西门子808D数控系统
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西门子808D数控系统 详细信息
西门子808D数控系统&&&以满足客户的需求为宗旨&,&&以诚为本&&,&&精益求精&电气化、自动化和数字化需要创新解决方案:西门子中国是实力强大的合作伙伴、技术先锋和负责任的雇主。日&-&摘要:随着工业现代化的发展,数控自通的应用越来越广泛,世界上流行的100%西门子关方采购渠道给您100%放心品质。&上海晋营自动化科技有限公司销售西门子千万余产品 尽新老顾客您来询价订货采购，欢迎您来晋营公司，谢谢您的光临！您的合作是我最大的荣幸！&上海晋营自动化科技有限公司联系人：邵泽春电 &话：(同微信号）传 &真：021-邮 &箱：&Q Q &: &从第一台实验性数控系统的出现到现在，数控系统走过半个多世纪的历程。数控系统先后经历了两个阶段和六代发展：电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器及基于PC 机的通用CNC 系统。计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式的数控系统应运而生，更是带来数控技术迅猛发展。西门子808D数控系统　　西门子数控系统诞生于上世纪60年代，研发第一代数控产品上市后并注册品牌SINUMERIK。西门子数控系统的数控装备采用模块化结构设计，集成数字控制器、可编程控制器、人机操作界面的操作面板。通过一种标准硬件，配置多种软件，加强了工艺类型，从而满足个种类机床的需求。西门子技术不断发展同时也带动了西门子数控系统不断创新，使得西门子数控系统更加稳定。&&图1 西门子数控系统1 西门子数控系统的演变，以继电器控制为基础，基于模拟量控制和绝对编码器的第一代西门子数控系统上市。，结合上一代数控系统的特点，充分运用推出用晶体管新型科学技术，推出了车床，铣床和磨床。，随着微型计算机和微处理器逐步广泛的应用，西门子数控同样采用这些先进的技术，在SINUMERIK 550数控系统中，把PLC（可编程逻辑控制器）集成到控制器。，西门子推出SINUMERIK 3数控系统，在充分利用上代数控系统的优势上，西门子SINUMERIK 3系统采用模块化设计，并具有完备的自诊断功能。，西门子数控系统840C成功上市。开放式NC数控自定义功能从这代系统开始在西门子数控系统上应用，西门子还公布PC和HMI开放式软件包。基于系统的开放性，西门子显著地扩大了其OEM机床制造商定制他们的设备的可能性。1996 -&2000，西门子推出SINUMERIK 840D系统、SINUMERIK 810D系统、SINUMERIK 802D系统。人与机器相关的安全集成功能已经集成到软件之中。面向图形界面编程的ShopMill和ShopTurn能够帮助操作工以最少的培训快速上手，易于操作和编程。，西门子推出了SINUMERIK 801、SINUMERIK 802、SINUMERIK 828、SINUMERIK 808D新的型号，同时结合新科技的成果和应用的领域的特点推出了SINUMERIK 802S/802D/802C系统，SINUMERIK 828D BASIC M/T系统，SINUMERIK 840 Di/SINUMERIK 840 D sl一系列的拓展型的新系统。实现了多轴、多通道、多组的控制，对于复杂零件加工效率精度得到很大的提高。【西门子808d系统】6FC-0AA0西门子808D数控系统6FC-0YA0 808D
现货 ON PC 6FC-0YA0 6FC-0AA0 808D 现货 M PPU141.1 6FC-0AA0 6FC-0YA8 808D
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现货 MCP CN 6FC-0CA0基于操作面板的紧凑型数控系统SINUMERIK 808D车削和 SINUMERIK 808D 铣削极其坚固耐用，并且非常容易维护。强大的数控功能能够确保在很短的加工时间内实现极佳的工件加工精度和表面加工质量。SINUMERIK 808D数控系统配置SINAMICS V60驱动系统和SIMOTICS 1FL5伺服电机，完美应用于普及型数控车床、数控铣床及立式加工中心。借助 SINUMERIK 808D在线向导功能，从机床样机调试到批量生产、机床销售直至操作编程的所有环节的培训成本可降至低。西门子数控系统：802S/C/D数控系统 810D/DE数控系统 820D/S数控系统 840D/DE数控系统 840D/SL数控系统 840C数控系统 S120数控伺服系统，数控伺服驱动器/控制模块/电源模块/备品备件等。全部现货特价供应：以真挚的态度，全方位为您服务，包括（现场安装调试，电话或者现场技术支持，）西门子808D数控系统2 西门子数控系统特点　　西门子数控系统采用32位微处理器实现CNC控制，内部集成PLC控制，对机床进行逻辑控制、采用全数字化的驱动模块集成控制。可实现钻，车，铣，磨，冲，激光加工和搬运设备的控制，适用于复杂的加工任务，有较强的动态品质和控制精度。其突出特点如下：最多可大31个进给轴/主轴，可完成CNC连续轨迹控制以及内部集成式PLC控制，同时控制进给轴和主轴的同步操作。操作部分硬件用户可在Window98/2000/XP下开发自定义的界面。用户可以更加熟悉并简便地进行数控系统的控制。10个方式组和10个通道技术。多通道多组的控制技术大大提高了加工的效率。通过Drive-CliQ总线与全数字驱动SINAMICS S120实现高速可靠通讯。NC编程符合DIN66025标准，具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行公制、英制尺寸或混和尺寸的编程，程序编程与加工可同时进行，系统具备1.5兆字节的用户内存，用于零件程序、刀具偏置、补偿的存储。轴优化方便。可以通过&Startup-tool&软件对轴的速度环、位置环进行优化特别方便轮廓的冲突检测，刀具半径补偿的接近和退出及交点计算、刀具长度补偿、螺距误差补偿和测量系统误差补偿、反向间隙补偿、过象限误差补偿等。安全保护功能。数控系统可通过预先设置软极限开关的方法，进行工作区域的限制，当超程时可以触发程序进行减速，对主轴的运行还可以进行监控。&西门子808D数控系统基于操作面板的紧凑型数控系统SINUMERIK 808D车削和 SINUMERIK 808D 铣削极其坚固耐用，并且非常容易维护。强大的数控功能能够确保在很短的加工时间内实现极佳的工件加工精度和表面加工质量。SINUMERIK 808D数控系统配置SINAMICS V60驱动系统和SIMOTICS 1FL5伺服电机，完美应用于普及型数控车床、数控铣床及立式加工中心。借助 SINUMERIK 808D在线向导功能，从机床样机调试到批量生产、机床销售直至操作编程的所有环节的培训成本可降至最低。To the top of the page典型应用SINUMERIK 808D 车削SINUMERIK 808D 车削符合现代普及型车床的所有要求 - 高轮廓精度和高动态特性，确保了最高的机床生产效率，尤其是在进行大批量车削加工时表现尤为突出。完美适合于车削加工应用：- 一个加工通道中最多 4 进给轴/ 主轴- 专为斜床身和平床身数控车床定制的系统软件SINUMERIK 808D 铣削SINUMERIK 808D 铣削完美适用于现代普及型铣床及立式加工中心。得益于 SINUMERIK MDynamics 铣削工艺包的速度控制功能，SINUMERIK 808D 铣削也适用于模具加工。因此在普及型铣削应用方面， SINUMERIK 808D 铣削具有完美的性价比。完美适合于铣削加工应用：- 一个加工通道中最多 4 进给轴/ 主轴- 专为立式加工中心定制的系统软件- 适用于模具加工To the top of the page设计西门子808D数控系统Enlarge西门子808D数控系统To the top of the page客户受益&&完美的质量和耐用性：严格按照德国质量标准设计和生产，同样适用于恶劣环境&&高性能和高生产率：-&80位浮点数纳米级计算精度确保最大程度的减小内部计算误差-&强大的车削、铣削及钻削工艺循环-&带智能路径控制和程序段预读的SINUMERIK MDynamics确保模具加工的应用&&便捷调试：- 通过USB接口连接，即插即用的机床控制面板（MCP）- 集成式和分布式I/O点设计，方便灵活- 针对车削和铣削工艺应用而设计的数控单元、机床控制面板以及优化的V60伺服驱动，最大程度地简化典型车床和铣床的调试- 借助于startGUIDE在线向导中的调试向导和批量生产向导，SINUMERIK 808D按步骤引导调试人员完成机床样机调试和批量生产&&易于销售：- 通过快捷键Ctrl+D即可启动startGUIDE在线向导中的销售向导，系统会以幻灯片的形式来帮助机床销售人员更生动具体地展示机床及的特点与优势，系统在出厂时已包含了对于SINUMERIK 808D数控系统的基本介绍&&易于使用：-&实用JOG手动操作，支持T/S/M功能以及带图形辅助的刀具和工件的测量-&带图形支持的工艺循环编辑界面和轮廓计算器-&前面板USB接口可用于数据传输和执行加工程序-&兼容ISO编程语言-&手动机床选项（MM+）使传统普车操作和数控加工完美结合-&维护计划能智能的管理机床维护任务，确保机床处于最甲的运行状态&&易于学习：- 借助于startGUIDE在线向导中的操作向导，操作者可以掌握SINUMERIK 808D的基本操作和编程- SINUMERIK 808D on PC 用于学习、培训和离线零件程序编程的培训软件，免费下载机床配置可实现钻、车、铣、磨、切害、冲、激光加工和搬运设备的控制，备有全数字化的SIMDRIVE611数字驱动模块：最多可以控制31个进给轴和主轴．进给和快速进给的速度范围为100-9999mm/min。其插补功能有样条插补、三阶多项式插补、控制值互联和曲线表插补，这些功能。为加工各类曲线曲面零件提供了便利条件。此外还具备进给轴和主铀同步操作的功能。操作方式其操作方式主要有AUTOMATIC(自动)、JOG(手动)、示教（TEACH IN） 手动输入运行（MDA） ，自动方式：程序的自动运行，加工程序中断后，从断点恢复运行；可进行进给保持及主轴停止，跳段功能，单段功能，空运转。轮廓和补偿840D可根据用户程序进行轮廓的冲突检测、刀具半径补偿的进入和退出策略及交点计算、刀具长度补偿、螺距误差补偿棚测量系统误差补偿、反向间隙补偿、过象限误差补偿等。NC编程840D系统的NC编程符合DIN 66025标准(德国工业标准)，具有高级语言编程特色的程序编辑器，可进行公制、英制尺寸或混合尺寸的编程，程序编制与加工可同时进行，系统具备1．5兆字节的用户内存，用于零件程序、刀具偏置、补偿的存储。PLC编程840D的集成式PLC完全以标准sIMAncs7模块为基础，PLC程序和数据内存可扩展到288KB，u/o模块可扩展副2048个输入/输出点、PLC程序能以极高的采样速率监视数据输入，向数控机床发送运动停止/起动等指令。操作部分硬件西门子808D数控系统840D系统提供了标准的PC软件、硬盘、奔腾处理器，用户可在Windows98/2000下开发自定义的界面。此外，2个通用接过RS232可使主机与外设进行通信，用户还可通过磁盘驱动器接口和打印机并联接口完成程序存储、读入及打印工作。显示部分840D提供了多言种的显示功能，用户只需按一下按钮．即可将用户界面从一种语自转换为一种语言，系统提供的话言有中文、英语、德语、西班牙语、法语、意大利语：显示屏上可显示程序块、电动机轴位置、操作状态等信息。2.1 西门子数控系统的基本构成请参阅：SIEMENS数控系统操作部件SIEMENS用于数控系统的HMI软件西门子数控系统有很多种型号，首先我们来观察一下802D所构成的实物图，SINUMERIK 802D是个集成的单元，它是由NC以及PLC和人机界面（HMI）组成，通过PROFIBUS总线连接驱动装置以及输入输出模板，完控制功能。而在西门子的数控产品中最有特点，最有代表性的系统应该是840D系统。因此，我们可以通过了解西门子840D系统，来了解西门子数控系统的结构。首先通过以下的实物图观察840D系统。2.2西门子810D系统的结构组成 （请参阅：SINUMERIK 810D 840D 简明调试手册 - 2006版本）SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU或NCU），MMC,PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。1. 人机界面人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成 MMC(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)单元，MMC,MCP(Machine Control Panel)三部分。MMC实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中。（1）MMC(Man Machine communication)最常用的MMC有两种：MMCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU为486,不能带硬盘；而MMC103的CPU为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为SINUMERIK810D配MMC100.2,而为SINUMERIK840D配MMC103.PCU(PC UNIT)是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块&&PCU20、PCU50、PCU70, PCU20对应于MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU50、PCU70对应于MMC103,可以带硬盘，与MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINDOWS NT的。PCU的软件被称作HMI。HMI有分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70则装载高级HMI。（2）OP(Operation pannel)OP单元一般包括一个10.4〞TFT显示屏和一个NC键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的OP单元，如： OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031最为常用。（3）、MCP(Machine control pannel)MCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同，目前，有车床版MCP和铣床版MCP两种。对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6，用MCP后面的S3开关设定。对于SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术，传输速率为187.5k/秒，OP单元为这个总线构成的网络中的一个节点。为提高人机交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）总线，它的传输速率为1.5M/秒。2. NCU(Numerical control unit)数控单元SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元（在810D中称为CCU（compact control unit））：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯 它由一个COM CPU板. 一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成.根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2(12轴)，NCU573.2(31轴)等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus接口，RS232接口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。数字驱动（请参阅：Simodrive 611 Universal 产品介绍）数字伺服：运动控制的执行部分,由611D伺服驱动和1FT6(1FK6)电机组成。SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。主轴伺服电机为1PH7系列。4. PLC模块SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），CPU模块，接口模块（Interface Module）及信号模块（Signal Module）。PLC模块的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和+5V。接口模块（IM）是用于级之间互连的。信号模块（SM）使用与机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种。元件西门子808D数控系统系统集成和连接以下元件：最大可以连接2个电子手轮，小型手持单元，通过I/O 模块PP 72/48 或通过 MCPA模块控制的机床操作面板，MCPA 模块被插入安装在PCU 210的后背板。MCPA 模块可以连接机床控制面板，同时具有用于模拟主轴的模拟接口。最大可以连接3个I/O模块PP 72/48。西门子NCU571.2
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金牌企业：基于西门子SINUMERIK808D数控车床系统设计
1、相关定义
1.1、数控车床维修定义及分类
2.1.1 数控车床维修定义2.1.1 数控车床维修定义 国内外对设备维修的定义说法不一,但其主体的思想基本上是一样,即为使 无效单元维持在一定运行状态(可靠并且安全满意)[45]。从上述维修的基本思想可 知,当数控车床处于状态劣化或故障状态下,人为地开展恢复其功能的技术活动, 即为数控车床的维修活动。数控车床的维修活动贯穿着数控车床的所有使用过程, 其基本内容如下所示: (1) 数控车床检查:为查明和评定数控车床及其子系统的实际运行状态和确 定数控车床关键部件的磨损程度而开展的活动。 (2) 数控车床维护保养:为使数控车床及其子系统能较长时间地维持其初始 运行状态而进行一系列的机床保养活动,比如日常的润滑、矫正、清洁活动。 (3) 数控车床修理:为使故障后的数控车床恢复到规定状态而进行的一系列 维修活动,比如关键子系统及其零件的检测、调整和更换。
1.2、数控车床故障定义及计数原则
2.1.1 数控车床故障定义、分类2.1.1 数控车床故障定义、分类 (1)故障定义 机床在规定的条件下,规定的时间内,发生下列情况均称为故障: a) 不能完成规定的功能(功能性故障); b) 一个或几个性能参数超出允许的变化范围(参数性故障)。 (2)故障分类 数控车床故障分为关联性故障和非关联性故障。关联性故障是指产品本身 条件引起的故障。非关联性故障是指不是产品本身条件引起的故障。
1.3、数控车床可靠性分析与数字化数控车床产品定义的关系
数字化数控车床产品定义包括两个方面:①数字化数控车床产品模型和产品数据管理(PDM);②数字化工具定义和信息集成,如DFA、DFM、CAD/CAPP/CAM等。目前,PDM/CAD/CAPP/CAM等数字化定义技术得到极大的发展,功能正在逐步完善,这对数控车床产品的开发提供了有力的技术和环境支持,同时要求工程技术人员适应新的产品开发理念,根据并行工程的要求,在产品设计、工艺、制造等开发的各阶段应全面考虑产品全寿命周期的各种因素,尽早让下游的产品信息参与到产品开发过程中去。PDM和CAD/CAPP/CAM技术与可靠性工程有着密不可分的联系。 PDM管理所有与数控车床产品相关的信息和过程,凡是最终可以转换成计算机描述和存储的数据,它都可以兼收并蓄,一概管之,例如,数控车床产品结构和配置、零件定义及设计数据、CAD几何造型文件和绘图文件、工
程分析及验证数据、制造计划及规范、NC编程文件,图像文件(照片、造型图、扫描图等) 、产品说明书、硬拷贝文件、成本核算、各种电子报表、产品注释以及项目规划书、多媒体音像产品、其他电子数据等。可靠性数据作为产品数据的一种,是PDM数据管理的一部分。同时,产品开发过程所伴随的可靠性活动也是PDM管理的对象。PDM可以为数控车床可靠性分析提供数控车床产品设计、测试、工艺、制造、重要零部件试验等的数据及相关活动。这些数据对数控车床的可靠性故障分析(FMECA和FTA)很重要,是进行数控车床设计开发和数控车床可靠性分析与控制的重要依据。 CAD/CAPP/CAM技术为数控车床可靠性分析提供数控车床产品设计、工艺和制造等方面的数据。在数控车床并行工程环境中,CAD提供数控车床功能和结构等方面的产品信息,这些信息是进行故障模式、影响及危害性分析(FMECA)和故障树分析(FTA)的重要依据。目前,CAD技术主要是通过特征来描述和辨识产品和零部件,特征提取和特征描述是CAD技术的关键技术。在数控车床并行工程环境中,在进行数控车床可靠性分析时,可提取CAD平台提供的数控车床产品的特征信息,并根据这些信息将数控车床按功能和结构分解成各子系统,各子系统根据需要和条件也可进行分解。在进行故障模式、影响及危害性分析(FMECA)时,可首先分析各子系统的故障模式、影响和危害性,在此基础上综合考虑各子系统间的联系,进行整机的分析。数控车床设计的可靠性是由制造实现和保证的。通过提取CAPP和CAM技术产生的数控车床产品工艺和制造等方面的数据,可分析由于制造原因对数控车床可靠性的影响。 数控车床可靠性分析的结果可对数控车床的设计、工艺和制造过程提供可靠性指导,从而对数控车床进行改进,极大地提高数控车床的可靠性。同时,可靠性数据作为产品的基础性数据对产品的CAD/CAPP/CAM都是十分重要的也是非常必要的。在产品设计阶段,设计人员可通过CAD技术产生多种方案,可靠性人员可对各种方案进行可靠性分析和评估,为方案的优选提供决策依据;确定方案后,对设计的数控车床进行可靠性分析,可找出设计中的薄弱环节和故障隐患,改进设计。另外,通过生产和使用中的可靠性工作发现设计、工艺和制造缺陷,将反馈给CAD/CAPP/CAM,进行设计、工艺和制造的改进。
1.4、I/O 接口定义
图 3-25 XS40 机床输入 图 3-26 XS39 机床输出 注 1:部分输入、输出接口可定义多种功能,在上表中用"/"表示; 注 2:输出功能有效时,该输出信号与 0V 导通。输出功能无效时,该输出信号与 0V 截止; 注 3:输入功能有效时,该输入信号与+24V 导通。输入功能无效时,该信号与+24V 截止。带"*"记的输入信号与+24V 导通时输入功能无效,与+24V 截止时输入功能 有效; 22 注 4:+24V、0V 与系统配套电源盒的同名端子等效; 注 5:T07、T08 输出口为复用输入口,主轴自动换挡功能及自动循环允许在输入设 置为无效时,仍可作为 T07、T08 刀位输入口; 扩展 I/O 接口定义 XS41 扩展输入和 XS42 扩展输出为预留接口,各预留 16 个 I/O 接口。 图 3-27 XS41 机床输入 图 3-28 XS42 机床输出 输入信号是指从机床到系统的信号,该输入信号与+24V 接通时,输入功能有效, 该输入信号与+24V 断开时,输入功能无效;带"*"记的输入信号与+24V 接通时, 23 输入功能无效,与+24V 断开时输入功能有效。 输入信号在机床侧的触点应满足下列条件: 触点容量:DC30V、16mA 以上;开路时触点间的泄漏电流:1mA 以下;闭路时触点 间的电压降:2V 以下(电流 8.5mA,包括电缆的电压降) 输出信号用于驱动机床侧的继电器和指示灯,该输出信号与 0V 接通时,输出 功能有效。与 0V 截止时输出功能无效,该输出信号;包括 S1~S4、M3、M4、M5、 M8、M10、M11、M32、TL-、TL+、UO0~UO5、DOQPJ、DOQPS、SPZD 信号。除 TL-、 TL+、SPZD 为脉冲信号(输出不保持)外,其它输出均为电平信号(输出保持),信 号的公共端为+24V。 系统内用于输出信号的晶体管规格: 输出有效时的最大负载电流,包括瞬间电流在 200mA 以下;输出有效时的饱和电压, 在 200mA 时最大为 1.6V,典型值为 1V;输出无效时的耐电压,包括瞬间电压在 28.8V 以下;输出无效时的泄漏电流,在 100μA 以下。
1.5、热应力概念
零件在外力作用下会发生变形,从而在内部产生应变和应力,材料力学和弹性 力学就是研究物体在外力作用下应力、应变与变形之间关系的科学。但是,物体 的变形不仅仅由外力作用引起,温度的变化也能够引起变形,称为热变形。热胀 冷缩是人们所共知的自然现象就是热变形的例子。 10 需要指出,单有温度的变化不一定就在物体内产生应力,只有当温度变化所引 起的膨胀或收缩受到约束时,才会在物体内产生应力,这种无外力作用而是由于 温度变化引起的热变形受到约束而产生的应力,称为热应力或温度应力。 例如一根长度为 l,直径为 d 的金属棒,初始温度为 t0,使具均匀受热后,温 度升至 t1,则棒在自由膨胀时,长度和直径方向的伸长量分别为Δl= α (t1 ?t 0 )l 及 Δd= α(t1 ? t0 )d 。在长度和直径方向的应变为: ( ) ( )??? ???? =Δ=? =Δ=? 10 10 tt d d tt l l d l εα εα (2.5) 即温度由 t0升至 t1时,各方向的应变均为: ε=α(t1? t0 ) = αt (2.6) 式中:α 为材料的线膨胀系数,其值随材料而有不同的数值,并且随温度变化, 当温度变化不大时,则 α 可视为常数。 热胀冷缩是许多物体的共有属性,在边长为 1cm 的各向同性立方体中,因均 匀受热而自由膨胀或因均匀冷却而自由收缩时,在长、宽、高产生同样的伸长或 收缩,即仅有纵向变形,但无剪切变形。如果金属棒的膨胀是自由的,即不受约 束的,则不会产生热应力。但如果金属棒被置于两个刚体壁之间并固定住两端, 则在棒受热温度升高到 t1 后,因受到刚体壁的阻止,无法膨胀,就会在棒体内产 生压缩热应力。可见,虽然无外力作用,但若温度变化引起的热变形受到外部的 约束,也会在物体内产生应力。 另一种情况是,在同一物体内部,如果温度的分布是不均匀的,虽然物体不受 外界约束,但由于各处温度不同,每一部分因受到不同温度的相邻部分的影响, 不能自由伸缩,也会在内部产生热应力。例如机床工作时,主轴箱内壁温度明显 高于内部,内侧的膨胀被温度较低的外壁所约束,结果使内壁产生压应力,外壁 产生拉应力。 还有一种情况,构件是由若干不同材料的零件组合起来的,即使构件受到相同 的加热或冷却,但由于各种零件的膨胀系数不同,或由于膨胀方式不同,造成零 件相互之间的制约,不能自由胀缩,从而各自产生不同的热应力。例如支承主轴 箱的机床立柱,主轴箱直接受主轴发热影响,温度较高,立柱温度较低,且两者 材料不同,膨胀大小也不相同,结果两者均产生一定的热应力。 从以上的分析可以把热应力的产生归结以下几个原因: ① 由于外加约束而使物体不能完全自由变形; ② 在匀质物体内,由于温度分布不均匀,从而各部分之间因膨胀不同而相互 11 牵制,引起强迫膨胀或约束; ③ 物体为不匀质时(或不同材料的组合结构),即使温度分布是均匀的。但由 于它的物理特性不同(例如材料膨胀系数和弹性模量不同)和几何尺寸不一,在 物体各部分间引起强迫膨胀或约束。 机床工作时产生的热应力由以上三种原因同时造成,是复杂的变形环境:严密 的装配本身是一种外加约束;同时不同材料零件之间的装配其受热膨胀大小也不 同;机床本身设计结构上的不对称也会造成温度分布的不均匀。多种原因相互作 用造成机床热应力的产生,其形成的机床复杂的热变形已严重影响了精密数控机 床的加工精度。
1.6、数控代码生成模块定义
class CNCDialog : public CDialog { public: void makeGo(double x,double y,double z,double r); CNCDialog(CWnd* pParent = NULL); // Dialog Data enum { IDD = IDD_DLG_NC }; CEdit m_NC; CString m_sNC; }
1.7、图元定义模块
4.2.1 图元的定义方式4.2.1 图元的定义方式 1.点的定义方式 考虑到用户在整个轮廓编程的过程中只输入轮廓的起点和终点,而这两点在 轮廓的设计阶段都已经固定,因此,点的定义选择最简单实用的方式定义,即直 接输入点的三轴坐标。 2.直线的定义方式 包含四种直接定义方式和四种间接定义方式,如图4-2所示: 图4-2 直线的定义方式示意图 在图4-2中,l1表示所求直线,p1、p2和p3分别为已知定点,r为已知半径, l2 为已知直线。各种定义方式分别为:⑴过两定点的直线;⑵过定点且与横轴成 一定角度的直线;⑶过定点且与横轴平行的直线;⑷过定点且与纵轴平行的直线; ⑸与一条直线平行且有一定距离的直线;⑹与一圆相切且过定点的直线;⑺过定 点且与一已知圆相切的直线;⑻与两圆相切的直线。 3.圆的定义方式 包含四种直接定义方式和四种间接定义方式,如图4-3所示: 蓝天数控会话式编程系统的设计与实现 36 图4-3 圆的定义方式示意图 在图4-3中,c1表示所求圆,p1、p2和p3分别为已知定点,r为已知半径, l1 和 l2 为已知直线。各种定义方式分别为:⑴已知圆心坐标和半径的圆;⑵过三 个定点的圆;⑶已知直径两端点的圆;⑷已知半径并过两已知点的圆;⑸给定半 径且与两已知直线相切的圆;⑹半径已知并过一已知点且与一条已知直线相切的 圆;⑺已知半径并,与一条已知直线相切且过一定点的圆、⑻圆心为一已知点且 与一已知直线相切的圆。
1.8、NURBS曲线的定义
条曲线(Non一Uniform Rationa1B一Spline)的英文缩写。 为了能够很好的利用曲线,发挥其潜能,我们必须非常熟悉NURBS方法的原理,理解NURBS 曲线的性质。NURBS曲线有三种等价的数学表示方法,曲线有三种等价的方程表达式:有 理分式表达式、有理基函数表达式和齐次坐标形式〔23J。 (一)有理分式表式 一条k次曲线可以表示为一分段有理多项式矢函数: 艺吸试从*(。) p(u)一斗一-— 艺o,i从,、(u) (2一l) 其三维坐标形式为: 浙江工业大学硕士学位论文 艺以xi从、(。) _j=O n 艺吸从,*(u) i=0 n 艺吸yi从、(。) 二上生一—-一一一 n 艺吸从*(。) (2一l) n 艺以zi从、(。) i=0 n 艺码从,*(u) 、,.尹护、,卫1.声、..了 UU材 z叮.、、了百.、了‘.、 X yZ r.!seeses.eseeee‘ee.es月wees胜sese、 其中,以(i=0,1, ,n)称为权或权因子(w eights),分别与控制顶点试(i= o,1, ,n)相对应。显然,当码=1(i=0,1, ,n)时,一条k次NURBS曲线退化为一 条k次B样条曲线。首末权因子以及气[o,l]&0,其余吸)0,且规定顺序k个权因子不 同时为零,以防止分母出现零,保留凸包性质及曲线不致因权因子而退化为一点。恰如非 有理B样条那样,试(i=0,1, ,n)称为控制顶点,顺序连接成控制多边形。从,*(。)是 由节点矢量U=[u。,u,, ,气+k十,]按德布尔考克斯公式决定的k次规范B样条基函数。表示 形式如下所示: 一}" ... 〔0 ’""""""" 当u。!u,,u,、,1 其它 _u一ul ul+左+1一u; 从,*一,(u)+ ui+k一+走一ui+l 从+1,*一,(u) (2一3) =O 0=价层 从从规 厂lweweseeez、es胜l、 对于非周期NURBS曲线,常将两端节点的重复度取为k十1,即 u。=u,二 一u*,un+,=气十2= 一un+k+,,且在大多数实际应用里,端节点值分别取为O与 1。因此有曲线定义域。。[气,叭+1}一[0,l]。特殊地,当。一k时,这条k次NURBS曲线就 成为k次有理贝齐尔曲线。k次NURBS曲线的节点矢量中两端节点重复度取成k+l就使 得曲线具有同次有理贝齐尔曲线的端点几何性质。如果权因子码,o,n_,笋0,曲线首末端点 分别就是控制多边形首末顶点,曲线在首末端点处分别与控制多边形首末边相切。 浙江工业大学硕士学位论文 (二)有理基函数表示 ,(u)一艺试尺,*(u) (2一4) 其中: 尺,*(。)=华竺丛生 艺衅从,、(u) (2一5) 尺*(u),i=0,1, ,n称为k次有理基函数,与k次B样条基函数从,、(。)有着诸如局 部支撑、规范性、可微性等类似性质。由此式可看出非有理与有理贝齐尔曲线和非有理B 样条曲线都是NURBS曲线的特殊情况。 (三)齐次坐标表示 对于给定的一组控制顶点试=(x,,戈)(i二O,1, n)以及相联系的权因子以(i=O,1, n), 则有相应的带权控制点几=(僻试僻)=(砚xi以yj狱z,)(i=O,1, n),定义了一条四维k次非 有理B样条曲线: ,(u)一艺试尺,、(u) (2一6) 然后,取它在第四坐标系。=1超平面上的中心投影,四维空间点(x yzl)与三维空 间点(xy:)是同一点,即得到三维空间里定义的一条k次NURBS曲线: p(u)一H{p(u)} 艺衅试从*(。) 艺码从*(。) (2一7) 齐次坐标表示NURBS曲线突出了NuRBS的几何性质〔24]。 以上表述的NURBS曲线的三种表示形式是等价的。分式表示是有理的由来,它告诉我 们NURBS曲线是非有理与有理贝齐尔曲线和非有理B样条曲线的推广,但难以从中了解到 更多的性质;在有理基函数表示形式中,我们从有理基函数的性质就较清楚地了解到 NURBS曲线的性质;但这还不够,最后要落实到NURBS的计算机处理上,要解决适合于NURBS 的算法,由NURBS曲线的齐次坐标式知,NURBS曲线是在高一维空间里它的控制顶点的齐 次坐标或带权控制点所定义的非有理B样条曲线在。=1超平面上的中心投影。这不仅包 浙江工业大学硕士学位论文 含了明确的几何意义,而且由此可知,非有理B样条曲线的大多数算法可以推广应用于 NURBS曲线[25,26]。
1.9、数据类型定义
要理解 JT/T 808 协议,首先就要了解 JT/T 808 中关于数据格式的定义。JT/T 808 协议 并没有规定用什么编程语言实现,所以数据格式的定义并不是特定编程语言的描述,但是 规定的数据格式都是编程语言常见的格式,具体的定义在 JT/T 808 协议的"4.2 节数据类 型"中,具体的定义如表 2.1 所示: 表 2.1 数据类型定义 数据类型 描述及要求 BYTE 无符号单字节整型(字节,8 位) WORD 无符号双字节整型(字,16 位) DWORD 无符号四字节整型(双字,32 位) BYTE[n] n 字节 BCD[n] 8421 码,n 字节 STRING GBK 编码,采用 0 终结符,若无数据,则放一个 0 终结符 本系统将采用 C 语言开发,用 C 语言实现的数据类型定义如下: //类型定义 typedef unsigned char BYTE; typedef unsigned short WORD; typedef unsigned long DWORD; //对应 string 类型 typedef struct STRING { BYTE number[64]; } STRING;
1.10、虚拟制造的定义、分类和关键技术
虚拟制造的定义 虚拟制造(Virtual Manufacturing,VM)中的"虚拟"不等于虚幻、虚无,它 是指物质世界的数字化,亦即对真实世界的动态模拟,又称为虚拟现实;而"制 造"指的是虚拟现实技术在制造中的应用或实现。 虚拟制造技术是 20 世纪 80 年代后期产生的一项新的制造技术,它以信息技 术、仿真技术、虚拟现实技术为支持,在产品设计或制造系统的物理实现之前, 就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态,从而可以作出前瞻 性的决策与优化实施方案。目前还缺乏从产品生产全过程的高度开展虚拟制造技 术的系统研究。因此,虚拟制造的内涵到目前为止还没有统一的定义,比较有代 表性的有[5]: 佛罗里达大学 Gloria J.Wiens 等人对虚拟制造的定义侧重于虚拟制造与实际制 2 造过程的相似性,认为虚拟制造与实际一样在计算机上执行制造的全过程,其中 虚拟模型是在实际制造之前,用于对产品的功能及可制造的潜在问题进行预测[6] 。 美国空军 Wright 实验室 White J.A 定义虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工 具的综合应用,以增强各层制造设计和生产决策与控制[7]。 马里兰大学 Edward Lin 等人认为虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制的 一体化、综合性的制造环境[8]。 大阪大学的 Onosato 教授认为虚拟制造是采用模型来代替实际制造中的对象、 过程和活动,与实际制造系统具有信息上的兼容性和结构上的相似性。 东京大学的 CIRP 会员 Kimura 教授领导的小组认为,对所有制造活动的全面 建模与仿真就是虚拟制造。 清华大学的肖田元等给出的定义为:虚拟制造是实际制造过程在计算机上的 本质实现,即采用计算机仿真与虚拟现实技术,在计算机上实现产品开发、制造、 以及管理与控制等制造的本质过程,以增强制造过程的决策与控制能力。 通过以上定义可以看出,虚拟制造是利用仿真与虚拟现实技术,在高性能计 算机及高速网络的支持下,采用群组协同工作,通过模型来模拟和预估产品功能、 性能及可加工性能等方面可能存在的问题,可缩短产品设计周期,提高产品的设 计质量和制造质量,提高产品生产效率,降低产品成本。
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