數(shù)控機(jī)床-第一章數(shù)控機(jī)床概論

1、.1第一章 數(shù)控技術(shù)概論.21.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展v隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備.v單件，小批量機(jī)加工零件的總量占機(jī)械加工總量的80%左右。數(shù)控機(jī)床的基本概念.3v普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機(jī)床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進(jìn)一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。 v一種新型的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了 。數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控

2、機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控沖剪機(jī)、數(shù)控肋骨冷彎機(jī)等都是屬于這個范圍的自動化設(shè)備 規(guī)?；б?4普通車床操作數(shù)控車床.5帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)。1955年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)； 1959年，美國克耐杜列克公司首次成功開發(fā)了加工中心（Machining Center） 。數(shù)控機(jī)床的基本概念1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生.6 The first successfu

3、l N/C machine, funded by the Air Force, was demonstrated by the Massachusetts Institute of Technology in 1952. It was a retrofitted Cincinnati milling machine (Figure 1.15). It had the ability to coordinate the axis motions to machine a complex surface. The first commercial N/C machines were shown a

4、t the 1955 National Machine Tool Show.相關(guān)摘錄資料.71.1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡況數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡況數(shù)控機(jī)床的基本概念l 第1代數(shù)控機(jī)床：1952年1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）。 1952，Parsons Corp.,MIT,美空軍后勤司令部合作，第一臺立式銑l 第2代數(shù)控機(jī)床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。 1959，晶體管元件的出現(xiàn)使電子設(shè)備的體積大大減小，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，K&T開發(fā)第一臺加工中心MILWAUKEE-MATIC。l 第3代數(shù)控機(jī)床：從1965年開始采用小、中 規(guī)模集成電路的NC系

5、統(tǒng)。 1965,由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，這是第三代數(shù)控系統(tǒng)。1967英國最初的FMS電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展一致.8l第4代數(shù)控機(jī)床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（CNC）。 1970，在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會上，首次展出了一臺以通用小型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置的數(shù)控系統(tǒng)，特征為許多數(shù)控功能由軟件完成,被人們成為第四代數(shù)控系統(tǒng)。l 第5代數(shù)控機(jī)床：從1974年開始采用微型計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（MNC）。 開始出現(xiàn)的以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)被人們譽(yù)為第五代數(shù)控系統(tǒng)，近30年來，裝備微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。l 19

6、80年后，F(xiàn)MS、FMC、CIMS、開放式數(shù)控（open NC）系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)（IMS）大發(fā)展。l基于PC（PC-BASED）,1990 .基于PC開發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)。 高速加工，納米制造。.91.1.3 我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況 我國數(shù)控機(jī)床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出 了最早的樣機(jī)。1966年誕生了第一臺用于直線圓弧插補(bǔ)的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。1970年北京第一機(jī)床廠的XK5040型數(shù)控升降臺銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場。但由于相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)差，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的支撐工業(yè)電子工業(yè)薄弱，致使在19701976年間開發(fā)出的加工中心、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床及數(shù)控鉆床因系統(tǒng)不過關(guān)

7、，多數(shù)機(jī)床沒有在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。數(shù)控機(jī)床的基本概念v80年代前期，在引入了日本數(shù)控技術(shù)后，我國的數(shù)控機(jī)床才真正進(jìn)入小批量生產(chǎn)的商品化時代。v目前我國已經(jīng)有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，但絕大多數(shù)全功能數(shù)控機(jī)床還是采用國外的CNC系統(tǒng)。從機(jī)床的整體來看，無論是可靠性、精度、生產(chǎn)效率和自動化程度，與國外相比，還存在著不小的差距。 .10國產(chǎn)數(shù)控設(shè)備統(tǒng)計(jì)情況：現(xiàn)達(dá)到1500多個品種，年生產(chǎn)能力400002000年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 數(shù)控機(jī)床廠家：100 數(shù)控系統(tǒng)廠家：50 數(shù)控機(jī)床配套廠家：300 年產(chǎn)量：14053臺 數(shù)控機(jī)床品種：1300 產(chǎn)量數(shù)控化率：8%（95年 3.6%）2。2003年產(chǎn)量36000臺，產(chǎn)值

8、295億元。3。2003年19月，海關(guān)統(tǒng)計(jì)機(jī)床進(jìn)口297482.6萬美元，出口26630.8萬美元4。2004年9月，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床國內(nèi)占有率27.115。北京一機(jī)床 五坐標(biāo)數(shù)控螺旋槳銑床，加工直徑達(dá)6米，可加工10萬噸級遠(yuǎn)洋海輪用螺旋槳葉輪面； 武漢重型機(jī)床廠 數(shù)控立車，可加工30萬KW水輪機(jī)，直徑達(dá)16米，精度0.02mm。 常州機(jī)床廠 五軸聯(lián)動機(jī)床；秦川機(jī)床廠 六軸五聯(lián)動全數(shù)控螺旋齒錐齒輪切齒機(jī)。 北京機(jī)電院 定位精度+-3um 立式加工中心；寧江機(jī)床廠+-8um臥式加工中心。6 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)有 中國東方數(shù)控公司；中國科偌達(dá)，航天數(shù)控，珠峰數(shù)控,北大方正,蘭州電機(jī)廠,南京四開,華中等開發(fā)的

9、華中、中華、航天和藍(lán)天；上海開通數(shù)控技術(shù)有限公司KT；北京凱恩帝的KND系列數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK系列數(shù)控系統(tǒng)。.121.2 數(shù)控機(jī)床組成與工作原理數(shù)控機(jī)床組成與工作原理需要澄清的幾個概念需要澄清的幾個概念 1. 1. 數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù) (Numerical Control-NC(Numerical Control-NC ) 用用數(shù)字化信號數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程中進(jìn)行控制對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程中進(jìn)行控制的一種方法。稱這種方法為數(shù)字控制，簡稱數(shù)控。的一種方法。稱這種方法為數(shù)字控制，簡稱數(shù)控。2.2.數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床 一個裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地一個裝有程序控制

10、系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用代碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。處理具有使用代碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。3. 3. 數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（ Numerical Control SystemNumerical Control System） 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制的軟件和硬件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制的軟件和硬件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服裝置、反饋它由程序輸入、輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服裝置、反饋裝置、輔助驅(qū)動裝置組成。裝置、輔助驅(qū)動裝置組成。采用數(shù)控技術(shù)對加工過程采用數(shù)控技術(shù)對加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床。進(jìn)行控制的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的基本概念.13v數(shù)控機(jī)床

11、加工時，是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及機(jī)床各部件的移動量、速度及動作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式，編制成程序單，并輸入到機(jī)床專用計(jì)算機(jī)中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機(jī)床各部分進(jìn)行規(guī)定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的工件。 1.2.1 數(shù)控加工過程數(shù)控加工過程數(shù)控機(jī)床的基本概念參看下頁示意圖.14數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序零件圖 數(shù)控系統(tǒng) 機(jī)床用數(shù)控機(jī)床加工工件時，首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠理解

12、的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，并帶動機(jī)床的工作臺移動，實(shí)現(xiàn)加工過程。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作.15v計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC控制系統(tǒng)，它自動讀入載體上的數(shù)字信息，經(jīng)過譯碼，控制機(jī)床運(yùn)動。整個系統(tǒng)包括信息輸入、運(yùn)算和控制、進(jìn)給伺服驅(qū)動和主軸驅(qū)動以及機(jī)電接口等。其中運(yùn)算和控制部分，是數(shù)控系統(tǒng)的核心,稱為數(shù)控裝置NCU 。以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，運(yùn)算和控制部分是一個專用的計(jì)算機(jī)，也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC。數(shù)控裝置有時也簡稱為數(shù)控系統(tǒng)。NCU就是數(shù)控裝置的英文縮寫。.16數(shù)控機(jī)床的基本概念1.2.2 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成加

13、工程序輸入裝置數(shù)控裝置輔助控制裝置伺服驅(qū)動裝置檢測反饋裝置機(jī)床本體強(qiáng)電控制裝置.17數(shù)控機(jī)床的基本概念加工程序：建立人與機(jī)床之間的聯(lián)系，也稱為 程序載體，儲存著加工零件所需要的全部幾何信息和工藝信息。工藝分析；工件坐標(biāo)；工件，刀具運(yùn)動坐標(biāo)；加工路線與順序；主運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動參數(shù)；輔助設(shè)備參數(shù)；輸入裝置：將程序載體上記錄的數(shù)控代碼信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號傳送至數(shù)控裝置內(nèi)存儲器。常用的控制介質(zhì)是8單位的標(biāo)準(zhǔn)穿孔帶，且常用的穿孔帶是紙質(zhì)的，所以又稱紙帶。其寬為 25.4mm，厚0.108mm，每行除了必須有一個1.17mm的同步孔外，最多可以有8個1.33mm 的信息孔。用每行8個孔有無的排列組合來

14、表示不同的代碼( 紙帶上孔的排列規(guī)定，稱為代碼)。把穿孔帶輸入到數(shù)控裝置的讀帶機(jī)，再由讀帶機(jī)把穿孔帶上的代碼轉(zhuǎn)換為數(shù)控裝置可以識別和處理的電信號，并傳送到數(shù)控裝置中去，便完成了指令信息的輸入工作。 指令集.18數(shù)控裝置：數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、核心，一般為一臺專用的計(jì)算機(jī)；把從輸入裝置得到的電脈沖信號進(jìn)行譯碼和寄存，得到這些指令作為控制與運(yùn)算的原始依據(jù)。伺服控制裝置：接受來自數(shù)控裝置的位置控制信息，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動和精確定位運(yùn)動。伺服精度和動態(tài)相應(yīng)特性直接影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率、加工精度和表明加工質(zhì)量。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞，在普通數(shù)控機(jī)床中一般由輸入裝置、存儲器、控制器、運(yùn)算器和輸出裝

15、置組成。數(shù)控裝置接收輸入介質(zhì)的信息，并將其代碼加以識別、儲存、運(yùn)算，輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)床動作。在計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床中，由于計(jì)算機(jī)本身即含有運(yùn)算器、控制器等上述單元，因此其數(shù)控裝置的作用由一臺計(jì)算機(jī)來完成。 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動部件的運(yùn)動，使工作臺（或溜板）精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對運(yùn)動，最后加工出符合圖紙要求的零件。在數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的伺服驅(qū)動元件有功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。 .19輔助控制裝置：指數(shù)控機(jī)床的一些配套部件，包括刀庫、液壓、氣動裝置、冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、夾具、換刀機(jī)械手等。

16、機(jī)床本體：是數(shù)控機(jī)床加工運(yùn)動的機(jī)械部分，主要包括支承部件（床身、立柱等）、主運(yùn)動部件（主軸箱）、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺滑板、刀架）等。數(shù)控機(jī)床中的機(jī)床，在開始階段使用通用機(jī)床，只是在自動變速、刀架或工作臺自動轉(zhuǎn)位和手柄等方面作些改變。實(shí)踐證明：數(shù)控機(jī)床除由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱多等影響工件精度外，并且由于是自動控制，在加工中不能像在通用機(jī)床上那樣可以隨時由人工進(jìn)行干預(yù)。所以其設(shè)計(jì)要求比通用機(jī)床更嚴(yán)格，制造要求更精密。因而后來在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時，采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施，使得數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局、傳動系統(tǒng)以及刀具系統(tǒng)等方面都已發(fā)生了很大的變化。 強(qiáng)電控制裝

17、置：接收內(nèi)置PLC所輸出的各種指令 。主軸變速，換向，停止；分度臺轉(zhuǎn)位，鎖緊；刀具進(jìn)給，更換；工件夾緊；輔助信號等。 一典型數(shù)控機(jī)床示意圖如下.20 同類型的加工中心與數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)布局相似，主要在刀庫的結(jié)構(gòu)和位置上有區(qū)別，一般由床身、主軸箱、工作臺、底座、立柱、橫梁、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自動換刀裝置、輔助系統(tǒng)（氣液、潤滑、冷卻）、控制系統(tǒng)等組成，如圖所示。.21數(shù)控機(jī)床的基本概念1.2.3 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)基本技術(shù)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)基本技術(shù)精密機(jī)械技術(shù) 是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)，包括精密機(jī)械設(shè)計(jì)和精密機(jī)械加工兩大方面。計(jì)算機(jī)及信息處理技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是數(shù)控機(jī)床發(fā)展和變革最活躍的因素。與人工智能、專家系統(tǒng)、模糊控制

18、、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、仿真技術(shù)結(jié)合為組成柔性制造系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)保證。3. 自動控制理論與伺服驅(qū)動技術(shù) 對數(shù)控機(jī)床的功能、動態(tài)特性、控制品質(zhì)有決定性影響。4. 精密檢測與傳感技術(shù) 是實(shí)現(xiàn)自動控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是閉環(huán)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。主要放映在精度補(bǔ)償方面；關(guān)鍵器件是傳感器，要求其準(zhǔn)確性、快速性與可靠性。網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù) 柔性制造，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的產(chǎn)生。.22加工程序計(jì) 算 機(jī)數(shù) 字 控制 裝 置(CNC）主軸電機(jī)機(jī)床本體進(jìn)給電機(jī)位置檢測速度控制單元主軸控制單元可編程控制器(PLC)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)基本工作流程機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)基本工作流程.231.2.3 數(shù)控機(jī)床基本工作原理數(shù)

19、控機(jī)床基本工作原理編程手冊數(shù)控機(jī)床的工作原理圖機(jī)床 數(shù)控裝置輸入裝置穿孔帶隨動進(jìn)給系統(tǒng)穿孔機(jī)編程卡片加工圖樣編程手冊編程手冊加工圖樣加工圖樣編程機(jī)編程機(jī)穿孔機(jī)或穿孔機(jī)或存儲裝置存儲裝置穿孔帶穿孔帶磁盤等磁盤等輸入裝置輸入裝置數(shù)控裝置數(shù)控裝置 進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng) 機(jī)床機(jī)床數(shù)控機(jī)床的基本概念.241.2 1.2 數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床分類 數(shù)控機(jī)床品種已經(jīng)基本齊全，規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有400多個品種規(guī)格?？梢园凑斩喾N原則來進(jìn)行分類。但歸納起來，常見的是以下方法來分類按工藝用途分類按工藝用途分類按機(jī)床運(yùn)動的控制軌跡分類按機(jī)床運(yùn)動的控制軌跡分類伺服控制的方式分類伺服控制的方式分類按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類按

20、控制坐標(biāo)軸數(shù)分類按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類.25 （1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床 金屬切削類數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。（2）金屬成型類數(shù)控機(jī)床 金屬成型類數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控組合沖床和數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。這類機(jī)床起步晚，但目前發(fā)展很快。（3）數(shù)控特種加工機(jī)床 數(shù)控特種加工機(jī)床如數(shù)控線（電極）切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、火焰切割機(jī)和數(shù)控激光切割機(jī)床等。（4）其它類型的數(shù)控機(jī)床 其他類型的數(shù)控機(jī)床如數(shù)控三坐標(biāo)測量機(jī)等.1按工藝用途分類按工藝用途分類.26數(shù)控機(jī)床的基本概念加工中心加工中心(Machining Center)簡稱M

21、C，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于加工復(fù)雜零件的高效率自動化數(shù)控機(jī)床。加工中心是高效的、高精度數(shù)控機(jī)床，工件在一次裝夾中便可完成多道工序的加工，同時還備有刀具庫，并且有自動換刀功能。 工藝集中原則.27加工中心數(shù)控機(jī)床的基本概念加工中心 能實(shí)現(xiàn)三軸或三軸以上的聯(lián)動控制，以保證刀具進(jìn)行復(fù)雜表面的加工。加工中心除具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能外，還具有各種加工固定循環(huán)、刀具半徑自動補(bǔ)償、刀具長度自動補(bǔ)償、加工過程圖形顯示、人機(jī)對話、故障自動診斷、離線編程等功能。加工中心是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。一般數(shù)控機(jī)床上加裝一個刀庫(可容納10-100多把刀具)和自動換刀裝置而構(gòu)成的一種帶自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床

22、(又稱多工序數(shù)控機(jī)床或鏜銑類加工中心 。與數(shù)控銑床的最大區(qū)別在于加工中心具有自動交換加工刀具的能力，通過在刀庫上安裝不同用途的刀具，可在一次裝夾中通過自動換刀裝置改變主軸上的加工刀具，實(shí)現(xiàn)多種加工功能。優(yōu)點(diǎn): 減少機(jī)床臺數(shù), 便于管理，對于多工序的零件只要一臺機(jī)床就能完成全部加工，并可以減少半成品的庫存量； 由于工件只要一次裝夾，因此減少了由于多次安裝造成的定位誤差，可以依靠機(jī)床精度來保證加工質(zhì)量； 工序集中，減少了輔助時間，提高了生產(chǎn)率； 由于零件在一臺機(jī)床上一次裝夾就能完成多道工序加工，所以大大減少了專用工夾具的數(shù)量，進(jìn)一步縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。.28加工中心分為：立式、臥式和復(fù)合加工中心

23、立式加工中心的主軸垂直于工作臺，主要適用于加工板材類、殼體類工件，也可用于模具加工。臥式加工中心的主軸軸線與工作臺臺面平行，它的工作臺大多為由伺服電動機(jī)控制的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，在工件一次裝夾中，通過工作臺旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)多個加工面的加工，適用于箱體類工件加工。復(fù)合加工中心主要是指在一臺加工中心上有立、臥兩個主軸或主軸可90改變角度，因而可在工件一次裝夾中實(shí)現(xiàn)五個面的加工。 .29加工中心 是一種工藝范圍較大的數(shù)控加工機(jī)床，能進(jìn)行銑削、鏜削、鉆削和螺紋加工等多項(xiàng)工作。加工中心特別適合于箱體類零件和孔系的加工 加工中心數(shù)控機(jī)床的基本概念銑削加工鉆削加工 螺紋加工 .30五面體加工中心五面體加工中心一次裝卡中完

24、成除安裝底面以外所有表面和精密孔系加工；箱體類零件，汽車覆蓋件模具等。加工示意圖可以參看動畫.312 2按機(jī)床運(yùn)動的控制軌跡分類按機(jī)床運(yùn)動的控制軌跡分類 （1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 1)點(diǎn)位控制只要求控制機(jī)床的移動部件從某一位置移動到另一位置的準(zhǔn)確定位，對于兩位置之間的運(yùn)動軌跡不作嚴(yán)格要求，在移動過程中刀具不進(jìn)行切削加工，如圖所示。 2)為了實(shí)現(xiàn)既快又準(zhǔn)的定位，常 采用先快速移動，然后慢速趨近 定位點(diǎn)位的方法來保證定位精度。 3)主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、 數(shù)控鏜床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位數(shù)控機(jī)床加工示意圖兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動先是以快速移動到接近新的位置，然后降速 1-3 級，使之慢速

25、趨近定位點(diǎn)，以保證其定位精度 .32（2）直線控制數(shù)控機(jī)床 1）直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要保證兩點(diǎn)之間移動的軌跡平行于坐標(biāo)軸或者是一條斜線。 2）對移動的速度也要進(jìn)行控制，因?yàn)檫@類數(shù)控機(jī)床在兩點(diǎn)之間移動時要進(jìn)行切削加工，如圖1.3所示。 圖1.3直線數(shù)控機(jī)床加工示意圖路線一般都由和各軸線平行的直線段組成。可以沿一個坐標(biāo)軸的方向(一般地也可以沿45斜線進(jìn)行切削，)進(jìn)行切削加工 但不能進(jìn)行任意輪廓加工.33（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床 1）輪廓控制能夠?qū)蓚€或兩個以上的運(yùn)動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的聯(lián)動控制，因而可以進(jìn)行曲線或曲面的加工，如圖1.4所示。 2）具有輪

26、廓控制功能的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心等。圖1.4輪廓數(shù)控機(jī)床加工示意圖不僅控制起點(diǎn)與終點(diǎn)，還要控制加工中每一點(diǎn)的速度與位移量.343 伺服控制的方式分類伺服控制的方式分類 （1 1）開環(huán)控制系統(tǒng)）開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng).數(shù)控裝置發(fā)出信號的流程是單向的 其特點(diǎn)其特點(diǎn): :開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是系統(tǒng)對移動部件的誤差沒有補(bǔ)償和校正，所以精度低。一般適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和舊機(jī)床數(shù)控化改造。 如圖1.5,部件的移動速度和位移量是由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定的。圖1.5開環(huán)控制系統(tǒng).35（2）半閉環(huán)控制系統(tǒng) 1）半閉環(huán)

27、控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移測量裝置，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的位移，反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，由于慣性較大的機(jī)床移動部件不包括在檢測范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1.6所示。 2）系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的控制特性。機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的誤差，可用補(bǔ)償?shù)霓k法消除，可獲得滿意的精度。中檔數(shù)控機(jī)床廣泛采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。圖1.6半閉環(huán)控制系統(tǒng).36 1）在機(jī)床移動部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入指令進(jìn)行比較控制，使移動部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因?yàn)榘褭C(jī)床工作臺納入了位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)

28、。 2）該系統(tǒng)定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。該系統(tǒng)調(diào)試工作困難。系統(tǒng)復(fù)雜并且成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機(jī)床，如精密數(shù)控鏜銑床、超精密數(shù)控車床等。（3）閉環(huán)控制系統(tǒng).374 按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類v1.兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：兩軸聯(lián)動，用于加工 各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床。v2.三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：三軸聯(lián)動，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。v3.多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：四軸或五軸聯(lián)動，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。圖1-4為兩種不同類型的四軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床。 .38 5. 按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類 數(shù)控機(jī)床按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平可分為 低、中、高三檔n 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，以

29、步進(jìn)電動機(jī)為伺服驅(qū)動單元的開環(huán)系統(tǒng)，功能簡單，價格低廉；n 普及型數(shù)控機(jī)床，控制功能齊全；n 高級型數(shù)控機(jī)床，采用32位或16位微處理器，可以實(shí)現(xiàn)5軸以上控制；.391.3 1.3 數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用 1數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn) （1）可以加工具有復(fù)雜型面的工件 （2）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定 （3）生產(chǎn)率高 （4）改善勞動條件 （5）有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化.402數(shù)控機(jī)床的適用范圍數(shù)控機(jī)床的適用范圍 （1）多品種、單件小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件； （2）幾何形狀復(fù)雜的零件； （3）精度及表面粗糙度要求高的零件； （4）加工過程中需要進(jìn)行多工序加工

30、的零件； （5）用普通機(jī)床加工時，需要昂貴工裝設(shè)備（工具、夾具和模具）的零件。數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)與應(yīng)用.41數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)與應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的精度精度是數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)重要指標(biāo)；主要指：加工精度、定位精度、 重復(fù)定位精度中、小型數(shù)控機(jī)床的加工精度通常為0.1-0.005mm；定位精度通常為0.05-0.0025mm；重復(fù)定位精度通常為0.025-0.001mm；數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字形式給出相應(yīng)的脈沖指令進(jìn)行加工，所以脈沖當(dāng)量就與精度保持了緊密的聯(lián)系；數(shù)控機(jī)床脈沖當(dāng)量一般為：0.01-0.0005mm/脈沖。.42柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FMS-Flexible Manufacturing System

31、） 柔性制造系統(tǒng)是在柔性制造單元（FMC-Flexible Manufacturing Cell）基礎(chǔ)上研制和發(fā)展起來的。柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時，能連續(xù)地對同一組零件內(nèi)不同的工件進(jìn)行自動化加工（包括工件在單元內(nèi)部的運(yùn)輸和交換）的最小單元。它即可以作為獨(dú)立使用的加工設(shè)備，又可以作為更大更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)或柔性自動線的基本組成模塊。數(shù)控機(jī)床的基本概念隨著產(chǎn)品多樣化、降低制造成本、縮短制造周期等迫切要求，以及以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動化生產(chǎn)技術(shù)的驚人發(fā)展，1967年Molins公司研制了第一個柔性制造系統(tǒng)。FMS是一種在批量加工條件下，高柔性和高自動化程度的制造系統(tǒng)。解決了中小批量、中

32、大批量、多品種產(chǎn)品生產(chǎn)自動化技術(shù)難題。 .43 柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機(jī)床和其他自動化工藝設(shè)備如清洗機(jī)、成品試驗(yàn)機(jī)、噴漆機(jī)等組成）、智能機(jī)器人、全自動輸送系統(tǒng)及自動化倉庫組成見。這種系統(tǒng)可按任意順序加工一組不同工序與不同加工節(jié)拍的工件，工藝流程可隨工件不同而調(diào)整，全部生產(chǎn)過程有一臺中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)程序的調(diào)度，若干臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行工位控制。其中各個制造單元相對獨(dú)立，能適時地平衡資源的利用。 數(shù)控機(jī)床的基本概念.44自適應(yīng)控制機(jī)床自適應(yīng)控制機(jī)床（AC-Adaptive Control）n 一般數(shù)控機(jī)床，是按預(yù)先編好的程序進(jìn)行加工的。但在編程時，實(shí)際上有許多參數(shù)只能參照過去的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決

33、定，不可能準(zhǔn)確地考慮到它們的一切變化，如毛坯的不均勻，刀具與工件材質(zhì)的變化，刀具的磨損，工件的變形，熱傳導(dǎo)性的差別等等，這些變化直接或間接地影響著加工質(zhì)量，使加工不能在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。數(shù)控機(jī)床的基本概念n 如果控制系統(tǒng)能對實(shí)際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時地測量并反饋給機(jī)床進(jìn)行修正，則可使切削過程隨時都處在最佳狀態(tài)。所謂最佳狀態(tài)，指的是最高生產(chǎn)率、最低加工成本、最好的加工質(zhì)量等。由于CNC系統(tǒng)自身帶由計(jì)算機(jī)，只要加上相應(yīng)的檢測元件、控制線路和有關(guān)軟件就可以制造出這種自適應(yīng)控制機(jī)床。 .45數(shù)控設(shè)備與加工方式的選用一般原則1.什么時候選擇數(shù)控機(jī)床？什么時候選擇數(shù)控機(jī)床？.462.選擇什么樣的數(shù)控

34、機(jī)床？選擇什么樣的數(shù)控機(jī)床？ 數(shù)控裝置的性能指標(biāo)反映了數(shù)控系統(tǒng)的基本性能，是選數(shù)控裝置的性能指標(biāo)反映了數(shù)控系統(tǒng)的基本性能，是選擇數(shù)控系統(tǒng)的主要依據(jù)，概括起來如下?lián)駭?shù)控系統(tǒng)的主要依據(jù)，概括起來如下 1控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù) 2脈沖當(dāng)量（控制分辨率）脈沖當(dāng)量（控制分辨率） 3定位精度和重復(fù)精度定位精度和重復(fù)精度 4行程行程 5主軸轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)范圍主軸轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)范圍 6進(jìn)給速度和調(diào)節(jié)范圍進(jìn)給速度和調(diào)節(jié)范圍 7準(zhǔn)備功能（準(zhǔn)備功能（G功能）功能） 8輔助功能（輔助功能（M功能）功能） 9. 自動加減速功能自動加減速功能 10. 開關(guān)量接口開關(guān)量接口 .47v以上性能指標(biāo)可以作為選擇數(shù)控裝置時

35、參考，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控裝置的性能指標(biāo)也在不斷地豐富和提高。v一般來說，性能越高的數(shù)控裝置，價格也越貴，所以對用戶來說并不一定一味地追求高性能，而應(yīng)該根據(jù)自己的實(shí)際需要，綜合考慮性能和價格，作出最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。.481.4 1.4 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢v總的發(fā)展趨勢： 高速化、高精度化、高效加工、多功能化、小型化、復(fù) 合化、開放化和智能化以及數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。 目前的動向是:開放式數(shù)控系統(tǒng)、高速加工系統(tǒng)。v未來數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下三個方面： 1.數(shù)控技術(shù)水平 2.數(shù)控系統(tǒng)方面 3.驅(qū)動系統(tǒng)方面 .491數(shù)控技術(shù)水平v高精度高精度 定位精度微米級、納米級；v高速度高

36、速度 主軸轉(zhuǎn)速10000 r / min、快速進(jìn)給100 m /min、換刀時間23 s；v高柔性高柔性 多主軸、多工位、多刀庫；數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢.50 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。當(dāng)前，機(jī)械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍，達(dá)到5微米；精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進(jìn)入納米級（0.001微米），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.010.05微米，加工圓度為0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。精密化

37、是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對機(jī)床加工精度的要求也越來越高。為了滿足用戶的需要， 近10多年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10m提高到5m，精密級加工中心的加工精度則從35m，提高到11.5m 高可靠性 當(dāng)前國外數(shù)控裝置的可靠性指標(biāo)，平均無故障間隔時間（MTBF）已達(dá)6000小時以上，驅(qū)動裝置達(dá)30000小時以上。高精度.51.52v多功能多功能 立臥并用、復(fù)合加工；v高自動化、智能化高自動化、智能化 自動上下料、自動監(jiān)控、自動測量、自動通訊

38、。v主要表現(xiàn)在以下4個方面： 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢.53v應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù).54v自動編程，可視化結(jié)合.55v自動故障診斷可靠性、穩(wěn)健性保障.56v應(yīng)用模式識別.572數(shù)控系統(tǒng)方面v目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，如日本的FANUC，德國的SIEMENS公司產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位、32位甚至64位微處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到了數(shù)十兆字節(jié)以上，高速進(jìn)給可達(dá)100 m / min以上，一般控制軸數(shù)在315軸，最多可達(dá)24軸，并采用先進(jìn)的電裝工藝。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢.58v開放式系統(tǒng)產(chǎn)生的原因隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，

39、數(shù)控系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，暴露出許多自身固有的缺陷。最大的問題是，這些數(shù)控系統(tǒng)都是專門設(shè)計(jì)的，它們具有不同的編程語言、非標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)接口、多種實(shí)時操作系統(tǒng)、非標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口等，這些缺陷造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護(hù)的不便，也限制了數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 當(dāng)今的當(dāng)今的CNC控制器是個黑匣子，封閉保密，制造廠和用戶不能把特控制器是個黑匣子，封閉保密，制造廠和用戶不能把特殊加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能等放進(jìn)去，要求透明，因此需要開放殊加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能等放進(jìn)去，要求透明，因此需要開放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。 現(xiàn)在的現(xiàn)在的CNC技術(shù)（其核心為技術(shù)（其核心為CNC控制器和驅(qū)動技術(shù)）及結(jié)構(gòu)為專用控

40、制器和驅(qū)動技術(shù)）及結(jié)構(gòu)為專用的軟硬件，遠(yuǎn)落后于的軟硬件，遠(yuǎn)落后于PC的主流技術(shù)。升級困難，各廠家產(chǎn)品不兼容，成的主流技術(shù)。升級困難，各廠家產(chǎn)品不兼容，成本高。本高。 用戶界面不靈活，網(wǎng)絡(luò)功能弱，系統(tǒng)維護(hù)培訓(xùn)昂貴。用戶界面不靈活，網(wǎng)絡(luò)功能弱，系統(tǒng)維護(hù)培訓(xùn)昂貴。.59v開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念 為了解決這些問題，人們提出了“開放式數(shù)控系統(tǒng)”的概念。這個概念最早見于1987年美國的NGC (Next Generation Controller)計(jì)劃， NGC控制技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)基于相互操作和分級式的軟件模塊的“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（SOSAS）”找到解決問題的辦法。 一個開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供應(yīng)

41、商為實(shí)現(xiàn)專門的最佳方案去定制控制系統(tǒng)。由于這樣一個富有哲理的概念作為NGC計(jì)劃的奠基石，NGC代表了下一代控制技術(shù)。系統(tǒng)平臺-開發(fā)接口-二次開發(fā).60v開放式數(shù)控系統(tǒng)，不但要求模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化開放式數(shù)控系統(tǒng)，不但要求模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化(用戶用戶界面、圖形顯示、動態(tài)仿真、數(shù)控編程、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通界面、圖形顯示、動態(tài)仿真、數(shù)控編程、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊訊)，而且對實(shí)時性和可靠性要求很高。其特點(diǎn)：，而且對實(shí)時性和可靠性要求很高。其特點(diǎn)： 可移植性：在保持應(yīng)用模塊功能的情況下，不需任何可移植性：在保持應(yīng)用模塊功能的情況下，不需任何變化就可以應(yīng)用到不同的平臺上。變化就可以應(yīng)用到不同的平臺上。

42、可擴(kuò)展性：不同的模塊能運(yùn)行于一個平臺，而不出現(xiàn)可擴(kuò)展性：不同的模塊能運(yùn)行于一個平臺，而不出現(xiàn)沖突。沖突。 互操作性：模塊在一起工作時，表現(xiàn)為相互協(xié)調(diào)，可互操作性：模塊在一起工作時，表現(xiàn)為相互協(xié)調(diào)，可以根據(jù)定義相互交換數(shù)據(jù)。以根據(jù)定義相互交換數(shù)據(jù)。 可維護(hù)性：用戶修方便?？删S護(hù)性：用戶修方便。 統(tǒng)一的人機(jī)界面。統(tǒng)一的人機(jī)界面。.61v目前開放的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.基于基于PC的的CNC系統(tǒng)（軟數(shù)控系統(tǒng)（軟數(shù)控 ： Soft CNC） 以以PC機(jī)為平臺，數(shù)控功能由軟件模塊實(shí)現(xiàn)，但要決實(shí)時性的問題。運(yùn)機(jī)為平臺，數(shù)控功能由軟件模塊實(shí)現(xiàn)，但要決實(shí)時性的問題。運(yùn)動執(zhí)行通過伺服卡傳遞數(shù)據(jù)，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動坐標(biāo)軸電

43、機(jī)。動執(zhí)行通過伺服卡傳遞數(shù)據(jù)，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動坐標(biāo)軸電機(jī)。 全方位開放全方位開放2. PC嵌入式嵌入式 把一塊多軸運(yùn)動控制卡插入傳統(tǒng)的把一塊多軸運(yùn)動控制卡插入傳統(tǒng)的PC中，運(yùn)動卡運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動為中，運(yùn)動卡運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動為主的實(shí)時控制（作為數(shù)控功能運(yùn)行）。主的實(shí)時控制（作為數(shù)控功能運(yùn)行）。PC作為人機(jī)接口平臺作為人機(jī)接口平臺 。 易實(shí)現(xiàn)，研究單位和高校易實(shí)現(xiàn)，研究單位和高校.623. PC + CNC （融合系統(tǒng)）（融合系統(tǒng)） 專業(yè)廠家認(rèn)為專業(yè)廠家認(rèn)為CNC系統(tǒng)最主要功能是高速、高精加工系統(tǒng)最主要功能是高速、高精加工和可靠性，向和可靠性，向PC在的死機(jī)現(xiàn)象是不允許的。已生產(chǎn)的大量在的死機(jī)現(xiàn)象是

44、不允許的。已生產(chǎn)的大量CNC系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上變化，對維修和可靠性不利。故采取系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上變化，對維修和可靠性不利。故采取了：增加一塊了：增加一塊PC板，提供鍵盤，使板，提供鍵盤，使PC與與CNC 聯(lián)系在一起的聯(lián)系在一起的方案?？山缑骈_放，提高人機(jī)界面的功能。方案?？山缑骈_放，提高人機(jī)界面的功能。 專業(yè)專業(yè)CNC系統(tǒng)廠家（如系統(tǒng)廠家（如fanuc，siemens等）現(xiàn)在都采用此方式。等）現(xiàn)在都采用此方式。.631996年，美國HP公司在東京日本國際機(jī)床展覽會上展出了開放式數(shù)控系統(tǒng)OAC500；HP公司對開放式數(shù)控系統(tǒng)提出了12個方面的判別準(zhǔn)則：（1） 是否基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件平臺和總線結(jié)構(gòu)；（2

45、） 運(yùn)動控制軟件是否采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放操作系統(tǒng)；（3） 能否采用流行的硬件和軟件與工廠的網(wǎng)絡(luò)相連接；（4） 能否運(yùn)行流行的軟件而不降低機(jī)床的性能；（5） 能否安裝從不同商家得到的流行硬件；（6）設(shè)計(jì)或第三方開發(fā)者能否應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)工具和文件格式、編程接口建立用戶實(shí)時的應(yīng)用；（7）能否修改所有級別的控制軟件；（8）控制商家能否提供文件格式的開發(fā)工具，允許訪問系統(tǒng)的所有級別？（9）對于I/O接口，控制器是否使用了標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線？（10） 是否可以把控制器與不同廠家的伺服裝置相連接？（11）控制器是否可以與多用戶控制的網(wǎng)絡(luò)相連接？（12）所有的編程（GUI、運(yùn)動、PLC）是否采用了標(biāo)準(zhǔn)的流行的編程工具？系

46、統(tǒng)平臺-開發(fā)接口-二次開發(fā).64v基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 新興發(fā)展方向，非常有利于現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的數(shù)字化，智能化。 現(xiàn)代加工制造企業(yè)數(shù)字化、智能化管理基礎(chǔ)。組織結(jié)構(gòu)參考下頁圖：.65網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)主要是進(jìn)行通訊，共享信息。數(shù)控機(jī)床作為車間的基本設(shè)備，它的通訊范圍是：1）數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的CNC裝置與數(shù)字伺服間的 通信；（2）數(shù)控系統(tǒng)與上級主計(jì)算機(jī)間的通信；（3）與車間現(xiàn)場設(shè)備及I/O裝置的通信，主要通過現(xiàn)場總線，如PROFIBUS等進(jìn)行通訊；（4）通過因特網(wǎng)與服務(wù)中心的通信，傳遞維修數(shù)據(jù)；（5）通過因特網(wǎng)與另一個工廠交換制造數(shù)據(jù).66v提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 可靠性是數(shù)控機(jī)床用戶最為關(guān)注的問題，提高可靠性

47、通?？刹扇∠铝幸恍┐胧?（1） 提高線路的集成度。采用大規(guī)模集成電路、專用芯片及混合式集成電路，以減少元器件數(shù)量，精簡外部連線和降低功耗。 （2） 建立由設(shè)計(jì)、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量保證體系。例如采取防電源干擾，輸入輸出隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，以便組織批量生產(chǎn)和維修；在安裝制造時注意嚴(yán)格篩選元器件；對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行全面檢查考核等.67v增強(qiáng)故障自診斷功能和保護(hù)功能。由于元器件失效、編程及人為操作失誤等原因，數(shù)控系統(tǒng)完全可能出現(xiàn)故障。數(shù)控系統(tǒng)一般具有故障預(yù)報(bào)和自恢復(fù)功能。此外，應(yīng)注意增強(qiáng)監(jiān)控和保護(hù)功能，例如有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測、行程范圍保護(hù)和斷電保護(hù)等功能，以避免損壞機(jī)床或報(bào)

48、廢工件。由于采用了各種有效的增強(qiáng)可靠性的措施，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時間可達(dá)到MTBF=1000036000小時。.683驅(qū)動系統(tǒng)方面v交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速，交流傳動系統(tǒng)以由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢.694. 新發(fā)展的主要技術(shù)數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢u 伺服驅(qū)動技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的重要組成部分。與數(shù)控裝置相配合，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性直接影響機(jī)床的位移速度，定位精度和加工精度?，F(xiàn)在，直流伺服系統(tǒng)被交流數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代；伺服電機(jī)的位置，速度及電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化；并采用了新

49、的控制理論，實(shí)現(xiàn)了不受機(jī)械負(fù)荷變動影響的高速響應(yīng)系統(tǒng)。前饋控制技術(shù)。前饋控制技術(shù)。 過去的伺服系統(tǒng)，是把檢測器信號與位置指令的差值乘以位置環(huán)增益作為速度指過去的伺服系統(tǒng)，是把檢測器信號與位置指令的差值乘以位置環(huán)增益作為速度指令。這種控制方式總是存在著跟蹤滯后誤差，這使得在加工拐角及圓弧時加工精令。這種控制方式總是存在著跟蹤滯后誤差，這使得在加工拐角及圓弧時加工精度惡化。所謂前饋控制，就是在原來的控制系統(tǒng)上加上速度指令的控制方式，這度惡化。所謂前饋控制，就是在原來的控制系統(tǒng)上加上速度指令的控制方式，這樣使伺服系統(tǒng)的跟蹤滯后誤差大大減小。樣使伺服系統(tǒng)的跟蹤滯后誤差大大減小。機(jī)械靜止摩擦的非線性控制

50、技術(shù)。機(jī)械靜止摩擦的非線性控制技術(shù)。 對于一些具有較大靜止摩擦的數(shù)控機(jī)床，新型數(shù)字伺服系統(tǒng)具有補(bǔ)償機(jī)床驅(qū)動系對于一些具有較大靜止摩擦的數(shù)控機(jī)床，新型數(shù)字伺服系統(tǒng)具有補(bǔ)償機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)靜摩擦的非線性摩擦的非線性控制功能。統(tǒng)靜摩擦的非線性摩擦的非線性控制功能。.70 伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)（包括電流環(huán)）均采用數(shù)伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)（包括電流環(huán)）均采用數(shù) 字閉環(huán)，字閉環(huán)，軟件計(jì)算、數(shù)字調(diào)解等軟件計(jì)算、數(shù)字調(diào)解等。 為適應(yīng)不同類型的機(jī)床，不同精度和不同速度的要求，預(yù)先調(diào)整加、減速為適應(yīng)不同類型的機(jī)床，不同精度和不同速度的要求，預(yù)先調(diào)整加、減速性能或自動調(diào)整加、減速性能。性能或自動調(diào)整加、減速性能。采用高分辨的位置檢測裝置。采用高分辨的位置檢測裝置。 高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi)有微處理器組成的細(xì)分電路，使得分辨率大大高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi)有微處理器組成的細(xì)分電路，使得分辨率大大提高，增量位置檢測為提高，增量位置檢測為10000p/r10000p/r（脈沖數(shù)（脈沖數(shù)/ /