數(shù)控技術(shù)-概論

數(shù)控技術(shù)

9/17/20231第一章概述一、數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介1.定義數(shù)控機(jī)床是指采用數(shù)字信息形式對(duì)機(jī)床刀具（或工件）運(yùn)動(dòng)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制的一門技術(shù)。

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數(shù)控（NC——NumericalControl)

也就是數(shù)字控制，在機(jī)床領(lǐng)域是指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)、加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種技術(shù)。數(shù)控機(jī)床（NC

Machine)

是一種采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是一種裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC——ComputerNumericalControl)

采用存儲(chǔ)程序的專用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能

9/17/202332.數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展

必然性可能性

解決精密、復(fù)雜形狀零件的加工的需求；適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短的需求；在大批量生產(chǎn)模式下解決高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)零件的加工。9/17/20234

發(fā)展歷程

第一代；1952～1959年采用電子管元件；第二代：從1959年開始采用晶體管元件；第三代；從1965年開始采用集成電路；第四代：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路及小型通用計(jì)算機(jī)；第五代：從1974年開始采用微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)。9/17/20235二、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍

（一）特點(diǎn)

1、能適應(yīng)不同零件的自動(dòng)加工；2、生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定；3、能高效優(yōu)質(zhì)完成復(fù)雜型面零件的加工；4、工序集中，一機(jī)多用；5、是一種高技術(shù)設(shè)備。9/17/20236

（二）應(yīng)用范圍單件、中小批量生產(chǎn)零件的加工；形狀較復(fù)雜，精度要求較高或價(jià)值昂貴、不允許報(bào)廢的零件的加工；產(chǎn)品改型頻繁、生產(chǎn)周期短的零件的加工。9/17/20237

數(shù)控機(jī)床的適用范圍9/17/20238三.數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理9/17/20239

1.機(jī)床本體

是切削加工的執(zhí)行部件。床身、立柱、主軸箱及主軸部件、進(jìn)給滑臺(tái)、刀架及刀庫(kù)等。9/17/2023102.數(shù)控裝置

中央控制單元+數(shù)據(jù)輸入、輸出外設(shè)。完成數(shù)據(jù)的輸入、輸出和計(jì)算工作。3.伺服驅(qū)動(dòng)裝置

接收數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的控制信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)。

4.檢測(cè)裝置

完成位置檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制5.控制介質(zhì)（數(shù)控程序）

也可稱為信息載體，是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。9/17/202311四.數(shù)控機(jī)床的分類1.按工藝范圍分類普通數(shù)控機(jī)床：如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等加工中心機(jī)床：9/17/202312

加工中心機(jī)床是在普通數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)刀庫(kù)(可容納10～100多把刀具)和自動(dòng)換刀裝置，從而構(gòu)成了一種帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，也稱為多工序數(shù)控機(jī)床。這使數(shù)控機(jī)床更進(jìn)一步地向自動(dòng)化和高效化方向發(fā)展。這類機(jī)床與普通數(shù)控機(jī)床相比，優(yōu)點(diǎn)是工件可以經(jīng)過(guò)一次裝夾后，數(shù)控裝置就能控制機(jī)床自動(dòng)地更換刀具，連續(xù)地對(duì)工件各加工面自動(dòng)地完成銑、鏜、鉆、鉸及攻絲等多工序加工。工序集中，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)，減少了零件重復(fù)定位誤差，也大大減少了輔助時(shí)間。這類機(jī)床多以鏜、銑加工為主，加工對(duì)象主要是一些箱體類零件。9/17/2023132.按數(shù)控機(jī)床的加工功能不同分類點(diǎn)位控制機(jī)床直線控制機(jī)床輪廓控制機(jī)床9/17/202314

輪廓控制數(shù)控機(jī)床也稱為連續(xù)控制，其控制特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度同時(shí)進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制。其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)。它按所控制的聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)不同，又可分為下面幾種主要形式：二軸聯(lián)動(dòng) 二軸半聯(lián)動(dòng)三軸聯(lián)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)9/17/202315

a）二軸聯(lián)動(dòng)b）三軸聯(lián)動(dòng)c）二軸半聯(lián)動(dòng)圖1-4不同形面銑削的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)9/17/202316

圖1-6五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工圖1-5四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床

9/17/2023173.按進(jìn)給伺服系統(tǒng)分類

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路指令脈沖機(jī)床工作臺(tái)（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床功率脈沖9/17/202318(2)閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床

位置檢測(cè)裝置

機(jī)床工作臺(tái)速度反饋位移反饋+_信號(hào)變換電路位移指令速度指令電壓指令信號(hào)比較電路9/17/202319(3)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床

位置檢測(cè)裝置

機(jī)床工作臺(tái)速度反饋位移反饋+_信號(hào)變換電路位移指令速度指令電壓指令信號(hào)比較電路9/17/2023204、按機(jī)床用途分類金屬切削類金屬成形類特種加工類測(cè)量、繪圖類

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9/17/202322數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床按工藝用途分類普通數(shù)控機(jī)床數(shù)控加工中心機(jī)床按加工功能分類點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床按進(jìn)給伺服系統(tǒng)分類

輪廓控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床9/17/202323

按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類按其基本用途分類

二軸（半）聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床三軸半聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床金屬成形類數(shù)控機(jī)床特種加工類數(shù)控機(jī)床測(cè)量、繪圖類數(shù)控機(jī)床金屬切削類數(shù)控機(jī)床9/17/202324四、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及其技術(shù)水平9/17/202325

(一)高速度、高精度化

(1)

對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)

(2)對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(3)前饋控制技術(shù)

(4)機(jī)床靜、動(dòng)磨擦的非線性補(bǔ)償控制技術(shù)

(5)伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和位置環(huán)均采用軟件控制

(6)采用高分辨率的位置檢測(cè)裝置

(7)補(bǔ)償技術(shù)得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用(8)高速大功率電主軸的應(yīng)用(9)超高速切削刀具的應(yīng)用(10)配置高速、強(qiáng)功能的內(nèi)裝式可編程控制器（PLC）9/17/202326

(二)多功能化

(1)數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多能，以最大限度地提高設(shè)備利用率

(2)前臺(tái)加工、后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功能(3)具有更高的通信功能9/17/202327

(三)智能化

(1)引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)(2)故障自診斷、自修復(fù)功能

(3)刀具壽命自動(dòng)檢測(cè)更換

(4)引進(jìn)模式識(shí)別技術(shù)9/17/202328

(四)數(shù)控系統(tǒng)小型化

(五)數(shù)控編程自動(dòng)化(六)更高的可靠性

(1)提高系統(tǒng)硬件質(zhì)量(2)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化

(3)增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能

9/17/202329五、以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)線（一）直接數(shù)字控制(DNC)DNC亦稱為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)。它可理解為用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)DNC系統(tǒng)分為間接型群控系統(tǒng)和直接型群控系統(tǒng)兩大類9/17/202330

9/17/202331（二）柔性制造系統(tǒng)(FMS)FMS系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem)是一種適用于多品種、大中小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)方式，主要由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人、全自動(dòng)化輸送系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)組成。全部生產(chǎn)過(guò)程由一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)的調(diào)度，若干臺(tái)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工位控制，組成一個(gè)各種制造單元相對(duì)獨(dú)立而又便于靈活調(diào)節(jié)，適應(yīng)性很強(qiáng)的制造系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為柔性制造系統(tǒng)。9/17/2023329/17/202333

組成：⒈中央管理和控制計(jì)算機(jī)⒉物流控制裝置⒊自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)⒋無(wú)人輸送臺(tái)車⒌制造單元⒍中央刀具庫(kù)⒎夾具站⒏信息傳輸網(wǎng)絡(luò)FMS中通信系統(tǒng)⒐FS隨行工作臺(tái)9/17/202334

主要功能：

1）以成組技術(shù)為核心的對(duì)零件分析編組的功能。2）以微型計(jì)算機(jī)為核心的編排作業(yè)計(jì)劃的智能功能。3）以加工中心為核心，自動(dòng)換刀、換工件的加工功能。4）以托盤和運(yùn)輸系統(tǒng)為核心的工件存放與運(yùn)輸功能。5）以各種自動(dòng)檢測(cè)裝置為核心的自動(dòng)測(cè)量、定位與保護(hù)功能。9/17/202335（三）CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

CIMS

（ComputerIntegratedManufacturingSystem）是通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的全部活動(dòng)與整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的物料流與信息流實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)化的管理，把各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)的集成起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)優(yōu)化的完整生產(chǎn)系統(tǒng)。9/17/202336

網(wǎng)絡(luò)

信息集成數(shù)據(jù)庫(kù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)營(yíng)管理

加工制造

物流

CAM

CAPP

CAE

GT

CADFM

BMQC

MPPMMRP

MIS

CNC

CAT

FMSRCFMC

PLC產(chǎn)品輸出數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)

網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)原料輸入圖1-13CIMS技術(shù)集成關(guān)系圖9/17/202337圖1-14CIMS的組成示意圖搬運(yùn)車機(jī)器人自動(dòng)搬運(yùn)輸送機(jī)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)NCNC加工機(jī)床搬運(yùn)車機(jī)器人自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器