數(shù)控編程第三講

1、數(shù) 控 技 術(shù)第第 三三 講講 主講教師：仇曉黎主講教師：仇曉黎第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控機(jī)床的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的分類與應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的分類與應(yīng)用第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展數(shù)控機(jī)床的發(fā)展第一章第一章 概論概論將機(jī)床數(shù)字控制向機(jī)電一體化方向發(fā)展。高等院校機(jī)制工藝的學(xué)生必須學(xué)好這門課。本次課主要介紹：數(shù)控機(jī)床的概論的第二部分。希望同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)！數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測及精密數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測及精密機(jī)械等多學(xué)科的最新技術(shù)成果而發(fā)展起來的完全新型的機(jī)機(jī)械等多學(xué)科的最新技術(shù)成果而發(fā)展起來的完全新型的機(jī)床，標(biāo)志著機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了數(shù)字化

2、的時(shí)代。床，標(biāo)志著機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了數(shù)字化的時(shí)代。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從硬件數(shù)控到計(jì)算機(jī)數(shù)控兩個(gè)階段；數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從硬件數(shù)控到計(jì)算機(jī)數(shù)控兩個(gè)階段；從電子管到基于個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)的數(shù)控六代的發(fā)展；從電子管到基于個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)的數(shù)控六代的發(fā)展；控制軸數(shù)已由單軸的點(diǎn)位控制，兩軸聯(lián)動(dòng)發(fā)展到五軸以上控制軸數(shù)已由單軸的點(diǎn)位控制，兩軸聯(lián)動(dòng)發(fā)展到五軸以上聯(lián)動(dòng)。聯(lián)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床正向高速化、高精度化和高智能化方向發(fā)展，數(shù)數(shù)控機(jī)床正向高速化、高精度化和高智能化方向發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)必須能夠高速計(jì)算和處理伺服系統(tǒng)的位移量并做出控系統(tǒng)必須能夠高速計(jì)算和處理伺服系統(tǒng)的位移量并做出快速相應(yīng)?？焖傧鄳?yīng)。第一章第三節(jié)第一章第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的發(fā)

3、展一、機(jī)床結(jié)構(gòu)的發(fā)展一、機(jī)床結(jié)構(gòu)的發(fā)展二、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展二、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展三、伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展三、伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展四、自適應(yīng)控制的應(yīng)用四、自適應(yīng)控制的應(yīng)用五、以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)五、以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)本節(jié)內(nèi)容安排如下：本節(jié)內(nèi)容安排如下：6060年代初，年代初，在一般機(jī)床在一般機(jī)床的基礎(chǔ)上又的基礎(chǔ)上又開發(fā)了數(shù)控開發(fā)了數(shù)控機(jī)床加工中機(jī)床加工中心機(jī)床，如心機(jī)床，如圖。圖。一、機(jī)床結(jié)構(gòu)的發(fā)展一、機(jī)床結(jié)構(gòu)的發(fā)展6060年代之前，普年代之前，普遍采用一般機(jī)床。遍采用一般機(jī)床。如圖所如圖所示為帶兩示為帶兩個(gè)交換工個(gè)交換工作臺(tái)的臥作臺(tái)的臥式鏜銑加式鏜銑加工中心機(jī)工中心機(jī)床

4、。床。如圖，它的如圖，它的設(shè)計(jì)思想是為設(shè)計(jì)思想是為了在一次裝夾了在一次裝夾中完成除了安中完成除了安裝底面以外的裝底面以外的所有表面和精所有表面和精密孔系加工。密孔系加工。2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代后期在數(shù)控加工中心機(jī)床的基年代后期在數(shù)控加工中心機(jī)床的基礎(chǔ)上又發(fā)展了五面體加工中心礎(chǔ)上又發(fā)展了五面體加工中心如圖所如圖所示即為示即為可調(diào)整可調(diào)整軸線位軸線位置的萬置的萬能主軸能主軸部件。部件。上圖中，其主軸部件可以自動(dòng)更換為立式或臥式上圖中，其主軸部件可以自動(dòng)更換為立式或臥式布局，以滿足工件不同表面的加工需要。布局，以滿足工件不同表面的加工需要。帶有工業(yè)機(jī)帶有工業(yè)機(jī)器人和工件交器人和工件交換系統(tǒng)的車

5、削換系統(tǒng)的車削加工中心和帶加工中心和帶有工件交換系有工件交換系統(tǒng)的數(shù)控齒輪統(tǒng)的數(shù)控齒輪加工機(jī)床已被加工機(jī)床已被廣泛采用，如廣泛采用，如圖所示。圖所示。在數(shù)控加工中心出現(xiàn)以后，加工工序的進(jìn)一步集在數(shù)控加工中心出現(xiàn)以后，加工工序的進(jìn)一步集中，仍然是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢。中，仍然是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢。六桿數(shù)控機(jī)床六桿數(shù)控機(jī)床（又稱虛擬軸機(jī)（又稱虛擬軸機(jī)床）是床）是2020世紀(jì)最世紀(jì)最具革命性的機(jī)床具革命性的機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的突破，運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的突破，如圖所示。如圖所示。在計(jì)算機(jī)數(shù)控多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)和復(fù)雜坐標(biāo)快速變換在計(jì)算機(jī)數(shù)控多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)和復(fù)雜坐標(biāo)快速變換運(yùn)算方法發(fā)展的基礎(chǔ)上，運(yùn)算方法發(fā)展的基礎(chǔ)上，2020世紀(jì)世

6、紀(jì)6060年代出現(xiàn)的年代出現(xiàn)的StewartStewart平臺(tái)概念，到平臺(tái)概念，到2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代初應(yīng)用在數(shù)年代初應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上成為可能?？貦C(jī)床上成為可能。六桿數(shù)控機(jī)床既有采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，六桿數(shù)控機(jī)床既有采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，又有采用滾珠螺母驅(qū)動(dòng)。又有采用滾珠螺母驅(qū)動(dòng)。六桿數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一是六對球面支承的設(shè)六桿數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一是六對球面支承的設(shè)計(jì)與制造，球面支承將對運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度和定計(jì)與制造，球面支承將對運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度產(chǎn)生直接影響。位精度產(chǎn)生直接影響。六桿數(shù)控機(jī)床采用運(yùn)動(dòng)聚合原理，改變傳統(tǒng)的機(jī)床六桿數(shù)控機(jī)床采用運(yùn)動(dòng)聚合原理，改變傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局。結(jié)

7、構(gòu)和布局。六桿數(shù)控機(jī)床還避免了傳統(tǒng)機(jī)床的幾何結(jié)構(gòu)誤差，六桿數(shù)控機(jī)床還避免了傳統(tǒng)機(jī)床的幾何結(jié)構(gòu)誤差，六桿結(jié)構(gòu)使誤差平均化，因而能夠達(dá)到很高的重復(fù)六桿結(jié)構(gòu)使誤差平均化，因而能夠達(dá)到很高的重復(fù)定位精度。定位精度。六桿數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)較簡單，而且由六套完全相同六桿數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)較簡單，而且由六套完全相同的功能部件構(gòu)成，使成本下降。的功能部件構(gòu)成，使成本下降。7070年代出現(xiàn)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制幾臺(tái)數(shù)控機(jī)年代出現(xiàn)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床的加工過程的控制方式，形成所謂計(jì)算機(jī)直接床的加工過程的控制方式，形成所謂計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)( (DNC)DNC)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床組成的、有

8、在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為由幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床組成的、有工件自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)和其它管理功能的柔性制造系工件自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)和其它管理功能的柔性制造系統(tǒng)（統(tǒng)（FMCFMC）。）。二、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展二、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)控裝置采用的元器件：最初為電子管后來為半數(shù)控裝置采用的元器件：最初為電子管后來為半導(dǎo)體晶體管今天為超大規(guī)模集成電路導(dǎo)體晶體管今天為超大規(guī)模集成電路目前，數(shù)控系統(tǒng)大都采用多個(gè)（目前，數(shù)控系統(tǒng)大都采用多個(gè)（CPUCPU）組成組成的計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置（的計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置（CNCCNC）的核心。的核心。7070年代，美國蓋梯茨公司首先研制成功了大慣年代，美國蓋梯茨公司首先研制成功了大慣量直流伺服電機(jī)即通常指的寬

9、調(diào)速直流伺服電機(jī)。量直流伺服電機(jī)即通常指的寬調(diào)速直流伺服電機(jī)。8080年代初期由美國通用電氣公司研制成功了采年代初期由美國通用電氣公司研制成功了采用鼠籠式異步交流伺服電機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。用鼠籠式異步交流伺服電機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。8686年之后推出并采用了數(shù)字伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)年之后推出并采用了數(shù)字伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。數(shù)字伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)初進(jìn)了高進(jìn)度數(shù)控機(jī)床床。數(shù)字伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)初進(jìn)了高進(jìn)度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。的發(fā)展。三、伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展三、伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展6060年代初期與中期，歐美一些國家采用液壓伺服系年代初期與中期，歐美一些國家采用液壓伺服系統(tǒng)。（這種液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的伺服電機(jī)相比，響應(yīng)統(tǒng)

10、。（這種液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的伺服電機(jī)相比，響應(yīng)時(shí)間短，驅(qū)動(dòng)部件的外形尺寸小。）時(shí)間短，驅(qū)動(dòng)部件的外形尺寸小。）四、自適應(yīng)控制的應(yīng)用四、自適應(yīng)控制的應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)是自控技術(shù)的一個(gè)分自適應(yīng)控制技術(shù)是自控技術(shù)的一個(gè)分支。數(shù)控機(jī)床采用自適應(yīng)控制之后，支。數(shù)控機(jī)床采用自適應(yīng)控制之后，在提高生產(chǎn)效率、延長刀具使用壽命在提高生產(chǎn)效率、延長刀具使用壽命和改善表面質(zhì)量等方面均有明顯效果。和改善表面質(zhì)量等方面均有明顯效果。五、以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的五、以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)1 1、計(jì)算機(jī)直接數(shù)控（、計(jì)算機(jī)直接數(shù)控（DNCDNC）即使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行即使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)

11、行自動(dòng)編程，編程結(jié)果直接送給各臺(tái)數(shù)控自動(dòng)編程，編程結(jié)果直接送給各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控箱。機(jī)床的數(shù)控箱。也稱為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)也稱為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)FMSFMS是一種在批量加工條件下高柔是一種在批量加工條件下高柔性和高自動(dòng)化程度的制造系統(tǒng)。性和高自動(dòng)化程度的制造系統(tǒng)。其特點(diǎn)：其特點(diǎn)：采用采用DNCDNC控制方式，控制方式，采用交換工作臺(tái)或工業(yè)機(jī)器人，采用交換工作臺(tái)或工業(yè)機(jī)器人，各臺(tái)機(jī)床間有工件自動(dòng)輸送系統(tǒng)，各臺(tái)機(jī)床間有工件自動(dòng)輸送系統(tǒng)，配有管理信息系統(tǒng)，配有管理信息系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)平衡的功能，具有動(dòng)態(tài)平衡的功能，能進(jìn)行最佳化調(diào)度。能進(jìn)行最佳化調(diào)度。2 2、柔性制造系統(tǒng)（、柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS）CIMSCIMS的核心是一個(gè)公用的數(shù)據(jù)庫，對信息進(jìn)的核心是一個(gè)公用的數(shù)據(jù)庫，對信息進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，并與各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。行存儲(chǔ)與管理，并與各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。同時(shí)它需要：同時(shí)它需要：CAD/