第八章 数控技术的发展与机械制造自动化

第一节 数控机床的发展趋向

现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术如柔性造系统（FMS），计算机集成制造系统（CIMS）等的技术基础。我国和世界上的发达国家一样，都把发展数控技术作为制造业发展的战略重点，将数控技术向深度和广度发展列入科技发展的重要内容。所以把握现代数控机床的发展趋向具有重要意义。

现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。主要发展动向是研制开发软，硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。近几年推出的以32位微处理器为核心的CNC系统是实现上述目标的产品，如德国SIEMENS推出的SINUMERIK840D系统，美国CINCINNATI的A2100系统，HP公司的OAC500系统以及日本FANUC的180/210系统等。

下面对现代数控机床的主要发展趋向作一简要介绍。

一、高速化与高精度化

要实现数控设备高速化，首先要求计算机系统读入加工指令数据后，能高速处理并计算出伺服系统的移动量，并要求伺服系统能高速作出反应。为使在极短的空程内达到高速度和在高行程速度情况下保持高定位精度，必须具有高加（减）速度和高精度的位置检测系统和伺服系统。此外，必须使主轴转速，进给率，刀具交换，托板交换等各种关键部分实现高速化，并需重新考虑设备的全部特性，即从基本结构到刀架。日本MAZAK公司新开发的高效卧式加工中心FF510，加（减）速度1.0g，主轴最高转速15000r/min，且由于具有高加（减）角速度，仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min，换刀速度0.9秒（刀到刀）和2.8秒（切削到切削），工作台（拖板）交换速度6.3秒。

采用32位微处理器，是提高CNC速度的有效手段。当今国内外主要的系统生产厂家都采用了32位微处理器技术，主频达到几十至几百兆。例如，日本FANUC15/16/18/21系列，在最小设定单位为1um下，最大快速进给速度达240m/min。其一个程序段的处理时间可缩短到0.5ms,在连续1mm微小程序段的移动指令下，能实现的最大进给速度可达120m/min。

在数控设备高速化中，提高主轴转速占有重要地位。高速加工的趋势和因此产生的对高速主轴的需求将继续下去。主轴高速化的手段是采用内装式主轴电机，使主轴驱动不必通过变速箱，而是直接把电机与主轴连接成一体后装入主轴部件，从而可将主轴转速大大提高。日本新泻铁工所的V240立式加工中心主轴转速高达50000r/min，加工一个NAC55钢模具，在普通机床上要9个小时，而在此机床上用陶瓷刀具加工，只需12—13分钟。该公司生产的工作台尺寸为450mm×750mm的UHS10型超高速数控立式铣床，主轴最高转速达100000r/min。目前机械传动的方法仍然主要是滚珠丝杠，有研究表明滚珠丝杠在1g加速度下，在卧式机床上可以可靠地工作，若再提高0.5g则就有问题了。一种替代的技术是采用直线电机技术。CINCINNATI开发的一种卧式加工中心使用了直线滚珠导轨，可使切削进给速度高于箱式导轨结构，刚度和磨损寿命高于传统的滚珠导轨系统。北美GE FANUC Automation与多家公司一道开发出一种机床，用直线电动机作为主要传动装置来控制机床运动，采用全数字CNC硬件和软件，能在保持3—5um的轮廓加工精度的同时，达到1500—3000ipm的轮廓加工速度，以及1.5g的加速度。

提高数控设备的加工精度，一般通过减少数控系统的控制误差和采用补偿技术来达到。在减少数控系统控制误差方面，通常采用提高数控系统的分辨率，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，提高位置检测精度（日本的交流伺服电机中已有每转可产生100万个脉冲的内藏式脉冲编码器，其位置检测精度能达到0.01um/脉冲）以及位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。在采用补偿技术方面，除采用齿隙补偿，丝杆螺距误差补偿和刀具补偿等技术外，近年来设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术已成为研究的热点课题。目前，有的CNC已具有补偿主轴回转误差和运动部件（如工作台）的颠摆角误差的功能。研究表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%--80%。由于计算机运算速度和主轴转速的较大提高，已开发出具有真正的零跟踪误差的现代数控装置，能满足现代数控机床工作的要求，使机床可以同时进行高进给速度和高精度的加工。

二、复合化

复合化包含工序复合化和功能复合化。工件在一台设备上一次装夹后，通过自动换刀等各种措施，来完成多种工序和表面的加工。在一台数控设备上能完成多工序切削加工（如车，铣，镗，钻等）的加工中心，可以替代多机床和多装夹的加工，既能减少装卸时间，省去工件搬运时间，提高每台机床的加工能力，减少半成品库存量，又能保证和提高形位精度，从而打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程。从近期发展趋势看，加工中心主要是通过主轴头的立卧自动转换和数控工作台来完成五面和任意方位上的加工。此外，还出现了与车削或磨削复合的加工中心。美国INGERSOLL公司的Masterhead是工序集中而实现全部加工的典型代表。这是一种带有主轴库的龙门五面体加工中心，使其加工工艺范围大为扩大。日本MAZAK公司推出的INTEGEX30车铣中心，备有链式刀库，可选刀具数量较多，使用动力刀具时，可进行较重负荷的铣削，并具有Y轴功能（±90mm），该机床实质上为车削中心和加工中心的“复合体”。

三、智能化

随着人工智能技术的不断发展，并为适应制造业生产高度柔性化、自动化的需要，数控设备的智能化程度在不断提高。

（1）应用自适应控制技术。数控系统能检测对自己有影响的信息，并自动连续调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。如通过监控切削过程中的刀具磨损、破损、切屑形态、切削力及零件的加工质量等，实现自适应调节，以提高加工精度和降低工件表面粗糙度。Mitsubishi Electric公司的用于数控电火花成型机床的“Miracle Fuzzy”自适应控制器即利用基于模糊逻辑的自适应控制技术，自动控制和优化加工参数，使操作者不再需要具备专门的技能。

（2）引入专家系统指导加工。将切削专家的经验、切削加工的一般规律与特殊规律存入计算机中，以加工工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统，提供经过优化的切削参数，使加工系统始终处于最优和最经济的工作状态，从而达到提高编程效率和降低对操作人员技术水平的要求，大大缩短生产准备时间的目的。目前已开发出带自学习功能的神经网络电火花加工专家系统。日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工智能式自动编程功能；日本牧野公司在电火花数控系统MAKINO-MCE20中，用专家系统代替操作人员进行加工监视。

（3）故障自诊断功能。故障诊断专家系统是诊断装置发展的最新动向，其为数控设备提供了一个包括二次监控，故障诊断，安全保障和经济策略等方面在内的智能诊断及维护决策信息集成系统。采用智能混合技术，可在故障诊断中实现以下功能：故障分类，信号提取，故障诊断专家系统，维护管理以及多传感信号融合。

（4）智能化交流伺服驱动装置。目前已开始研究能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能化主轴交流伺服驱动装置和智能化进给伺服驱动装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统处于最佳运行状态。

模糊数学，神经网络，数据库，知识库，以范例和模型为基础的决策形成系统，专家系统，现代控制理论与应用等技术的发展及在制造业中的成功应用，为新一代数控设备智能化水平的提高建立了可靠的技术基础。智能化正成为数控设备研究与发展的方向。

四、高柔性化

柔性是指数控设备适应加工对象变化的能力。数控机床发展到今天，对加工对象的变化有很强的适应能力，并在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。在数控机床上增加不同容量的刀具库和自动换刀机械手，增加第二主轴和交换工作台装置，或配以工业机器人和自动运输小车，以组成新的加工中心、柔性制造单元（FMC）或柔性制造系统（FMS）。如出现了PLC控制的可调组合机床，数控多轴加工中心，换刀换箱式加工中心，数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工设备和介于传统自动线与FMS之间的柔性制造线（FTL）。有的厂家则走组合柔性化之路，这类柔性加工系统由若干加工单元合成，单元数可依生产率要求确定，自动上下料机械手肩负工件传输的作用。

五、小型化

蓬勃发展的机电一体化技术对CNC装置提出了小型化的要求，以便将机、电装置揉合为一体。目前许多CNC装置采用最新的大规模集成电路（LSI），新型TFT彩色液晶薄型显示器和表面安装技术，实现三维立体装配，消除了整个控制逻辑机架。如日本FUNAC的16i和18i系列CNC装置采用高密度352球门阵列（BGA）专用LSI和多晶片模块（MCM）微处理器技术，两项产品都是一个单电路卡，安装在平板显示器背后，整个CNC装置缩小成一块控制板。这类CNC装置将控制器尺寸缩小了75%。德国SIEMENS推出的SINUMERIK 840D的体积为50mm×316mm×207mm，被认为是目前世界上最薄的CNC装置。

六、开放式体系结构

由于数控技术中大量采用计算机的新技术，新一代的数控系统体系结构向开放式系统方向发展。国际上主要数控系统和数控设备生产国及其厂家瞄准通用个人计算机（PC机）所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，自八十年代末以来竞相开发基于PC的CNC，并提出了开放式CNC体系结构的概念，开展了针对开放式CNC的前、后台标准的研究，如日本的OSEC、欧盟的OSACA以及美国的SOSAS。美国的NGC（下一代控制器）计划的核心就是建立一个有硬件平台和软件平台的开放式系统，开发“开放式系统体系结构标准（SOSAS）”，用于管理工作站和机床控制器的设计和开发。基于PC的开放式CNC大致可分为四类：PC连接型CNC、PC内装型CNC、CNC内装型 PC和纯软件NC。典型产品有FANUC150/160/180/210、A2100、OA500、Advantage CNC System、华中I型等。这些系统以通用PC机的体系结构为基础，构成了总线式（多总线）模块，开放型、嵌入式的体系结构，其硬软件和总线规范均是对外开放的，硬件即插即用，可向系统添加在MS-DOS、Windows3.1或Windows95环境下使用的标准软件或用户软件，为数控设备制造厂和用户进行集成给予了有力的支持，便于主机厂进行二次开发，以发挥其技术特色。经过加固的工业级PC机已在工业控制领域得到了广泛应用，并逐渐成为主流，其技术上的成熟程度使其可靠性大大超过了以往的专用CNC硬件。先进的CNC系统还为用户提供了强大的联网能力，除有RS232C串行接口外，还带有远程缓冲功能的DNC（直接数控）接口，甚至MAP（Mini MAP）或Ethernet(以太网)接口，可实现控制器与控制器之间的联接和直接联接主机，使DNC和单元控制功能得以实现，便于将不同制造厂的数控设备用标准化通信网络联接起来，促使系统集成化和信息综合化，使远程操作，遥控及故障诊断成为可能。

第二节 先进制造技术简介

近年来，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，它的成果正在不断地渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控（DNC）、柔性制造系统（FMS）计算机集成制造系统（CIMS）等高级制造自动化技术。这些高级制造自动化技术的一个共同特点是都以数控机床作为其基本系统。这些技术代表了制造业的发展方向和未来。下面对这些高级制造自动化技术作一简单的介绍。

一、计算机直接数控系统（DNC）

计算机直接数控系统（DNC）就是使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统，也称计算机群控系统。

早期的DNC系统，其中的数控机床不再带有自己单独的数控装置，它的插补和控制功能全部由中央计算机来完成。因此系统中的各台数控机床都不能脱离中央计算机而独立工作。这样，中央计算机的可靠性就显得格外重要。一旦计算机出现故障，各台数控机床都将停止运行，故这种方式已被淘汰。

现代的DNC系统中，各台数控机床的数控装置全部保留，并与DNC系统的中央计算机组成计算机网络，实现分级控制管理。中央计算机并不取代各数控装置的常规工作。

DNC系统具有计算机集中处理和分级控制的能力，具有现场自动编程和对零件程序进行编辑和修改的能力，使编程与控制相结合，而且零件程序存储容量大。现代的DNC系统还具有生产管理、作业调度、工况显示、监控和刀具寿命管理能力。它为柔性制造系统（FMS）的发展提供了基础。

二、柔性制造系统（FMS）

柔性制造技术的发展，已经形成了在自动化程度和规模上不同的多种层次和级别的柔性制造系统。带有自动换刀装置（Automatic Tool Changer——ATC）的数控加工中心，是柔性制造的硬件基础，是制造系统的基本级别。其后出现的柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell——FMC）是较高一级的柔性制造技术，它一般由加工中心机床与自动更换工件（Automatic Workpiece Changer——AWC）的随行托盘（Pallet）或工业机器人以及自动检测与监控装置所组成。在多台加工中心机床或柔性制造单元的基础上，增加刀具和工件在加工设备与仓储之间的流通传输和存储以及必要的工件清洗和尺寸检查设备，并由高一级的计算机对整个系统进行控制和管理，这样就构成了柔性制造系统（Flexible Manufacturing System——FMS）它可以实现多品种零件的全部机械加工或部件装配。DNC的控制原理是它的控制基础。

1．柔性制造单元

FMC是由加工中心（MC）和自动交换工件（AWC）的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。

FMC的结构形式根据不同的加工对象、CNC机床的类型与数量以及工件更换与存贮方式的不同，可以多种多样。但主要有托盘搬运式和机器人搬运式两大类型。

（1）托盘搬运式

一般以镗铣加工中心为主构成的FMC大都采用工件交换工作台、工件托盘及托盘交换装置等构成自动交换工件的装置。托盘搬运的方式多用于箱体类零件和大型零件。托盘是固定工件的器具。在加工过程中，它与工件一起流动，类似通常的随行夹具。采用托盘搬运工件的结构形式较多，以北京精密机床厂生产的FMC-1型为例，如图8-1所示，它由卧式加工中心，环形交换工作台、托盘以及托盘交换装置组成。

环形交换工作台用于工件的输送与中间存贮，是独立的通用部件，托盘座在环形导轨上由内侧的环链拖动回转。每个托盘座上有地址识别码。当一个工件加工完毕，数控机床发出信号，由托盘交换装置将加工完的工件（包括托盘）拖至回转台的空位处，其后按指令环形交换工作台转一工位，将加工好的工件移至装卸工位，同时将待加工工件推至机床工作台并定位加工。已加工的工件转至装卸工位时，由人工或机器进行卸除并装上待加工工件。

（2）机器人搬运式

对于以车削和磨削加工中心等为主构成的FMC，可以使用工业机器人进行工件的交换。由于机器人的抓重能力及同一规格的抓取手爪对工件形状与尺寸的限制，这种搬运方式主要适用于小件或回转件的搬运。

图8-2所示是日本日立精机的一种FMC。它由一台加工中心、一台车削中心、一个机器人以及两台回转工作台组成。机器人移动（图中箭头所示）为两台机床服务。每台机床各用一台交换工作台作为输送与缓冲存贮。

FMC属于无人化的柔性加工，一般都具有较完善的自动检测和自动监控功能，如刀具长度检测、尺寸自动补偿、切削状态监视、适应控制、切屑处理以及自动清洗等功能，其中切削状态监视主要包括刀具折断或磨损、工件安装错误或定位不准、规定的刀具寿命已到、超负荷、热变形等工况的监视。当检测出这些不正常的工况时，便自动报警或停机。但是，并不是每台FMC都具有这些功能。

FMC可以作为独立运行的生产设备进行自动加工，也可作为FMS的加工模块。当作为独立的生产设备时，一般为一台（也有2~3台）CNC机床配置一台工件自动更换装置。

FMC具有规模小，成本低（相对FMS），占地面积小，便于扩充等特点，与规模较大的FMS相比，由于投资小、风险小，特别适用于中、小企业。近年来，FMC正以惊人的速度发展，国外不少生产CNC机床的工厂纷纷转入FMC的研制与生产，说明当前柔性制造技术的趋势之一是大力发展作为独立生产设备的FMC。

2．柔性制造系统

有关柔性制造系统（FMS）的定义众多，到目前为止，还无定论，一般认为FMS应具有以下特征：

1）具有多台制造设备。这些设备不限于切削加工设备，也可以是电加工、激光加工、热处理、冲压剪切设备以及装配、检验等设备，但必须是计算机数控的。组成设备的台数也无定论，有人认为由5台设备以上组成的系统才称为FMS，也有人认为2—4台设备组成的是小规模FMS。当然只有一台设备的一定是FMC。

2）在制造设备上，利用交换工作台或工业机器人等装置实现零件的自动上料和下料。

3）由一个物料运输系统将所有设备连结起来，可以进行没有固定加工顺序和无节拍的随机自动制造。物料自动运输系统可由有轨小车、感应式无轨小车、移动式工业机器人和各种传送带等组成，并由计算机进行物料的自动控制。

4）由计算机对整个系统进行高度自动化的多级控制与管理，对一定范围内的多品种，中小批量的零部件进行制造。

5）配有管理信息系统（MIS）。能提供刀具与机床的利用率报告，提供系统运行状态的报告以及生产控制的计划等。

6）具有动态平衡的功能，能进行最佳化调度

FMS一般由加工、物流、信息三个子系统组成，每个子系统还有分系统。如图8-3所示。其系统结构流程关系如图9-4所示。

图8-3 FMS的构成

现有FMS的加工系统由FMC组成的还较少，多数还是由CNC机床以直接数字控制（DNC）的方式组成。所用的CNC机床主要是具有刀具库和自动换刀装置的加工中心，如多工序铣镗加工中心，车削加工中心以及多轴箱加工中心。CNC应具有更高的可靠性和大容量的零件程序存储器。为适应多样化加工性能的要求，应采用模块化结构以便组合和扩充。

FMS的机床大都在10台以下，以4~6台的系统最多。一个系统中的机床配置根据工序要求和负荷均衡原则进行，有“互补”和“互替”两种配置方式，“互补”是指系统需配置完成不同工序的机床（如车、铣、磨……），在工序上互相补充，而不能代替，一个工件按预定的加工顺序顺次通过这些工位的机床。“互替”是指一个系统中完全相同的工序不止一台机床，在加工过程中，如其中一台机床正在工作，即送空闲的另一台机床上加工，以免等待；或当一台有故障时，另一台相同工序的机床可以代替，不影响全线工作。一个系统中也可以两者混合配置。

加工系统中所用的刀具必须标准化、系列化以及具有较长的刀具寿命，以减少刀具数和换刀次数。加工系统中还应具备完善的在线检测和监控功能以及排屑、清洗、装卸、去毛刺等辅助功能。在被监控的对象中，刀具寿命（磨损）的监控目前多用“定时”换刀的方式，或定时检测刀具长度与某一固定参考点距离的变化量方式。而直接检测刀具磨损的方法，由于切削环境的复杂性，至今尚未推广应用。

物料流是区别FMS和FMC的主要标志。它包括工件与刀、夹具的输送、搬运（上、下料）及仓库存储。

FMS的存储系统多用立体仓库并由计算机进行控制。

各制造设备之间的输送路线有直线往复式、封闭环式以及网络式，以直线式居多。输送设备有输送带、有轨小车、无轨小车以及行走机器人等形式。现阶段FMS多用结构简单的有轨小车或输送灵活的无轨小车进行输送。

无轨小车又称自动引导小车。图8-5为小车结构示意图。小车上装有托盘交换台，工件与托盘一同由交换台推上机床工作台进行加工，加工完后拉回至小车送装卸站进行装卸。

小车行车路线常用电磁引导方式或光电引导方式，图8-6为电磁引导原理图，在地下埋设的电缆通以低频电流后形成磁力线波，固定在车身内的两个感应线圈即产生电压，当小车未偏离电缆时，两线圈电压相等，则小车的转向电动机不产生运动，反之，小车偏离电缆时，转向电动机即产生正向或反向旋转，校正小车的位置偏离，使小车沿电缆路线运动。

光电式引导方式是在地面上铺设不锈钢带等反光带，利用反射光使小车上一排光敏管产生信号，从而引导小车总是沿反光带运动。光电引导法改道方便，但反光金属带必须保持清洁。

3．柔性制造系统实例

JCS-FMS-1是我国的第一条FMS，由机械工业部北京机床研究所基于日本FANUC公司的FMS技术研制成功。图9-7为系统总框图，主要由以下四部分组成。

（1）加工系统

根据生产纲领及零件工艺分析，确定由5台数控机床组成。其中，数控车床2台，数控外圆磨床、立式加工中心及卧式加工中心各1台。5台机床采用直线排列，每台机床前设置机床与托盘站1个，并由4台M1型工业机器人分别在机床与托盘之间进行工件的上、下料搬运（其中两台加工中心合用1台工业机器人）。以机床为核心分设5个加工单元。

单元1：由STAR-TURN1200数控机床和工业机器人组成。

图8-7 JCS-FMS-1系统组成框图

单元2：由H160/1数控端面外圆磨床、工业机器人以及中心孔清洗机各1台组成。

单元3：由CK7815数控车床、工业机器人以及专用支架与反转装置各1台组成。

单元4：由JCS-018立式加工中心、工业机器人以及专用支架与反转、回转定位装置组成。

单元5：由XH754卧式加工中心、工业机器人（与单元4合用）以及专用支架与反转、回转定位装置组成。

以上5个单元分别与具有多路接口的单元控制器CCU连接，每个CCU可进行上、下级的数据交换以及对下属设备的协调与监控。

（2）物流系统

机床的托盘站与仓库之间采用一台电缆感应式自动引导小车进行工件的运输。平面仓库具有15个工件出入托盘站，它们由物流管理计算机PMS-200和控制装置MCP进行控制。

（3）中央管理系统

中央计算机承担整个系统的生产计划与作业调度、集中监控以及加工程序管理。工件的加工程序采用日本FANUC公司的P-G型自动编程机进行自动编程，将编好的零件程序存入程序库，以便加工时调用。

LAN（PC-J）为局部网络控制器，用以实现计算机与各单元控制器（CCU），输送计算机以及程序库之间的信息传送与管理，采用光缆作为传输介质。

（4）监控系统

该系统采用具有摄像头（ITV）的工业电视（TV）对5个部件进行监视，即监视平面仓库、单元2、单元4、单元5以及引导小车的运行实况。

JCS-FMS-1型柔性制造系统运行后带来了一定的经济效益，它的建立对我国柔性制造系统的研究与开发是一个良好的开端。

三、计算机集成制造系统（CIMS）简介

1．CIMS的定义

目前CIMS还没有一个完善的、被普遍接受的定义，多数还停留在一般概念上。

一般说来，CIMS的定义应包括以下要素：

1）系统发展的基础是一系列现代高技术及其综合；

2）系统包括制造工厂全部生产、经营活动，并将其纳入多模式，多层次的分布的自动化子系统；

3）系统是通过新的管理模式、工艺理论和计算机网络对上述各子系统所进行的有机集成；

4）系统是人、技术和经营三方面的集成，是一个人机系统，不能忽视人的作用；

5）系统的目标是获得多品种、中小批量离散生产过程的高效益和高柔性，以达到动态总体最优，实现脑力劳动自动化和机器智能化。

因此，可以认为：CIMS是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和现代管理科学的基础上，将制造工厂的全部生产、经营活动所需的各种分布式的自动化子系统，通过新的生产管理模式、工艺理论和计算机网络有机地集成起来，以获得适应于多品种、中小批量生产的高效益、高柔性和高质量的智能制造系统。

2．CIMS的结构

根据美国计算机自动化协会/制造工程师协会（CASA/SME）的定义，CIMS的构成如图8-8所示。

图8-8 CIMS的构成

由图可知，CIMS的核心是一个公用数据库，对信息资源进行存贮与管理，并与各个计算机系统进行通信。在此基础上，需有三个计算机系统，首先是进行产品设计与工艺设计的CAD/CAM系统。第二个计算机系统是生产计划与生产控制的CAP/CAC系统，FMS是这个系统的主体。当它与CAD/CAM系统连接起来时，数控机床就可以用DNC方式从CAD/CAM系统中获得零件的加工程序，从而实现了从产品设计到产品零件制造的无图样自动加工。第三个计算机系统是工厂自动化系统，它可以实现产品的自动装配与测试，材料的自动运输与处理等。在上述三个计算机系统的外围，还需利用计算机进行市场预测，编制产品发展规划，分析财政状况和进行生产管理与人员管理。

根据我国学者的研究，认为CIMS更应强调是人、经营和技术三者的集成（图8-9）。从技术组成的角度来看，可以认为CIMS包含四个应用分系统和两个支撑分系统，如图8-10所示。四个应用分系统是：管理信息系统（MIS）、工程设计系统（CAD/CAPP/CAM）、质量保证系统（QAS）和制造自动化系统（MAS）。两个支撑分系统是：数据库（DB）和通讯网络（NET）。

图8-9 CIMS的概念 图8-10 CIMS的技术组成

CIMS技术开发研究最早的是美国，始于1977年。我国在八十年代末开始在CIMS方面进行了跟踪研究和示范应用，积累了正、反两方面的经验和教训，目前还处于发展阶段。

虽然CIMS涉及的领域相当广泛，目前还不够成熟，但是可以肯定，数控机床仍然是CIMS不可缺少的基本工作单元。可以预计，高级自动化技术将进一步证明数控机床的价值，并且正在更为广阔地开拓数控机床的应用领域。

思考题与习题

8—1 现代数控机床的发展趋势是什么?

8—2 什么是汁算机直接数控(DNC)？现代DNC系统主要采用什么控制方式?

8—3 什么是柔性制造单元〔FMC)?常用的有哪几类?各自的组成和特点是什么

8—4 柔性制造系统(FMS)具有哪些基本特征?由哪些子系统组成?

8—5 什么是计算机集成制造系统(CIMS)？

第八章 数控技术的发展与机械加工自动化