第3次授课：讲授内容 第一章 数控系统概述 第三节 数控机床与现代机械制造系统

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 柔性的含义 在现代机械制造系统中，生产率和柔性是评价系统自动化程度的两个主要因素。 柔性主要指生产系统适应加工对象变化的能力。具体包括：  工件数量变化的柔性  不同工件混合生产和临时插入急件的柔性  生产设备调整和替换故障设备的柔性

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 机械制造自动化系统在生产率和柔性方面的比较

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 对于批量大、品种少的加工情况，一般采用刚性自动生产线，它有固定的加工和物流设备及固定的加工工艺。 自动生产线通常相当昂贵，设备基本固定，不灵活，只能加工一种工件或几种类似的工件。自动生产线的优点是生产效率很高，由于设备是固定的，所以利用率也很高，最终结果是每一个产品的成本很低。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 对于批量小、品种多的加工情况，一般采用数控机床，它对产品的适应能力非常强，从加工一种工件转换到另一种工件，不需要改变机床硬件，只需要改变数控加工程序及相应的刀具和夹具。数控机床相对自动生产线而言生产效率低一些，成本高，其最大优点是柔性强。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 对于中等批量、品种不是非常多的加工情况，要考虑一个折衷方案，综合加工生产效率和柔性两个方面，所采用的系统可以是下述几种系统之一：  柔性自动生产线  柔性制造单元(FMC)  柔性制造系统(FMS)  计算机集成制造系统(CIMS)

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 柔性自动生产线 采用了专用计算机对生产线内加工模块实行数字控制，又具有自动的刀具更换能力，因此，比传统刚性自动线灵活，易于适应较多品种工件的加工，并能完成传统自动线的全部工序，进行较大批量的生产。 柔性：Flexibility、Flexible

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 柔性制造单元（FMC） 由一台或多台数控加工中心，自动化物流存储、传输和交换装置，及一台单元控制计算机组成。 单元控制计算机协调和控制单元内各设备的运行，并可组网或与上一级计算机进行通信。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 柔性制造单元的控制结构

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 柔性制造单元的工作过程 柔性制造单元的加工任务由上一级计算机下达。单元计算机接受任务后，将有关加工所需的刀具、工件和夹具配备数据传输到配备站。配备站在刀具准备就绪后向单元计算机发出信号，控制机械手或自动传输系统将刀具置入刀具存储装置；当要加工的工件材料被自动或手动装夹在托盘夹具后，再由单元计算机控制机械手或自动传输系统将工件装载到工件储运系统。加工中心数控装置通过DNC接口与单元计算机相连，单元计算机将数控加工程序、刀具数据和管理命令传输给数控装置，并获得数控加工中心的运行和过程数据。单元计算机还可将必要的单元运行数据传输给上一级系统。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 柔性制造系统(FMS) 根据“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器装备柔性制造系统术语”的定义，柔性制造系统是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统将多个工段，如：数台数控机床(包括加工中心)）或柔性制造单元，清洗机，安装单元及工件和刀具的装卸、搬运和存储系统结合到一起，由一台制造系统中央计算机进行系统的协调和控制。 柔性制造系统可以是柔性制造单元的扩展，存在信息流、物流和加工三个子系统。

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第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 柔性制造系统控制结构

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 柔性制造系统工作原理 柔性制造系统中每个设备都有自己的控制器，包括计算机数控装置(CNC)、机器人控制器(RC)、微处理机控制器(CPU)和可编程控制器(PLC)等，每个子系统都通过DNC接口或专用接口与制造系统中央计算机相连。 由制造系统中央计算机启动物流、制造过程和安装过程，并监视着各部分的实时运行。 制造单元和安装单元的内部协调由机器人控制器来完成。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 计算机集成制造系统CIM的一般定义 (1) 计算机集成制造将制造企业的全部生产经营活动，即从市场分析、产品设计、生产制造、质量保证、经营管理直至产品售后服务等，通过数据驱动形成一个有机的整体，使企业内各种活动互相协调地进行。 (2) CIM不是各种自动化系统的简单叠加，而是通过计算机网络和数据管理技术实现各单元技术的集成。 (3) CIM能有效地实现柔性生产。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 现代造机械制系统的信息网络模型

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 现代机械制造系统的信息网络模型  计划层:属于工厂级或企业级，负责处理经营和管理信息，制定长期生产计划，进行产品设计和工艺设计，对下一层下达生产指令。  管理层:属于车间级或系统管理级，负责制定近期任务计划和资源分配计划(作业计划)，把任务和资源分配给有关单元，并进行跟踪和协调。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 现代机械制造系统的信息网络模型  单元层:指系统控制级，负责各个自动化设备的资源和任务分配，对任务的执行过程进行监视和协调，并向上一级报告任务执行的状况。  设备控制层:指设备控制级，负责自动化设备(如：数控机床、机器人、传输系统、自动化仓库等)的控制和监视，通过这一级的控制完成工件的加工、安装和测量等任务，并向上一级报告设备运行状态。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 现代机械制造系统的信息网络模型  执行层:指执行机构和传感器级，传感器将过程参数转换为信息，执行机构将信息转换为过程参数，二者的相互作用使过程的控制得以实现。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 一、现代机械制造系统 现代机械制造系统的信息网络模型 在上述现代机械制造企业的信息网络模型中存在着四个不同的通信段。执行层和设备控制层之间通信段采用现场总线；设备控制层和单元层之间数据通信采用局域单元网和现场总线实现；企业的管理层和设备控制层的各通信设备的通信接口在主干网上实现；计划层和管理层的各技术办公场所和管理办公室场所之间的通信采用局域网的办公室网实现。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 二、数控机床与现代机械制造系统的关系 为了适应各种现代制造技术的需要，现代数控系统应当具有单元功能和通信功能。 单元功能提供了数控机床与柔性制造单元/柔性制造系统的接口，包括任务管理、托盘管理和刀具管理。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 二、数控机床与现代机械制造系统的关系 单 元 功 能 任务管理进行制造任务的管理，接受由上级计算机下达或由机床操作者现场手动输入的制造任务，进行各任务的材料准备，完成数控加工程序、刀具和辅助设备的需求计算，然后运行各个任务。 托盘管理控制托盘的运入和运出，以及托盘位置和托盘上所载对象(工件或刀具)的有关数据，在制造单元内进行物流(包括工件流和刀具流)的协调。 刀具管理负责数控加工程序的刀具数据管理，刀具准备和换刀控制。

第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 第3次授课：第三节 数控机床与现代机械制造系统 二、数控机床与现代机械制造系统的关系 通 信 功 能 在现代机械制造系统的网络模型中，数控机床位于设备控制层。在同一层中，它要与其他自动化设备控制器进行通信；对上层，它要与单元层控制计算机通信；对下层，它还可能要与执行机构和传感器进行通信。 现代数控机床除了具有传统的串行通信(RS-232C等)功能，完成与编程机及各种外设的通信以外，还应该具有网络通信的功能，以满足现代机械制造系统中与其他设备控制器、上位机、执行机构及传感器进行通信和连网的要求。