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1、1 1CAD/CAMCAD/CAM基础理论与应用基础理论与应用机械工程及其自动化一级学科机械工程及其自动化一级学科硕士生学位课硕士生学位课第第6 6章章 计算机辅助制造计算机辅助制造CAD/CAMCAD/CAM研究室研究室2 2本章学习要点本章学习要点掌握计算机辅助制造的基本概念和内涵掌握计算机辅助制造的基本概念和内涵掌握计算机辅助制造的基本概念和内涵掌握计算机辅助制造的基本概念和内涵了解开放式了解开放式了解开放式了解开放式CNCCNCCNCCNC体系结构的特点和类型体系结构的特点和类型体系结构的特点和类型体系结构的特点和类型了解数控编程及其相应的计算机辅助技术了解数控编程及其相应的计算机辅助
2、技术了解数控编程及其相应的计算机辅助技术了解数控编程及其相应的计算机辅助技术了解制造执行系统的定义、特点以及网络化了解制造执行系统的定义、特点以及网络化了解制造执行系统的定义、特点以及网络化了解制造执行系统的定义、特点以及网络化制造执行系统的配置和运行机制制造执行系统的配置和运行机制制造执行系统的配置和运行机制制造执行系统的配置和运行机制3 331 1 计算机辅助制造概述计算机辅助制造概述 1.1 基本概念基本概念1.2 制造硬件对制造硬件对CAM技术的影响技术的影响1.3 信息应用方式对信息应用方式对CAM技术的影响技术的影响1.4 CAM系统的网络化系统的网络化4 441.1 1.1 基本
3、概念基本概念 计算机辅助制造（计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing, CAMComputer Aided Manufacturing, CAM）是指采用计算机及其交互设备辅助人类实现数控编程，并是指采用计算机及其交互设备辅助人类实现数控编程，并控制、监测、处理、变换、管理加工过程的一种技术控制、监测、处理、变换、管理加工过程的一种技术广义广义CAMCAM是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动：工艺过程设计，工装设计，个过程的活动：工艺过程设计，工装设计，NCNC自动编程，自动编程，生产作业计划，生
4、产控制，质量控制等生产作业计划，生产控制，质量控制等狭义狭义CAMCAM是指是指NCNC程序编制，包括刀具路径规划，刀位文件生程序编制，包括刀具路径规划，刀位文件生成，刀具轨迹仿真及成，刀具轨迹仿真及NCNC代码生成等代码生成等5 551 1 计算机辅助制造概述计算机辅助制造概述 1.1 基本概念基本概念1.2 制造硬件对制造硬件对CAM技术的影响技术的影响1.3 信息应用方式对信息应用方式对CAM技术的影响技术的影响1.4 CAM系统的网络化系统的网络化6 661.2 1.2 制造硬件对制造硬件对CAMCAM技术的影响技术的影响制造装备数字化控制的实现经历了制造装备数字化控制的实现经历了专用
5、数控系统、计算机专用数控系统、计算机数控系统、开放式数控系统数控系统、开放式数控系统等多个发展阶段等多个发展阶段数控指令的输入从数控指令的输入从“卡片与纸带读码机卡片与纸带读码机”、“磁带与磁磁带与磁盘计算机盘计算机”发展到发展到“数据文件直接的局域网和广域网数据文件直接的局域网和广域网传输传输”制造装备对制造装备对制造装备对制造装备对CAMCAM技术的影响技术的影响技术的影响技术的影响新型的新型的CNCCNC机床包含了网络化接口、机床包含了网络化接口、WebWeb服务接口等功能，服务接口等功能，实现网络化的实现网络化的CAMCAM技术有了制造装备方面的硬件保证技术有了制造装备方面的硬件保证7
6、 771.2 1.2 制造硬件对制造硬件对CAMCAM技术的影响技术的影响制造装备对制造装备对制造装备对制造装备对CAMCAM技术的影响（续）技术的影响（续）技术的影响（续）技术的影响（续）日本日本Yamazaki MazakYamazaki Mazak公司的开放式公司的开放式CNCCNC数控系统数控系统MAZATROL MAZATROL FUSION 640FUSION 640的人机界面和各种接口的人机界面和各种接口8 881.2 1.2 制造硬件对制造硬件对CAMCAM技术的影响技术的影响检测、控制装置对检测、控制装置对检测、控制装置对检测、控制装置对CAMCAM技术的影响技术的影响技术的
7、影响技术的影响实现制造属性数据、制造过程数据、故障数据等能实现双向流实现制造属性数据、制造过程数据、故障数据等能实现双向流动，特别是设备向高层管理计算机的流动动，特别是设备向高层管理计算机的流动9 991 1 计算机辅助制造概述计算机辅助制造概述 1.1 基本概念基本概念1.2 制造硬件对制造硬件对CAM技术的影响技术的影响1.3 信息应用方式对信息应用方式对CAM技术的影响技术的影响1.4 CAM系统的网络化系统的网络化1010101.3 1.3 信息应用方式对信息应用方式对CAMCAM技术的影响技术的影响不同的产品模型对不同的产品模型对不同的产品模型对不同的产品模型对CAMCAM技术的影响
8、技术的影响技术的影响技术的影响产品模型是产品模型是CAMCAM系统的输入，不同的产品模型表达方式影响着系统的输入，不同的产品模型表达方式影响着CAMCAM软件软件系统的开发方法系统的开发方法以快速成型机为例：以快速成型机为例：用于加工零件输入的模型采用三角面片表示，形用于加工零件输入的模型采用三角面片表示，形成了一种称之为成了一种称之为STLSTL文件格式的工业事实标准，基于快速成型加工的文件格式的工业事实标准，基于快速成型加工的CAMCAM系统将围绕该种零件模型进行加工辅助处理系统将围绕该种零件模型进行加工辅助处理CAMCAM技术的实质是对制造信息的应用和处理技术的实质是对制造信息的应用和处
9、理技术的实质是对制造信息的应用和处理技术的实质是对制造信息的应用和处理美国美国3D Systems的快速成型机的快速成型机 1111111.3 1.3 信息应用方式对信息应用方式对CAMCAM技术的影响技术的影响不同的产品模型对不同的产品模型对不同的产品模型对不同的产品模型对CAMCAM技术的影响技术的影响技术的影响技术的影响1212121.3 1.3 信息应用方式对信息应用方式对CAMCAM技术的影响技术的影响制造信息处理模式对制造信息处理模式对制造信息处理模式对制造信息处理模式对CAMCAM技术的影响技术的影响技术的影响技术的影响CAMCAM系统在支持制造的数控编程、加工调度、监测与质量控
10、系统在支持制造的数控编程、加工调度、监测与质量控制过程中，采用不同的制造信息处理模式会产生不同的制过程中，采用不同的制造信息处理模式会产生不同的CAMCAM系统开发逻辑与应用流程系统开发逻辑与应用流程 在采用在采用CAMCAM系统辅助加工调度、监测与质量控制活动时，系统辅助加工调度、监测与质量控制活动时，以制造设备为基点，制造信息处理模式有三种以制造设备为基点，制造信息处理模式有三种： 单机模式单机模式 以制造设备作为客户端节点以制造设备作为客户端节点 以制造设备作为服务器端节点以制造设备作为服务器端节点1313131 1 计算机辅助制造概述计算机辅助制造概述 1.1 基本概念基本概念1.2
11、制造硬件对制造硬件对CAM技术的影响技术的影响1.3 信息应用方式对信息应用方式对CAM技术的影响技术的影响1.4 CAM系统的网络化系统的网络化1414141.4 CAM1.4 CAM系统的网络化系统的网络化CAMCAM系统网络化包含两层含义：系统网络化包含两层含义：系统网络化包含两层含义：系统网络化包含两层含义： CAMCAM制造硬件的网络化与制造硬件的网络化与CAMCAM软件的网络化软件的网络化CAMCAM制造硬件的网络化制造硬件的网络化制造硬件的网络化制造硬件的网络化制造设备的网络化接口问题（制造设备的网络化接口问题（1）制造装备的网络化接口是使制造设备网络化的基本要素。制造装备的网络
12、化接口是使制造设备网络化的基本要素。 传统的数控设备一般均具有传统的数控设备一般均具有RS232RS232标准串口，这种标准串口标准串口，这种标准串口用来实现传统设备的互联，以便完成数控指令网上传输、用来实现传统设备的互联，以便完成数控指令网上传输、加工工况数据反馈等功能加工工况数据反馈等功能当前新型数控制造装备均带有以太网接口，有些还带有不当前新型数控制造装备均带有以太网接口，有些还带有不同类型的现场工业总线接口，为数控装备的互联提供支撑同类型的现场工业总线接口，为数控装备的互联提供支撑1515151.4 CAM1.4 CAM系统的网络化系统的网络化制造设备的网络化接口问题（制造设备的网络化
13、接口问题（2）1616161.4 CAM1.4 CAM系统的网络化系统的网络化数控制造装备在互联的过程中，需要网络互联协议的支持数控制造装备在互联的过程中，需要网络互联协议的支持对应于远程实时操作及抗干扰能力的网络包括早期用于制对应于远程实时操作及抗干扰能力的网络包括早期用于制造系统互联的造系统互联的MAPMAP网，以及现今广泛应用的工业现场总线、网，以及现今广泛应用的工业现场总线、实时工业以太网等实时工业以太网等目前已得到应用且列为目前已得到应用且列为IEC61158IEC61158国际标准的现场总线有：国际标准的现场总线有：（FFFF的的H1H1、FF-HSEFF-HSE、Profibus
14、Profibus、INTERBUSINTERBUS、P-NETP-NET、WorldIFPWorldIFP、ControlNetControlNet、SwiftNetSwiftNet）；工业实时以太网有）；工业实时以太网有EthernetIPEthernetIP、FF-HSEFF-HSE、ProfiNetProfiNet、IDAIDA等等制造设备的网络互联协议制造设备的网络互联协议CAMCAM制造硬件的网络化制造硬件的网络化制造硬件的网络化制造硬件的网络化1717171.4 CAM1.4 CAM系统的网络化系统的网络化CAMCAM软件的网络化（三种实现形式）软件的网络化（三种实现形式）软件的网
15、络化（三种实现形式）软件的网络化（三种实现形式）基于网络数据库的基于网络数据库的CAM集成集成 有效利用已有单机版有效利用已有单机版CAMCAM软件、且通过共享数据库实现制造数据分软件、且通过共享数据库实现制造数据分享的一种形式享的一种形式由于涉及到制造数据的共享问题，因此必须给由于涉及到制造数据的共享问题，因此必须给CAMCAM软件附加若干辅助模软件附加若干辅助模块，如数据及库文件远程读写模块、数据库操作权限管理模块、数据块，如数据及库文件远程读写模块、数据库操作权限管理模块、数据一致性维护模块等一致性维护模块等1818181.4 CAM1.4 CAM系统的网络化系统的网络化CAMCAM软件
16、的网络化（三种实现形式）软件的网络化（三种实现形式）软件的网络化（三种实现形式）软件的网络化（三种实现形式）基于基于C/S结构的结构的CAM软件软件 其出发点是将其出发点是将CAMCAM软件划分为服务器端软件和客户机端软件两部分。软件划分为服务器端软件和客户机端软件两部分。服务器端软件实现服务器端软件实现CAMCAM的功能，而客户机端的功能，而客户机端CAMCAM软件则实现基于用户图软件则实现基于用户图形界面的输入输出功能，常安装在制造装备的前端计算机中形界面的输入输出功能，常安装在制造装备的前端计算机中基于基于C/SC/S结构的结构的CAMCAM软件需要在客户端安装相关的软件，故使用该类软软
17、件需要在客户端安装相关的软件，故使用该类软件受客户端地理位置的限定件受客户端地理位置的限定1919191.4 CAM1.4 CAM系统的网络化系统的网络化CAMCAM软件的网络化（三种实现形式）软件的网络化（三种实现形式）软件的网络化（三种实现形式）软件的网络化（三种实现形式）基于基于B/S结构的结构的CAM软件软件其逻辑是将其逻辑是将CAMCAM软件安装在服务器端，在客户机端则不作任何安装。其软件安装在服务器端，在客户机端则不作任何安装。其运行可在任意地点的客户端通过运行可在任意地点的客户端通过WebWeb浏览器完成，且相应的交互界面以浏览器完成，且相应的交互界面以WebWeb页面、页面、J
18、ava AppletJava Applet或或ActiveXActiveX控件等形式表现控件等形式表现CAMCAM软件可安装在管理层的计算机中，亦可安装在底层的制造装备的前软件可安装在管理层的计算机中，亦可安装在底层的制造装备的前端计算机中。前一种安装方式指底层所产生的制造数据由高层采集、端计算机中。前一种安装方式指底层所产生的制造数据由高层采集、处理与发布；后一种安装形态指制造装备所产生的数据通过处理与发布；后一种安装形态指制造装备所产生的数据通过WebWeb服务直服务直接向外发布接向外发布2020202 2 开放式的开放式的CNCCNC体系结构体系结构 2.1 基本概念基本概念2.3 数控
19、的轴的概念数控的轴的概念2.4 基于运动控制卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNC体系结构体系结构2.5 基于基于PC软数控机理的开放式软数控机理的开放式CNC体系结构体系结构2.2 开放式开放式CNC系统的体系结构系统的体系结构2121212.1 2.1 基本概念基本概念开放式开放式CNCCNC体系结构伴随着个人计算机体系结构伴随着个人计算机PCPC的出现而出现的出现而出现原有专用数控系统在软硬件资源方面的局限性，无法适应原有专用数控系统在软硬件资源方面的局限性，无法适应数字化制造环节对模块化、可重构、可扩充等方面的要求，数字化制造环节对模块化、可重构、可扩充等方面的要求，无法在数控系统的通
20、用性、柔性、适应性和进一步的智能无法在数控系统的通用性、柔性、适应性和进一步的智能化、网络化方面提供支撑化、网络化方面提供支撑开放式开放式CNCCNC系统的概念起源于上世纪系统的概念起源于上世纪8080年代的美国，目前提年代的美国，目前提出了不同的开放式出了不同的开放式CNCCNC体系结构，典型的有：美国的下一代体系结构，典型的有：美国的下一代控制器控制器NGCNGC计划、欧盟的自动化系统开放式控制结构计划、欧盟的自动化系统开放式控制结构OSACAOSACA计划、日本的开放式控制器系统环境计划、日本的开放式控制器系统环境OSECOSEC计划等计划等2222开放式开放式CNC系统的特点：系统的特
21、点： 能够在各种操作环境下运行能够在各种操作环境下运行 可与其他系统相互交流信息可与其他系统相互交流信息 能够给用户提供一种统一风格的交互方式能够给用户提供一种统一风格的交互方式2.1 2.1 基本概念基本概念2323232.1 2.1 基本概念基本概念开放式开放式CNC体系结构可归纳为三种类型：体系结构可归纳为三种类型： 在专用数控系统中嵌入在专用数控系统中嵌入PCPC的开放式的开放式CNCCNC体系结构体系结构 基于运动控制卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNCCNC体系结构体系结构 基于基于PCPC软数控机理的开放式软数控机理的开放式CNCCNC体系结构体系结构2424242 2 开放式
22、的开放式的CNCCNC体系结构体系结构 2.1 基本概念基本概念2.4 数控的轴的概念数控的轴的概念2.5 基于运动控制卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNC体系结构体系结构2.6 基于基于PC软数控机理的开放式软数控机理的开放式CNC体系结构体系结构2.2 开放式开放式CNC系统的体系结构系统的体系结构2.3 开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统的网络接入技术2525252.2 2.2 开放式开放式CNCCNC系统的体系结构系统的体系结构开放式数控系统（第六代数控系统）可通过两种方式实现：开放式数控系统（第六代数控系统）可通过两种方式实现：开放软件体系结构与开放硬件体系结构开放软件体系
23、结构与开放硬件体系结构开放软件体系结构开放软件体系结构开放软件体系结构开放软件体系结构2626262.2 2.2 开放式开放式CNCCNC系统的体系结构系统的体系结构开放硬件体系结构开放硬件体系结构开放硬件体系结构开放硬件体系结构PLCPLC、DSPDSP运动运动控制卡控制卡运动控制器产品供应商：美国的运动控制器产品供应商：美国的Delta TauDelta Tau、GalilGalil公司，德公司，德国的国的DspaceDspace、MovtecMovtec公司等公司等 2727272 2 开放式的开放式的CNCCNC体系结构体系结构 2.1 基本概念基本概念2.4 数控的轴的概念数控的轴的
24、概念2.5 基于运动控制卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNC体系结构体系结构2.6 基于基于PC软数控机理的开放式软数控机理的开放式CNC体系结构体系结构2.2 开放式开放式CNC系统的体系结构系统的体系结构2.3 开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统的网络接入技术2828282.3 2.3 开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统的网络接入技术计算机与数控机床之间的互联技术计算机与数控机床之间的互联技术计算机与数控机床之间的互联技术计算机与数控机床之间的互联技术计算机与数控加工设备的通信方式取决于数控系统的通信接计算机与数控加工设备的通信方式取决于数控系统的通信接口与协议。数控系统
25、提供的通信接口有：口与协议。数控系统提供的通信接口有：异步串行通信接口，异步串行通信接口，接口，现场总线接口，接口等接口，现场总线接口，接口等异步串行通信接口异步串行通信接口RS232RS232、RS422RS422、RS485RS485等，等，优点：优点：方便，实现较容易；方便，实现较容易；缺点：缺点：通信距离较近通信距离较近DNC接口接口可实现较远距离通信，具有出错反馈与在线实时修改功能，可实现较远距离通信，具有出错反馈与在线实时修改功能，便于远程管理，但结构复杂，通用性差，软件开发难度大便于远程管理，但结构复杂，通用性差，软件开发难度大MAP网或现场总线接口网或现场总线接口通信速率快，可
26、靠性高，可实现一些实时性很强的控制要求通信速率快，可靠性高，可实现一些实时性很强的控制要求2929292.3 2.3 开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统间、开放式数控系统与管理层间的互联技术开放式数控系统间、开放式数控系统与管理层间的互联技术开放式数控系统间、开放式数控系统与管理层间的互联技术开放式数控系统间、开放式数控系统与管理层间的互联技术3030302.3 2.3 开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统间、开放式数控系统与管理层间的互联技术开放式数控系统间、开放式数控系统与管理层间的互联技术开放式数控系统间、开放式数控系
27、统与管理层间的互联技术开放式数控系统间、开放式数控系统与管理层间的互联技术3131312 2 开放式的开放式的CNCCNC体系结构体系结构 2.1 基本概念基本概念2.4 数控的轴的概念数控的轴的概念2.5 基于运动控制卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNC体系结构体系结构2.6 基于基于PC软数控机理的开放式软数控机理的开放式CNC体系结构体系结构2.2 开放式开放式CNC系统的体系结构系统的体系结构2.3 开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统的网络接入技术3232322.4 2.4 数控的轴的概念数控的轴的概念从三维几何空间看，一个物体在一个空间内沿从三维几何空间看，一个物体在一个空
28、间内沿X X、Y Y、Z Z轴的轴的平动和绕这三个轴的转动构成了该空间的六个基本轴运动平动和绕这三个轴的转动构成了该空间的六个基本轴运动对于数控机床，其数控的目标是在由主轴部件和进给部件组对于数控机床，其数控的目标是在由主轴部件和进给部件组成的切削几何空间内控制轴运动及其轴运动间的联动成的切削几何空间内控制轴运动及其轴运动间的联动+Y+Y+Z+Z+X+X- - Y Y- - X X- - Z Z标准坐标系：标准坐标系：右手笛卡右手笛卡尔坐标系尔坐标系各轴的回转运动及其方各轴的回转运动及其方向用向用右手螺旋法则右手螺旋法则判定判定3333332.4 2.4 数控的轴的概念数控的轴的概念目前，最好
29、的目前，最好的无冗余轴控制无冗余轴控制无冗余轴控制无冗余轴控制的数控设备之一为五轴五联动的数控设备之一为五轴五联动加工中心加工中心数控机床的切削加工动作是通过轴运动或多轴联动产生的数控机床的切削加工动作是通过轴运动或多轴联动产生的运动来完成。其中，多轴联动用于产生预定的运动轨迹运动来完成。其中，多轴联动用于产生预定的运动轨迹以以CNCCNC车削为例，需要控制的轴运动包括车床主轴的旋转运车削为例，需要控制的轴运动包括车床主轴的旋转运动、进刀方向和走刀方向两个直线运动动、进刀方向和走刀方向两个直线运动在车削螺纹时，需要在主轴旋转运动和沿进刀方向的直线运在车削螺纹时，需要在主轴旋转运动和沿进刀方向的
30、直线运动间实现联动；车削锥面则需要在两个直线运动间实现联动动间实现联动；车削锥面则需要在两个直线运动间实现联动控制轴运动是数控加工的核心。在某种程度上，数控体系控制轴运动是数控加工的核心。在某种程度上，数控体系结构的开放性可由控制轴运动的实现方法的开放性决定结构的开放性可由控制轴运动的实现方法的开放性决定3434342 2 开放式的开放式的CNCCNC体系结构体系结构 2.1 基本概念基本概念2.4 数控的轴的概念数控的轴的概念2.5 基于运动控制卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNC体系结构体系结构2.6 基于基于PC软数控机理的开放式软数控机理的开放式CNC体系结构体系结构2.2 开放式开
31、放式CNC系统的体系结构系统的体系结构2.3 开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统的网络接入技术3535352.5 2.5 基于运动控制卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNCCNC体系结构体系结构在基于运动控制卡的开放式数控机床中，轴运动是通过伺在基于运动控制卡的开放式数控机床中，轴运动是通过伺服电机驱动相关的执行机构完成的。运动控制卡则用于产服电机驱动相关的执行机构完成的。运动控制卡则用于产生控制信号以便控制伺服电机实现相关的运动轨迹生控制信号以便控制伺服电机实现相关的运动轨迹运动控制卡含运动控制卡含CPUCPU，实时控制计算由其完成，而涉及到数控，实时控制计算由其完成，而涉及到数控的
32、非实时计算部分则可由的非实时计算部分则可由PCPC机实现机实现通过驱动器、通过驱动器、I/OI/O接口与各种伺服电机相联，伺服电机再驱接口与各种伺服电机相联，伺服电机再驱动执行机构如运动平台按预定轨迹运动。运动的位置等误动执行机构如运动平台按预定轨迹运动。运动的位置等误差则通过光栅元件进行检测并反馈以修正误差。差则通过光栅元件进行检测并反馈以修正误差。3636362.5 2.5 基于运动控制卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNCCNC体系结构体系结构3737372 2 开放式的开放式的CNCCNC体系结构体系结构 2.1 基本概念基本概念2.4 数控的轴的概念数控的轴的概念2.5 基于运动控制
33、卡的开放式基于运动控制卡的开放式CNC体系结构体系结构2.6 基于基于PC软数控机理的开放式软数控机理的开放式CNC体系结体系结构构2.2 开放式开放式CNC系统的体系结构系统的体系结构2.3 开放式数控系统的网络接入技术开放式数控系统的网络接入技术3838382.6 2.6 基于基于PCPC的开放式的开放式CNCCNC体系结构体系结构用于插接运动控制卡的用于插接运动控制卡的PCPC机所使用的为通用非实时操作系机所使用的为通用非实时操作系统（如统（如Windows/LinuxWindows/Linux等）等）将将PCPC机的操作系统改为实时操作系统（如机的操作系统改为实时操作系统（如Windo
34、wsWindows的的RTXRTX、RT-LinuxRT-Linux等），且将运动控制卡的功能由基于实时操作系等），且将运动控制卡的功能由基于实时操作系统的运动控制软件来实现，则构成了基于统的运动控制软件来实现，则构成了基于PCPC软数控机理的软数控机理的开放式开放式CNCCNC体系结构体系结构实时任务进程、实时任务管理、硬件中断控制等技术是替实时任务进程、实时任务管理、硬件中断控制等技术是替代运动控制卡功能、完成系统实现的核心内容代运动控制卡功能、完成系统实现的核心内容3939392.6 2.6 基于基于PCPC的开放式的开放式CNCCNC体系结构体系结构该种开放式该种开放式CNCCNC体系
35、结构依赖于计算机操作系统的结构。根体系结构依赖于计算机操作系统的结构。根据选择的不同操作系统，其可分为以下几种类型：据选择的不同操作系统，其可分为以下几种类型： 单单PCPC机配置实时操作系统机配置实时操作系统数控软件的实现构架可规划为五个层次：应用数控软件的实现构架可规划为五个层次：应用APIAPI层、应用层、应用程序层、实时操作系统层、程序层、实时操作系统层、I/OI/O接口层、数控设备层接口层、数控设备层 双双PCPC分别配置实时操作系统和通用操作系统分别配置实时操作系统和通用操作系统 单单PCPC分别配置实时操作系统和通用操作系统分别配置实时操作系统和通用操作系统4040402.6 2
36、.6 基于基于PCPC的开放式的开放式CNCCNC体系结构体系结构4141413 3 数控编程与计算机辅助技术数控编程与计算机辅助技术3.1 数控机床编程基础知识数控机床编程基础知识3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤3.3 数控机床编程实例数控机床编程实例3.4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程4242423.1 3.1 数控机床编程的基础知识数控机床编程的基础知识机床的坐标系机床的坐标系机床的坐标系机床的坐标系Z:Z: 以主轴轴线方向为坐标轴以主轴轴线方向为坐标轴 Z Z方向，方向，刀具远离工件方向为刀具远离工件方向为Z Z轴正向轴正向X:X: 水平面内垂直于工件方向为坐标
37、轴水平面内垂直于工件方向为坐标轴X X方向刀具远离工件方向为正方向方向刀具远离工件方向为正方向原点：原点：车床的原点一般定义在主轴旋转车床的原点一般定义在主轴旋转中心与车头端面的交点或参考点上中心与车头端面的交点或参考点上以数控车床为例：以数控车床为例：参考点：参考点：参考点为机床上的一个固定点。参考点为机床上的一个固定点。其位置由其位置由X X和和Z Z向的机械挡块决定向的机械挡块决定一般机床的原点与参考点重合，以上述原点与一般机床的原点与参考点重合，以上述原点与X X轴轴Z Z轴建轴建立直角坐标系，即为立直角坐标系，即为机床坐标系机床坐标系4343433.1 3.1 数控机床编程的基础知识
38、数控机床编程的基础知识工件坐标系工件坐标系工件坐标系工件坐标系工件原点：工件原点：工件原点是人为设定的点工件原点是人为设定的点 （设定依据：既符合图样的尺寸标注习惯，又便于编（设定依据：既符合图样的尺寸标注习惯，又便于编 程）程）以坐标原点为原点，建立一个以坐标原点为原点，建立一个Z Z轴与轴与X X轴的坐标系，即为轴的坐标系，即为工工件坐标系件坐标系车床工件原点：车床工件原点：一般选择在工件的右端面、左端面、卡一般选择在工件的右端面、左端面、卡盘的前面盘的前面444444O OXXXx主程序M M98 P P* LXXXX子程序O OXXXXM M02主程序M M993.1 3.1 数控机床
39、编程的基础知识数控机床编程的基础知识数控程序结构数控程序结构数控程序结构数控程序结构454545F F指令：指令：F F功能表示功能表示进给速度进给速度，进给速度使用进给速度使用F F和其后面的若干和其后面的若干数字来表示的。在数字来表示的。在G98G98条件下，条件下，F F后数字表示后数字表示mm/minmm/min（外圆加工）（外圆加工）, ,在在G99G99条件下，条件下，F F后数字表示后数字表示mm/r,mm/r,（螺纹加工），在未指定情（螺纹加工），在未指定情况下，默认为况下，默认为G98G98条件条件T T指令：指令：T T指令表示指令表示换刀功能换刀功能，它是由字母它是由字母
40、T T和其后的四位数字和其后的四位数字表示的，其中前两位数据表示刀具号，后两位数据表示刀具补表示的，其中前两位数据表示刀具号，后两位数据表示刀具补偿号。每一刀具加工完成，必需取消刀补偿号。每一刀具加工完成，必需取消刀补S S指令：指令：S S指令表示指令表示主轴转速主轴转速，它是由它是由S S和其后的数字组成的，和其后的数字组成的，例如：例如：S300S300表示主轴转速表示主轴转速300300转（此指令只能在具有主轴伺服转（此指令只能在具有主轴伺服机构的机床中使用）机构的机床中使用）3.1 3.1 数控机床编程的基础知识数控机床编程的基础知识数控编程数控编程数控编程数控编程F F、T T、S
41、 S指令指令指令指令4646463 3 数控编程与计算机辅助技术数控编程与计算机辅助技术3.1 数控机床编程基础知识数控机床编程基础知识3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤3.3 数控机床编程实例数控机床编程实例3.4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程474747 尺寸是否完整尺寸是否完整 产品精度、粗糙度等要求产品精度、粗糙度等要求 产品材质、硬度等产品材质、硬度等3.2 3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤产品图样分析产品图样分析产品图样分析产品图样分析产品图样分析产品图样分析产品图样分析产品图样分析工艺处理工艺处理工艺处理工艺处理数学处理数学处理数学处理数学处
42、理按指令系统编程按指令系统编程按指令系统编程按指令系统编程手工编程手工编程计算机辅助计算机辅助4848483.2 3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤工艺处理工艺处理工艺处理工艺处理 加工方式及设备确定加工方式及设备确定 毛坯尺寸及材料确定毛坯尺寸及材料确定 装夹定位确定装夹定位确定 加工路径及起刀点、换刀加工路径及起刀点、换刀点的确定点的确定 刀具数量、材料、几何参数的确定、切削参数的确定刀具数量、材料、几何参数的确定、切削参数的确定切深切深 影响吃刀量的因素有粗、精车工艺。刀具强度、机床性能、工件影响吃刀量的因素有粗、精车工艺。刀具强度、机床性能、工件材料及表面粗糙度材料及表面
43、粗糙度进给量进给量 粗、精车工艺：粗、精车工艺：粗车进给量应较大，以缩短切削时间：精车进给粗车进给量应较大，以缩短切削时间：精车进给量应较小以降低表面粗超度。一般情况下，精车进给量小于量应较小以降低表面粗超度。一般情况下，精车进给量小于0 02mm/r2mm/r为宜，但要考虑刀尖圆弧半径的影响；粗车进给量大于为宜，但要考虑刀尖圆弧半径的影响；粗车进给量大于0.25mm/r0.25mm/r4949493.2 3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤工艺处理工艺处理工艺处理工艺处理进给量进给量 机床性能：机床性能：如功率及刚性如功率及刚性 工件的装夹方式工件的装夹方式 刀具材料及几何形状刀
44、具材料及几何形状 工件的材料工件的材料切削速度切削速度影响切削速度的因素有：刀具材料、工件材料、刀具耐用度、切深影响切削速度的因素有：刀具材料、工件材料、刀具耐用度、切深与进给量。刀具形状、切削液及机床性能与进给量。刀具形状、切削液及机床性能5050503.2 3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤 数学处理数学处理数学处理数学处理 1) 1) 按规定格式编写程序按规定格式编写程序 2) 2) 按按“程序编辑步骤程序编辑步骤”输入程序，并检查程序输入程序，并检查程序 3) 3) 修改程序修改程序 用用G92G92指令建立的坐标系，与起刀点位置有关，故程序中起指令建立的坐标系，与起刀点
45、位置有关，故程序中起点与终点位置最好一致，既坐标点与终点位置最好一致，既坐标X X、Z Z值相同值相同 用用G54G54指令建立的坐标系只与机床零点有关，与起刀点位置指令建立的坐标系只与机床零点有关，与起刀点位置无关，故每次开机后至少应回一次参考点无关，故每次开机后至少应回一次参考点 当在当在G91G91指令状态下编程时，起点与终点位置最好一致，既指令状态下编程时，起点与终点位置最好一致，既X X、Z Z轴正负增量为零轴正负增量为零1) 1) 编程零点及工件坐标系的确定编程零点及工件坐标系的确定2) 2) 各节点数值计算各节点数值计算按指令系统编程按指令系统编程按指令系统编程按指令系统编程51
46、51513 3 数控编程与计算机辅助技术数控编程与计算机辅助技术3.1 数控机床编程基础知识数控机床编程基础知识3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤3.3 数控机床编程实例数控机床编程实例3.4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程5252523.3 3.3 数控机床编程实例数控机床编程实例编程实例编程实例1 1：如右图，技术条件：该工件毛坯为如右图，技术条件：该工件毛坯为2626尼龙棒尼龙棒, ,要求六次循环加工完成，其中后五次的吃刀要求六次循环加工完成，其中后五次的吃刀量为量为0 08mm(8mm(半径值半径值) )，该例为半径值编程，该例为半径值编程O2001； (主程序程序
47、名主程序程序名)N1 G92 X16 Z1； (建立坐标系建立坐标系)N2 G90 G00 Z0 M03； (快速移位快速移位)N3 M98 P0003 L6； (六次调用子程序六次调用子程序)N4 G90 G00 Xl6 Z1； (回到起刀点回到起刀点)N5 M05； (主轴停主轴停)N6 M02； (主程序结束并复位主程序结束并复位)O0003； (子程序程序名子程序程序名)N1 G01 G91 X-12 F100；N2 G03 X7.385 Z-4.923 R8；N3 X3.215 Z-39.877 R60；N4 G02 X1.4 Z-28.636 R40；N5 G00 X4；N6 Z7
48、3.436；N7 G01 X-4.8 F100；N8 M99；5353533.3 3.3 数控机床编程实例数控机床编程实例编程实例编程实例2 2：该工件毛坯为该工件毛坯为2626尼龙棒尼龙棒O2002；N10 G92 X70 Z30；N20 M06 T0101；N30 M03；N40 G90 G00 X40 Z2；N50 G01 X28 F400；N60 G80 X24.6 Z-70 F200；N70 G00 X24.6；N90 G01 X8 Z2 F300；N100 X16 Z-2 F100；N110 X16 Z-28；N120 X24 Z-38；N130 G01 Z-48；N140 G02
49、 X24 Z-60 R10；N150 G01 Z-70；N160 G00 X70 Z30；5454543 3 数控编程与计算机辅助技术数控编程与计算机辅助技术3.1 数控机床编程基础知识数控机床编程基础知识3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤3.3 数控机床编程实例数控机床编程实例3.4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程5555553.4 3.4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程 基于基于基于基于APT/EXAPTAPT/EXAPT语言的数控辅助编程技术语言的数控辅助编程技术语言的数控辅助编程技术语言的数控辅助编程技术工艺分析工艺分析加工参数设置加工参数设置几何分析几何分析
50、刀位轨迹刀位轨迹生成生成机床专用的机床专用的后后置处理置处理NCNC代码仿真代码仿真APT/EXAPTAPT/EXAPT几何元素定义语句；几何元素定义语句；机床、刀具语句；机床、刀具语句；允差语句；允差语句；运动语句；运动语句；后置处理语句；后置处理语句；其它语句其它语句5656563.4 3.4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程基于基于基于基于CADCAD的数控辅助编程技术的数控辅助编程技术的数控辅助编程技术的数控辅助编程技术工艺分析工艺分析加工参数设置加工参数设置几何分析几何分析刀位轨迹刀位轨迹生成生成机床专用的机床专用的后后置处理置处理NCNC代码仿真代码仿真CADCAD模型模型标准
51、标准NCNC代码代码 CAMCAM软件软件CAMCAM模块：模块：产品信息模型输入产品信息模型输入特征识别特征识别刀位与刀具偏置计算刀位与刀具偏置计算后处理后处理5757573.4 3.4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程STEP-NCSTEP-NC与计算机辅助数控编程与计算机辅助数控编程与计算机辅助数控编程与计算机辅助数控编程为解决这方面的问题，一种新型的、含有高为解决这方面的问题，一种新型的、含有高层语义信息的数控后置处理文件格式层语义信息的数控后置处理文件格式STEP-STEP-NCNC正由正由STEPSTEP标准的应用协议标准的应用协议AP238AP238所定义。所定义。它是它是C
52、AMCAM与与CNCCNC间的接口，其文件中的代码在间的接口，其文件中的代码在量级上大致相当于传统数控文件中的量级上大致相当于传统数控文件中的G G、M M代代码。码。 AP238AP238文件可由文件可由CAD/CAMCAD/CAM系统自动产生，当系统自动产生，当AP238AP238文件输入到文件输入到CNCCNC机床后，由机床后，由STEP-NCSTEP-NC控控制器根据该文件直接驱动机床进行加工操作。制器根据该文件直接驱动机床进行加工操作。 NCNC代码无特征信息、无工艺信息代码无特征信息、无工艺信息STEP-NCSTEP-NC控制器：控制器：1 1）STEP-NCSTEP-NC解析器解
53、析器2 2）底层）底层NCNC内核内核5858583 3 数控编程与计算机辅助技术数控编程与计算机辅助技术3.1 数控机床编程基础知识数控机床编程基础知识3.2 数控机床手工编程步骤数控机床手工编程步骤3.3 数控机床编程实例数控机床编程实例3.4 计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程3.5 计算机辅助数控编程的关键技术计算机辅助数控编程的关键技术5959593.5 3.5 计算机辅助数控编程的关键技术计算机辅助数控编程的关键技术刀具轨迹的几何规划问题刀具轨迹的几何规划问题刀具轨迹的几何规划问题刀具轨迹的几何规划问题606060考虑多场因素的刀具轨迹规划问题考虑多场因素的刀具轨迹规划问题考虑多
54、场因素的刀具轨迹规划问题考虑多场因素的刀具轨迹规划问题3.5 3.5 计算机辅助数控编程的关键技术计算机辅助数控编程的关键技术* * 力场力场* * 温度场温度场多能域有限元多能域有限元分析技术分析技术薄壁件加工薄壁件加工特殊材料加工特殊材料加工616161自由曲面加工中刀具偏置问题自由曲面加工中刀具偏置问题自由曲面加工中刀具偏置问题自由曲面加工中刀具偏置问题3.5 3.5 计算机辅助数控编程的关键技术计算机辅助数控编程的关键技术五轴联动复杂型面加工中的刀具偏置问题；五轴联动复杂型面加工中的刀具偏置问题；四轴联动型面加工中的刀具偏置问题；四轴联动型面加工中的刀具偏置问题；三轴联动型面加工中的刀
55、具偏置问题；三轴联动型面加工中的刀具偏置问题；运动计算几何学运动计算几何学6262624 4 制造执行系统制造执行系统4.1 制造执行系统的基本概念制造执行系统的基本概念4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置4.3 基于制造执行系统的基于制造执行系统的CAM扩展扩展4.4 加工过程质量控制的辅助技术加工过程质量控制的辅助技术4.5 加工过程制造任务的调度技术加工过程制造任务的调度技术6363634.1 4.1 制造执行系统的基本概念制造执行系统的基本概念 制造执行系统的概念源于制造执行系统的概念源于2020世纪世纪9090年代年代出发点：在企业级生产计划层和车间级生产的设备控制出发点：在
56、企业级生产计划层和车间级生产的设备控制层之间搭建一座能无缝实现企业集成和制造管理的桥梁层之间搭建一座能无缝实现企业集成和制造管理的桥梁通过信息传递、处理，对从订单下达到产品完成的整个生通过信息传递、处理，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行实时的优化管理。当制造现场发生实时事件时，产过程进行实时的优化管理。当制造现场发生实时事件时，MESMES能及时作出反应、报告，并用当前准确数据对其进行指能及时作出反应、报告，并用当前准确数据对其进行指导和处理导和处理制造执行系统的定义制造执行系统的定义制造执行系统的定义制造执行系统的定义定义：（定义：（MES：Manufacturing Executi
57、on System）6464644.1 4.1 制造执行系统的基本概念制造执行系统的基本概念 其涉及到单个车间级或制造单元级制造现场的制造资源配置其涉及到单个车间级或制造单元级制造现场的制造资源配置与它们之间的集成与它们之间的集成（硬件方面）（硬件方面）以及在此基础上对相关以及在此基础上对相关“实时实时”信息的处理、交换和管理信息的处理、交换和管理（软件方面）（软件方面）作用：作用：MESMES上联上联ERP/MRPIIERP/MRPII系统等，以获取生产与资源计划信息并系统等，以获取生产与资源计划信息并上报执行状况；下联制造设备（群）过程控制，以传递制造指上报执行状况；下联制造设备（群）过程
58、控制，以传递制造指令并获取实时的制造工况数据、实现质量控制功能令并获取实时的制造工况数据、实现质量控制功能从广义角度看，制造执行系统的软件部分可纳入到广义从广义角度看，制造执行系统的软件部分可纳入到广义从广义角度看，制造执行系统的软件部分可纳入到广义从广义角度看，制造执行系统的软件部分可纳入到广义CAMCAMCAMCAM技技技技术的范畴术的范畴术的范畴术的范畴制造执行系统的软硬件划分制造执行系统的软硬件划分制造执行系统的软硬件划分制造执行系统的软硬件划分6565654.1 4.1 制造执行系统的基本概念制造执行系统的基本概念 制造执行系统的体系结构制造执行系统的体系结构制造执行系统的体系结构制
59、造执行系统的体系结构6666664.1 4.1 制造执行系统的基本概念制造执行系统的基本概念 MESMES早期的起源来自于工厂内部的需求，作为承接早期的起源来自于工厂内部的需求，作为承接ERP/MRPIIERP/MRPII的纽带，传统的的纽带，传统的MESMES即从车间级应用发展而来，即从车间级应用发展而来，即制造现场仅限定在一个制造车间层面上即制造现场仅限定在一个制造车间层面上随着网络化制造技术的发展，制造现场的概念被进一步随着网络化制造技术的发展，制造现场的概念被进一步拓展，跨工厂的制造执行系统亦已出现拓展，跨工厂的制造执行系统亦已出现制造现场制造现场可理解为在产品驱动的制造任务分配前提下
60、，由若可理解为在产品驱动的制造任务分配前提下，由若干个分布的工厂、一个工厂（若干车间）、一个车间（若干干个分布的工厂、一个工厂（若干车间）、一个车间（若干制造单元）的制造装备所配置出来的基于所制造产品的一个制造单元）的制造装备所配置出来的基于所制造产品的一个动态制造系统动态制造系统其形态伴随着所制造的产品的不同而不同，这给制造执行系其形态伴随着所制造的产品的不同而不同，这给制造执行系统的软件开发带来了新的问题统的软件开发带来了新的问题制造执行系统的由来与趋势制造执行系统的由来与趋势制造执行系统的由来与趋势制造执行系统的由来与趋势6767674.2 4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置
61、制造执行系统的配置取决于制造单元配置技术的发展制造执行系统的配置取决于制造单元配置技术的发展在传统的定单驱动的制造企业组织模式下，企业内部以在传统的定单驱动的制造企业组织模式下，企业内部以车间级为单位，并以机群式（单件小批量）、流水线式车间级为单位，并以机群式（单件小批量）、流水线式（大批量）等形成车间的制造布局形式。当车间接收产（大批量）等形成车间的制造布局形式。当车间接收产品订单，通过选择其中的部分工段、相关的制造装备构品订单，通过选择其中的部分工段、相关的制造装备构成面向订单的成面向订单的MESMES这种这种MESMES配置方式缺乏柔性，不能适应现代生产技术的要求配置方式缺乏柔性，不能适
62、应现代生产技术的要求为此，基于为此，基于DNCDNC的数控设备互联、成组制造单元、自治制造的数控设备互联、成组制造单元、自治制造单元、柔性制造单元等制造单元技术已被采用以支持单元、柔性制造单元等制造单元技术已被采用以支持MESMES的的配置配置制造执行系统硬件配置的发展历程制造执行系统硬件配置的发展历程制造执行系统硬件配置的发展历程制造执行系统硬件配置的发展历程6868684.2 4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置 MESMES需从设备控制层获取实时的制造工况信息，而采用需从设备控制层获取实时的制造工况信息，而采用DNCDNC则则可达到目标可达到目标DNCDNC是指采用一或多台计算机
63、对多台数控机床进行集中控制与是指采用一或多台计算机对多台数控机床进行集中控制与管理的一种方式。其目的包括：管理的一种方式。其目的包括：u 进行自上而下的进行自上而下的NCNC代码的传输与管理代码的传输与管理 完成自低而上的设备工况汇集与处理完成自低而上的设备工况汇集与处理基于基于基于基于DNCDNC的数控设备互联（的数控设备互联（的数控设备互联（的数控设备互联（1 1）从硬件方面看，从硬件方面看，DNCDNC联网可通过数控设备的联网可通过数控设备的RS232RS232串口、标准串口、标准以太网接口，并用现场总线或工业以太网及相关的交换机等以太网接口，并用现场总线或工业以太网及相关的交换机等进行
64、互联进行互联6969694.2 4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置 从软件方面看，从软件方面看，DNCDNC软件涉及到以下功能：软件涉及到以下功能：基于基于基于基于DNCDNC的数控设备互联（的数控设备互联（的数控设备互联（的数控设备互联（2 2）u 远程数控指令传输：远程数控指令传输：包括支持包括支持“边传输，边加工边传输，边加工”模式；模式； CNCCNC设备存储器的设备存储器的“分段分段BufferBuffer”模式、数控指令模式、数控指令“全下载全下载（DNCDNC服务器到服务器到CNCCNC设备存储器）设备存储器）”、“全上载全上载 （CNCCNC设备存设备存储器到储器到D
65、NCDNC服务器）服务器）”模式模式 数控指令编辑、仿真与管理数控指令编辑、仿真与管理w 数控设备加工工况数据收集与处理。包括质量数据分析、数控设备加工工况数据收集与处理。包括质量数据分析、设备运行状态数据分析等设备运行状态数据分析等x 数控设备的工况跟踪日志及管理。包括通讯、配置、数控设备的工况跟踪日志及管理。包括通讯、配置、加工工况历史记录等加工工况历史记录等典型的典型的典型的典型的DNCDNCDNCDNC软件包括软件包括软件包括软件包括Advanced DNC for WindowsAdvanced DNC for WindowsAdvanced DNC for WindowsAdvan
66、ced DNC for Windows、Visual DNCVisual DNCVisual DNCVisual DNC、EXtremeDNCEXtremeDNCEXtremeDNCEXtremeDNC、DNC ProfessionalDNC ProfessionalDNC ProfessionalDNC Professional等等等等 7070704.2 4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置 一种根据零件相似性、设备负荷平衡等统计信息，按待加工一种根据零件相似性、设备负荷平衡等统计信息，按待加工零件族组织制造资源进行生产的一种单元技术，成组技术是零件族组织制造资源进行生产的一种单元
67、技术，成组技术是其理论基础其理论基础成组单元的形成步骤描述如下：成组单元的形成步骤描述如下：成组制造单元（成组制造单元（成组制造单元（成组制造单元（1 1）u 建立零件编码系统，并对历史零件进行编码建立零件编码系统，并对历史零件进行编码v 采用成组技术中的相关零件聚类算法如采用成组技术中的相关零件聚类算法如“分枝分枝- -聚类聚类”法、模糊匹配法等产生零件族法、模糊匹配法等产生零件族 统计零件族中的零件加工特征的几何、精度要求范围，统计零件族中的零件加工特征的几何、精度要求范围，分析工序要求，并据此确定加工机床类型分析工序要求，并据此确定加工机床类型x 根据加工历史统计，确认零件族的制造负荷量
68、，从而确根据加工历史统计，确认零件族的制造负荷量，从而确定单元机床数目定单元机床数目 根据零件族中加工特征，安排机床的布局形式根据零件族中加工特征，安排机床的布局形式7171714.2 4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置 成组制造单元（成组制造单元（成组制造单元（成组制造单元（2 2）采用成组制造单元进行加工活动时，其制造任务接收取决于待采用成组制造单元进行加工活动时，其制造任务接收取决于待加工零件的零件族归属加工零件的零件族归属例如，例如，某企业选取某一典型生产时间段作为统计区间，进行某企业选取某一典型生产时间段作为统计区间，进行产品、零件、工序、工时定额、机床负荷量等的统计，经采
69、产品、零件、工序、工时定额、机床负荷量等的统计，经采用成组技术形成零件族，设计出两个成组制造单元：用成组技术形成零件族，设计出两个成组制造单元：u 轴类加工单元：轴类加工单元：包括普通车床包括普通车床4 4台、台、NCNC车床车床1 1台、外圆磨床台、外圆磨床1 1台、立铣台、立铣1 1台、钻床台、钻床1 1台；台；v 轮盘类加工单元：轮盘类加工单元：包括普通车包括普通车8 8台、台、NCNC车床车床1 1台、外圆磨床台、外圆磨床1 1台、内圆磨床台、内圆磨床2 2台、平面磨床台、平面磨床1 1台、万能铣床台、万能铣床1 1台、台、 钻床钻床1 1台台7272724.2 4.2 制造执行系统的
70、配置制造执行系统的配置 自治制造单元自治制造单元自治制造单元自治制造单元一种对外界制造任务具有自适应、智能化加工的一种单元。一种对外界制造任务具有自适应、智能化加工的一种单元。智能化制造技术是其基础理论智能化制造技术是其基础理论自治制造单元的自适应性和智能性表现在两个方面：自治制造单元的自适应性和智能性表现在两个方面：一是一是在与外界交互方面，二是自身内部方面在与外界交互方面，二是自身内部方面在与外界交互方面，在与外界交互方面，自治制造单元能自治制造单元能“感知感知”外部制造任外部制造任务，并主动出击力争获取制造任务。当所接受的制造任务务，并主动出击力争获取制造任务。当所接受的制造任务正处于处
71、理阶段时，能主动与相关外部环节正处于处理阶段时，能主动与相关外部环节“协调协调”，达，达到制造任务的优化完成到制造任务的优化完成在自身内部方面，在自身内部方面，自治制造单元内部具备实时的制造质量控自治制造单元内部具备实时的制造质量控制调节能力和设备的自诊断能力等。根据制造任务当前加制调节能力和设备的自诊断能力等。根据制造任务当前加工工况的不同，可自动调节加工参数、进行刀具磨损预报，工工况的不同，可自动调节加工参数、进行刀具磨损预报，从而达到对零件加工精度的闭环补偿从而达到对零件加工精度的闭环补偿自治制造单元的设备构成常为附带各种自适应及智能化附件的加工中心自治制造单元的设备构成常为附带各种自适
72、应及智能化附件的加工中心自治制造单元的设备构成常为附带各种自适应及智能化附件的加工中心自治制造单元的设备构成常为附带各种自适应及智能化附件的加工中心7373734.2 4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置 柔性制造单元（柔性制造单元（柔性制造单元（柔性制造单元（1 1）是面向单件、多品种零件的加工而提出的一种单元。提高针是面向单件、多品种零件的加工而提出的一种单元。提高针对不同工序的加工柔性、适应不同零件的加工能力柔性是设对不同工序的加工柔性、适应不同零件的加工能力柔性是设计柔性制造单元的关键计柔性制造单元的关键从硬件方面看，柔性制造单元包含制造装备、装夹与搬运装置、工件缓从硬件方面看
73、，柔性制造单元包含制造装备、装夹与搬运装置、工件缓从硬件方面看，柔性制造单元包含制造装备、装夹与搬运装置、工件缓从硬件方面看，柔性制造单元包含制造装备、装夹与搬运装置、工件缓存站等存站等存站等存站等制造装备：制造装备：包括各种加工中心（如车削加工中心、镗铣加工包括各种加工中心（如车削加工中心、镗铣加工中心等）中心等）装夹与搬运装置：装夹与搬运装置：包括机器人、托板传送装置等包括机器人、托板传送装置等工件缓存站：工件缓存站：用于工件临时存放，并通过自动导向小车用于工件临时存放，并通过自动导向小车AGVAGV、工件传送链等与外界进行工件交换工件传送链等与外界进行工件交换7474744.2 4.2
74、制造执行系统的配置制造执行系统的配置 柔性制造单元（柔性制造单元（柔性制造单元（柔性制造单元（2 2）7575754.2 4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置 柔性制造单元（柔性制造单元（柔性制造单元（柔性制造单元（3 3）从软件方面看，柔性制造单元需两类软件支撑，一是单元调度与监控系从软件方面看，柔性制造单元需两类软件支撑，一是单元调度与监控系从软件方面看，柔性制造单元需两类软件支撑，一是单元调度与监控系从软件方面看，柔性制造单元需两类软件支撑，一是单元调度与监控系统；二是单元计划与制造管理系统。这些软件隶属于广义统；二是单元计划与制造管理系统。这些软件隶属于广义统；二是单元计划与制
75、造管理系统。这些软件隶属于广义统；二是单元计划与制造管理系统。这些软件隶属于广义CAMCAMCAMCAM柔性制造单元的软件所面向的求解对象是柔性制造单元的软件所面向的求解对象是“工序工序”。所。所有操作均跟工序相关有操作均跟工序相关单元监控单元监控涉及到设备状态检测与诊断、加工精度补偿等涉及到设备状态检测与诊断、加工精度补偿等单元调度单元调度涉及到工序排队、工序质量控制、工序加工相关涉及到工序排队、工序质量控制、工序加工相关的工况数据采集与分析等的工况数据采集与分析等单元计划单元计划涉及到相应的排产问题涉及到相应的排产问题制造管理制造管理则从全局的角度出发，以则从全局的角度出发，以“工序工序”
76、为关联单位，为关联单位，将加工过程的制造信息用统一的数据库形式进行管理，将加工过程的制造信息用统一的数据库形式进行管理，并对加工过程进行跟踪并对加工过程进行跟踪7676764.2 4.2 制造执行系统的配置制造执行系统的配置 制造执行系统的网络化制造执行系统的网络化制造执行系统的网络化制造执行系统的网络化依赖于制造装备的网络接口、制造单元的网络化，将制造依赖于制造装备的网络接口、制造单元的网络化，将制造单元进行互联的网络类型与协议单元进行互联的网络类型与协议用于支持用于支持MESMES进行网络互联的技术包括现场总线技术和工进行网络互联的技术包括现场总线技术和工业实时以太网技术业实时以太网技术由
77、于与由于与InternetInternet的兼容问题，工业实时以太网的应用场合的兼容问题，工业实时以太网的应用场合正在增加。其思路是：对在本地的制造单元或制造执行子正在增加。其思路是：对在本地的制造单元或制造执行子系统采用工业以太网互联；分布在异地的不同单元或子系系统采用工业以太网互联；分布在异地的不同单元或子系统间采用统间采用InternetInternet互联互联硬件方面：硬件方面：7777774.3 4.3 基于制造执行系统基于制造执行系统CAMCAM扩展扩展ERPERP软件将产品生产需求、软件将产品生产需求、BOMBOM、工艺文件等传递到、工艺文件等传递到MESMES软件中软件中制造执
78、行过程中的在线制造数据交互（制造执行过程中的在线制造数据交互（制造执行过程中的在线制造数据交互（制造执行过程中的在线制造数据交互（1 1）经经MESMES软件处理，短期生产计划、生产指令单、零件清软件处理，短期生产计划、生产指令单、零件清单、生产优化运行参数等被传递到底层制造监控软件单、生产优化运行参数等被传递到底层制造监控软件根据接收的信息，底层制造系统运行并产生实时的工序根据接收的信息，底层制造系统运行并产生实时的工序进展信息、设备运行参数、物料使用状态等制造数据，进展信息、设备运行参数、物料使用状态等制造数据，然后实时地上传到然后实时地上传到MESMES软件中软件中经经MESMES软件处
79、理，实时制造数据被上传到软件处理，实时制造数据被上传到ERPERP软件中，从软件中，从而完成在线制造数据交换工作而完成在线制造数据交换工作制造执行系统是制造执行系统是制造执行系统是制造执行系统是ERP/MRPIIERP/MRPIIERP/MRPIIERP/MRPII与底层制造监控系统间的桥梁，而制造执行系与底层制造监控系统间的桥梁，而制造执行系与底层制造监控系统间的桥梁，而制造执行系与底层制造监控系统间的桥梁，而制造执行系统对应的软件功能涉及到制造执行过程中的在线制造管理，该内容可作统对应的软件功能涉及到制造执行过程中的在线制造管理，该内容可作统对应的软件功能涉及到制造执行过程中的在线制造管理
80、，该内容可作统对应的软件功能涉及到制造执行过程中的在线制造管理，该内容可作为为为为广义广义广义广义CAMCAMCAMCAM的扩展的扩展的扩展的扩展7878784.3 4.3 基于制造执行系统基于制造执行系统CAMCAM扩展扩展制造执行过程中的在线制造数据交互（制造执行过程中的在线制造数据交互（制造执行过程中的在线制造数据交互（制造执行过程中的在线制造数据交互（2 2）数据流动示意：数据流动示意：7979794.3 4.3 基于制造执行系统基于制造执行系统CAMCAM扩展扩展面向制造执行系统的扩展面向制造执行系统的扩展面向制造执行系统的扩展面向制造执行系统的扩展CAMCAM面向制造执行系统的扩展
81、面向制造执行系统的扩展CAM软件可划分为五大模块：软件可划分为五大模块： 动态资源管理模块动态资源管理模块 实时生产管理模块实时生产管理模块 作业计划和调度模块作业计划和调度模块 质量控制与管理质量控制与管理 系统内部管理模块系统内部管理模块其中，前两个模块分别与其中，前两个模块分别与ERPERP层和制造监控层相联层和制造监控层相联8080804.4 4.4 加工过程质量控制的辅助技术加工过程质量控制的辅助技术可移动可移动FaroFaro测量臂测量臂RenisahawRenisahaw测头系统测头系统（CNCCNC系统配套）系统配套）Keyence LK-G150HKeyence LK-G15
82、0H长距离位移测量装置长距离位移测量装置刀具刀具工件工件自制可自制可移动激光移动激光测量装置测量装置物理量物理量几何量几何量加工设备加工设备航空发动机叶片航空发动机叶片振动点检装置振动点检装置无线应变无线应变测量传感器测量传感器影响影响影响影响“设备设备设备设备- - - -刀夹具刀夹具刀夹具刀夹具- - - -工件工件工件工件”系统内加工精度动态损失的原因系统内加工精度动态损失的原因系统内加工精度动态损失的原因系统内加工精度动态损失的原因本工序内中间与最终的工件误差结果本工序内中间与最终的工件误差结果本工序内中间与最终的工件误差结果本工序内中间与最终的工件误差结果工控机工控机8181814.
83、4 4.4 加工过程质量控制的辅助技术加工过程质量控制的辅助技术工序驱动的数模与工序测量结果的比对工序驱动的数模与工序测量结果的比对工序驱动的数模与工序测量结果的比对工序驱动的数模与工序测量结果的比对面向加工工序流的工件数字模型面向加工工序流的工件数字模型毛坯毛坯数模数模工序工序1 1数模数模工序工序i i数模数模工序工序n n数模数模工序工序1 1内中内中间状态数模间状态数模工序工序1 1内中内中间状态数模间状态数模工序工序1 1内中内中间状态数模间状态数模设备设备1 1（工序（工序1 1）“设备设备- -刀夹具刀夹具- -工件工件”系统的动态精度损系统的动态精度损失原因诊断模型失原因诊断模
84、型工件的工件的中间与中间与最终误最终误差结果差结果动态精度动态精度损失源损失源模糊判断模糊判断与调整与调整工序工序QC/QC/能力能力计算计算检测数据采集与处理检测数据采集与处理设备设备i i（工序（工序i i）“设备设备- -刀夹具刀夹具- -工件工件”系统的动态精度损系统的动态精度损失原因诊断模型失原因诊断模型工件的工件的中间与中间与最终误最终误差结果差结果动态精度动态精度损失源损失源模糊判断模糊判断与调整与调整工序工序QC/QC/能力能力计算计算检测数据采集与处理检测数据采集与处理设备设备n n（工序（工序n n）“设备设备- -刀夹具刀夹具- -工件工件”系统的动态精度损系统的动态精度
85、损失原因诊断模型失原因诊断模型工件的工件的中间与中间与最终误最终误差结果差结果动态精度动态精度损失源损失源模糊判断模糊判断与调整与调整工序工序QC/QC/能力能力计算计算检测数据采集与处理检测数据采集与处理工序调整工序调整工序维护工序维护面向加工工序流的工件动态精度损失量、工件误差在线面向加工工序流的工件动态精度损失量、工件误差在线/ /在位测量与数据处理在位测量与数据处理8282824.4 4.4 加工过程质量控制的辅助技术加工过程质量控制的辅助技术SPC控制图常规质量控制图改进型质量控制图等样本质量控制图通用质量控制图通用质量控制图均值极差控制图均值极差控制图 均值标准差控制图均值标准差控
86、制图 中位数极差控制图中位数极差控制图 单值移动极差控制图单值移动极差控制图不合格品率控制图不合格品率控制图 不合格品数控制图不合格品数控制图 缺陷数控制图缺陷数控制图单位缺陷数控制图单位缺陷数控制图 CUSUM EWMA 小批量质量控制图 Q Q控制图控制图 目标控制图目标控制图比例控制图比例控制图动态质量控制图 选控图 合成控制图 多元质量控制图多元T2控制图多元Tp控制图不等样本质量控制图多元指标的多元指标的引入引入两种质量多元诊断一元质量控制图数据转数据转换换8383834.4 4.4 加工过程质量控制的辅助技术加工过程质量控制的辅助技术通用控制图数学模型通用控制图数学模型通用控制图数
87、学模型通用控制图数学模型1、 控制限变换控制限变换2、随机变量、随机变量y的标准变换的标准变换8484844.4 4.4 加工过程质量控制的辅助技术加工过程质量控制的辅助技术运行示例运行示例运行示例运行示例8585854.5 4.5 加工过程制造任务的调度技术加工过程制造任务的调度技术制造单元的调度模型制造单元的调度模型制造单元的调度模型制造单元的调度模型8686864.5 4.5 加工过程制造任务的调度技术加工过程制造任务的调度技术基于基于基于基于GAGA的调度算法设计的调度算法设计的调度算法设计的调度算法设计8787874.5 4.5 加工过程制造任务的调度技术加工过程制造任务的调度技术8
88、888884.5 4.5 加工过程制造任务的调度技术加工过程制造任务的调度技术8989894.5 4.5 加工过程制造任务的调度技术加工过程制造任务的调度技术9090904.5 4.5 加工过程制造任务的调度技术加工过程制造任务的调度技术基于基于基于基于GAGA的物理制造单元调度算法仿真的物理制造单元调度算法仿真的物理制造单元调度算法仿真的物理制造单元调度算法仿真minmins.t.s.t.（约束）（约束）（约束）（约束）制造单元调度数学模型制造单元调度数学模型制造单元调度数学模型制造单元调度数学模型 遗遗遗遗传传传传算算算算法法法法制造单元调度结果甘特图制造单元调度结果甘特图制造单元调度结果
89、甘特图制造单元调度结果甘特图解算解算解算解算调度结果输调度结果输调度结果输调度结果输出出出出9191本章总结本章总结CAMCAM的基本概念和内涵的基本概念和内涵的基本概念和内涵的基本概念和内涵介绍了开放式介绍了开放式介绍了开放式介绍了开放式CNCCNC体系结构的特点、功能和类型体系结构的特点、功能和类型体系结构的特点、功能和类型体系结构的特点、功能和类型制造制造制造制造执行系统的概念与关键使能技术执行系统的概念与关键使能技术执行系统的概念与关键使能技术执行系统的概念与关键使能技术介绍了数控编程及其相应的计算机辅助技术介绍了数控编程及其相应的计算机辅助技术介绍了数控编程及其相应的计算机辅助技术介绍了数控编程及其相应的计算机辅助技术929292本章结束本章结束Thank YouThank You！
