數(shù)控加工技術(shù)第一章概述

數(shù)控技術(shù)福建工程學(xué)院

賈敏忠教育科學(xué)“十五”國家規(guī)劃課題研究成果第1章數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識數(shù)控技術(shù)概述數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢1.1數(shù)控機(jī)床概述

1.1.1、數(shù)控技術(shù)基本概念1、數(shù)控技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床

數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（NumericalControl----NC）是利用數(shù)字化信息對機(jī)械運(yùn)動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。

數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）：用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息控制的硬件與軟件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng)。其核心是數(shù)控裝置（NumericalController）.

數(shù)控機(jī)床：采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床概述

一、數(shù)控技術(shù)基本概念2、NC機(jī)床與程控機(jī)床

機(jī)床的自動控制包括三方面：1）機(jī)床動作順序的程序控制（PLC控制）2）主電機(jī)和輔助電動機(jī)的起動停止、變速、冷卻、潤滑、排屑、自動換刀等輔助機(jī)能的控制。3）刀具（或坐標(biāo)）移動軌跡的控制。

總結(jié):1.1.1、數(shù)控技術(shù)基本概念幾個名稱NC機(jī)床加工中心FMCFMSCIMS二、數(shù)控系統(tǒng)及其組成1、數(shù)控機(jī)床的組成普通機(jī)床演變?yōu)閿?shù)控機(jī)床普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床的組成二、數(shù)控系統(tǒng)及其組成2、數(shù)控系統(tǒng)的基本組成

數(shù)控系統(tǒng)的主要控制對象是坐標(biāo)軸的位移，控制信息主要來源于數(shù)控加工或運(yùn)動控制程序。

基本組成：程序輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動。數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床由信息輸入、信息運(yùn)算及控制、伺服驅(qū)動和位置檢測反饋、機(jī)床本體、機(jī)電接口等五大部分組成。脈沖當(dāng)量的概念：一個脈沖機(jī)械部件對應(yīng)的位移量。第二節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的分類類一、按按運(yùn)動動控制制的特特點(diǎn)分分類二、按按坐標(biāo)標(biāo)軸數(shù)數(shù)數(shù)目目分類類三、按按伺服服系統(tǒng)統(tǒng)的類類型分分類四、按按工藝藝方法法分類類五、按按功能能水平平分類類：：高高檔檔、中中檔、、低低檔（（經(jīng)濟(jì)濟(jì)型））一、按按運(yùn)動動控制制的特特點(diǎn)分分類點(diǎn)位控控制數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床:直線控控制數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床：：輪輪廓廓控制制的數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床：二、按按坐標(biāo)標(biāo)軸數(shù)數(shù)數(shù)目目分類類兩坐標(biāo)標(biāo)數(shù)控控機(jī)床床兩個半半坐標(biāo)標(biāo)數(shù)控控機(jī)床床三坐標(biāo)標(biāo)數(shù)控控機(jī)床床多坐標(biāo)標(biāo)數(shù)控控機(jī)床床三、按按伺服服系統(tǒng)統(tǒng)的類類型分分類開環(huán)控控制的的數(shù)控控機(jī)床床閉環(huán)控控制的的數(shù)控控機(jī)床床半閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)控制制只能用用步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)四、按按工藝藝方法法分類類金屬切切削類類數(shù)控控機(jī)床床金屬成成型類類及特特種加加工類類數(shù)控控機(jī)床床金屬切切削類類數(shù)控控機(jī)床床包括括數(shù)控控車床床、數(shù)數(shù)控鉆鉆床、、數(shù)控控銑床床、數(shù)數(shù)控磨磨床、、數(shù)控控鏜床床以及及加工工中心心。金屬成成型類類數(shù)控控機(jī)床床包括括數(shù)控控折彎彎機(jī)、、數(shù)控控組合合沖床床和數(shù)數(shù)控回回轉(zhuǎn)頭頭壓力力機(jī)等等。數(shù)控特特種加加工機(jī)機(jī)床如如數(shù)控控線（（電極極）切切割機(jī)機(jī)床、、數(shù)控控電火火花加加工機(jī)機(jī)床、、火焰焰切割割機(jī)和和數(shù)控控激光光切割割機(jī)床床等。。五、按按功能能水平平分類類：：高高檔檔、中中檔、、低低檔（（經(jīng)濟(jì)濟(jì)型））第三節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的技術(shù)術(shù)指標(biāo)標(biāo)1.規(guī)格指指標(biāo):指數(shù)控控機(jī)床床的基基本能能力指指標(biāo)，，主要要包括括行程范圍:工作臺面尺寸:承載能力:控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù):機(jī)床能能加工工零件件的最最大重重量機(jī)床安安裝工工件的的最大大范圍圍機(jī)床允允許的的加工工空間間控制軸軸數(shù):機(jī)床數(shù)數(shù)控裝裝置能夠控制的的進(jìn)給給軸數(shù)數(shù)目聯(lián)動軸軸數(shù):機(jī)床數(shù)數(shù)控裝裝置同時控制的的進(jìn)給給軸數(shù)數(shù)目：：如2軸、2.5軸、3軸、4軸、5軸控制制等第三節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的技術(shù)術(shù)指標(biāo)標(biāo)2.精度指指標(biāo):機(jī)床的的移動動部件件沿某某一坐坐標(biāo)軸軸運(yùn)動動時實(shí)實(shí)際值值與給給定值值的接接近程程度同一臺臺數(shù)控控機(jī)床床上應(yīng)應(yīng)用相相同程程序、、相同同代碼碼加工工一批批零件件所得得到結(jié)結(jié)果的的一致致性分度工工作臺臺在分分度時時指令令要求求回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的角角度值值和實(shí)實(shí)際回回轉(zhuǎn)的的角度度值的的差值值定位精度:重復(fù)定位精度:分度精度:機(jī)床移動部件位置精度第三節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的技術(shù)術(shù)指標(biāo)標(biāo)3.性能指指標(biāo):最大主主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速:最高快快移速速度和和最高高進(jìn)給給速度度:最高快快移速速度指指進(jìn)給給軸在在非加工工狀態(tài)態(tài)下的最最高移移動速速度主軸所所能達(dá)達(dá)到的的最高高轉(zhuǎn)速速，是是影影響零零件表面加加工質(zhì)質(zhì)量、、生產(chǎn)產(chǎn)率、、刀具具壽命命的主要要因素素最高進(jìn)進(jìn)給速速度指指進(jìn)給給軸在在加工狀狀態(tài)下的最最高移移動速速度第三節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的技術(shù)術(shù)指標(biāo)標(biāo)可以測測量的的最小小增量量（對對測量量系統(tǒng)統(tǒng)而言言）可以控控制的的最小小位移移增量量（對對控制制系統(tǒng)統(tǒng)而言言）脈沖當(dāng)當(dāng)量：：分辨率：

數(shù)控裝裝置每每發(fā)出出一個個脈沖沖信號號，反反映到到機(jī)床床移動動部件件上的的移動動量。。例：0.001mm脈沖當(dāng)當(dāng)量越越小，，數(shù)控控機(jī)床床的加加工精精度和和加工工表面面質(zhì)量量越高高分辨率率（Resolution）與脈脈沖當(dāng)當(dāng)量:0.01mm、0.001mm、0.1μm、0.01μμm；第五節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床的的發(fā)展展趨勢勢隨著計計算機(jī)機(jī)技術(shù)術(shù)的發(fā)發(fā)展，，數(shù)控控技術(shù)術(shù)不斷斷采用用計算算機(jī)、、控制制理論論等領(lǐng)領(lǐng)域的的最新新技術(shù)術(shù)成就就，使使其朝朝著下下述方方向發(fā)發(fā)展。。運(yùn)行高高速化化和加加工高高精化化功能復(fù)復(fù)合化化控制智智能化化體系開開放化化驅(qū)動并并聯(lián)化化交互網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化化造型宜宜人化化1、趨勢勢——運(yùn)行高高速化化進(jìn)給、、主軸軸、刀刀具交交換、、托盤盤交換換等實(shí)實(shí)現(xiàn)高高速化化，并并具有有高加加（減減）速速度。。進(jìn)給率率高速速化：：在分辨辨率為為1m時，F(xiàn)max=240m/min，可獲獲得復(fù)復(fù)雜型型面的的精確確加工工；在程序序段長長度為為1mm時，F(xiàn)max=30m/min，并且且具有有1.5g的加減減速率率；LinearMotor在高效效加工工中心心上達(dá)達(dá)到90m/min的快移移速度度和1g的加速速度。。直線電電機(jī)作作為高高效驅(qū)驅(qū)動元元件正正被廣廣為應(yīng)應(yīng)用，，尤其其在激激光切切割和和高速速加工工中。。換刀速速度0.9秒（刀刀到刀刀）2.8秒（切切削到到切削削）工作臺臺（托托盤））交換換速度度6.3秒。主軸高高速化化：采用電電主軸軸（內(nèi)內(nèi)裝式式主軸軸電機(jī)機(jī)），，主軸軸電機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸軸就是是主軸軸部件件。主軸最最高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)達(dá)200000r/min。主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的的最高高加（（減））速為為1.0g，即僅僅需1.8秒即可可從0提速到到15000r/min。SpindleMotor高速加加工：：控制制、伺伺服驅(qū)驅(qū)動、、主軸軸、刀刀具、、軸承承、導(dǎo)導(dǎo)軌、、絲杠杠、卡卡盤、、夾具具、冷冷卻2、趨勢勢——加工高高精化化提高機(jī)機(jī)械的的制造造和裝裝配精精度；；提高高數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)的控控制精精度；；采用用誤差差補(bǔ)償償技術(shù)術(shù)。IC制造裝裝備、、納米米控制制。提高CNC系統(tǒng)控控制精精度：：采用高速插插補(bǔ)技術(shù)，，以微小程程序段實(shí)現(xiàn)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給給，使CNC控制單位精精細(xì)化；采用高分辨辨率位置檢檢測裝置，，提高位置置檢測精度度（日本交交流伺服電電機(jī)已有裝裝上106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位位置檢測器器，其位置置檢測精度度能達(dá)到0.01m/脈沖）位置伺服系系統(tǒng)采用前前饋控制與與非線性控控制等方法法。采用誤差補(bǔ)補(bǔ)償技術(shù)：：采用反向間間隙補(bǔ)償、、絲桿螺距距誤差補(bǔ)償償和刀具誤誤差補(bǔ)償?shù)鹊燃夹g(shù);設(shè)備的熱變變形誤差補(bǔ)補(bǔ)償和空間間誤差的綜綜合補(bǔ)償技技術(shù)。研究究表明，綜綜合誤差補(bǔ)補(bǔ)償技術(shù)的的應(yīng)用可將將加工誤差差減少60％～80％。三井精精機(jī)的JidicH5D型超精密臥臥式加工中中心的定位位精度為±0.1m。高精加工：：控制、伺伺服驅(qū)動、、主軸、刀刀具、傳感感器、軸承承、導(dǎo)軌、、絲杠、夾夾具、冷卻卻3、趨勢——控制智能化化隨著人工智智能技術(shù)的的不斷發(fā)展展，為滿足足制造業(yè)生生產(chǎn)柔性化化、制造自自動化發(fā)展展需求，數(shù)數(shù)控技術(shù)智智能化程度度不斷提高高，體現(xiàn)在在：加工過程自自適應(yīng)控制制技術(shù)：通過監(jiān)測主軸和進(jìn)給給電機(jī)的功功率、電流流、電壓等等信息，辯識出刀具的受受力、磨損損以及破損損狀態(tài)，機(jī)機(jī)床加工的的穩(wěn)定性狀狀態(tài)；并實(shí)實(shí)時修調(diào)加工參數(shù)（（主軸轉(zhuǎn)速速，進(jìn)給速速度）和加加工指令，，使設(shè)備處處于最佳運(yùn)運(yùn)行狀態(tài)，，以提高加工精度、、降低工件件表面粗糙糙度以及設(shè)設(shè)備運(yùn)行的的安全性。。加工參數(shù)的的智能優(yōu)化:將零件加工工的一般規(guī)規(guī)律、特殊殊工藝經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，用現(xiàn)代代智能方法法，構(gòu)造基于專家系系統(tǒng)或基于于模型的“加工參數(shù)的的智能優(yōu)化化與選擇器器”，獲得優(yōu)化的加工工參數(shù)，提高編程效率和和加工工藝藝水平，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時時間。使加加工系統(tǒng)始始終處于較較合理和較較經(jīng)濟(jì)的工工作狀態(tài)。。智能化交流流伺服驅(qū)動動裝置：自動識別負(fù)負(fù)載、自動動調(diào)整控制制參數(shù)，包包括智能主主軸和智能能化進(jìn)給伺伺服裝置，，使驅(qū)動系系統(tǒng)獲得最最佳運(yùn)行。。智能故障診診斷與自修修復(fù)技術(shù)智能故障診診斷技術(shù)：：根據(jù)已有有的故障信信息，應(yīng)用用現(xiàn)代智能能方法，實(shí)實(shí)現(xiàn)故障快速準(zhǔn)確定定位。智能故障自自修復(fù)技術(shù)術(shù)：根據(jù)診診斷故障原原因和部位位，以自動排除故故障或指導(dǎo)導(dǎo)故障的排排除技術(shù)。集故故障自診斷斷、自排除除、自恢復(fù)復(fù)、自調(diào)節(jié)節(jié)于一體，，貫穿于全全生命周期期。智能故障診診斷技術(shù)在在有些數(shù)控控系統(tǒng)中已已有應(yīng)用，，智能化自自修復(fù)技術(shù)術(shù)還在研究究之中。4、趨勢——功能復(fù)合化化復(fù)合化：在一臺設(shè)備備上實(shí)現(xiàn)多多種工藝步步驟的加工工，縮短加加工鏈車銑復(fù)合—車削中心（（ATC，動力刀頭頭）；鏜銑鉆復(fù)合合—加工中心（（ATC）、五面加加工中心（（ATC，主軸立臥臥轉(zhuǎn)換）；；銑鏜鉆車復(fù)復(fù)合—復(fù)合加工中中心；可更換主軸軸箱的數(shù)控控機(jī)床—組合加工中中心；集車削和激激光加工于于一體的機(jī)機(jī)床；測量/制造復(fù)合，，在加工后后對工件進(jìn)進(jìn)行在線測測量多功能復(fù)合合化機(jī)床消消除了車床床、銑床、、磨床、激激光設(shè)備等等之間的傳傳統(tǒng)差異。。CAD、CAM、CNC三者關(guān)系圖圖CAD/CAM/CNC智能4M數(shù)控系統(tǒng)：：將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機(jī)器操作作(Manipulator)四者（即4M）融合在一一個系統(tǒng)中中，實(shí)現(xiàn)信信息共享、、快速制造造、快速檢檢測和快速速響應(yīng)。5、趨勢——交互網(wǎng)絡(luò)化化支持網(wǎng)絡(luò)通通訊協(xié)議，，既滿足單單機(jī)DNC需要，又能能滿足FMC、FMS、CIMS、靈捷制造造TEAM（technologyenablingagilemanufacture）對基層設(shè)設(shè)備集成要要求的數(shù)控控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)資源共共享。數(shù)控機(jī)床的的遠(yuǎn)程（網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)）控制制。數(shù)控機(jī)床故故障的遠(yuǎn)程程（網(wǎng)絡(luò)））診斷。數(shù)控機(jī)床的的遠(yuǎn)程（網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)）培訓(xùn)訓(xùn)與教學(xué)（（網(wǎng)絡(luò)數(shù)控控）數(shù)控系統(tǒng)中中采用網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與光纖通通訊技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和和I/O的控制是數(shù)數(shù)控技術(shù)的的發(fā)展方向向。數(shù)控中：德德國Intrtamat的SERCOS、美國DELTATAU的Mcro-Link、日本FANUC的SERVO-Link、日本三菱菱的Tro-Link等。由于技術(shù)封封鎖等原因因，各系統(tǒng)統(tǒng)中光纖通通訊采用的的協(xié)議沒有有兼容性和和互換性，，要求伺服服驅(qū)動器以以及I/O模塊必須具具有相應(yīng)協(xié)協(xié)議的光纖纖通訊接口口，這樣的的系統(tǒng)軟硬硬件開放性性較差，而而且系統(tǒng)的的成本也較較高。另外的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通訊協(xié)議議：ARCNET、CANBus、Profibus、USB、IEEE1394。IEEE1394的前身即FireWire，是1986年由蘋果電電腦公司針針對高速數(shù)數(shù)據(jù)傳輸所所開發(fā)的一一種串行數(shù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)協(xié)議，并于于1995年獲得美國國電機(jī)電子子工程師協(xié)協(xié)會認(rèn)可成成為正式新新標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在大家看看到的IEEE1394、FireWire和i.LINK其實(shí)指的都都是這個標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，通常常，在PC個人計算機(jī)機(jī)領(lǐng)域?qū)⑺Q為IEEE1394，在電子消消費(fèi)品領(lǐng)