數(shù)控技術(shù)(第一章)

數(shù)控技術(shù)NumericalControlTechnology

任課教師：陳從平HP-mail：mechencp@163.comAdd.:M2306

考核方式：閉卷（實(shí)驗(yàn)成績10%，平時(shí)成績20%，卷面成績70%）2/6/20231教材湯雙清，數(shù)控技術(shù)，中國電力出版社，2007主要參考資料吳祖育等，數(shù)控機(jī)床（第三版），上?？茖W(xué)出版社，2003何學(xué)明等，數(shù)控技術(shù)，華中科技大學(xué)出版社，20082/6/20232

主要內(nèi)容第一章緒論第二章數(shù)控加工編程技術(shù)第三章數(shù)控系統(tǒng)的加工控制原理第四章數(shù)控機(jī)床的位置檢測與伺服控制第五章數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2/6/20233第一章緒論第一節(jié)：概述第二節(jié)：數(shù)控機(jī)床的分類與應(yīng)用第三節(jié)：數(shù)控技術(shù)的發(fā)展作業(yè)2/6/20234第一節(jié)概述1．基本概念

1）數(shù)控：2）數(shù)控技術(shù)：(NumericalControl,簡稱為NC),是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)控制。

(ComputerNumericalControl,簡稱為CNC)，是指用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)控的功能3）數(shù)控機(jī)床

采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床,或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床

1.1.1

數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床2/6/20235

普通機(jī)床加工:對機(jī)床的控制都是由人工直接控制;自動(dòng)機(jī)床、仿形機(jī)床加工:通過設(shè)計(jì)好的凸輪、靠模和擋塊等裝置以模擬量的形式來控制，它們雖能加工比較復(fù)雜的零件，且有一定的靈活性和通用性，但是零件的加工精度受凸輪、靠模制造精度的影響，而且工序準(zhǔn)備時(shí)間也很長。數(shù)控機(jī)床加工：只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機(jī)床控制系控制系統(tǒng)中，再由其進(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，從而控制機(jī)床各部件協(xié)調(diào)動(dòng)作，自動(dòng)地加工出零件來。當(dāng)更換加工對象時(shí)，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機(jī)床，即可由數(shù)控裝置控制加工的全過程。2.數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生2/6/20236數(shù)控機(jī)床加工視頻一2/6/20237數(shù)控機(jī)床加工視頻二2/6/20238多品種、小批量生產(chǎn)的零件；形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件；需要頻繁改型的零件；價(jià)值昂貴，不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件；需要最短周期的急需零件；批量較大、精度要求高的零件；3.數(shù)控機(jī)床加工的主要對象2/6/202391.1.2數(shù)控機(jī)床的組成和工作過程數(shù)控機(jī)床一般由以下幾部分組成，其中數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。程序載體；◆輸入裝置；◆數(shù)控裝置；◆強(qiáng)電控制裝置；◆機(jī)床本體；◆伺服控制裝置；◆其他輔助控制裝置1.數(shù)控機(jī)床的組成2/6/202310程序載體穿孔帶、磁帶、磁盤等，更多的是手工直接輸入。

輸入裝置將程序載體（信息載體）上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。零件加工程序輸入過程有兩種方式：一種是邊讀入邊加工（數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小時(shí)），另一種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置內(nèi)部的存儲(chǔ)器，加工時(shí)再從內(nèi)部存儲(chǔ)器中逐段逐段調(diào)出進(jìn)行加工。數(shù)控裝置即CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心，主要由計(jì)算機(jī)（包括硬件與軟件）及接口組成。

數(shù)控裝置2/6/202311強(qiáng)電控制裝置數(shù)控機(jī)床的機(jī)電接口。

機(jī)床本體機(jī)床本體包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(tái)（刀架）、導(dǎo)軌等。伺服控制裝置伺服控制裝置接受來自數(shù)控裝置的位置控制信息，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和精確定位運(yùn)動(dòng)。常用的伺服驅(qū)動(dòng)器件有功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)等（包括相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路）。

組成：伺服驅(qū)動(dòng)單元+伺服電機(jī)+機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)。2/6/2023122數(shù)控機(jī)床的工作過程數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序數(shù)控機(jī)床的加工過程2/6/2023131.1.3數(shù)控機(jī)床涉及到的基本技術(shù)1精密機(jī)械技術(shù)2計(jì)算機(jī)及信息處理技術(shù)3自動(dòng)控制理論和伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)4精密檢測和傳感技術(shù)5網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)2/6/202314

數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別在于，數(shù)控機(jī)床是按照程序自動(dòng)加工零件，而普通機(jī)床由工人手工操作來加工零件。由于數(shù)控加工是一種程序控制過程，從而形成了數(shù)控機(jī)床的如下幾條特點(diǎn)。1）數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化、高效率、高精度的機(jī)床。2）數(shù)控機(jī)床加工零件的一致性好，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。1.1.4數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)2/6/2023153）數(shù)控機(jī)床能夠加工很多普通機(jī)床難以完成或者根本無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜曲面零件。4）數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率高。5）一機(jī)多用，工序向度集中。6）數(shù)控機(jī)床是一種高新技術(shù)設(shè)備，它不僅價(jià)格較高，而且要求具有較高技術(shù)水平的人員來操作和維修，以利于充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢。

2/6/2023161金屬切削類數(shù)控機(jī)床金屬切削類數(shù)控系統(tǒng)有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。2金屬成形類數(shù)控機(jī)床

金屬成型類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)等。3數(shù)控特種加工機(jī)床

數(shù)控特種加工機(jī)床有數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床和數(shù)控激光加工機(jī)等。

第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類與應(yīng)用1.2.1按工藝用途分類2/6/2023171點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床

點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件只能夠?qū)崿F(xiàn)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工工序。1.2.2按運(yùn)動(dòng)動(dòng)方式分類2/6/2023182點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位直線控制的切削加工點(diǎn)位直線控制的特點(diǎn)：機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件不僅要實(shí)現(xiàn)一個(gè)坐標(biāo)位置到另一個(gè)坐標(biāo)位置的精確移動(dòng)和定位，而且能實(shí)現(xiàn)平行于坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或控制兩個(gè)坐標(biāo)軸實(shí)現(xiàn)斜線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

ab2/6/2023193輪廓控制輪廓控制輪廓控制（又稱連續(xù)控制）數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。2/6/2023201開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)：不帶位置反饋裝置1.2.3按控制方式分類2/6/2023212半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)：在伺服電機(jī)軸上裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角間接地檢測出運(yùn)動(dòng)部件的位移（或角位移）反饋給數(shù)控裝置的比較器，與輸入指令進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件。2/6/2023223閉環(huán)控制機(jī)床閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)：在機(jī)床最終的運(yùn)動(dòng)部件的相應(yīng)位置直接安裝檢測裝置，將測量值反饋到數(shù)控裝置的比較器中與輸入指令位移量進(jìn)行比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件，使運(yùn)動(dòng)部件嚴(yán)格按實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)。2/6/2023231.2.4按功能水平分類1.高級型數(shù)控系統(tǒng)2.普及型數(shù)控系統(tǒng)3.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分辨率(um)進(jìn)給速度(m/min)顯示高級型325<0.1>24三維動(dòng)態(tài)普及型2630.1~1010~24字符/圖形經(jīng)濟(jì)型8<3<10<10字符表1.1數(shù)控系統(tǒng)的功能分類2/6/202324第四節(jié)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

數(shù)控技術(shù)是機(jī)械技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的結(jié)合的產(chǎn)物。自從美國帕森公司(ParsonsCo)和麻省理工學(xué)院(MIT)于1952年合作研制成的第一代三坐標(biāo)數(shù)控銑床以來，數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)歷了采用電子管和繼電器、晶體管分立元件、集成電路、小型機(jī)數(shù)控、微處理器數(shù)控到1990年基于工控PC機(jī)的通用型CNC系統(tǒng)的第六代。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及系統(tǒng)工程學(xué)的發(fā)展，為單機(jī)數(shù)控化向計(jì)算機(jī)控制的多機(jī)制造系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。相繼出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DNC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。

一、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展2/6/2023253.計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）FlexibleManufacturingSystem，它是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)1.直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectNC，DNC)

2.柔性制造系統(tǒng)（FSM）ComputerIntegratedManufactureSystem，其基本思想是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將企業(yè)的各個(gè)生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成管理，從而達(dá)到降低庫存、提高生產(chǎn)效率和管理水平。2/6/2023264．加工中心銑削加工中心2/6/202327

從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床誕生起，已經(jīng)歷過以下幾代變化。第一代數(shù)控：1952—1959年采用電子管構(gòu)成的專用數(shù)控系統(tǒng)（NC）。第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第四代數(shù)控：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)。第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)(MicrocomputerNumericalControl——MNC)。1976年美國Lockhead公司開始使用圖像編程。利用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))繪出加工零件的模型，在顯示器上“指點(diǎn)”被加工的部位，輸入所需的工藝參數(shù)，即可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算刀具路徑，模擬加工狀態(tài)，獲得NC程序。二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程2/6/202328DNC(直接數(shù)控)技術(shù)始于20世紀(jì)60年代末期。它是使用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心，進(jìn)行多品種、多工序的自動(dòng)加工。DNC群控技術(shù)是FMS柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上的DNC接口就是機(jī)床數(shù)控裝置與通用計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送及通訊控制用的，也是數(shù)控機(jī)床之間實(shí)現(xiàn)通訊用的接口。隨著DNC數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已成為無人控制工廠的基本組成單元。20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了包括市場預(yù)測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造和銷售等全過程均由計(jì)算機(jī)集成管理和控制的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。其中，數(shù)控是其基本控制單元。20世紀(jì)90年代，基于PC-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)開始得到發(fā)展，它打破了原數(shù)控廠家各自為政的封閉式專用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，提供開放式基礎(chǔ)，使升級換代變得非常容易。充分利用現(xiàn)有PC機(jī)的軟硬件資源，使遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程檢測診斷能夠得以實(shí)現(xiàn)。2/6/202329中國的數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床

我國雖然早在1958年就開始研制數(shù)控機(jī)床，但由于歷史原因，一直沒有取得實(shí)質(zhì)性成果。20世紀(jì)70年代初期，曾掀起研制數(shù)控機(jī)床的熱潮，但當(dāng)時(shí)是采用分立元件，性能不穩(wěn)定，可靠性差。1980年北京機(jī)床研究所引進(jìn)日本FANUC5、7、3、6數(shù)控系統(tǒng)，上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國GE公司的MTC－1數(shù)控系統(tǒng)，遼寧精密儀器廠引進(jìn)美國Bendix公司的DynapthLTD10數(shù)控系統(tǒng)。在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開發(fā)出BS03經(jīng)濟(jì)型數(shù)控和BS04全功能數(shù)控系統(tǒng)，航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)。“八五”期間國家又組織近百個(gè)單位進(jìn)行以發(fā)展自主版權(quán)為目標(biāo)的“數(shù)控技術(shù)攻關(guān)”，從而為數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化建立了基礎(chǔ)。2/6/202330

20世紀(jì)90年代末，華中數(shù)控自主開發(fā)出基于PC-NC的HNC數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，加大了我國數(shù)控機(jī)床在國際上的競爭力度。據(jù)1997年不完全統(tǒng)計(jì)，全國共擁有數(shù)控機(jī)床12萬臺(tái)。目前，我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)有100多家，年產(chǎn)量增加到1萬多臺(tái)，品種滿足率達(dá)80%，并在有些企業(yè)實(shí)施了FMS和CIMS工程，數(shù)控機(jī)床及其加工技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用階段。2/6/202331

現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。（1）高速切削

受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。高速切削可通過高速運(yùn)算技術(shù)、快速插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。三、數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展方向2/6/202332（2）高精度控制高精度化一直是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的目標(biāo)。它包括機(jī)床制造的幾何精度和機(jī)床使用的加工精度控制兩方面。

（3）高柔性化柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對象變化的能力。目前，在進(jìn)一步提高單機(jī)柔性自動(dòng)化加工的同時(shí)，正努力向單元柔性和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。2/6/202333（4）高一體化CNC系統(tǒng)與加工過程作為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)機(jī)電光聲綜合控制，測量造型、加工一體化，加工、實(shí)時(shí)檢測與修正一體化，機(jī)床主機(jī)設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。（5）網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機(jī)需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))對基層設(shè)備的要求。配置網(wǎng)絡(luò)接口，通過Internet可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制加工，并進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測和診斷，使維修變得簡單。建立分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)，可便于形成“全球制造”。2/6/202334（6）智能化數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實(shí)現(xiàn)加工過程的自適應(yīng)、自診斷和自調(diào)整；多媒體人機(jī)接口使用戶操作簡單，智能編程使編程更加直觀，可使用自然語言編程；加工數(shù)據(jù)的自