數(shù)控機(jī)床與編程01

數(shù)控機(jī)床與編程主講人：安治國第1章概述1.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展1.2數(shù)控機(jī)床的組成及工作過程1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1.4數(shù)控機(jī)床的分類1.5

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1.6數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)

數(shù)控、數(shù)控機(jī)床與數(shù)控加工數(shù)字控制：是以數(shù)字化信號對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程進(jìn)行控制的一種方法。簡稱為數(shù)控（NC）。數(shù)控機(jī)床：指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床。數(shù)控加工：泛指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝過程。1）制造技術(shù)的自動化：

產(chǎn)品設(shè)計自動化例CAD、CAPP、CAM，

企業(yè)管理自動化例ERP，

加工自動化例現(xiàn)場總線、CNC、DNC；

質(zhì)量控制過程自動化

第1章概述1.1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展ERP（EnterpriseResourcePlanning)，企業(yè)資源計劃是一種主要面向制造行業(yè)進(jìn)行物質(zhì)資源、資金資源和信息資源集成一體化管理的企業(yè)信息管理系統(tǒng)。通過運(yùn)用ERP，企業(yè)能夠利用計算機(jī)對企業(yè)的資金、貨物、人員和信息等資源進(jìn)行自動化管理，具有制造，辦公操作，供應(yīng)鏈管理，人力資源管理，項(xiàng)目管理，財務(wù)與管理，客戶服務(wù)，銷售與市場營銷等商業(yè)功能。企業(yè)資源計劃對于在企業(yè)高度普及計算機(jī)輔助管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理信息化和自動化，提高工作效率和增強(qiáng)快速反應(yīng)能力，都具有十分重要的意義。

現(xiàn)場總線是指以工廠內(nèi)的測量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來這些機(jī)器間的主體配線是ON/OFF、接點(diǎn)信號和模擬信號，通過通訊的數(shù)字化，使時間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線（配線的共享）。DNC是DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl英文一詞的縮寫,

DNC最早是指分布式數(shù)控系統(tǒng)（DistributedNumericalControl），其含義是用一臺大型計算機(jī)同時控制幾臺數(shù)控機(jī)床。后來隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)由NC（NumericalControl）發(fā)展為CNC

（ComputerNumericalControl計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)），每一臺數(shù)控機(jī)床由一臺計算機(jī)（CNC系統(tǒng)）來控制,所以過去的DNC概念已失去意義?，F(xiàn)在的CNC系統(tǒng)功能已非常完善，有很多CNC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一邊接收NC程序一邊進(jìn)行切削加工，這就是所謂的DNC(DirectNumericalControl)，但不是所有的CNC系統(tǒng)都支持這一功能，有一些系統(tǒng)只是先將接收的加工程序存儲在系統(tǒng)內(nèi)存(Memory)里，而不能同時進(jìn)行切削加工，這種傳輸形式一般叫塊BLOCK)傳輸。第1章概述2）制造系統(tǒng)自動化

：

CIMS

FMS

1.1.1計算機(jī)數(shù)字控制裝置

（Computerizednumericalcontrol裝置,CNC）第1章概述

1.CNC系統(tǒng)由軟件和硬件共同完成數(shù)控任務(wù)2.CNC裝置——數(shù)控系統(tǒng)核心

第1章概述●主要工作：

1）程序輸入

2）譯碼

3）刀具補(bǔ)償

4）速度規(guī)劃

第1章概述●主要工作：

5）插補(bǔ)運(yùn)算

6）位置控制

7）I/O處理

8）顯示

9）診斷

●

CNC裝置的的主要功能與特點(diǎn)

1）控制功能

2）

準(zhǔn)備功能

3）插補(bǔ)功能

4）固定循環(huán)功能

5）進(jìn)給功能第1章概述

1.1.2

柔性制造系統(tǒng)

（flexiblemanufacturingsystem,FMS）第1章概述能迅速響應(yīng)市場需求而相應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)品種；由若干臺數(shù)控設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)組成的；根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整。定義

第1章概述主要特點(diǎn)級別與適用范圍組成與結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢

FMS兩個主要特點(diǎn)第1章概述設(shè)備柔性工業(yè)柔性產(chǎn)品柔性工序柔性1）柔性：

第1章概述運(yùn)行柔性批量柔性擴(kuò)展柔性生產(chǎn)柔性FMS兩個主要特點(diǎn)1）柔性：

第1章概述目標(biāo)：降低生產(chǎn)成本提高市場影響能力提高產(chǎn)品質(zhì)量降低勞動強(qiáng)度改善環(huán)境2）

自動化

級別與適用范圍1.柔性制造模塊（flexiblemanufacturingmodule,FMM）第1章概述2.柔性制造單元

（flexiblemanufacturingcell,FMC）

級別與適用范圍第1章概述3.柔性制造系統(tǒng)

（flexiblemanufacturingsystem,FMS）4.柔性制造生產(chǎn)線

（flexiblemanufacturingline,FML）5.柔性制造工廠

（flexiblemanufacturingfactory,FMF）

組成與結(jié)構(gòu)

第1章概述

圖1.1FMS的組成框圖及功能特征

發(fā)展趨勢1)向小型化、單元化方向發(fā)展第1章概述2)向規(guī)?；?、集成化方向發(fā)展3)單項(xiàng)技術(shù)性能與系統(tǒng)性能不斷提高4）重視人的因素

1.1.3

計算機(jī)集成制造系統(tǒng)1．計算機(jī)集成制造

（computerintegratedmanufacturing,CIM）

概念的提出

1)

1952年第一臺數(shù)控機(jī)床誕生

2)1963年幾何造型CAD系統(tǒng)首先在美國研制成功

3)1967年出現(xiàn)了第一套柔性制造系統(tǒng)

第1章概述

4)

1973年美國哈林頓博士提出計算機(jī)集成制造

5)1992年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義計算機(jī)集成制造定義

6)我國863計劃中CIMS主題第1章概述

第1章概述2．計算機(jī)集成制造系統(tǒng)

（computerintegratedmanufacturingSYSTEM,CIMS）

概念的提出

指將CIM具體應(yīng)用到一個企業(yè)，按照集成思想構(gòu)成的一個具體的系統(tǒng)，是整個制造過程信息采集、傳遞加工處理的過程。

第1章概述圖1.2計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的邏輯關(guān)系

第1章概述圖1.3計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)3．計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)

第1章概述3．計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）簡化系統(tǒng)及其操作，使其具有贏得全球性市場的能力。

2）采用動態(tài)多變的組織結(jié)構(gòu)和虛擬公司的形式，使其能快速響應(yīng)市場的變化

3）采用并行工程的方法，將產(chǎn)片的設(shè)計、制造、銷售、后勤保障和分配活動全部集成在一起。

4）以用戶為核心，盡可能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高質(zhì)量、降低成本，并最大限度滿足用戶要求。

5）強(qiáng)調(diào)人的作用，強(qiáng)調(diào)技術(shù)、組織和人的全面集成。

1.1.4

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史第1章概述1）數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，而且改型頻繁，需要機(jī)床滿足高性能、高精度和高自動化。1.原因—社會生產(chǎn)發(fā)展（軍備競賽的產(chǎn)物）

2.目的—解決單件、中小批量精密復(fù)雜零件的加工問題3.時間—1948(設(shè)想提出)1952（第一臺數(shù)控銑）1959（第一臺加工中心）1967(英國FMS)20世紀(jì)八十年代末（CIMS）21世紀(jì)

第1章概述1）數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

1946年第一臺電子計算機(jī)問世，奠定了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的基礎(chǔ)

1948年產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床的設(shè)想

1949年美國開始研制

1952年第一臺三坐標(biāo)鏜銑床試制成功

第1章概述2）數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史

（1）硬件直接數(shù)控（NC）：

1952年電子管

1959年晶體管

1965年集成電路第1章概述2）數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史

（2）計算機(jī)軟件數(shù)控：

1968年小型計算機(jī)

1974年微處理器

基于工控PC機(jī)的通用型CNC系統(tǒng)

我國1958年研制了第一臺數(shù)控機(jī)床主要的數(shù)控系統(tǒng)廠家德國西門子公司（Siemens）德國德馬吉公司（DMG）日本發(fā)那克公司（Fanuc）西班牙發(fā)格公司（Fagor）日本大隗公司（Okuma）日本三菱公司（Mitsubishi）

第1章概述3）數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量情況

在數(shù)控系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代的同時，數(shù)控機(jī)床的品種得以不斷發(fā)展完善，幾乎所有品種的機(jī)床都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。

第1章概述1.4.5數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢與研究方向1）高精度化

數(shù)控機(jī)床制造的幾何精度和機(jī)床使用的幾何精度兩個方面。

普通加工和精密加工的精度將提高幾倍，超精度加工進(jìn)入納米時代。

第1章概述2）高可靠性衡量可靠性的重要的量化指標(biāo)是平均無故障時間（MTBF）數(shù)控系統(tǒng)的MTBF值的提高數(shù)控機(jī)床整機(jī)的可靠性水平的提高

第1章概述3）高柔性化適應(yīng)加工對象變化的能力。向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。

第1章概述4）復(fù)合化工序復(fù)合化和功能復(fù)合化車、銑、鏜、鉆工序集中到一臺機(jī)床沖孔、成形與激光切割復(fù)合機(jī)床等離子加工與沖壓復(fù)合機(jī)床

第1章概述5）高速度化提高切削速度和減少輔助時間提高主軸轉(zhuǎn)速，減少非切削時間，提高快速移動速度、縮短換刀時間及工作臺交換時間?？s短換刀時間和工作臺交換時間。

第1章概述6）設(shè)計CAD和宜人化設(shè)計方案選擇，整機(jī)的靜、動態(tài)特性的分析，計算，預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計，對整機(jī)各工作部件進(jìn)行動態(tài)仿真。

將功能設(shè)計與美學(xué)設(shè)計有機(jī)地結(jié)合在一起，技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、文化、藝術(shù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

第1章概述7）制造系統(tǒng)自動化

提高自動編程，自動換刀，自動上下料，自動加工

自動檢測，自動監(jiān)控，自動診斷，自動對刀，自動傳輸，自動調(diào)度，自動管理，

提高標(biāo)準(zhǔn)化和進(jìn)線的適應(yīng)能力，達(dá)到“無人化”管理正常生產(chǎn)的目標(biāo)。

第1章概述1.2數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)及工作過程

1.2.1主要結(jié)構(gòu)第1章概述1.2數(shù)控機(jī)床的組成及工作過程信息輸入

2)數(shù)控裝置

3)伺服驅(qū)動裝置及檢測反饋裝置

4)機(jī)床本體

5)機(jī)電接口x-y數(shù)控拖板變頻主軸機(jī)床本體數(shù)控系統(tǒng)及其操作面板行程開關(guān)控制電柜Z軸伺服電機(jī)

數(shù)控機(jī)床的組成

第1章概述圖1.4數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床各部分的作用1.輸入裝置作用：輸入程序（人機(jī)）、控制參數(shù)、補(bǔ)償量等方式：鍵盤輸入紙帶輸入（穿孔紙帶）磁盤輸入（硬盤、軟盤、U盤）網(wǎng)絡(luò)通訊(RS232、DNC、TCP/IP）2.數(shù)控裝置（NC)___數(shù)控機(jī)床大腦

作用：數(shù)控機(jī)床核心部件接受輸入信息運(yùn)算與處理(譯碼、運(yùn)算、邏輯處理)

產(chǎn)生輸出脈沖（動作、運(yùn)動指令）計算機(jī)的功能

CNC：計算機(jī)數(shù)字控制裝置CNC系統(tǒng)構(gòu)成CNC裝置控制軟件(軟件功能)硬件電路(硬件功能)主軸伺服單元主軸驅(qū)動裝置可編程控制器進(jìn)給伺服單元進(jìn)給驅(qū)動裝置測量裝置(位置\速度)程序操作面板輸入輸出設(shè)備機(jī)床M.S.T\輔助指令信號主軸電機(jī)主軸動作完成進(jìn)給動作PLC完成開關(guān)動作伺服驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)給電機(jī)電→機(jī)信號轉(zhuǎn)換\放大經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算,輸出各坐標(biāo)軸進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和位移量指令經(jīng)邏輯運(yùn)算,輸出主軸變速、換向和起停信號選擇和交換刀具的刀具指令信號輔助指令信號:冷卻、潤滑、夾經(jīng)緊、松開、分度等.控制信號3.伺服系統(tǒng)：數(shù)控機(jī)床的動力裝置

作用：接受數(shù)控裝置的輸出驅(qū)動與放大實(shí)現(xiàn)電→機(jī)轉(zhuǎn)換

第1章概述圖1.5數(shù)控機(jī)床的主要工作流程

1.2.2主要工作過程1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)第1章概述1.3.1

數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)(相對普通機(jī)床)自動化程度高

2)適應(yīng)性強(qiáng)

3)精度高

4)效率高

5)減輕勞動強(qiáng)度

6)有利用生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化不同加工方式示例

成型零件

成形車刀仿型加工靠模板數(shù)控加工

第1章概述1.3.2

CNC機(jī)床的特點(diǎn)(相對NC機(jī)床)柔性好

2)功能強(qiáng)

3)通用性好

4)可靠性高

5)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

1.4

數(shù)控機(jī)床的分類1.4.1

按伺服控制方式分類第1章概述1）開環(huán)控制圖1.6開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

第1章概述圖1.7閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖2）閉環(huán)控制系統(tǒng)

第1章概述圖1.8半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)

第1章概述1）

普通數(shù)控機(jī)床自動化程度高、精度高1.4.2按工藝用途分類數(shù)控機(jī)床：

車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機(jī)械加工方法，所謂機(jī)械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設(shè)備都稱為機(jī)床，數(shù)控機(jī)床就是在普通機(jī)床上發(fā)展過來的，數(shù)控的意思就是數(shù)字控制。

給機(jī)床裝上數(shù)控系統(tǒng)后，機(jī)床就成了數(shù)控機(jī)床。當(dāng)然，普通機(jī)床發(fā)展到數(shù)控機(jī)床不只是加裝系統(tǒng)這么簡單，例如：從銑床發(fā)展到加工中心，機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。

我們一般所說的數(shù)控設(shè)備，主要是指數(shù)控機(jī)床和加工中心。

2）

數(shù)控加工中心帶刀庫和自動接刀裝置的數(shù)控機(jī)床。加工中心

指備有刀庫，具有自動換刀功能，對工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。加工中心是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。因而大大減少了工件裝夾時間，測量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時間，對加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。

第1章概述3）

多坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床

可以加工復(fù)雜形狀的零件，來完成需要三個以上坐標(biāo)的合成才能加工的曲面形狀。

第1章概述4）數(shù)控特種加工機(jī)床

電火花加工機(jī)床

數(shù)控線切割機(jī)床

數(shù)控激光切割機(jī)床

電火花加工又稱放電加工（ElectricalDischargeMachining簡稱EDM）或電蝕加工，是一種通過工件和工具電極之間的脈沖放電而有控制地去除工件材料的加工方法。工件和工具電極間通常充有液體的電介質(zhì)（工作液）。利用這種方法進(jìn)行成形和穿孔加工。從70年代起，數(shù)控技術(shù)進(jìn)入成形加工領(lǐng)域并快速發(fā)展，數(shù)控電火花也隨之發(fā)展包括了電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花成形磨削、電火花同步回轉(zhuǎn)加工、電火花表面強(qiáng)化和刻字等加工方法。在機(jī)械加工中主要用電火花成形加工和電火花線切割加工。立柱式滑枕式龍門式

數(shù)控線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的工藝形式，基本原理是利用移動的線狀金屬絲（銅絲或鉬絲）作為工具電極（接高頻脈沖電源的負(fù)極），對工件（接高頻脈沖電源的正極）進(jìn)行脈沖火花放電而切割成所需的工件形狀與尺寸，故稱為又稱為數(shù)控電火花線切割。線切割加工時，線電極一方面相對于工件不斷地移動(慢速走絲是單向移動，快速走絲是往返移動)，另一方面，裝夾工件的十字工作臺，由數(shù)控伺服電動機(jī)驅(qū)動，在x、y軸方向?qū)崿F(xiàn)切割進(jìn)給，使線電極沿加工圖形的軌跡運(yùn)動對工件進(jìn)行切割加工，見圖所示。a）各種零件的加工b）冷沖凸模的加工d）棱錐體形件c）多孔窄縫加工

第1章概述1.4.3按機(jī)床的運(yùn)動軌跡分類

1）

點(diǎn)位控制系統(tǒng)指機(jī)床移動部件只能實(shí)現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確移動，在移動和定位過程中不進(jìn)行任何加工，機(jī)床移動部件的運(yùn)動路線并不影響加工的孔距精度。圖1.9數(shù)控鉆床工作原理

第1章概述圖1.9數(shù)控鉆床工作原理2）直線控制數(shù)控機(jī)床要求控制點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，要求控制刀具以一定的速度沿直線平行的方向進(jìn)行加工。

具有主軸轉(zhuǎn)速的選擇與控制、切削速度與刀具的選擇、循環(huán)加工等輔助功能3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€或兩個以上運(yùn)動坐標(biāo)的位移和速度同時進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制。具有插補(bǔ)運(yùn)算功能?？梢赃M(jìn)行各種斜線、圓弧、曲線的加工。

第1章概述舉例：數(shù)控鉆床

第1章概述舉例：數(shù)控坐標(biāo)鏜床

第1章概述舉例：數(shù)控彎管機(jī)

第1章概述舉例：