CAM數(shù)控技術(shù)緒論

現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)羅圓智武漢工程大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院12/8/20221主要參考書廖效果、劉又午等

《數(shù)控技術(shù)》湖北科學(xué)技術(shù)出版社武漢，2000年

畢承恩，丁乃健《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》

機(jī)械工業(yè)出版社北京，1994張建鋼等《數(shù)控技術(shù)》華中科技大學(xué)出版社武漢，200012/8/20222教學(xué)方法與考核方式教學(xué)方法課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)自學(xué)專題講座考核方式考試（70%）平時(shí)成績(jī)（20%）讀書報(bào)告課堂提問(wèn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告（10%）12/8/20223

§1-1數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念第一章緒論

一、定義1.數(shù)字控制(數(shù)控NC)(NumericalControl)

它是指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程中進(jìn)行控制的一種方法。2.數(shù)控系統(tǒng)（NCControlSystem）

數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機(jī)構(gòu)等統(tǒng)稱數(shù)控控制系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進(jìn)給及驅(qū)動(dòng)裝置等組成。12/8/20224

數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動(dòng)化機(jī)床。它綜合了綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量、機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造等方面的最新成果。3.數(shù)控機(jī)床（NCMachineTools）4、數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。12/8/202257、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步滿足超精密，超高速。6、加工中心MC：數(shù)控機(jī)床配有刀具庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置就構(gòu)成加工中心，它可以一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。

12/8/20226驅(qū)動(dòng)桿機(jī)架

動(dòng)平臺(tái)主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性?shī)A具工件靜平臺(tái)圖1-1并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化并聯(lián)加工中心（又稱6條腿數(shù)控機(jī)床、虛軸機(jī)床）是數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破。12/8/20227§1-2現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)一、特點(diǎn)1.對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)。2.生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。3.能完成復(fù)雜型面的加工。12/8/20228

5.數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。

它具有故障診斷的能力，監(jiān)控功能強(qiáng)，能減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化和操作簡(jiǎn)單化，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和有利于向高級(jí)計(jì)算機(jī)控制與管理方面發(fā)展

4.工序集中，一機(jī)多用。3.需要高度熟練和經(jīng)過(guò)適當(dāng)培訓(xùn)的零件編程員。缺點(diǎn)：1.造價(jià)相對(duì)較高。2.測(cè)試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人才。12/8/20229

二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)

１．高速度:以發(fā)展高速切削為先導(dǎo)（最高轉(zhuǎn)速達(dá)80000r/min以上），并重視對(duì)空行程的提速(最高進(jìn)給速度達(dá)80m/min)，力求達(dá)到更大的加工效率。2．高效率：在注重提高機(jī)床材料去除率的同時(shí)，大力推進(jìn)以縮短加工過(guò)程鏈為目標(biāo)的復(fù)合加工技術(shù)。3．高柔性：機(jī)床及其制造系統(tǒng)的柔性化將在可重組技術(shù)的支持下，通過(guò)對(duì)制造系統(tǒng)的快速重組實(shí)現(xiàn)敏捷和經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)不確定市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多變地要求。12/8/2022105．高高環(huán)保保：機(jī)機(jī)床地地綠色色設(shè)計(jì)計(jì)與制制造以以重視視環(huán)保保的凈凈潔生生產(chǎn)為為重點(diǎn)點(diǎn)，干干切削削或微微量切切削液液的高高效加加工技技術(shù)日日趨成成熟。。4．高精精度：：數(shù)控控車、、銑、、磨等等機(jī)床床地工工作精精度正正以平平均每每年提提升8%～10%地幅度度向納納米級(jí)級(jí)精度度邁進(jìn)進(jìn)。12/7/202211三、數(shù)控控機(jī)床的的產(chǎn)生和和發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀1、數(shù)控控設(shè)備的的發(fā)展歷歷史1952年，三三坐標(biāo)連連續(xù)控制制銑床的的系統(tǒng)研研究成功功。電子子管元件件、、晶體管管元件、、集集成電路路數(shù)控系系統(tǒng)、、大規(guī)模模集成電電路及小小型計(jì)算算機(jī)和，，微處理理機(jī)和微微型計(jì)算算機(jī)。數(shù)控加工工中心（（machiningcenter）的的出現(xiàn)使使單機(jī)數(shù)數(shù)控自動(dòng)動(dòng)化向計(jì)計(jì)算機(jī)控控制的多多機(jī)制造造系統(tǒng)自自動(dòng)化方方向發(fā)展展。12/7/202212隨著計(jì)算算機(jī)技術(shù)術(shù)和控制制技術(shù)的的發(fā)展，，出現(xiàn)了了直接數(shù)數(shù)字控制制系統(tǒng)（（DNC）、柔柔性制造造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)計(jì)算機(jī)集集成制造造系統(tǒng)(CIMS)。。先進(jìn)制造造技術(shù)1．快速原原型法（（又稱快快速成形形法）2．虛擬制制造技術(shù)術(shù)3．柔性制制造系統(tǒng)統(tǒng)(FMS)4．柔性制制造單元元（FMC）5．計(jì)算機(jī)機(jī)集成制制造系統(tǒng)統(tǒng)(CIMS)12/7/2022132、直接數(shù)字字控制系系統(tǒng)DNC系系統(tǒng)是用用一臺(tái)計(jì)計(jì)算機(jī)直直接控制制和管理理一群數(shù)數(shù)控機(jī)床床進(jìn)行零零件加工工或裝配配的系統(tǒng)統(tǒng)。計(jì)算算機(jī)將一一組數(shù)控控機(jī)床與與存儲(chǔ)有有零件加加工程序序和機(jī)床床控制程程序的公公共存儲(chǔ)儲(chǔ)器相連連接，根根據(jù)加工工要求想想向機(jī)床床分配數(shù)數(shù)據(jù)和指指令。DNC系統(tǒng)可分分為間接接控制型型和直接接控制型型兩種。。12/7/202214（1）、、間接控制制型系統(tǒng)統(tǒng)12/7/202215（2）、、直接控控制型系系統(tǒng)12/7/2022163、柔性制造造單元和和柔性制制造系統(tǒng)統(tǒng)（1）、、柔性制造造單元：由中心心控制計(jì)計(jì)算機(jī)、、加工中中心與自自動(dòng)交換換工件（（AWC、APC）裝裝置所組組成。中心控制制計(jì)算機(jī)機(jī)負(fù)責(zé)作作業(yè)調(diào)度度、自動(dòng)動(dòng)檢測(cè)與與工況自自動(dòng)監(jiān)控控等功能能。12/7/202217（2）、、柔性制造造系統(tǒng)一般由加加工、物物流、信信息流三三個(gè)子系系統(tǒng)組成成。加工系統(tǒng)統(tǒng)：由CNC機(jī)機(jī)床按DNC的的控制方方式構(gòu)成成。系統(tǒng)中的的機(jī)床，，有互補(bǔ)補(bǔ)和互替替兩種配配置原則則：互補(bǔ)補(bǔ)是指在在系統(tǒng)中中配置有有完成不不同工序序的機(jī)床床；互替替是指在在系統(tǒng)中中配置有有相同功功能的機(jī)機(jī)床。12/7/202218物流系統(tǒng)包包括工件和和刀具兩個(gè)個(gè)子系統(tǒng)。。刀具系統(tǒng)設(shè)設(shè)有中央刀刀庫(kù)，由機(jī)機(jī)器人在中中央和各機(jī)機(jī)床的刀庫(kù)庫(kù)之間進(jìn)行行輸送和交交換刀具。。工件系統(tǒng)包包括工件、、夾具的輸輸送、裝卸卸以及倉(cāng)儲(chǔ)儲(chǔ)等裝置。。12/7/20221912/7/202220信息流系統(tǒng)統(tǒng)包括作業(yè)業(yè)計(jì)劃，加加工系統(tǒng)和和物流系統(tǒng)統(tǒng)的調(diào)度與與自動(dòng)控制制，在線狀狀態(tài)監(jiān)控及及其數(shù)據(jù)和和信息處理理，以及故故障在線檢檢測(cè)和處理理等。12/7/2022214、計(jì)算機(jī)集成成制造系統(tǒng)統(tǒng)CIMS采用現(xiàn)代計(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)術(shù)將制造工工廠全部生生產(chǎn)活動(dòng)所所需的各種種分散的自自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)有機(jī)地集集成起來(lái)。CIMS將計(jì)算機(jī)輔輔助設(shè)計(jì)（（CAD）、計(jì)算機(jī)機(jī)輔助制造造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔輔助管理集集成在一起起。12/7/202222§1-3數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的工作作原理和組組成一、組成12/7/202223程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測(cè)輔助控制即強(qiáng)電控制裝置機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)輔助動(dòng)作機(jī)構(gòu)圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成框圖12/7/20222412/7/202225（一）程序序編制及程程序載體數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床床自動(dòng)加工工零件的工工作指令。。即把加工工零件的所所有運(yùn)動(dòng)、、尺寸、工工藝參數(shù)等等加工信息息，按規(guī)定定的方法、、格式和代代碼，所編編制的程序序。程序載體存存放程序以以便輸入到到數(shù)控裝置置的裝置。。（二）輸入入裝置將所輸入的的程序載體體上的數(shù)控控程序變成成相應(yīng)的電電脈沖信號(hào)號(hào)，傳送并并存入數(shù)控控裝置內(nèi)。。（三）數(shù)控控裝置及強(qiáng)強(qiáng)電控制裝裝置數(shù)控裝置是是接受輸入入裝置送來(lái)來(lái)的脈沖信信號(hào)，經(jīng)過(guò)過(guò)編譯、運(yùn)運(yùn)算和邏輯輯處理后，，輸出指令令控制機(jī)床床的各個(gè)部部分，按程程序動(dòng)作的的裝置。12/7/202226（四）伺服服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)及位置監(jiān)監(jiān)測(cè)裝置（五）機(jī)床床的機(jī)械部部件強(qiáng)電控制裝置置是介于數(shù)控控裝置和機(jī)床床機(jī)械、液壓壓部件之間的的控制系統(tǒng)。。其主要作用用是編譯、判判斷和功率放放大。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路和伺服服驅(qū)動(dòng)裝置組組成，并與機(jī)機(jī)床的執(zhí)行部部件和機(jī)械傳傳動(dòng)部件組成成數(shù)控機(jī)床的的進(jìn)給系統(tǒng)。。機(jī)械部件包括括主運(yùn)動(dòng)部件件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)動(dòng)執(zhí)行部件、、床身、冷卻卻、定位夾緊緊裝置等。12/7/202227二、工作原理理圖1-2數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊(cè)加工圖樣編程機(jī)穿孔機(jī)或存儲(chǔ)裝置穿孔帶、磁盤等輸入裝置數(shù)控裝置隨動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)床12/7/202228§1-4數(shù)數(shù)控機(jī)床的的分類一、按機(jī)床床運(yùn)動(dòng)軌跡分分類1.點(diǎn)位控制制數(shù)控機(jī)床為點(diǎn)到點(diǎn)控制制，只要刀具具從某一位置置向另一位置置移動(dòng)時(shí)，不不管中間的軌軌跡如何，只只要刀具最后后能正確到達(dá)達(dá)目標(biāo)位置的的控制方式，，稱為點(diǎn)位控制。這類機(jī)床有有數(shù)控鉆床、、數(shù)控坐標(biāo)鏜鏜床、數(shù)控沖沖剪床等。12/7/202229圖1-3點(diǎn)位控制加工原理圖12/7/2022302.直線控控制數(shù)控機(jī)床床圖1-4直線控制的加工原理圖除點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)準(zhǔn)確位置之外外，還要保證證兩點(diǎn)之間移移動(dòng)的軌跡是是直線，而且且對(duì)移動(dòng)的速速度也要進(jìn)行行控制，以便便適應(yīng)隨工藝藝因素變化的的不同需要。。簡(jiǎn)易數(shù)控車床床、數(shù)控鏜銑銑床，一般有有23個(gè)可控坐標(biāo)標(biāo)軸，但同時(shí)時(shí)控制的坐標(biāo)標(biāo)軸只有一個(gè)個(gè)。12/7/2022313.輪廓控控制的數(shù)控機(jī)機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或或兩個(gè)以上運(yùn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位位移及速度進(jìn)進(jìn)行連續(xù)相關(guān)關(guān)的控制，因因而可進(jìn)行曲曲線或曲面的的加工。圖1-52軸控制，同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)12/7/2022323軸聯(lián)動(dòng)，(3軸控制)4軸控制

圖1-6多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的原理圖5軸聯(lián)動(dòng)加工5軸聯(lián)動(dòng)加工12/7/202233二、、按伺伺服系系統(tǒng)分分類1.開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)伺服服數(shù)控控機(jī)床床開(kāi)環(huán)控控制系系統(tǒng)是是指不不帶反反饋的的控制制系統(tǒng)統(tǒng).其特點(diǎn)點(diǎn):開(kāi)環(huán)控控制具具有結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、、系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定定、容容易調(diào)調(diào)試、、成本本低等等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。但但是系系統(tǒng)對(duì)對(duì)移動(dòng)動(dòng)部件件的誤誤差沒(méi)沒(méi)有補(bǔ)補(bǔ)償和和校正正，所所以精精度低低。一一般適適用于于經(jīng)濟(jì)濟(jì)型數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床和和舊機(jī)機(jī)床數(shù)數(shù)控化化改造造。12/7/202234圖1-7開(kāi)環(huán)控控制系系統(tǒng)12/7/2022351）在在機(jī)機(jī)床床移移動(dòng)動(dòng)部部件件上上直直接接裝裝有有位位置置檢檢測(cè)測(cè)裝裝置置，，將將測(cè)測(cè)量量的的結(jié)結(jié)果果直直接接反反饋饋到到數(shù)數(shù)控控裝裝置置中中，，與與輸輸入入指指令令進(jìn)進(jìn)行行比比較較控控制制，，使使移移動(dòng)動(dòng)部部件件按按照照實(shí)實(shí)際際的的要要求求運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，最最終終實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)精精確確定定位位，，原原理理如如下下圖圖所所示示，，因因?yàn)闉榘寻褭C(jī)機(jī)床床工工作作臺(tái)臺(tái)納納入入了了位位置置控控制制環(huán)環(huán)，，故故稱稱為為閉閉環(huán)環(huán)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)。。2）該該系系統(tǒng)統(tǒng)定定位位精精度度高高、、調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)速速度度快快。。該該系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)試試工工作作困困難難。。系系統(tǒng)統(tǒng)復(fù)復(fù)雜雜并并且且成成本本高高，，故故適適用用于于精精度度要要求求很很高高的的數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床，，如如精精密密數(shù)數(shù)控控鏜鏜銑銑床床、、超超精精密密數(shù)數(shù)控控車車床床等等。。2.閉閉環(huán)環(huán)控控制制數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床12/7/202236圖1-8閉環(huán)環(huán)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)12/7/2022371）半半閉閉環(huán)環(huán)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)是是在在開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)的的絲絲杠杠上上裝裝有有角角位位移移測(cè)測(cè)量量裝裝置置，，通通過(guò)過(guò)檢檢測(cè)測(cè)絲絲杠杠的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角間間接接地地檢檢測(cè)測(cè)移移動(dòng)動(dòng)部部件件的的位位移移，，反反饋饋到到數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，由由于于慣慣性性較較大大的的機(jī)機(jī)床床移移動(dòng)動(dòng)部部件件不不包包括括在在檢檢測(cè)測(cè)范范圍圍之之內(nèi)內(nèi)，，因因而而稱稱作作半半閉閉環(huán)環(huán)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)，，如如圖圖1-7所示。2）系統(tǒng)閉閉環(huán)環(huán)路路內(nèi)不包包括機(jī)械械傳動(dòng)環(huán)環(huán)節(jié)，可可獲得穩(wěn)穩(wěn)定的控控制特性性。機(jī)械械傳動(dòng)環(huán)環(huán)節(jié)的誤誤差，可可用補(bǔ)償償?shù)霓k法法消除，，可獲得得滿意的的精度。。中檔數(shù)數(shù)控機(jī)床床廣泛采采用半閉閉環(huán)數(shù)控控系統(tǒng)。。3.半半閉環(huán)控控制數(shù)控控機(jī)床12/7/202238圖1-9半閉環(huán)控控制系統(tǒng)統(tǒng)12/7/202239三、按按加工工工藝類類型的分分類1.普普通數(shù)控控機(jī)床2.數(shù)數(shù)控加工工中心3金金屬成型型類數(shù)控控機(jī)床這類數(shù)控控機(jī)床和和傳統(tǒng)的的通用機(jī)機(jī)床一樣樣，有車車、銑、、鉆、、鏜、磨磨床等，，與通用用機(jī)床不不同的是是他能加加工具有有復(fù)雜形形狀的零零件。這是一種種在普通通數(shù)控機(jī)機(jī)床上加加裝一個(gè)個(gè)刀具庫(kù)庫(kù)和自動(dòng)動(dòng)換刀裝裝置而構(gòu)構(gòu)成的數(shù)數(shù)控機(jī)床床。數(shù)控折彎彎?rùn)C(jī)、數(shù)數(shù)控彎管管機(jī)、數(shù)數(shù)控回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭壓力力機(jī)。12/7/2022404.數(shù)數(shù)控特種種加工機(jī)機(jī)床數(shù)控線切切割機(jī)床床、數(shù)控控電火花花加工機(jī)機(jī)床、數(shù)數(shù)控激光光切割機(jī)機(jī)床。12/7/202241四、按按用數(shù)數(shù)控裝置置的類型型分