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)控機床簡介1.定義數(shù)控機床是指采用數(shù)字信息形式對機床刀具（或工件）運動的參數(shù)實現(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，在機床領(lǐng)域是指用數(shù)字化信號對機床運動、加工過程進行控制的一種技術(shù)。數(shù)控機床（NC

Machine)

是一種采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是一種裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。計算機數(shù)控（CNC——ComputerNumericalControl)

采用存儲程序的專用計算機來實現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能

9/17/202332.數(shù)控機床的產(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算機；第五代：從1974年開始采用微處理機或微型計算機。9/17/20235二、數(shù)控機床的特點和應(yīng)用范圍

（一）特點

1、能適應(yīng)不同零件的自動加工；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，精度要求較高或價值昂貴、不允許報廢的零件的加工；產(chǎn)品改型頻繁、生產(chǎn)周期短的零件的加工。9/17/20237

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

1.機床本體

是切削加工的執(zhí)行部件。床身、立柱、主軸箱及主軸部件、進給滑臺、刀架及刀庫等。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、輸出和計算工作。3.伺服驅(qū)動裝置

接收數(shù)控裝置發(fā)來的控制信號，經(jīng)放大后驅(qū)動執(zhí)行部件運動。

4.檢測裝置

完成位置檢測，實現(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)控機床自動加工零件的工作指令。9/17/202311四.數(shù)控機床的分類1.按工藝范圍分類普通數(shù)控機床：如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等加工中心機床：9/17/202312

加工中心機床是在普通數(shù)控機床的基礎(chǔ)上加裝一個刀庫(可容納10～100多把刀具)和自動換刀裝置，從而構(gòu)成了一種帶自動換刀裝置的數(shù)控機床，也稱為多工序數(shù)控機床。這使數(shù)控機床更進一步地向自動化和高效化方向發(fā)展。這類機床與普通數(shù)控機床相比，優(yōu)點是工件可以經(jīng)過一次裝夾后，數(shù)控裝置就能控制機床自動地更換刀具，連續(xù)地對工件各加工面自動地完成銑、鏜、鉆、鉸及攻絲等多工序加工。工序集中，減少了機床的臺數(shù)，減少了零件重復(fù)定位誤差，也大大減少了輔助時間。這類機床多以鏜、銑加工為主，加工對象主要是一些箱體類零件。9/17/2023132.按數(shù)控機床的加工功能不同分類點位控制機床直線控制機床輪廓控制機床9/17/202314

輪廓控制數(shù)控機床也稱為連續(xù)控制，其控制特點是能夠?qū)蓚€或兩個以上運動坐標(biāo)的位移和速度同時進行連續(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 二軸半聯(lián)動三軸聯(lián)動四軸聯(lián)動五軸聯(lián)動9/17/202315

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

圖1-6五軸聯(lián)動的數(shù)控加工圖1-5四軸聯(lián)動的數(shù)控機床

9/17/2023173.按進給伺服系統(tǒng)分類

步進電機驅(qū)動線路指令脈沖機床工作臺（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床功率脈沖9/17/202318(2)閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床

位置檢測裝置

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

位置檢測裝置

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

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

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

按聯(lián)動軸數(shù)分類按其基本用途分類

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

(一)高速度、高精度化

(1)

對于數(shù)控系統(tǒng)

(2)對于伺服驅(qū)動系統(tǒng)(3)前饋控制技術(shù)

(4)機床靜、動磨擦的非線性補償控制技術(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裝置

(7)補償技術(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)控機床采用一機多能，以最大限度地提高設(shè)備利用率

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

(三)智能化

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

(3)刀具壽命自動檢測更換

(4)引進模式識別技術(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)增強故障自診斷、自恢復(fù)和保護功能

9/17/202329五、以數(shù)控機床為基礎(chǔ)的自動化生產(chǎn)線（一）直接數(shù)字控制(DNC)DNC亦稱為計算機群控系統(tǒng)。它可理解為用一臺計算機直接管理和控制一群數(shù)控機床的系統(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)的自動化生產(chǎn)方式，主要由計算機輔助設(shè)計，生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)控機床、智能機器人、全自動化輸送系統(tǒng)和自動化倉庫組成。全部生產(chǎn)過程由一臺中央計算機進行生產(chǎn)的調(diào)度，若干臺控制計算機進行工位控制，組成一個各種制造單元相對獨立而又便于靈活調(diào)節(jié)，適應(yīng)性很強的制造系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為柔性制造系統(tǒng)。9/17/2023329/17/202333

組成：⒈中央管理和控制計算機⒉物流控制裝置⒊自動化倉庫⒋無人輸送臺車⒌制造單元⒍中央刀具庫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9/17/202334

主要功能：

1）以成組技術(shù)為核心的對零件分析編組的功能。2）以微型計算機為核心的編排作業(yè)計劃的智能功能。3）以加工中心為核心，自動換刀、換工件的加工功能。4）以托盤和運輸系統(tǒng)為核心的工件存放與運輸功能。5）以各種自動檢測裝置為核心的自動測量、定位與保護功能。9/17/202335（三）CIMS計算機集成制造系統(tǒng)

CIMS

（ComputerIntegratedManufacturingSystem）是通過計算機及其軟件，將制造工廠生產(chǎn)、經(jīng)營的全部活動與整個生產(chǎn)過程有關(guān)的物料流與信息流實現(xiàn)計算機系統(tǒng)化的管理，把各種分散的自動化系統(tǒng)有機的集成起來，構(gòu)成一個優(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)庫工程設(shè)計經(jīng)營管理

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)庫數(shù)據(jù)庫

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的組成示意圖搬運車機器人自動搬運輸送機自動倉庫NCNC加工機床搬運車機器人自動搬運機器