數(shù)控加工技術(shù)概論

數(shù)控技術(shù)主講:周為民南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)械所代替。目前國(guó)外機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率已達(dá)到85%以上，而我國(guó)的機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率只有20%左右。工業(yè)化國(guó)家經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的50%（如：日本）至68%（如：美國(guó)）是由制造業(yè)創(chuàng)造的，數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造業(yè)的主流設(shè)備，是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平、現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)工藝水平的重要體現(xiàn)，數(shù)控技術(shù)的水平和普及程度是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，從某種意義上來(lái)說(shuō)，甚至涉及到一個(gè)國(guó)家的國(guó)防安全。例如，1983年發(fā)生的“東芝事件”。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床加工制造核潛艇推進(jìn)螺旋槳,改進(jìn)核潛艇性能。東芝事件1983年發(fā)生的“東芝事件”：蘇聯(lián)、日本聯(lián)手打破美國(guó)技術(shù)封鎖

本課程的性質(zhì)和任務(wù)課程的性質(zhì):數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心技術(shù)，是一個(gè)工業(yè)化國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分。本課程集機(jī)械制造技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)等為一體，是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)綜合性專(zhuān)業(yè)技術(shù)必修課程。課程的任務(wù):是以數(shù)控機(jī)床為對(duì)象，研究數(shù)字控制系統(tǒng)的工作原理、組成及其在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)控技術(shù)的基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)，掌握數(shù)控編程方法和技術(shù)，學(xué)會(huì)合理選用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生正確使用數(shù)控設(shè)備的能力。教學(xué)目的與要求

教學(xué)目的:

主要目的是培養(yǎng)學(xué)生全面了解數(shù)控機(jī)床這一典型機(jī)電一體化設(shè)備的組成及特點(diǎn)；掌握機(jī)床數(shù)控裝置、伺服裝置、檢測(cè)裝置的組成與控制原理；掌握一般零件車(chē)、銑數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控程序的編制與加工方法；了解數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu)等知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生了解并掌握現(xiàn)代數(shù)控的最新技術(shù)成果，適應(yīng)當(dāng)今應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的需要。教學(xué)要求:以數(shù)控加工信息流為主線，以數(shù)控技術(shù)的基本概念、數(shù)控機(jī)床的組成及特點(diǎn)、數(shù)控加工編程基礎(chǔ)知識(shí)為先導(dǎo)，以機(jī)床數(shù)控裝置、伺服裝置、檢測(cè)裝置的組成與控制原理、數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控程序的編制與零件加工方法為重點(diǎn)。

本課程共計(jì)40學(xué)時(shí)。其中：理論課32，實(shí)驗(yàn)8課時(shí).本書(shū)章節(jié)課時(shí)分配:共計(jì)32課時(shí)第1章:概論2課時(shí)第2章:手工編程14課時(shí)第3章:數(shù)控加工工藝4課時(shí)第4章:數(shù)控（CNC）系統(tǒng)4課時(shí)第5章:數(shù)控伺服系統(tǒng)4課時(shí)第6章:數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)2課時(shí)第7章:數(shù)控加工自動(dòng)編程2課時(shí)其中：1/4的內(nèi)容需要自學(xué)。講解順序:基本上按教材順序講解，但在講第2章時(shí)，有較大的變動(dòng)，請(qǐng)同學(xué)們?cè)陬A(yù)習(xí)時(shí)特別留意:第2章2.1數(shù)控編程的基礎(chǔ)知識(shí)2.2數(shù)控編程的常用指令與格式（2課時(shí)）第3章3.1數(shù)控車(chē)削加工工藝設(shè)計(jì)（2課時(shí)）第2章2.3數(shù)控車(chē)削加工程序編制（6課時(shí)）第3章3.2數(shù)控銑削加工工藝設(shè)計(jì)（2課時(shí)）第2章2.4數(shù)控銑削加工程序編制（6課時(shí)）2.5自學(xué)第7章：數(shù)控加工自動(dòng)編程（2課時(shí)）本課程的課時(shí)數(shù)本課程共計(jì)40學(xué)時(shí)。其中：理論32課時(shí)，實(shí)驗(yàn)8課時(shí)。各章課時(shí)分配如下(精品課程安排)：第一章:概論2課時(shí)第二章:數(shù)控加工手工編程10課時(shí)第三章:數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)4課時(shí)第四章:計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)4課時(shí)第五章:數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)3課時(shí)第六章:數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)3課時(shí)第七章:數(shù)控加工自動(dòng)編程與數(shù)控加工實(shí)例6課時(shí)本課程的考核方式：課程考試(70%)+實(shí)驗(yàn)(20%)+平時(shí)成績(jī)(10%)教材：張春良等編，《數(shù)控加工技術(shù)》，科學(xué)出版社，2011.1參考資料：1）董玉紅編,《數(shù)控技術(shù)》,高等教育出版社,2004.22）朱曉春主編，《數(shù)控技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.13）龍飛主編，《MastercamX應(yīng)用基礎(chǔ)教程》，上?？茖W(xué)普及出版社，2008.2目錄1.1數(shù)控加工技術(shù)的基本概念一、基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作原理三、數(shù)控加工特點(diǎn)四、數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)1.2數(shù)控機(jī)床的組成與分類(lèi)一、數(shù)控機(jī)床的組成二、數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)1.3數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展一、數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)述二、先進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)三、數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)一、基本概概念1.1數(shù)控加加工技術(shù)的基基本概念1、數(shù)字控制制（NumericalControl，NC），簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)數(shù)控：就是用用數(shù)字化的信信息對(duì)機(jī)床的的運(yùn)動(dòng)及其加加工過(guò)程進(jìn)行行控制的一種種方法。例：數(shù)控程序序指令N30G90G01X35.0Y279.3Z-429.7S1000T02F500M07；2、數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)（NumericalControlSystem））實(shí)現(xiàn)數(shù)字控控制的裝置。。以計(jì)算機(jī)為為核心的數(shù)控控系統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)控系系統(tǒng)（ComputerNumericalControl）），簡(jiǎn)稱(chēng)CNC系統(tǒng).3、數(shù)控機(jī)床床（NumericalControlMachineTools）：就就是裝備有計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)控系系統(tǒng)的自動(dòng)化化機(jī)床。4、數(shù)控加工工：是指在數(shù)控控機(jī)床上進(jìn)行行工件切削加加工的一種工工藝方法。數(shù)控機(jī)床將加加工過(guò)程的各各種機(jī)床動(dòng)作作，由數(shù)字化化的代碼表示示，通過(guò)某種種載體將信息息輸入數(shù)控系系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行行處理，并控控制機(jī)床的伺伺服系統(tǒng)或其其他執(zhí)行元件件，使機(jī)床加加工出所需要要的工件。例如：5軸銑削加工工鞋模葉輪加工二、數(shù)控機(jī)床床的工作原理理1、數(shù)控機(jī)床床的基本工作作過(guò)程（1）零件加加工工藝分析析（2）數(shù)控加加工程序的編編制（3）程序輸輸入與處理（4）發(fā)出運(yùn)運(yùn)動(dòng)指令（5）位置控控制和切削加加工圖1.1數(shù)數(shù)控機(jī)床工作作過(guò)程框圖①零件工藝藝分析②編寫(xiě)零件的的加工程序③零件的加工工程序輸入CNC系統(tǒng)④刀具路徑模模擬⑤零件加工工根據(jù)零件加工工圖樣進(jìn)行工工藝分析，確確定加工方案案、工藝參數(shù)數(shù)和位移數(shù)據(jù)據(jù)。按規(guī)定的程序序代碼、格式式編寫(xiě)零件加加工程序單；；或用CAD/CAM生成零件的加加工程序。操作面板輸入入、串行通信信（DNC））輸入、磁盤(pán)盤(pán)輸入等。機(jī)床空運(yùn)行、、軟材料（鋁鋁、塑料）或或工件材料首首件試切，以以檢驗(yàn)CNC程序的正確確性。通過(guò)對(duì)機(jī)床的的正確操作，，運(yùn)行程序，，完成零件的的加工。數(shù)控加工流程程圖2、數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的工作過(guò)程程數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)數(shù)控機(jī)床的控控制中心，通通常是由一臺(tái)臺(tái)安裝有專(zhuān)門(mén)門(mén)系統(tǒng)軟件的的計(jì)算機(jī)構(gòu)成成。數(shù)控系統(tǒng)的工工作過(guò)程如下下：（１）數(shù)據(jù)輸輸入：輸入數(shù)控系系統(tǒng)的有零件件程序、控制制參數(shù)、補(bǔ)償償數(shù)據(jù)等。（２）譯碼處處理：將零件程序序以一個(gè)程序序段為單位進(jìn)進(jìn)行處理。將將程序段中的的零件輪廓信信息、加工速速度信息以及及輔助功能等等信息解釋成成計(jì)算機(jī)能夠夠識(shí)別的數(shù)據(jù)據(jù)形式。（３）數(shù)據(jù)處處理：一般包括刀刀具半徑補(bǔ)償償、速度計(jì)算算以及輔助功功能處理。（４）插補(bǔ)運(yùn)運(yùn)算：如下圖示。。下圖為平面任任意曲線L，，要求刀具ΤΤ沿（逼近））曲線軌跡運(yùn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行插插補(bǔ)切削加工工。如如圖所示示,將曲線L分割成：l1、l2、l3……、li等線段。用直直線（或圓弧弧）代替（逼逼近）這些線線段，當(dāng)逼近近誤差δ相當(dāng)當(dāng)小時(shí)，這些些逼近線段之之和就接近了了實(shí)際曲線。。1112131516δ△x△y14XYOTL刀具圖1.4曲曲線插補(bǔ)上述切削加工工是在允許的誤誤差范圍內(nèi)，，用沿曲線逼逼近函數(shù)的最最小單位移動(dòng)動(dòng)量合成的分分段運(yùn)動(dòng)（小線段、小小圓?。┐鎸?shí)際曲線線運(yùn)動(dòng)，得出出所需要的運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡,這這就是數(shù)控加加工輪廓的基基本思想--插補(bǔ)運(yùn)算?！舨逖a(bǔ)的概念（Interpolation）:就是在已知曲曲線的起點(diǎn)和和終點(diǎn)之間,確定一些中中間點(diǎn)坐標(biāo)值值的計(jì)算方法法，即進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化化工作,然后后用已知線型型（如直線、、圓弧等）進(jìn)進(jìn)行逼近。插補(bǔ)有二層意意思：一是基基本線型的形形成，二是如如何分段逼近近,如上圖1.4所示。?；揪€型：由程序中的插插補(bǔ)指令完成成。如直線插插補(bǔ)、圓弧插插補(bǔ)、拋物線線插補(bǔ)、螺旋旋線插補(bǔ)、極極坐標(biāo)插補(bǔ)、、圓柱插補(bǔ)、、樣條插補(bǔ)等等，數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的插補(bǔ)指令令越多，越能能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜型型面的加工。。分段逼近：按允許的誤差差進(jìn)行弦線逼逼近、割線逼逼近、切線逼逼近等，如上上圖1.4所所示插補(bǔ)逼近近方式有割線線逼近，也有有弦線逼近。。通常，我們把把數(shù)控機(jī)床上上刀具運(yùn)動(dòng)軌軌跡是直線時(shí)時(shí)稱(chēng)為直線插插補(bǔ)，是圓弧弧時(shí)稱(chēng)為圓弧弧插補(bǔ)。（５）位置控控制：可由軟件或或由硬件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，其主要任任務(wù)是在每個(gè)個(gè)采樣周期內(nèi)內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)計(jì)算的理論位位置與實(shí)際反反饋位置相比比較，用其差差值去控制進(jìn)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，，進(jìn)而控制機(jī)機(jī)床工作臺(tái)（（或刀具）的的位移。３、伺服系統(tǒng)統(tǒng)的工作原理理在數(shù)控機(jī)床中中，伺服系統(tǒng)統(tǒng)接收來(lái)自數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的指指令信息，經(jīng)經(jīng)功率放大、、整形處理后后，轉(zhuǎn)換成機(jī)機(jī)床執(zhí)行部件件的直線位移移或角位移運(yùn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)進(jìn)給伺服控制制和主軸伺服服控制。數(shù)控機(jī)床的工工作原理將被加工零件件圖紙上的幾幾何信息和工工藝信息用規(guī)規(guī)定的代碼和和格式編寫(xiě)成成加工程序，，并輸入數(shù)控控裝置，經(jīng)過(guò)過(guò)信息處理、、分配，控制制機(jī)床各坐A(5,3)XY標(biāo)軸以最小位位移量(通常常只有0.001mm)為單位進(jìn)行行移動(dòng)，其合合成運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了刀具與工工件的相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，完成零零件的加工,如圖1.5所示。數(shù)控機(jī)床的加加工，實(shí)質(zhì)是是應(yīng)用了“微微分”原理（（最小位移量量---微分分）。圖1.5數(shù)數(shù)控機(jī)床加工工原理三、數(shù)控加工工特點(diǎn)（1）數(shù)控加加工特點(diǎn)1)自動(dòng)化程程度高，能減減輕工人的勞勞動(dòng)強(qiáng)度和改改善勞動(dòng)條件件；2)零件加加工精度高、、加工質(zhì)量穩(wěn)穩(wěn)定；3)加工生生產(chǎn)率高；4)良良好的經(jīng)濟(jì)效效益；5)復(fù)雜產(chǎn)品品加工能力強(qiáng)強(qiáng)；6)適應(yīng)性強(qiáng)強(qiáng)，適合加工工單件或小批批量復(fù)雜工件件；7）有利于生生產(chǎn)管理的現(xiàn)現(xiàn)代化。（2）數(shù)控加加工適用范圍圍1)多品種小小批量生產(chǎn)的的零件；2)幾何何形狀復(fù)雜的的零件；3)需進(jìn)進(jìn)行多種工序序加工的零件件；4)加工精度度高的零件；；5)貴重零件件；6)需要頻頻繁改型的零零件；（3）缺點(diǎn)1)初次設(shè)備備投資大；2)對(duì)對(duì)使用者技術(shù)術(shù)要求高。四、數(shù)控機(jī)床床的主要性能能指標(biāo)表1.1數(shù)數(shù)控機(jī)床的主主要性能指標(biāo)標(biāo)類(lèi)別項(xiàng)目含義作用坐標(biāo)軸可控軸數(shù)機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的坐標(biāo)數(shù)目影響機(jī)床功能，加工適應(yīng)性和工藝范圍聯(lián)動(dòng)軸數(shù)機(jī)床數(shù)控裝置控制的坐標(biāo)軸同時(shí)達(dá)到空間某一點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)目精度指標(biāo)定位精度數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)等移動(dòng)部件在確定的終點(diǎn)所達(dá)到的實(shí)際位置的精度直接影響加工零件的位置精度重復(fù)定位精度在同一條件下，用相同的方法，重復(fù)進(jìn)行同一動(dòng)作時(shí)，控制對(duì)象位置的一致程度影響一批零件的加工一致性，質(zhì)量穩(wěn)定性分度的精度分度工作臺(tái)在分度時(shí)，理論要求回轉(zhuǎn)的角度值和實(shí)際回轉(zhuǎn)的角度值的差值影響零件加工部位的空間位置及孔系加工的同軸度等續(xù)表類(lèi)別項(xiàng)目含義作用精度指標(biāo)分辨率數(shù)控機(jī)床能識(shí)別最小單位的能力。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，是可以測(cè)量的最小增量；對(duì)控制系統(tǒng)，是可以控制的最小位移增量(達(dá)0.1μm~0.001μm)決定數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量脈沖當(dāng)量數(shù)控裝置發(fā)出的每個(gè)脈沖信號(hào)，機(jī)床移動(dòng)部件的位移量（0.01~0.00002mm/p；普通精度級(jí)數(shù)控機(jī)床為0.001mm/p，）運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)主軸轉(zhuǎn)速機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度（目前數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速普遍達(dá)6000r/min,最高達(dá)100000r/min以上）可加工小孔和提高零件表面質(zhì)量進(jìn)給速度機(jī)床進(jìn)給速度（一般數(shù)控機(jī)床可達(dá)20m/min左右；高檔的達(dá)240m/min以上）影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、刀具壽命坐標(biāo)行程數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的空間運(yùn)動(dòng)范圍影響加工零件的大小擺角范圍具有擺角坐標(biāo)的數(shù)控機(jī)床，其擺角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)角大小影響加工零件的空間大小及機(jī)床剛度刀庫(kù)容量刀庫(kù)能存放刀具的數(shù)量（中小型加工中心16～60把，大型加工中心100把以上）影響加工適應(yīng)性及加工資源換刀時(shí)間帶有自動(dòng)交換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，將主軸上的刀具與刀庫(kù)中的下一工序用刀具進(jìn)行交換所需要的時(shí)間影響加工效率加工能力金屬切除率單位時(shí)間內(nèi)去除金屬余量的體積影響加工效率1.2數(shù)數(shù)控機(jī)床的組組成與分類(lèi)一、數(shù)控機(jī)床床的組成數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床檢測(cè)反饋裝置控制介質(zhì)圖1.6數(shù)數(shù)控機(jī)床的組組成（1）輸入、輸出裝裝置（控制介介質(zhì)）：程序、參數(shù)數(shù)、數(shù)據(jù)等的的輸入通道。。輸入方式有有磁盤(pán)、MDI（手動(dòng)數(shù)數(shù)據(jù)輸入）方方式、RS232接口、、光電閱讀機(jī)機(jī)等。（2）數(shù)控裝置：是數(shù)控機(jī)床床的核心。包包括CPU、、存儲(chǔ)器、各各種接口電路路等硬件和相相應(yīng)的軟件。。數(shù)控裝置的主主要功能：①多軸聯(lián)動(dòng)。。

②多多種函數(shù)插補(bǔ)補(bǔ)：直線、圓圓弧、拋物線線、螺旋線、、樣條等。③③多種種程序輸入功功能。④④信息轉(zhuǎn)換換功能：EIA/ISO、公制/英英制、絕對(duì)值值/增量值、、坐標(biāo)變換等等。⑤⑤補(bǔ)償功能：：刀具長(zhǎng)度補(bǔ)補(bǔ)償、刀具半半徑補(bǔ)償、間間隙、螺距誤誤差補(bǔ)償?shù)?。?/p>

⑥多多種加工方式式選擇（平移移、鏡像、旋旋轉(zhuǎn)）。⑦⑦故障自診斷功能。。

⑧顯顯示功能：用用CRT可以以顯示字符、、軌跡、平面面圖形、三維維動(dòng)態(tài)圖形。。

⑨通通訊和聯(lián)網(wǎng)功功能。（3）伺服驅(qū)動(dòng)裝置置：接受數(shù)控裝裝置來(lái)的指令令，將信號(hào)進(jìn)進(jìn)行調(diào)解、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換、放大后后驅(qū)動(dòng)伺服電電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)機(jī)床執(zhí)行部件件運(yùn)動(dòng)。（（4）檢測(cè)反饋裝置置：速度、位置置檢測(cè)反饋裝裝置，由檢測(cè)測(cè)元件和相應(yīng)應(yīng)的電路組成成。（5）機(jī)床主機(jī)：是數(shù)控機(jī)床床的主體，包包括主運(yùn)動(dòng)部部件、進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)執(zhí)行部件和基基礎(chǔ)部件等。。

（6）機(jī)電接口等。二、數(shù)控機(jī)床床的分類(lèi)1、按工藝方方法分類(lèi)（1）金屬切削類(lèi)數(shù)數(shù)控機(jī)床，如：數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控鉆床、、數(shù)控鏜床、、數(shù)控磨床等等（2）金屬成型類(lèi)數(shù)數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)機(jī)等（3）特種加工類(lèi)數(shù)數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控電火火花加工機(jī)床床、數(shù)控線切割機(jī)機(jī)床、數(shù)控激光加工工機(jī)床等（4）其它類(lèi)型數(shù)控控機(jī)床，如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)機(jī)等2、按控制運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)類(lèi)1、點(diǎn)位控制數(shù)控控機(jī)床2、直線控制數(shù)控控機(jī)床3、輪廓控制制的數(shù)控控機(jī)床◆點(diǎn)位控制制：如圖1.6所示示.對(duì)于于一些加加工孔的的數(shù)控機(jī)機(jī)床，需需嚴(yán)格控控制點(diǎn)到到點(diǎn)的距距離，不不嚴(yán)格要要求路徑徑，運(yùn)動(dòng)動(dòng)中不加加工。典典型的機(jī)機(jī)床有數(shù)控鉆床床、數(shù)控鏜床床、數(shù)控沖沖床等。。圖1.6點(diǎn)位控制YXO,PKQR△X△YG00:P-K-QG01:P-QZYX圖1.7直線控制◆直線線控制：：如圖1.7所示示.特點(diǎn)：（1）控制兩相相關(guān)點(diǎn)的的位置，，還要控控制兩相相關(guān)點(diǎn)之之間的移移動(dòng)速度度和路線線；（2）路線由與與各個(gè)軸軸線平行行的直線線段組成成；（3）使用于數(shù)數(shù)控車(chē)床床、數(shù)控控鏜銑床床、加工工中心等等?！糨喞刂浦疲喝鐖D1.8所所示,加工平面面曲線、、空間曲曲線、空空間曲面面時(shí)，需需要多坐坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)動(dòng)。典型機(jī)床床有數(shù)控車(chē)床床、數(shù)控銑床床、加工中心心等。輪廓控制制也稱(chēng)連連續(xù)軌跡跡控制，其特點(diǎn)點(diǎn)是不僅僅對(duì)坐標(biāo)標(biāo)的移動(dòng)量進(jìn)行控制制，而且且對(duì)各坐坐標(biāo)的速度及它們之之間的比率都要進(jìn)行行嚴(yán)格控控制，以以便加工工出給定定的軌跡跡。1112131516δ△x△y14XYOTL圖1.8輪廓控制3、按控控制方式式分類(lèi)（1）開(kāi)環(huán)控制制的數(shù)控控機(jī)床如圖1.9所示示,沒(méi)有有檢測(cè)反反饋裝置置。

數(shù)控裝置驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)指令脈沖齒輪箱圖1.9開(kāi)環(huán)控制制數(shù)控機(jī)機(jī)床系統(tǒng)統(tǒng)框圖（2）閉環(huán)控制制的數(shù)控控機(jī)床如圖1.10所所示，檢測(cè)元件件裝在工工作臺(tái)上上，直接接檢測(cè)直直線位移移（檢測(cè)測(cè)元件：：感應(yīng)同同步器、、光柵））

工作臺(tái)檢測(cè)元件數(shù)控裝置位置比較電路

指令脈沖齒輪箱速度控制電路

測(cè)量裝置測(cè)速元件伺服電機(jī)圖1.10閉環(huán)控制制數(shù)控機(jī)機(jī)床系統(tǒng)統(tǒng)框圖

工作臺(tái)檢測(cè)元件數(shù)控裝置位置比較電路

指令脈沖齒輪箱速度控制電路

測(cè)量裝置測(cè)速元件伺服電動(dòng)機(jī)（3）半閉環(huán)控控制的數(shù)數(shù)控機(jī)床床檢測(cè)絲杠杠或電動(dòng)動(dòng)機(jī)軸旋旋轉(zhuǎn)角位位移（角角位移檢檢測(cè)元件件：旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變壓器器、脈沖沖編碼器器、圓光光柵等））圖1.11半半閉環(huán)控控制數(shù)控控機(jī)床系系統(tǒng)框圖圖（1）高高檔（2）中中檔（3）低低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)數(shù)控：在在我國(guó)指指由單板板機(jī)、單單片機(jī)和和步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)組組成數(shù)控控系統(tǒng)和和其它功功能簡(jiǎn)單單、價(jià)格格低的數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)。圖1.12經(jīng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)數(shù)控4、按功功能水平平分類(lèi)一、數(shù)控控加工技技術(shù)發(fā)展展簡(jiǎn)述汽車(chē)拖拉機(jī)家用電器自動(dòng)機(jī)床組合機(jī)床專(zhuān)用自動(dòng)生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)企業(yè)1、數(shù)控控機(jī)床的的產(chǎn)生隨著科學(xué)學(xué)技術(shù)和和社會(huì)生生產(chǎn)的不不斷發(fā)展展，對(duì)機(jī)機(jī)械產(chǎn)品品的質(zhì)量量和生產(chǎn)產(chǎn)率提出出了越來(lái)來(lái)越高的的要求。。機(jī)械加工工工藝過(guò)過(guò)程的自自動(dòng)化是是實(shí)現(xiàn)上上述要求求的最重重要措施施之一。。1.3數(shù)數(shù)控加加工技術(shù)術(shù)的發(fā)展展圖1.13自自動(dòng)機(jī)床床、組合合機(jī)床與與專(zhuān)業(yè)自自動(dòng)生產(chǎn)產(chǎn)線在機(jī)械制制造業(yè)中中，80％以上上屬單件件與小批批生產(chǎn)。。尤其是在在造船、、航天、、航空、、機(jī)床、、重型機(jī)機(jī)械以及及國(guó)防部部門(mén)，其其生產(chǎn)特特點(diǎn)是批量小、、改型頻頻繁、零零件形狀狀復(fù)雜、、精度要要求高。。即使是大大批量生生產(chǎn),也也改變了了產(chǎn)品長(zhǎng)長(zhǎng)期不變變的做法法。仿形加工工機(jī)床部部分地解解決了小小批量、、復(fù)雜零零件的加加工。但但制造靠靠模和調(diào)調(diào)整機(jī)床床費(fèi)時(shí)，，加工零零件的精精度較低低。數(shù)控機(jī)床床就是為為了解決決單件、、小批量量、特別別是高精精度、復(fù)復(fù)雜型面面零件加加工及自自動(dòng)化的的要求而而產(chǎn)生。。1948年年，美美國(guó)帕帕森斯斯公司司在研研制加加工直直升飛飛機(jī)葉葉片輪輪廓樣樣板時(shí)時(shí)，提提出了了用電電子計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)控制制機(jī)床床來(lái)加加工樣樣板曲曲線的的設(shè)想想。1949年年，受受美國(guó)國(guó)空軍軍委托托，與與麻麻省理理工學(xué)學(xué)院伺伺服機(jī)機(jī)構(gòu)研研究所所合作作進(jìn)行行研制制工作作。1952年年試制制成功功世界界上第第一臺(tái)臺(tái)三坐標(biāo)標(biāo)立式式數(shù)控控銑床床。并于1955年年進(jìn)入入實(shí)用用階段段。德國(guó)、、英國(guó)國(guó)、日日本等等國(guó)家家相繼繼開(kāi)始始研制制數(shù)控控機(jī)床床。世界著著名的的數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)廠家家主要要有日日本的的FANUC公司、、德國(guó)國(guó)的SIEMENS、美國(guó)國(guó)的A-B公司司等。1958年年我國(guó)國(guó)開(kāi)始始研制制數(shù)控控機(jī)床床。主要內(nèi)內(nèi)容第一代代數(shù)控控（1952-1959年））：采用電電子管管構(gòu)成成的硬硬件數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)；；第二代代數(shù)控控（1959-1965年））：采用晶晶體管管電路路為主主的硬硬件數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)；；第三代代數(shù)控控（1965年年開(kāi)始始）：：采用小小、中中規(guī)模模集成成電路路的硬硬件數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)；；第四代代數(shù)控控（1970年年開(kāi)始始）：：采用大大規(guī)模模集成成電路路的小小型通通用電電子計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)；；第五代代數(shù)控控（1974年年開(kāi)始始）：：采用微微型計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)控制制的數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)；；第六代代數(shù)控控（1990年年開(kāi)始始）：：采用工工控PC機(jī)機(jī)的通通用CNC系統(tǒng)統(tǒng)。硬件數(shù)數(shù)控階階段軟件數(shù)數(shù)控階階段2、數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的發(fā)展展1、直直接數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)（DNC）：計(jì)算機(jī)機(jī)直接接數(shù)控控（DirectNumericalControl，，DNC））系統(tǒng)統(tǒng)，就就是用用一臺(tái)臺(tái)計(jì)算算機(jī)為為數(shù)臺(tái)臺(tái)數(shù)控控機(jī)床床進(jìn)行行自動(dòng)動(dòng)編程程，然然后將將編程程結(jié)果果直接接通過(guò)過(guò)數(shù)據(jù)據(jù)線輸輸送到到各臺(tái)臺(tái)數(shù)控控機(jī)床床的控控制箱箱。

讀帶機(jī)通用計(jì)算機(jī)接口電路數(shù)控裝置1機(jī)床1數(shù)控裝置2數(shù)控裝置m機(jī)床2機(jī)床m存儲(chǔ)裝置CRT顯示及打印機(jī)二、先先進(jìn)數(shù)數(shù)控加加工技技術(shù)圖1.14直直接接數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)框圖圖2、柔柔性制制造系系統(tǒng)(FMS)：柔性制制造系系統(tǒng)（（FlexibleManufacturingSystem，，F(xiàn)MS））是將將一群群數(shù)控控機(jī)床床用自自動(dòng)傳傳送系系統(tǒng)連連接起起來(lái)，，并置置于一一臺(tái)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)的統(tǒng)統(tǒng)一控控制之之下，，柔性性制造造系統(tǒng)統(tǒng)是由由加工工系統(tǒng)統(tǒng)、物物料儲(chǔ)儲(chǔ)運(yùn)系系統(tǒng)和和信息息控制制系統(tǒng)統(tǒng)等組組成，，如圖圖1.15所所示。。圖1.15柔性制造系統(tǒng)（FMS）結(jié)構(gòu)框圖自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)加工單元1加工單元2加工單元n運(yùn)輸小車(chē)工夾具站3、計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)集成成制造造系統(tǒng)統(tǒng)(CIMS)：計(jì)算機(jī)機(jī)集成成制造造系統(tǒng)統(tǒng)（Computer-IntegratedManufacturingSystem，，CIMS），，是指指用計(jì)算算機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和和數(shù)據(jù)據(jù)庫(kù)技技術(shù),從產(chǎn)品品的定定貨、、設(shè)計(jì)計(jì)、工工藝、、制造造到銷(xiāo)銷(xiāo)售的的全過(guò)過(guò)程集成為為一個(gè)個(gè)整體體，以以保證證企業(yè)業(yè)信息息的共共享性性、可可靠性性和及及時(shí)性性，實(shí)實(shí)現(xiàn)生生產(chǎn)的的自動(dòng)動(dòng)化和和柔性性化。1958年年:起起步；；20世世紀(jì)50年年代末末60年代代中：：研制制、開(kāi)開(kāi)發(fā)時(shí)時(shí)期；；1965年年開(kāi)始始研制制晶體體管式式數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)。1968年年研制制成了了CJK-18晶體體管式式數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)和X53K-1G立式數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床；20世世紀(jì)70年年代初初：數(shù)數(shù)控加加工中中心相相繼在在上海海、北北京研研制成成功；；20世世紀(jì)80年年代初初：從從日本本、美美國(guó)等等國(guó)引引進(jìn)數(shù)數(shù)控裝裝置及及伺服服系統(tǒng)統(tǒng)技術(shù)術(shù)；1985年年：進(jìn)進(jìn)入實(shí)實(shí)用階階段；；1985年年以后后：在在引進(jìn)進(jìn)、消消化的的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，，進(jìn)行行了大大量的的開(kāi)發(fā)發(fā)工作作，我我國(guó)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床進(jìn)進(jìn)入穩(wěn)穩(wěn)定發(fā)發(fā)展時(shí)時(shí)期；；近年來(lái)來(lái)，我我國(guó)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床進(jìn)進(jìn)入了了快速速發(fā)展展時(shí)期期。我國(guó)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的發(fā)展展中央電電視臺(tái)臺(tái)多次次報(bào)道道我國(guó)國(guó)數(shù)控控機(jī)床床的發(fā)發(fā)展情情況市場(chǎng)占占有率率5年年翻一一番，，現(xiàn)現(xiàn)在國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床國(guó)國(guó)內(nèi)市市場(chǎng)占占有率率從5年前前的不不足15%躍升升到了了30%。。國(guó)產(chǎn)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床：：突出出重圍圍，打打造出出自主主品牌牌新天天地。。國(guó)產(chǎn)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床：：自主主創(chuàng)新新支撐撐中國(guó)國(guó)制造造。齊重?cái)?shù)數(shù)控、、華中中數(shù)控控：用用“中中國(guó)大大腦””裝備備“中中國(guó)制制造””。。沈陽(yáng)機(jī)機(jī)床、、廣州州數(shù)控控：自自主創(chuàng)創(chuàng)新，，提升升企業(yè)業(yè)核心心競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)力。。盡管我我們?nèi)∪〉昧肆艘恍┬┏煽?jī)績(jī)，但但我們們也要要清醒醒的認(rèn)認(rèn)識(shí)到到我們們的差差距。。長(zhǎng)期期以來(lái)來(lái)，國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床始始終處處于低低檔迅迅速膨膨脹，，中檔檔進(jìn)展展緩慢慢，高高檔依依靠進(jìn)進(jìn)口的的局面面，特特別是是國(guó)家家重點(diǎn)點(diǎn)工程程需要要的關(guān)關(guān)鍵設(shè)設(shè)備主主要依依靠進(jìn)進(jìn)口，，技術(shù)術(shù)受制制于人人。究究其原原因，，國(guó)內(nèi)內(nèi)本土土數(shù)控控機(jī)床床企業(yè)業(yè)大多多處于于“粗粗放型型”階階段，，在產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計(jì)水水平、、質(zhì)量量、精精度、、性能能等方方面與與國(guó)外外先進(jìn)進(jìn)水平平相比比落后后了5-10年年，在在高、、精、、尖技技術(shù)方方面的的差距距則達(dá)達(dá)到了了10-15年年。國(guó)外公公司在在中國(guó)國(guó)數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)銷(xiāo)量量中的的80%以以上是是普及及型數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)。。所以以建立立起比比較完完備的的高檔檔數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)的自自主創(chuàng)創(chuàng)新體體系，，提高高中國(guó)國(guó)的自自主設(shè)設(shè)計(jì)、、開(kāi)發(fā)發(fā)和成成套生生產(chǎn)能能力，，創(chuàng)建建國(guó)產(chǎn)產(chǎn)自主主品牌牌產(chǎn)品品，提提高中中國(guó)高高檔數(shù)數(shù)控技技術(shù)總總體水水平，，迫在在眉睫睫。三、數(shù)控技技術(shù)的的發(fā)展趨趨勢(shì)運(yùn)行高高速化化加工高高精化化功能復(fù)復(fù)合化化控制智智能化化驅(qū)動(dòng)并并聯(lián)化化交互網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化化主要內(nèi)內(nèi)容1.運(yùn)運(yùn)行高高速化化主軸高高速化化：采采用電電主軸軸（內(nèi)內(nèi)裝式式主軸軸電機(jī)機(jī)），，即主主軸電電機(jī)的的轉(zhuǎn)子子軸就就是主主軸部部件。。主軸最最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)達(dá)200000r/min以以上主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的的最高高加（（減））速為為1.0g以以上換刀刀速速度度0.5秒秒（（刀刀到到刀刀））2.8秒秒（（切切削削到到切切削削））工作作臺(tái)臺(tái)（（托托盤(pán)盤(pán)））交交換換速速度度更更高高主要要內(nèi)內(nèi)容容2.加加工工高高精精化化：：提高高機(jī)機(jī)械械設(shè)設(shè)備備的的制制造造和和裝裝配配精精度度；；提提高高數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)的的控控制制精精度度；；采采用用誤誤差差補(bǔ)補(bǔ)償償技技術(shù)術(shù)。。提高高CNC系系統(tǒng)統(tǒng)控控制制精精度度措措施施：：采用用高高速速插插補(bǔ)補(bǔ)技技術(shù)術(shù)，，以以微微小小程程序序段段實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)連連續(xù)續(xù)進(jìn)進(jìn)給給，，使使CNC控控制制單單位位精精細(xì)細(xì)化化；；采用用高高分分辨辨率率位位置置檢檢測(cè)測(cè)裝裝置置，，提提高高位位置置檢檢測(cè)測(cè)精精度度（（日日本本交交流流伺伺服服電電機(jī)機(jī)已已有有裝裝上上106脈沖沖/轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的內(nèi)內(nèi)藏藏位位置置檢檢測(cè)測(cè)器器，，其其位位置置檢檢測(cè)測(cè)精精度度能能達(dá)達(dá)到到0.01m/脈脈沖沖））；；位置置伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)采采用用前前饋饋控控制制與與非非線線性性控控制制等等方方法法。。主要要內(nèi)內(nèi)容容采用用誤誤差差補(bǔ)補(bǔ)償償技技術(shù)術(shù)：：采用用反反向向間間隙隙補(bǔ)補(bǔ)償償、、絲絲桿桿螺螺距距誤誤差差補(bǔ)補(bǔ)償償和和刀刀具具誤誤差差補(bǔ)補(bǔ)償償?shù)鹊燃技夹g(shù)術(shù);設(shè)備備的的熱熱變變形形誤誤差差補(bǔ)補(bǔ)償償和和空空間間誤誤差差的的綜綜合合補(bǔ)補(bǔ)償償技技術(shù)術(shù)。。研研究究結(jié)結(jié)果果表表明明，，綜綜合合誤誤差差補(bǔ)補(bǔ)償償技技術(shù)術(shù)的的應(yīng)應(yīng)用用可可將將加加工工誤誤差差減減少少60％％～～80％％。。主要要內(nèi)內(nèi)容容3.功功能能復(fù)復(fù)合合化化工件件自自動(dòng)動(dòng)裝裝卸卸、、工工件件自自動(dòng)動(dòng)定定位位；；刀具具自自動(dòng)動(dòng)對(duì)對(duì)刀刀；；工件件自自動(dòng)動(dòng)測(cè)測(cè)量量與與補(bǔ)補(bǔ)償償；；集鉆鉆、、車(chē)車(chē)、、鏜鏜、、銑銑、、磨磨為為一一體體的的““萬(wàn)萬(wàn)能能加加工工機(jī)機(jī)床床””等等。。主要要內(nèi)內(nèi)容容鏜銑銑鉆鉆復(fù)復(fù)合合—加加工工中中心心（（ATC））、、五五面面加加工工中中心心（（ATC，，主主軸軸立立臥臥轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換））；；車(chē)銑銑復(fù)復(fù)合合—車(chē)車(chē)削削中中心心（（ATC，，動(dòng)動(dòng)力力刀刀頭頭））；；銑鏜鏜鉆鉆車(chē)車(chē)復(fù)復(fù)合合—復(fù)復(fù)合合加加工工中中心心（（ATC，，可可自自動(dòng)動(dòng)裝裝卸卸車(chē)車(chē)刀刀架架））；；銑鏜鏜鉆鉆磨磨復(fù)復(fù)合合—復(fù)復(fù)合合加加工工中中心心（（ATC，，動(dòng)動(dòng)力力磨磨頭頭））；；可更更換換主主軸軸箱箱的的數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床—組組合合加加工工中中心心；；主要要內(nèi)內(nèi)容容4.控控制制智智能能化化配置置各各種種微微型型傳傳感感器器，，具具有有監(jiān)監(jiān)控控和和誤誤差差自自動(dòng)動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)償償功功能能。?！安徊粌H僅有有體體力力，，而而且且有有頭頭腦腦，，自自己己管管理理自自己己””自適適應(yīng)應(yīng)控控制制技技術(shù)術(shù)主要要內(nèi)內(nèi)容容5.驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)并并聯(lián)聯(lián)化化設(shè)計(jì)計(jì)巧巧妙妙的的5桿桿并并聯(lián)聯(lián)機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床電滾滾珠珠絲絲杠杠電主主軸軸主要要內(nèi)內(nèi)容容6.交交互互網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化除有有RS232C串串行行接接口口、、RS422等等接接口口外外，，還還帶帶有有DNC接接口口，，可可以以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)幾幾臺(tái)臺(tái)數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床之之間間的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)通通信信和和直直接接對(duì)對(duì)幾幾臺(tái)臺(tái)數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床進(jìn)進(jìn)行行控控制制。。有有的的已已配配備備與與工工業(yè)業(yè)局局域域網(wǎng)網(wǎng)（（LAN））通通信信的的功功能能以以及及MAP接接口口，，促促進(jìn)進(jìn)系系統(tǒng)統(tǒng)集集成成化化和和信信息息綜綜合合化化，，使使遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程操操作作和和監(jiān)監(jiān)控控、、遙遙控控及及遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程故故障障診診斷斷成成為為可可能能。。主要要內(nèi)內(nèi)容容7、、其其它它方方面面:新新型型功功能能部部件件在傳傳統(tǒng)統(tǒng)機(jī)機(jī)床床中中，，電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)和和機(jī)機(jī)床床部部件件是是借借助助耦耦合合元元件件，，如如皮皮帶帶、、齒齒輪輪和和連連軸軸節(jié)節(jié)連連接接，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)部部件件所所需需的的移移動(dòng)動(dòng)或或旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，““機(jī)機(jī)””和和““電電””是是分分家家的的。機(jī)電電一一體體化化的的功功能能部部件件