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（實驗成績10%，平時成績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)控機床（第三版），上海科學出版社，2003何學明等，數(shù)控技術(shù)，華中科技大學出版社，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)控機床的位置檢測與伺服控制第五章數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點2/6/20233第一章緒論第一節(jié)：概述第二節(jié)：數(shù)控機床的分類與應用第三節(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)字化的信息實現(xiàn)控制。

(ComputerNumericalControl,簡稱為CNC)，是指用計算機實現(xiàn)數(shù)控的功能3）數(shù)控機床

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

1.1.1

數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床2/6/20235

普通機床加工:對機床的控制都是由人工直接控制;自動機床、仿形機床加工:通過設(shè)計好的凸輪、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，而且工序準備時間也很長。數(shù)控機床加工：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床控制系控制系統(tǒng)中，再由其進行運算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機構(gòu)的指令信號，從而控制機床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加工出零件來。當更換加工對象時，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機床，即可由數(shù)控裝置控制加工的全過程。2.數(shù)控機床的產(chǎn)生2/6/20236數(shù)控機床加工視頻一2/6/20237數(shù)控機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)比較復雜的零件；需要頻繁改型的零件；價值昂貴，不允許報廢的關(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)控機床加工的主要對象2/6/202391.1.2數(shù)控機床的組成和工作過程數(shù)控機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；◆強電控制裝置；◆機床本體；◆伺服控制裝置；◆其他輔助控制裝置1.數(shù)控機床的組成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），另一種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置內(nèi)部的存儲器，加工時再從內(nèi)部存儲器中逐段逐段調(diào)出進行加工。數(shù)控裝置即CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心，主要由計算機（包括硬件與軟件）及接口組成。

數(shù)控裝置2/6/202311強電控制裝置數(shù)控機床的機電接口。

機床本體機床本體包括機床的主運動部件、進給運動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺（刀架）、導軌等。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)換成相應坐標軸的進給運動和精確定位運動。常用的伺服驅(qū)動器件有功率步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機等（包括相應的驅(qū)動電路）。

組成：伺服驅(qū)動單元+伺服電機+機械傳動環(huán)節(jié)。2/6/2023122數(shù)控機床的工作過程數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序數(shù)控機床的加工過程2/6/2023131.1.3數(shù)控機床涉及到的基本技術(shù)1精密機械技術(shù)2計算機及信息處理技術(shù)3自動控制理論和伺服驅(qū)動技術(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)控機床與普通機床加工零件的區(qū)別在于，數(shù)控機床是按照程序自動加工零件，而普通機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)控機床的如下幾條特點。1）數(shù)控機床是一種高度自動化、高效率、高精度的機床。2）數(shù)控機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)控機床的特點2/6/2023153）數(shù)控機床能夠加工很多普通機床難以完成或者根本無法實現(xiàn)的復雜曲面零件。4）數(shù)控機床的生產(chǎn)率高。5）一機多用，工序向度集中。6）數(shù)控機床是一種高新技術(shù)設(shè)備，它不僅價格較高，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)控機床的優(yōu)勢。

2/6/2023161金屬切削類數(shù)控機床金屬切削類數(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)控齒輪加工機床等。2金屬成形類數(shù)控機床

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

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

第二節(jié)數(shù)控機床的分類與應用1.2.1按工藝用途分類2/6/2023171點位控制數(shù)控機床

點位控制點位控制數(shù)控機床的特點是機床的運動部件只能夠?qū)崿F(xiàn)從一個位置到另一個位置的精確運動，在運動和定位過程中不進行任何加工工序。1.2.2按運動動方式分類2/6/2023182點位直線控制數(shù)控機床點位直線控制的切削加工點位直線控制的特點：機床的運動部件不僅要實現(xiàn)一個坐標位置到另一個坐標位置的精確移動和定位，而且能實現(xiàn)平行于坐標軸的直線進給運動或控制兩個坐標軸實現(xiàn)斜線的進給運動。

ab2/6/2023193輪廓控制輪廓控制輪廓控制（又稱連續(xù)控制）數(shù)控機床的特點是機床的運動部件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個或兩個以上的坐標軸同時進行聯(lián)動控制。2/6/2023201開環(huán)控制數(shù)控機床開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖特點：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)控機床半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖特點：在伺服電機軸上裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服電動機的轉(zhuǎn)角間接地檢測出運動部件的位移（或角位移）反饋給數(shù)控裝置的比較器，與輸入指令進行比較，用差值控制運動部件。2/6/2023223閉環(huán)控制機床閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖特點：在機床最終的運動部件的相應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行比較，用差值控制運動部件，使運動部件嚴格按實際需要的位移量運動。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)濟型數(shù)控系統(tǒng)性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動軸數(shù)分辨率(um)進給速度(m/min)顯示高級型325<0.1>24三維動態(tài)普及型2630.1~1010~24字符/圖形經(jīng)濟型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)展狀況

數(shù)控技術(shù)是機械技術(shù)和計算機控制技術(shù)的結(jié)合的產(chǎn)物。自從美國帕森公司(ParsonsCo)和麻省理工學院(MIT)于1952年合作研制成的第一代三坐標數(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、小型機數(shù)控、微處理器數(shù)控到1990年基于工控PC機的通用型CNC系統(tǒng)的第六代。隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及系統(tǒng)工程學的發(fā)展，為單機數(shù)控化向計算機控制的多機制造系統(tǒng)自動化發(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)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。

一、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展2/6/2023253.計算機集成控制系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）FlexibleManufacturingSystem，它是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應加工對象變換的自動化機械制造系統(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算機網(wǎng)絡(luò)將企業(yè)的各個生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成管理，從而達到降低庫存、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

從第一臺數(shù)控機床誕生起，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算機控制的系統(tǒng)(CNC)。第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計算機控制的系統(tǒng)(MicrocomputerNumericalControl——MNC)。1976年美國Lockhead公司開始使用圖像編程。利用CAD(計算機輔助設(shè)計)繪出加工零件的模型，在顯示器上“指點”被加工的部位，輸入所需的工藝參數(shù)，即可由計算機自動計算刀具路徑，模擬加工狀態(tài)，獲得NC程序。二、數(shù)控機床的發(fā)展歷程2/6/202328DNC(直接數(shù)控)技術(shù)始于20世紀60年代末期。它是使用一臺通用計算機，直接控制和管理一群數(shù)控機床及數(shù)控加工中心，進行多品種、多工序的自動加工。DNC群控技術(shù)是FMS柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代數(shù)控機床上的DNC接口就是機床數(shù)控裝置與通用計算機之間進行數(shù)據(jù)傳送及通訊控制用的，也是數(shù)控機床之間實現(xiàn)通訊用的接口。隨著DNC數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床已成為無人控制工廠的基本組成單元。20世紀90年代，出現(xiàn)了包括市場預測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計與制造和銷售等全過程均由計算機集成管理和控制的計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。其中，數(shù)控是其基本控制單元。20世紀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機的軟硬件資源，使遠程控制、遠程檢測診斷能夠得以實現(xiàn)。2/6/202329中國的數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床

我國雖然早在1958年就開始研制數(shù)控機床，但由于歷史原因，一直沒有取得實質(zhì)性成果。20世紀70年代初期，曾掀起研制數(shù)控機床的熱潮，但當時是采用分立元件，性能不穩(wěn)定，可靠性差。1980年北京機床研究所引進日本FANUC5、7、3、6數(shù)控系統(tǒng)，上海機床研究所引進美國GE公司的MTC－1數(shù)控系統(tǒng)，遼寧精密儀器廠引進美國Bendix公司的DynapthLTD10數(shù)控系統(tǒng)。在引進、消化、吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京機床研究所又開發(fā)出BS03經(jīng)濟型數(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)?！鞍宋濉逼陂g國家又組織近百個單位進行以發(fā)展自主版權(quán)為目標的“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)，達到了國際先進水平，加大了我國數(shù)控機床在國際上的競爭力度。據(jù)1997年不完全統(tǒng)計，全國共擁有數(shù)控機床12萬臺。目前，我國數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)有100多家，年產(chǎn)量增加到1萬多臺，品種滿足率達80%，并在有些企業(yè)實施了FMS和CIMS工程，數(shù)控機床及其加工技術(shù)進入了實用階段。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)代機床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。高速切削可通過高速運算技術(shù)、快速插補運算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來實現(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)控機床技術(shù)發(fā)展追求的目標。它包括機床制造的幾何精度和機床使用的加工精度控制兩方面。

（3）高柔性化柔性是指機床適應加工對象變化的能力。目前，在進一步提高單機柔性自動化加工的同時，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整體，實現(xiàn)機電光聲綜合控制，測量造型、加工一體化，加工、實時檢測與修正一體化，機床主機設(shè)計與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計一體化。（5）網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))對基層設(shè)備的要求。配置網(wǎng)絡(luò)接口，通過Internet可實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制加工，并進行遠程檢測和診斷，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)應在局部或全部實現(xiàn)加工過程的自適應、自診斷和自調(diào)整；多媒體人機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