數(shù)控技術(shù)課件

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10/28/20221現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)羅圓智10/22/20221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，200010/28/20222主要參考書10/22/20222教學(xué)方法與考核方式教學(xué)方法課堂教學(xué)實驗教學(xué)自學(xué)專題講座考核方式考試（70%）平時成績（20%）讀書報告課堂提問實驗報告（10%）10/28/20223教學(xué)方法與考核方式教學(xué)方法考核方式10/22/20223

§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)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程中進(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)動裝置等組成。10/28/20224§1-1數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念

數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機(jī)床。它綜合了綜合了計算機(jī)、自動控制、精密測量、機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計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）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5、計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。10/28/20225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7、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步滿足超精密，超高速。6、加工中心MC：數(shù)控機(jī)床配有刀具庫和自動換刀裝置就構(gòu)成加工中心，它可以一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。

10/28/202267、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步滿足超精密，超高速驅(qū)動桿機(jī)架

動平臺主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性夾具工件靜平臺圖1-1并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

驅(qū)動并聯(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。10/28/20227驅(qū)動桿機(jī)架動平臺主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性夾具工件靜平§1-2現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點和發(fā)展趨勢一、特點1.對加工對象的適應(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。10/28/20228§1-2現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點和發(fā)展趨勢一、特點1.對

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強(qiáng)度、實現(xiàn)加工自動化和操作簡單化，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和有利于向高級計算機(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)過適當(dāng)培訓(xùn)的零件編程員。缺點：1.造價相對較高。2.測試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人才。10/28/202295.數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。4.

二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

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，大力推進(jìn)以縮短加工過程鏈為目標(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，通過對制造系統(tǒng)的快速重組實現(xiàn)敏捷和經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)不確定市場對產(chǎn)品多變地要求。10/28/202210二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢１．高速度:以

5．高環(huán)保：機(jī)床地綠色設(shè)計與制造以重視環(huán)保的凈潔生產(chǎn)為重點，干切削或微量切削液的高效加工技術(shù)日趨成熟。4．高精度：數(shù)控車、銑、磨等機(jī)床地工作精度正以平均每年提升8%～10%地幅度向納米級精度邁進(jìn)。10/28/2022115．高環(huán)保：機(jī)床地綠色設(shè)計與制造以重視環(huán)保的凈

三、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷史

1952年，三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床的系統(tǒng)研究成功。電子管元件、晶體管元件、集成電路數(shù)控系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路及小型計算機(jī)和，微處理機(jī)和微型計算機(jī)。數(shù)控加工中心（machiningcenter）的出現(xiàn)使單機(jī)數(shù)控自動化向計算機(jī)控制的多機(jī)制造系統(tǒng)自動化方向發(fā)展。10/28/202212三、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷隨著計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DNC）、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。先進(jìn)制造技術(shù)

1．快速原型法（又稱快速成形法）

2．虛擬制造技術(shù)

3．柔性制造系統(tǒng)(FMS)4．柔性制造單元（FMC）

5．計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)10/28/202213隨著計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)

DNC系統(tǒng)是用一臺計算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。計算機(jī)將一組數(shù)控機(jī)床與存儲有零件加工程序和機(jī)床控制程序的公共存儲器相連接，根據(jù)加工要求想向機(jī)床分配數(shù)據(jù)和指令。DNC系統(tǒng)可分為間接控制型和直接控制型兩種。

10/28/2022142、直接數(shù)字控制系統(tǒng)DNC系統(tǒng)是用一臺計算機(jī)直接控制和管理（1）、間接控制型系統(tǒng)

10/28/202215（1）、間接控制型系統(tǒng)10/22/202215（2）、直接控制型系統(tǒng)

10/28/202216（2）、直接控制型系統(tǒng)10/22/2022163、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)

（1）、柔性制造單元：由中心控制計算機(jī)、加工中心與自動交換工件（AWC、APC）裝置所組成。

中心控制計算機(jī)負(fù)責(zé)作業(yè)調(diào)度、自動檢測與工況自動監(jiān)控等功能。10/28/2022173、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)（1）、柔性制造單元：由中（2）、柔性制造系統(tǒng)

一般由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成。

加工系統(tǒng)：由CNC機(jī)床按DNC的控制方式構(gòu)成。系統(tǒng)中的機(jī)床，有互補(bǔ)和互替兩種配置原則：互補(bǔ)是指在系統(tǒng)中配置有完成不同工序的機(jī)床；互替是指在系統(tǒng)中配置有相同功能的機(jī)床。

10/28/202218（2）、柔性制造系統(tǒng)一般由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個子系統(tǒng)。刀具系統(tǒng)設(shè)有中央刀庫，由機(jī)器人在中央和各機(jī)床的刀庫之間進(jìn)行輸送和交換刀具。工件系統(tǒng)包括工件、夾具的輸送、裝卸以及倉儲等裝置。

10/28/202219物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個子系統(tǒng)。10/22/20221910/28/20222010/22/202220信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動控制，在線狀態(tài)監(jiān)控及其數(shù)據(jù)和信息處理，以及故障在線檢測和處理等。

10/28/202221信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動控制，4、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS采用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)將制造工廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來。CIMS將計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造(CAM)、計算機(jī)輔助管理集成在一起。10/28/2022224、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS采用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)將制造工廠§1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成一、組成10/28/202223§1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成一、組成10/22/20程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動及位置檢測輔助控制即強(qiáng)電控制裝置機(jī)床主運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)給運(yùn)動機(jī)構(gòu)輔助動作機(jī)構(gòu)圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成框圖10/28/202224程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動及位置檢測輔助控制即強(qiáng)10/28/20222510/22/202225（一）程序編制及程序載體

數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動加工零件的工作指令。即把加工零件的所有運(yùn)動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息，按規(guī)定的方法、格式和代碼，所編制的程序。程序載體存放程序以便輸入到數(shù)控裝置的裝置。（二）輸入裝置將所輸入的程序載體上的數(shù)控程序變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。（三）數(shù)控裝置及強(qiáng)電控制裝置

數(shù)控裝置是接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出指令控制機(jī)床的各個部分，按程序動作的裝置。10/28/202226（一）程序編制及程序載體數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自（四）伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置監(jiān)測裝置（五）機(jī)床的機(jī)械部件

強(qiáng)電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。其主要作用是編譯、判斷和功率放大。

伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成，并與機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。

機(jī)械部件包括主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件、床身、冷卻、定位夾緊裝置等。10/28/202227（四）伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置監(jiān)測裝置（五）機(jī)床的機(jī)械部件二、工作原理圖1-2數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊加工圖樣編程機(jī)穿孔機(jī)或存儲裝置穿孔帶、磁盤等輸入裝置數(shù)控裝置隨動進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)床10/28/202228二、工作原理圖1-2數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊加工圖樣編

§1-4數(shù)控機(jī)床的分類一、按機(jī)床運(yùn)動軌跡分類1.點位控制數(shù)控機(jī)床為點到點控制，只要刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置的控制方式，稱為點位控制。這類機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床等。10/28/202229§1-4數(shù)控機(jī)床的分類圖1-3點位控制加工原理圖10/28/202230圖1-3點位控制加工原理圖10/22/2022302.直線控制數(shù)控機(jī)床圖1-4直線控制的加工原理圖除點到點的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點之間移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有23個可控坐標(biāo)軸，但同時控制的坐標(biāo)軸只有一個。10/28/2022312.直線控制數(shù)控機(jī)床圖1-4直線控制的3.輪廓控制的數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€或兩個以上運(yùn)動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可進(jìn)行曲線或曲面的加工。圖1-52軸控制，同時控制兩個坐標(biāo)10/28/2022323.輪廓控制的數(shù)控機(jī)床3軸聯(lián)動，(3軸控制)4軸控制

圖1-6多軸聯(lián)動數(shù)控加工的原理圖5軸聯(lián)動加工5軸聯(lián)動加工10/28/2022333軸聯(lián)動，(3軸控制)4軸控制圖1-6多軸聯(lián)二、按伺服系統(tǒng)分類1.開環(huán)伺服數(shù)控機(jī)床

開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng).

其特點: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。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。10/28/202234二、按伺服系統(tǒng)分類1.開環(huán)伺服數(shù)控機(jī)床圖1-7開環(huán)控制系統(tǒng)10/28/202235圖1-7開環(huán)控制系統(tǒng)10/22/2022351）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，使移動部件按照實際的要求運(yùn)動，最終實現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因為把機(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)。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。2.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床10/28/2022361）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)果直接反圖1-8閉環(huán)控制系統(tǒng)10/28/202237圖1-8閉環(huán)控制系統(tǒng)10/22/202237

1）半閉環(huán)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1-7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)。

3.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

10/28/2022381）半閉環(huán)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圖1-9半閉環(huán)控制系統(tǒng)10/28/202239圖1-9半閉環(huán)控制系統(tǒng)10/22/202239

三、按加工工藝類型的分類

1.普通數(shù)控機(jī)床

2.數(shù)控加工中心

3金屬成型類數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床一樣，有車、銑、鉆、鏜、磨床等，與通用機(jī)床不同的是他能加工具有復(fù)雜形狀的零件。這是一種在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個刀具庫和自動換刀裝置而構(gòu)成的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)。10/28/202240三、按加工工藝類型的分類1.4.數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床。10/28/2022414.數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控線切割機(jī)四、按用數(shù)控裝置的類型分類

1、硬件式數(shù)控機(jī)床

2、軟件式數(shù)控機(jī)床使用硬件式數(shù)控裝置。改變或增、減控制、運(yùn)算功能時，需要改變數(shù)控裝置的硬件電路。通用性、靈活性差，制造周期長，成本高。使用計算機(jī)數(shù)控裝置。主要功能由系統(tǒng)軟件來完成。無需改變系統(tǒng)硬件，只需改變系統(tǒng)軟件，即可改變系統(tǒng)功能。10/28/202242四、按用數(shù)控裝置的類型分類1、硬件式數(shù)五、按用數(shù)控裝置的功能水平分類可以根據(jù)一些功能和指標(biāo)將數(shù)控機(jī)床分為低、中、高檔三類。其中中、高檔稱為全功能數(shù)控或標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控屬于低檔數(shù)控，由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成數(shù)控系統(tǒng)，功能簡單，價格低。課堂小結(jié)：

通過本次課的教學(xué)，學(xué)生必須明確什么是數(shù)控？什么是數(shù)控機(jī)床？通過對普通機(jī)床的比較，得出數(shù)控機(jī)床的特點及加工對象。在理解的基礎(chǔ)上牢記數(shù)控機(jī)床的組成及分類。10/28/202243五、按用數(shù)控裝置的功能水平分類可以根據(jù)一些功能和指標(biāo)將數(shù)作業(yè)1、什么是數(shù)控技術(shù)？有何特點？2、簡述數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理？3、簡述數(shù)控機(jī)床的類型？10/28/202244作業(yè)1、什么是數(shù)控技術(shù)？有何特點？10/22/2022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10/28/202245現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)羅圓智10/22/20221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，200010/28/202246主要參考書10/22/20222教學(xué)方法與考核方式教學(xué)方法課堂教學(xué)實驗教學(xué)自學(xué)專題講座考核方式考試（70%）平時成績（20%）讀書報告課堂提問實驗報告（10%）10/28/202247教學(xué)方法與考核方式教學(xué)方法考核方式10/22/20223

§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)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程中進(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)動裝置等組成。10/28/202248§1-1數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念

數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機(jī)床。它綜合了綜合了計算機(jī)、自動控制、精密測量、機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計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）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5、計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。10/28/202249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7、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步滿足超精密，超高速。6、加工中心MC：數(shù)控機(jī)床配有刀具庫和自動換刀裝置就構(gòu)成加工中心，它可以一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。

10/28/2022507、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步滿足超精密，超高速驅(qū)動桿機(jī)架

動平臺主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性夾具工件靜平臺圖1-1并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

驅(qū)動并聯(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。10/28/202251驅(qū)動桿機(jī)架動平臺主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性夾具工件靜平§1-2現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點和發(fā)展趨勢一、特點1.對加工對象的適應(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。10/28/202252§1-2現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點和發(fā)展趨勢一、特點1.對

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強(qiáng)度、實現(xiàn)加工自動化和操作簡單化，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和有利于向高級計算機(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)過適當(dāng)培訓(xùn)的零件編程員。缺點：1.造價相對較高。2.測試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人才。10/28/2022535.數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。4.

二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

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，大力推進(jìn)以縮短加工過程鏈為目標(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，通過對制造系統(tǒng)的快速重組實現(xiàn)敏捷和經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)不確定市場對產(chǎn)品多變地要求。10/28/202254二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢１．高速度:以

5．高環(huán)保：機(jī)床地綠色設(shè)計與制造以重視環(huán)保的凈潔生產(chǎn)為重點，干切削或微量切削液的高效加工技術(shù)日趨成熟。4．高精度：數(shù)控車、銑、磨等機(jī)床地工作精度正以平均每年提升8%～10%地幅度向納米級精度邁進(jìn)。10/28/2022555．高環(huán)保：機(jī)床地綠色設(shè)計與制造以重視環(huán)保的凈

三、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷史

1952年，三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床的系統(tǒng)研究成功。電子管元件、晶體管元件、集成電路數(shù)控系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路及小型計算機(jī)和，微處理機(jī)和微型計算機(jī)。數(shù)控加工中心（machiningcenter）的出現(xiàn)使單機(jī)數(shù)控自動化向計算機(jī)控制的多機(jī)制造系統(tǒng)自動化方向發(fā)展。10/28/202256三、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷隨著計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DNC）、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。先進(jìn)制造技術(shù)

1．快速原型法（又稱快速成形法）

2．虛擬制造技術(shù)

3．柔性制造系統(tǒng)(FMS)4．柔性制造單元（FMC）

5．計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)10/28/202257隨著計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)

DNC系統(tǒng)是用一臺計算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。計算機(jī)將一組數(shù)控機(jī)床與存儲有零件加工程序和機(jī)床控制程序的公共存儲器相連接，根據(jù)加工要求想向機(jī)床分配數(shù)據(jù)和指令。DNC系統(tǒng)可分為間接控制型和直接控制型兩種。

10/28/2022582、直接數(shù)字控制系統(tǒng)DNC系統(tǒng)是用一臺計算機(jī)直接控制和管理（1）、間接控制型系統(tǒng)

10/28/202259（1）、間接控制型系統(tǒng)10/22/202215（2）、直接控制型系統(tǒng)

10/28/202260（2）、直接控制型系統(tǒng)10/22/2022163、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)

（1）、柔性制造單元：由中心控制計算機(jī)、加工中心與自動交換工件（AWC、APC）裝置所組成。

中心控制計算機(jī)負(fù)責(zé)作業(yè)調(diào)度、自動檢測與工況自動監(jiān)控等功能。10/28/2022613、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)（1）、柔性制造單元：由中（2）、柔性制造系統(tǒng)

一般由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成。

加工系統(tǒng)：由CNC機(jī)床按DNC的控制方式構(gòu)成。系統(tǒng)中的機(jī)床，有互補(bǔ)和互替兩種配置原則：互補(bǔ)是指在系統(tǒng)中配置有完成不同工序的機(jī)床；互替是指在系統(tǒng)中配置有相同功能的機(jī)床。

10/28/202262（2）、柔性制造系統(tǒng)一般由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個子系統(tǒng)。刀具系統(tǒng)設(shè)有中央刀庫，由機(jī)器人在中央和各機(jī)床的刀庫之間進(jìn)行輸送和交換刀具。工件系統(tǒng)包括工件、夾具的輸送、裝卸以及倉儲等裝置。

10/28/202263物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個子系統(tǒng)。10/22/20221910/28/20226410/22/202220信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動控制，在線狀態(tài)監(jiān)控及其數(shù)據(jù)和信息處理，以及故障在線檢測和處理等。

10/28/202265信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動控制，4、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS采用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)將制造工廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來。CIMS將計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造(CAM)、計算機(jī)輔助管理集成在一起。10/28/2022664、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS采用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)將制造工廠§1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成一、組成10/28/202267§1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成一、組成10/22/20程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動及位置檢測輔助控制即強(qiáng)電控制裝置機(jī)床主運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)給運(yùn)動機(jī)構(gòu)輔助動作機(jī)構(gòu)圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成框圖10/28/202268程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動及位置檢測輔助控制即強(qiáng)10/28/20226910/22/202225（一）程序編制及程序載體

數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動加工零件的工作指令。即把加工零件的所有運(yùn)動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息，按規(guī)定的方法、格式和代碼，所編制的程序。程序載體存放程序以便輸入到數(shù)控裝置的裝置。（二）輸入裝置將所輸入的程序載體上的數(shù)控程序變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。（三）數(shù)控裝置及強(qiáng)電控制裝置

數(shù)控裝置是接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出指令控制機(jī)床的各個部分，按程序動作的裝置。10/28/202270（一）程序編制及程序載體數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自（四）伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置監(jiān)測裝置（五）機(jī)床的機(jī)械部件

強(qiáng)電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。其主要作用是編譯、判斷和功率放大。

伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成，并與機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。

機(jī)械部件包括主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件、床身、冷卻、定位夾緊裝置等。10/28/202271（四）伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置監(jiān)測裝置（五）機(jī)床的機(jī)械部件二、工作原理圖1-2數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊加工圖樣編程機(jī)穿孔機(jī)或存儲裝置穿孔帶、磁盤等輸入裝置數(shù)控裝置隨動進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)床10/28/202272二、工作原理圖1-2數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊加工圖樣編

§1-4數(shù)控機(jī)床的分類一、按機(jī)床運(yùn)動軌跡分類1.點位控制數(shù)控機(jī)床為點到點控制，只要刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置的控制方式，稱為點位控制。這類機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床等。10/28/202273§1-4數(shù)控機(jī)床的分類圖1-3點位控制加工原理圖10/28/202274圖1-3點位控制加工原理圖10/22/2022302.直線控制數(shù)控機(jī)床圖1-4直線控制的加工原理圖除點到點的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點之間移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有23個可控坐標(biāo)軸，但同時控制的坐標(biāo)軸只有一個。10/28/2022752.直線控制數(shù)控機(jī)床圖1-4直線控制的3.輪廓控制的數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€或兩個以上運(yùn)動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可進(jìn)行曲線或曲面的加工。圖1-52軸控制，同時控制兩個坐標(biāo)10/28/2022763.輪廓控制的數(shù)控機(jī)床3軸聯(lián)動，(3軸控制)4軸控制

圖1-6多軸聯(lián)動數(shù)控加工的原理圖5軸聯(lián)動加工5軸聯(lián)動加工10/28/2022773軸聯(lián)動，(3軸控制)4軸控制圖1-6多軸聯(lián)二、按伺服系統(tǒng)分類1.開環(huán)伺服數(shù)控機(jī)床

開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng).

其特點: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。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。10/28/202278二、按伺服系統(tǒng)分類1.開環(huán)伺服數(shù)控機(jī)床圖1-7開環(huán)控制系統(tǒng)10/28/202279圖1-7開環(huán)控制系統(tǒng)10/22/2022351）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，使移動部件按照實際的要求運(yùn)動，最終實現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因為把機(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)。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