【正文】 成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設(shè)計和控制的實施日顯重要。進入90年代，通信技術(shù)進入了機電一體化，機器可像機器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計算機控制的網(wǎng)絡(luò)化機電一體化日益普及。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進步有賴于相關(guān)技術(shù)的進步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化 / 37第二章典型機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢1數(shù)控機床目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數(shù)控機床只占約5％且大多數(shù)是普通數(shù)控（發(fā)達國家數(shù)控機床占10％）。（1）高速化由于高速加工技術(shù)普及，機床普遍提高了各方面的速度。（2）高精度化～；；～；最小分辨率為1nm（）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已問世。（3）復(fù)合加工，新結(jié)構(gòu)機床大量出現(xiàn)如5軸5面體復(fù)合加工機床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。（4）使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機床“如虎添翼 / 37如內(nèi)冷轉(zhuǎn)頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉(zhuǎn)頭切削刃和排除切屑，在轉(zhuǎn)深孔時大大提高效率。（5）數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機床開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。在國民經(jīng)濟生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產(chǎn)線及各種自動化設(shè)備，是當(dāng)前機電一體化技術(shù)應(yīng)用的又一具體體現(xiàn)。如可編程序控制器，變頻調(diào)速器，人機界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等。使用這些自動機和生產(chǎn)線的企業(yè)越來越多，對維護和管理這些設(shè)備的相關(guān)人員的需求也越來越多。專家預(yù)測，機電一體化技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展：（1）光機電一體化方向 / 37一般機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成。（2）柔性化方向未來機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有“行動”是可以改變的。（3）智能化方向今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。/ 37第三章機電一體化技術(shù)在機械加工企業(yè)中應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會對機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、精度、效率和品種的要求越來越高，單件與中小批量產(chǎn)品的比重越來越大（目前已占到以上），傳統(tǒng)的通用專用機床和工藝裝備已經(jīng)不能很好地適應(yīng)高質(zhì)量、高效率、多樣化加工的要求，因而，以微電子技術(shù)和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)，將機械技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和成組技術(shù)等有機地結(jié)合在一起，使機器制造行業(yè)的生產(chǎn)方式和機器制造技術(shù)發(fā)生了深刻的、革命性的變化。數(shù)控機床是電子信息技術(shù)和傳統(tǒng)機械加工技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它集現(xiàn)代精密機械、計算機、通訊、液壓氣動、光電等多學(xué)科有效提高了加工質(zhì)量和效率，實現(xiàn)了柔性自動化（相對于傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的大批量生產(chǎn)的剛性自動化），并向智能化、集成化方向發(fā)展。數(shù)控機床在機械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用（美國的數(shù)控機床已占機床總數(shù)的80%以上），是因為它有效地解決了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問題，能滿足高質(zhì)量、高效益和技術(shù)的趨勢與潮流，也是現(xiàn)代機械制造企業(yè)在市場競爭激烈的條件下生存與發(fā)展的必然要求。這是一種具有自動換刀裝置的數(shù)控機床，它能實現(xiàn)一次裝夾并進行多工序加工。數(shù)控加工中心現(xiàn)在用機械手將刀具裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝卸時間和換刀時間。數(shù)控加工中心現(xiàn)在已已經(jīng)成為數(shù)控機床中一個非常重要的品種，不僅有立式、臥式等鏜銑類加工中心用于箱體類零件的加工，還有車削加工中心用于回轉(zhuǎn)體零件加工以及磨削加工中心等。備，諸如數(shù)控線切割機、數(shù)控繪圖機、數(shù)控測量機、數(shù)控沖剪機等，僅數(shù)控機床就有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及數(shù)控加工中心等。今天的機械加工行業(yè)，競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新加快、模具交貨期愈短、使用材料更加復(fù)雜，這些已成為機械加工中最為顯著的特征。國內(nèi)只有為數(shù)不多的機械企業(yè)，對高速銑削設(shè)備、技術(shù)有實際的應(yīng)用，而部分已使用高速銑削的企業(yè)因技術(shù)人員沒有真正掌握相關(guān)技術(shù)，造成加工效果不甚理想。/ 37高速銑削不能按照任何特定的速度值來定義，獲得很高數(shù)值的轉(zhuǎn)速或線速度不是它本身的目標(biāo)。在高速銑削加工里，速度是一種催化劑。在模具加工里，高速切削讓使用小直徑刀具和小切深成為現(xiàn)實，所以槽和復(fù)雜細節(jié)的加工可通過銑削來代替EDM。高速銑削應(yīng)用要求的不僅是機床的速度，而且還在于使用的工藝。這個工藝甚至涉及到更綜合更全面地了解機床在不同速度下的行為特征。高速加工用的刀具必須與工件材料的化學(xué)親和力小，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，良好的抗沖擊和熱疲勞特性。刀柄錐部和端面同時與主軸內(nèi)錐孔和端面接觸雙定位，且此類刀柄采用的是內(nèi)漲式夾緊技術(shù)，保障了主軸高速運轉(zhuǎn)的安全性。FIDIA 高速銑削加工中心具備卓越的系統(tǒng)功能和很好的機械結(jié)構(gòu)，為加工高質(zhì)量的模具提供了可靠的保證。FIDIA高速機床采用FIDIA傳統(tǒng)式的工作臺固定不動。FIDIA高速加工機床在數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動擺頭及反饋光柵都應(yīng)用FIDIA技術(shù)。FIDIA在數(shù)控系統(tǒng)及計算、數(shù)字化仿形的系統(tǒng)集成技術(shù)、復(fù)雜型面的銑削加工等方面一直處于市場領(lǐng)先地位。在過去十幾年中，F(xiàn)IDIA一直在對軸控制技術(shù)進行改進以減少加工過程中的軌跡誤差。Lookahead（向前看）功能可根據(jù)不同條件進行調(diào)整：機床類型、加工工件的類型、加工要求（粗加工、半精加工或精加工）。通過Active Tuning(主動調(diào)協(xié))、Active Damping（有源阻尼）、Jerk Control(階躍控制)等功能，能優(yōu)化和增強高速切削機床加工性能，減少加工時間和提高工件表面加工質(zhì)量。Active Tuning和Active Damping能設(shè)置與高速機床特性相匹配的最佳數(shù)值并且不會在控制回路中產(chǎn)生失穩(wěn)?？焖倨交募铀倌芴岣呒铀賲^(qū)域加工質(zhì)量。FIDIA 高速加工機床刀具冷卻采用油霧半干式冷卻，使用非毒性的植物潤滑油，最小潤滑油供量。近十年來，F(xiàn)IDIA在驅(qū)動技術(shù)和控制系統(tǒng)的長足進步，推動了自身高速加工中心結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新和性能的不斷提高。在模具加工機床的多種結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中，不僅應(yīng)用回轉(zhuǎn)工作臺，而且還應(yīng)用擺動和回轉(zhuǎn)主軸頭，由此構(gòu)成各種不同類型的五軸加工中心。/ 37第四章雷尼紹激光干涉儀ML10 激光器的光束會射入線性干涉鏡，再分為兩道光束。這兩道光束回再反射回分光鏡，重新匯聚之后返回激光頭，其中會有一個探測器監(jiān)控兩道光束間的干涉。定位測量是通過監(jiān)控測量及參考光束間光路差異的變化來執(zhí)行的（請注意，兩個光學(xué)元件間的差分測量與 ML10 激光器的位置無關(guān)）。/ 37通常，反射鏡設(shè)置為移動的光學(xué)元件，而干涉鏡則作為固定的元件，這些元件可以調(diào)換，但會縮小測量的最大量程，從 40 m(133 ft)縮小為 15 m(49 ft)。在較短的軸上，如果方便，這些角色可以互相交換本次我們使用的儀器為：Renishaw 激光器測量系統(tǒng)ML10 是一種單頻HeNe激光器，內(nèi)含對輸出激光束穩(wěn)頻的電子線路及對由測量光學(xué)鏡產(chǎn)生的干涉條紋進行細分和計數(shù)處理。對于大多數(shù)機床校準設(shè)置，建議將 ML10 激光器安裝在三腳架和云臺上。大多數(shù)機床會隨著溫度變化膨脹或收縮，可能導(dǎo)致校準發(fā)生誤差，為了避免校準誤差，線性測量軟件納入一種稱為熱膨脹補償或“歸一化”的數(shù)學(xué)修正，應(yīng)用在線性激光讀數(shù)上。/ 37修正的目的是要評估在 20 176。F)的溫度下執(zhí)行校準時應(yīng)得的激光器校準結(jié)果。通常都會輸入機床反饋系統(tǒng)的膨脹系數(shù)。C(176。（3）線性測量鏡組線性測量鏡組可用于測量線性定位精度。（4）用于將鏡組安裝到機床機床上的安裝組件鏡組安裝組件是用來將 Renishaw 測量鏡組安裝到CMM 或機床上。其它組件包括：三個安裝桿（安裝桿有 M8 螺絲釘可擰上底板、標(biāo)準磁基或其它 Renishaw 裝置）M8 適配器（可連接標(biāo)準磁基或 Renishaw 的 CMM 探頭）兩個底板兩個安裝塊和安裝螺釘（可將光學(xué)元件連接至安裝桿）鏡組安裝組件不包括任何可將安裝的鏡組夾上待測機床的元件，要這么做需視不同的機床而異。安裝組件的安裝桿和底板都是磁性不銹鋼所制，因此可以用磁性安裝塊來加以牢固。（2）線性測量軟件用戶通過有關(guān)數(shù)據(jù)采集設(shè)置程序，顯示目標(biāo)生成，采集初始化和自動數(shù)據(jù)采集對話框。目標(biāo)目標(biāo)設(shè)置對話框。編輯會顯示編輯目標(biāo)數(shù)值對話框，容許您更改已定義的目標(biāo)位置。繼續(xù)在中斷后繼續(xù)數(shù)據(jù)采集過程。自動采集設(shè)置會顯示自動數(shù)據(jù)采集設(shè)置對話框，容許您在其中輸入數(shù)據(jù)采集參數(shù)，如最小暫停期間以及過速步長尺寸。分析啟動 Renishaw Laser10 分析軟件。附加功能/轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)文件是一個 DOS 實用程序，可從采集的數(shù)據(jù)中去除斜率。附加功能/將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為電子表格一個 DOS 實用程序，可將數(shù)據(jù)文件從 Renishaw 文件格式轉(zhuǎn)換為 Lotus 123 電子表格。附加功能/環(huán)境監(jiān)控軟件一個 DOS 實用程序，可顯示材料溫度、氣溫、氣壓和濕度并以電子數(shù)據(jù)表格式記錄。每一次數(shù)據(jù)采集軟件內(nèi)采集到一個數(shù)據(jù)點時，便會記錄該數(shù)據(jù)。通信/終端會顯示Renishaw 通信終端窗口，您便能夠測試及監(jiān)控通過 RS232 接口的文件傳送。環(huán)境設(shè)置會顯示環(huán)境設(shè)置對話框，容許您定義默認的膨脹系數(shù)值以及用來顯示環(huán)境參數(shù)的單位。角度因子僅適用于角度測量模式。工具欄會顯示一個對話框，容許您在其中更改工具欄的外觀。設(shè)備選擇 Renishaw PC10 或 PCM10 配 ML10 PC10/ML10 仿真GPIB 接口通過串口的Bobe盒Federal Gauge/RS232容許您選擇計算機上所連接或安裝的接口類型。加載配置文件當(dāng)開始一個采集會話時， 內(nèi)讀取配置。保存配置文件該選項會顯示另存為對話框， 文件相同的目錄。當(dāng)只有一半的光束仍然擊中白點時停止移動機床。用三腳架臺左后方的小旋鈕，調(diào)整激光頭的角度偏轉(zhuǎn)，以使光束橫掃過白色光靶。請注意激光束在目標(biāo)上的垂直位置。調(diào)整指形輪組，直到光束位于相反方向離目標(biāo)中心的距離相同的位置現(xiàn)在，使用三腳架中心主軸上的高度調(diào)整輪來將激光頭上下移動，直到光束再一次擊中目標(biāo)中心。/ 37現(xiàn)在沿著運動軸繼續(xù)推離機床。重復(fù)激光器準直調(diào)整，直到您達到軸的末端。若光束不再位于光靶中心，則水平平移激光器，使光束回到光靶的垂直中心線。注：此時，可能有必要進行另外一個較小的水平回轉(zhuǎn)調(diào)整，以使激光束返回到該光靶的中心。提示：若光線已經(jīng)與待校準軸平行，只需將激光頭水平平移用于擊準光靶的中心，那么我們可以使用手輪微調(diào)鏡子的位子來實現(xiàn)；若是垂直平移，我們可以手動調(diào)整鏡子的高度來實現(xiàn)。程序的生成方法圖下：選擇定義工具欄下的零件程序下的產(chǎn)生按鍵在彈出的窗口中輸入文件名，并且選擇程的序存放路徑按保存 需要我們選擇的為：數(shù)控系統(tǒng)的型號。打印出選中的分析圖。/ 37繪制圖按鈕用分析菜單選中的類型顯示一個分析圖副件。按下時，會激活鼠標(biāo)的“抓取最靠近的目標(biāo)”光標(biāo)功能。讓您設(shè)定 X 軸和Z軸的刻度值。會顯示一個幫助窗口，其中包含本 Renishaw Laser10 校準系統(tǒng)用戶手冊的信息庫。數(shù)據(jù)分析軟件位于Renishaw Laser10 文件夾中 我們分析速據(jù)的時候在軟件中的操作如下：先打開保存好的數(shù)據(jù)文件，之后選擇菜單欄上的數(shù)據(jù)分析如下圖所示： / 37之后我們選擇速據(jù)分析欄下的誤差補償圖標(biāo)，如上圖所示，接著會彈出一個窗口如下圖/ 37名詞解釋圖表型選擇：各點的補償值以什么形式出現(xiàn)補償類型選擇：這個是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)自身的情況定的 補償分辨率：最小數(shù)值顯示到多少位正負符號轉(zhuǎn)換：選擇顯示的為補差值還是誤差值 參考點位置：我們作為參考點的位置離開始點多遠 補償起點：從什么地方開始補償 補償終點：補償?shù)慕K止點補償間隔：這個和我們的移動間隔是一致的 我們這里將這里的數(shù)據(jù)設(shè)置為： 圖表型選擇：各自補償 補償類型選擇：絕對補償 補償分辨率：1 正負符號轉(zhuǎn)換：誤差值 參考點位置：0 補償起點：0 補償終點：450 補償間隔：30 / 37第五章 FIDIA數(shù)控機床的精度補償數(shù)控機床的定位精度主要取決于高精度的滾珠絲杠。螺距誤差是指由螺距累積誤差引起的常值系統(tǒng)性定位誤差。這樣做的目的在于減少加工過程中造成零件的外形輪廓偏差，——提高機床的精度。這樣數(shù)控系統(tǒng)在控制該軸的運動時，會自動考慮到誤差值，并加以補償。所謂補償就是指通過特定方法對機床的控制參數(shù)進行調(diào)整，其參數(shù)調(diào)整方法也依各數(shù)控系統(tǒng)不同而各有差異。編制簡單的程序，在整個行程中順序定位于一些位置點上。記錄運動到這些點的實際精確位置。多次測量，取平均值。檢測補正效果我們選擇的儀器為：Renishaw 激光器測量系統(tǒng)，此儀器檢測的范圍包括：/ 37(1)線性測量(2)角度測量(3)平面度測量(4)直線度測量(5)垂直度測量(6)平行度測量線性測量正符合我們檢測螺距誤差的要求。激光器系統(tǒng)會比較軸位置數(shù)顯上的讀數(shù)位置與激光器系統(tǒng)測量的實際位置，以測量線性定位精度及重復(fù)性。這個組合要件被稱為“線性干涉鏡”，可以作為激光束的參考路徑。（1）增量型誤差增量型誤差是指：以被補償軸上相鄰兩個補償點間的誤差差值為依據(jù)來進行補償（2）絕對型誤差/ 37絕對型是誤差是指：以被補償軸上各個補償點的絕對誤差值為依據(jù)來進行補償 檢測機床的螺距誤差。注意：方向間隙在檢測的時候我們只雙向檢測一次，但螺距誤差我們一般是雙向檢測3—5 次 取平均值。以本公司FIDIA系統(tǒng)的MECOF龍門銑床X軸補償程序為例 當(dāng)激光干涉儀調(diào)試完成后（1）用機床執(zhí)行本程序G01 G90 F1000 G01 G04 H1 G01 G04 H3 G01 G04 H3 G01 X105 G04 H1 G01 G04 H3 G01 G04 H3/ 37M99（2）執(zhí)行程序后根據(jù)激光測距儀生成的