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第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity1第六章现代制造的自动化技术第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity2主要内容6.1现代制造业自动化的内涵6.2数控技术1机床数控系统2开放式数控系统3数控系统的硬件结构4数控系统的软件结构6.3伺服驱动技术6.4发展趋势第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity36.1现代制造业自动化的内涵1．制造技术的自动化包括产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动化和质量控制过程自动化。（1）产品设计自动化计算机辅助设计(CAD)计算机辅助工艺设计(CAPP)计算机辅助产品工程(CAE)计算机产品数据管理(PDM)计算机辅助制造(CAM)；第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity4现代制造业自动化的内涵（2）企业管理自动化企业ERP(EnterpriseResourcePlanning)（3）加工过程自动化包括各种计算机控制技术，如：现场总线、计算机数控(CNC)、群控(DNC)、各种自动生产线、自动存储和运输设备、自动检测和监控设备等。（4）质量控制自动化•各种自动检测方法、手段和设备；•计算机的质量统计分析方法；•远程维修与服务等。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity5现代制造业自动化的内涵2．制造系统的自动化内容：研究和提出自动化的生产模式，如计算机集成制造系统(CIMS)、敏捷制造(AM)、并行工程等。特点：采用信息技术，实现产品全生命周期中人、技术和管理三者的有效集成。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity66.2机床数控技术1．机床数控系统接收数字化了的零件图样和工艺要求等信息，按照一定的数学模型进行插补运算，用运算结果实时地对机床的各运动坐标进行速度和位置控制，完成零件的加工。图数控机床的总体框图数控系统的组成：由程序、输入输出设备、计算机数控装置、可编程控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity7机床数控技术2．开放式数控系统硬件平台：可选择通用的标准模块，构建运动控制器，选择配置，如控制轴数、控制方式、各种外部设备等。软件平台：CNC软件开发商提供，提供开放的用户开发软件环境，包括CNC和PLC。用户工作：用户在数控系统生产厂提供的硬软件平台基础上，开发专用软硬件，实现用户要求的控制功能。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity81硬件的开放型打破封闭垄断局面（数控系统封闭垄断性生产）体现：1通用计算机的部分电路如：CPU板、显示卡、图形卡、接口板等已被直接用到数控系统中。2数控系统制造厂只需做一些专用板，如：位置板、I/O板、PLC板等与相关的计算机集合起来，便组成一台完整的数控系统。趋势：系统生产厂由生产数控系统整机，改为生产这种运动控制器，可直接或配成完整的数控系统，提供给机床生产厂家。2软件的开放型数控系统软件包括系统控制软件、管理软件、应用软件等。体现：1应用软件范畴。包括逻辑控制，补偿，宏功能等。2基于PC机提供的资源进行二次开发。将工艺，制造经验，特殊需求融会到数控系统中去。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity91）通用运动控制器从结构上主要分为如下三大类：（1）基于计算机标准总线的运动控制器这种运动控制器大都采用DSP或微机芯片作为CPU，可完成运动规划、高速实时插补、伺服滤波控制和伺服驱动，外部IO之间的标准化通用接口功能，它开放的函数库可提供用户根据不同的需要，在DOS或Windows等平台下开发应用软件，组成各种控制系统。目前这种运动控制器得到了广泛的应用。例：中华I型和华中I型（2）Soft型开放式运动控制器它提供给用户最大的灵活性，它的运动控制软件全部装在计算机中，而硬件部分仅仅是计算机与伺服驱动和外部IO之间的标准化通用接口。用户可以在WINDOWS平台和其他操作系统的支持下，利用开放的运动控制内核，开发所需要的控制功能，构成各种类型的高性能运动控制系统，从而提供给用户更多的选择和灵活性。Soft型开放式运动控制的特点是开发，制造成本相对较低，能给予开发人员更加个性化的开发平台。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity10(3)嵌入式结构的运动控制器这种运动控制器是把PC主板嵌入到专用数控主机中的一种产品，它能够独立运行。PC主板与数控主机之间的通讯依靠计算机总线，实质上是基于总线结构的运动控制器的一种变种。例：航天I型和蓝天I型在使用中，采用如工业以太网、RS485、SERCOS、PROFIBUS等现场网络通讯接口连接上级计算机或控制面板。嵌入式的运动控制器也可配置软盘和硬盘驱动器，甚至可以通过Internet进行远程诊断。如：西门子840D第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity11机床数控技术2)基于PC的CNC系统结构1数控专用模板装入PC母板的结构2PC主板嵌入数控系统的结构3PC与数控专用硬软件经光缆网络通信的结构第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity123）PC+运动控制卡的控制方案特点：可充分利用计算机资源，用于运动过程、运动轨迹都比较复杂，且柔性比较强的机器和设备。目前产品分析：基于PC机的运动控制卡主要是硬件接口(输入输出信号的种类、性能)和软件接口(运动控制函数库的功能函数)的差异。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity13技术分析：（1）运动控制卡是基于PC机总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元（2）PCI总线的运动控制卡是目前的主流。（3）卡上专用CPU与PC机CPU构成主从式双CPU控制模式。•PC机CPU可以专注于人机界面、实时监控和发送指令等系统管理工作;•卡上专用CPU来处理所有运动控制的细节升降速计算、行程控制、多轴插补等，无需占用PC机资源。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity14（4）软件特点：随卡提供功能强大的运动控制软件库Ｃ语言运动库、WindowsDLL动态链接库等，让用户更快、更有效地解决复杂的运动控制问题。运动函数库为单轴及多轴的步进或伺服控制提供了许多运动函数，如单轴运动、多轴独立运动、多轴插补运动等等。另外，为了配合运动控制系统的开发，还提供了一些辅助函数，如中断处理、编码器反馈、间隙补偿，运动中变速等。第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity15二轴运动系统结构举例特点：采用运动控制卡加松下数字交流伺服驱动器构成一个开放式硬件结构。同时配备内容丰富、功能强大的运动函数库，采用VC++面向对象的编程技术，实现PC机、运动控制卡和伺服驱动器间的通讯二轴运动系统结构框图第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity16机床数控技术3数控系统的硬件结构（1）中华I型数控系统硬件结构第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity17机床数控技术（2）位置控制的实现A位置控制功能集成在数字伺服驱动模块。B位置控制功能集成在控制模块。图中华I型位置控制功能框图第六章第六章现代制造的自动化技术现代制造的自动化技术SchoolofMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghaiJiaoTongUniversity18机床数控技术实例：智研开放数控INCON-M40F数控系统采用开放的总线式结构，各个控制模块(接口电路板)均插在系统总线母板上，80586CP