數(shù)控技術(shù)課程簡(jiǎn)介及概述

1、1 機(jī)械類專業(yè)核心課程、湖南省精品課程機(jī)械類專業(yè)核心課程、湖南省精品課程 2 341張建鋼,胡大澤 主編. 數(shù)控技術(shù).武漢：華中科技大學(xué)出 版社，2000. 2趙玉剛 主編. 數(shù)控技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2007. 3明興祖 主編. 數(shù)控加工技術(shù)(第二版) .北京：化學(xué)工業(yè)出 版社，2008. 明興祖 主編. 數(shù)控技術(shù). 北京:清華大學(xué)出版社,2008. 5數(shù)控技術(shù)精品課程網(wǎng)站數(shù)控技術(shù)精品課程網(wǎng)站 : http:/ 或或http:/ http:/ 數(shù)控論壇數(shù)控論壇： http:/華中數(shù)控：華中數(shù)控： http:/ 上海開通數(shù)控：上海開通數(shù)控： http:/ 南京數(shù)控：南京數(shù)控： htt

2、p:/ 深圳福斯特?cái)?shù)控：深圳福斯特?cái)?shù)控： http:/www.first- 西門子：西門子： http:/ 法那克：法那克： http:/ 中國(guó)制造業(yè)信息化網(wǎng)：中國(guó)制造業(yè)信息化網(wǎng)： http:/www.e-67 8 是一種借助數(shù)字、字符等符號(hào)對(duì)某一工作過程(如加工、測(cè)量、裝配等)進(jìn)行可編程控制的自動(dòng)化方法。 采用數(shù)字或代碼的形式來實(shí)現(xiàn)控制的一門技術(shù)。 如設(shè)備的控制過程是以數(shù)字形式來描述的，其工作過程是在數(shù)控程序的控制下自動(dòng)地進(jìn)行，則這種設(shè)備就稱為數(shù)控設(shè)備。圖1.1為數(shù)控設(shè)備的一般工作原理。圖1.1 數(shù)控設(shè)備的工作原理工作要求數(shù)控程序數(shù)控設(shè)備工作結(jié)果9 1011 它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交

3、流的工具。主要用于零件數(shù)控程序的編譯、存貯、打印和顯示等 。輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體數(shù)控設(shè)備的基本組成框圖，如圖1.2所示 。圖1.2 數(shù)控設(shè)備基本組成框圖計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)位置檢測(cè)裝置輔助控制裝置受控設(shè)備輸入輸出裝置12 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是數(shù)控設(shè)備的核心。 它根據(jù)輸入的程序和數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令 。 由伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成。它根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令，控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移。 位置和速度測(cè)量裝置，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。13 介于計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置和受控設(shè)備的機(jī)械、液壓部

4、件之間的強(qiáng)電控制裝置。 主要作用是反饋受控設(shè)備的某些狀態(tài)給計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置進(jìn)行處理，接受計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動(dòng)變速、換刀、輔助裝置的動(dòng)作等信號(hào)，經(jīng)必要的邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的器件與機(jī)械部件，完成數(shù)控指令所規(guī)定的動(dòng)作。 是被控制的對(duì)象，是數(shù)控設(shè)備的主體，一般都需要對(duì)它進(jìn)行位移、角度和各種開關(guān)量的控制。 不同的數(shù)控設(shè)備，其受控設(shè)備也不同。14 普通數(shù)控機(jī)床:有數(shù)控車、銑、鉆、鏜及磨床等 。 數(shù)控加工中心:mc是帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。有立式加工中心、臥式加工中心和車削加工中心等控制。 指采用成形工藝的數(shù)控機(jī)床，常用的有數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控沖剪機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控旋壓

5、機(jī)等。 有數(shù)控電火花線切割機(jī)、數(shù)控電火花成形機(jī)、數(shù)控激光與火焰切割機(jī)等 。 數(shù)控設(shè)備數(shù)控設(shè)備的種類很多，各行業(yè)都有自己的數(shù)控設(shè)備分類方法。15 n僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動(dòng)。n對(duì)軌跡不作控制要求。n運(yùn)動(dòng)過程中不進(jìn)行任何加工。n適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測(cè)量機(jī)。n能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)的功能。n能實(shí)現(xiàn)沿平行某個(gè)坐標(biāo)軸（如x、y、z）或兩軸等速的 方向進(jìn)行加工。n適用范圍：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控組合機(jī)床等。16 n具有控制幾個(gè)進(jìn)給軸同時(shí)諧調(diào)運(yùn)動(dòng)(坐標(biāo)聯(lián)動(dòng))，使工件相對(duì)于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。n適用范圍：數(shù)控車床、

6、數(shù)控銑床、加工中心等，用于加工曲線和曲面的機(jī)床。 沒有位置檢測(cè)元件，結(jié)構(gòu)框圖見圖1.3。17 位置檢測(cè)元件安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的端部或傳動(dòng)絲桿端部。 位置檢測(cè)元件直接安裝在機(jī)床工作臺(tái)上。1819 一般都采用通用機(jī)床加工。當(dāng)產(chǎn)品改型時(shí)，加工所用的機(jī)床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整，自動(dòng)化程度不高，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。 為解決高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的問題,多采用專用機(jī)床、專用自動(dòng)生產(chǎn)線和自動(dòng)化車間進(jìn)行生產(chǎn)。但生產(chǎn)周期長(zhǎng),產(chǎn)品改型不易,新產(chǎn)品的開發(fā)周期增長(zhǎng),設(shè)備使用的柔性很差 。 精密復(fù)雜,加工批量小,改型頻繁,不能在專用機(jī)床或組合機(jī)床上加工。而借助靠模和仿形機(jī)床,或者借助劃線和樣板用手工操作的方法來加工

7、,加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制，在普通機(jī)床上根本無法實(shí)現(xiàn)。20 為了解決上述問題，一種新型的數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。1952年美國(guó)帕森公司（parsons co.）公司與麻省理工學(xué)院（mit）合作研制了第一臺(tái)三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。數(shù)控機(jī)床為單件、小批量生產(chǎn)，特別是復(fù)雜型面零件提供了自動(dòng)化加工手段。1955年,nc系統(tǒng)以電子管組成,體積大,功耗大。1959年,nc系統(tǒng)以晶體管組成,廣泛采用印刷電路板。1965年,nc系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點(diǎn)是體積小,功耗低,可靠性進(jìn)一步提高。 以上三代nc系統(tǒng)，由于其數(shù)控功能均由硬件實(shí)現(xiàn)，故歷史上又稱其為“硬線nc”。211970年,nc系統(tǒng)采用小型計(jì)

8、算機(jī)取代專用計(jì)算機(jī),其部分功能由軟件實(shí)現(xiàn),它具有價(jià)格低,可靠性高和功能多等特點(diǎn),又稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(computer numerical control,cnc) 。1974年，nc系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價(jià)格進(jìn)一步降低，體積進(jìn)一步縮小，又稱為微型機(jī)數(shù)控 （micro-computer numerical control，mnc） 。1994年,基于pc-nc的數(shù)控系統(tǒng),它充分利用現(xiàn)有pc機(jī)的軟硬件資源,規(guī)范設(shè)計(jì)新一代數(shù)控。其優(yōu)勢(shì)： （1）元器件集成度高、可靠性好； （2）技術(shù)進(jìn)步快、升級(jí)換代容易； （3）提供了開放式的基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源極為豐實(shí)。 22 帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床 。

9、23 dnc是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)，如圖1.6所示。插補(bǔ)運(yùn)算功能全部或部分由中央計(jì)算機(jī)完成,各臺(tái)數(shù)控機(jī)床只需配置一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)床控制器(machine control unit,mcu)。中央計(jì)算機(jī)完成粗插補(bǔ)，mcu或接口電路完成精插補(bǔ)。 dnc系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分布式分級(jí)控制管理，而不是分時(shí)控制的方式。dnc系統(tǒng)的靈活性較大，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性也較高，但其一次性投資比較大。 圖1.6 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 24 fmc是以中心控制計(jì)算機(jī)、若干臺(tái)mc為主體，再配上自動(dòng)交換工件裝置（automated work-piece changer，awc）的隨行托盤（pallet）或工業(yè)機(jī)器人以及自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù)裝備等組成的自動(dòng)化加工系統(tǒng)。圖1.7所示為北京精密機(jī)床廠生產(chǎn)的fmc-1型柔性制造單元。圖1.7 fmc -1型柔性制造單元25 fms是由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床聯(lián)接成的可調(diào)加工系統(tǒng)，由加工、物質(zhì)流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成，見圖1.8。 它主要由兩部分組成：一是物質(zhì)流；二是由工廠主計(jì)算機(jī)和中央管理計(jì)算機(jī)、物流控制計(jì)算機(jī)及其相互之間的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)所組成的信息流。圖1.8 柔性制造系統(tǒng)（fms）結(jié)構(gòu)框圖26 直線型柔性制造系統(tǒng)（fms）結(jié)構(gòu)框圖27 cims是將制造工廠的全部生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行有機(jī)的集成，以實(shí)現(xiàn)更高效益、更高柔性的現(xiàn)代智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。