的快速切换生产；快速切换生产；( (2 2) )可快速响应制造系统内部的状态变化可快速响应制造系统内部的状态变化，易易于实现生产过程的优化控制于实现生产过程的优化控制。“智能寻位加工智能寻位加工”的核心概念是，打破传统的核心概念是，打破传统“定位加工定位加工”模式中被动定位概念的束缚，通过主动寻位并顺应工件实际位模式中被动定位概念的束缚，通过主动寻位并顺应工件实际位置与姿态，实现无需对被加工零件进行精确定位（简称无定位）置与姿态，实现无需对被加工零件进行精确定位（简称无定位）的高效敏捷加工。的高效敏捷加工。1 1. . 智能寻位加工的实现原理智能寻位加工的实现原理常规定位加工方法通过离线工艺规划常规定位加工方法通过离线工艺规划、离线数控编程离线数控编程和在线机床运动控制来实现和在线机床运动控制来实现，信息从前向后单向流动信息从前向后单向流动，加加工控制作用的产生与工件的实际状态无关工控制作用的产生与工件的实际状态无关，因此必须通过因此必须通过精密夹具等来保证工件的实际状态与既定相符合精密夹具等来保证工件的实际状态与既定相符合。三、智能寻位加工的实现原理三、智能寻位加工的实现原理零件 成品 夹 具 安装调试 离 线 数控编程 机床运动 控 制 加 工 过 程 工 艺 规 划 夹 具 设计制造 零件设计 信 息 零件 成品 工件信息 获 取 加工轨迹 实时生成 机床运动 控 制 加 工 过 程 智 能 工艺规划 PC 计算机 工件状态 求 解 零件设计 信 息 智能寻位加工方法的工作原理，与常规加工方法的重要智能寻位加工方法的工作原理，与常规加工方法的重要差别是：智能寻位加工的控制是通过获取工件实际状态信息差别是：智能寻位加工的控制是通过获取工件实际状态信息所构成的反馈控制，可使加工控制作用主动适应工件的实际所构成的反馈控制，可使加工控制作用主动适应工件的实际状态，即刀具运动轨迹的产生将顺应工件的实际位置和姿态，状态，即刀具运动轨迹的产生将顺应工件的实际位置和姿态，因此无须通过精密夹具和人工找正等强制措施来保证工件的因此无须通过精密夹具和人工找正等强制措施来保证工件的实际状态与既定状态相符合。实际状态与既定状态相符合。2 2. . 智能寻位加工的实现过程智能寻位加工的实现过程( (1 1) )工件信息获取工件信息获取 通过人工视觉与触觉相结合的仿人智能传感方法通过人工视觉与触觉相结合的仿人智能传感方法， 获取工件宏获取工件宏、微观轮廓信息；微观轮廓信息； ( (2 2) )工件状态求解工件状态求解 根据所获取的工件轮廓信息根据所获取的工件轮廓信息，通过智能分析与计通过智能分析与计 算实时求解工件的实际状态；算实时求解工件的实际状态； ( (3 3) )加工路径规划加工路径规划 根据工件实际状态和设计根据工件实际状态和设计、工艺信息工艺信息，通过数学通过数学 方法和人工智能技术进行加工路径规划；方法和人工智能技术进行加工路径规划； ( (4 4) )实时轨迹控制实时轨迹控制 根据所规划的加工路径，实时计算刀具运动轨迹根据所规划的加工路径，实时计算刀具运动轨迹, , 并据此生成机床控制指令并