第一章 數(shù)控車床簡介

數(shù)控機(jī)床主講：戚永裕一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展（一）產(chǎn)生：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機(jī)械產(chǎn)品的加工相應(yīng)得提出了高精度、高柔性與高度自動(dòng)化的要求。數(shù)字控制機(jī)床就是為了解決單件、小批量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。數(shù)控車床簡介第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是1952年美國PARSONS公司與麻省理工學(xué)院（MIT）合作研制的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密檢測與新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，可用于加工復(fù)雜曲面零件。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展先后經(jīng)歷了電子管（1952年）、晶體管（1959年）、小規(guī)摸集成電路（1965年）、大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)（1970年）和微處理機(jī)或微型機(jī)算機(jī)（1974年）等五代數(shù)控系統(tǒng)。1、高速化與高精度化

采用高速的32位以上的微處理器，可提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率及實(shí)現(xiàn)連續(xù)小程序段的高速、高精加工。日本產(chǎn)的FANUC15系統(tǒng)開發(fā)出64位CPU系統(tǒng)，能達(dá)到最小移動(dòng)單位0.1um時(shí)，最大進(jìn)給速度為100m/min。速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在超高速切削、超精密加工技術(shù)的實(shí)施中，它對機(jī)床各坐標(biāo)軸的位移速度和定位精度都提出了更高的要求；另外，這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)又是相互制約的，即要求位移速度越高，定位精度就越難提高。二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢為實(shí)現(xiàn)更高速度、更高精度的指標(biāo)，目前主要在下述幾個(gè)方面采取措施進(jìn)行研究：（1）數(shù)控系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的微處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。（2）伺服交流伺服系統(tǒng)：全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的定位精度、進(jìn)給速度。所謂數(shù)字伺服系統(tǒng)，是指伺服系統(tǒng)中的控制信息用數(shù)字量來處理。隨著數(shù)字信號(hào)微處理器速度的大幅度提高，伺服系統(tǒng)的信息處理可完全用軟件來完成，這就是所謂的“數(shù)字伺服”。（3）機(jī)床靜、動(dòng)摩擦的非線性補(bǔ)償控制技術(shù)：機(jī)械動(dòng)、靜摩擦的非線性會(huì)導(dǎo)致機(jī)床爬行。除了在機(jī)械結(jié)構(gòu)上采取措施降低摩擦外，新型的數(shù)控伺服系統(tǒng)還具有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械系統(tǒng)靜、動(dòng)摩擦非線性的控制功能。（4）高速大功率電主軸的應(yīng)用：在超高速加工中，對機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速提出了極高的要求（10000～75000r/min），傳統(tǒng)的齒輪變速主傳動(dòng)系統(tǒng)已不能適應(yīng)其要求。（5）配置高速、功能強(qiáng)的內(nèi)裝式可編程控制器：提高可編程控制器的運(yùn)行速度，可滿足數(shù)控機(jī)床高速加工的速度要求。新型的PLC具有專用的CPU，基本指令執(zhí)行時(shí)間可達(dá)0.2us/步，編程步數(shù)達(dá)到16000步以上。利用PLC的高速處理功能，是CNC與PLC之間有機(jī)地結(jié)合起來，以滿足數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中的各種實(shí)時(shí)控制要求。（6）采用高性能和可靠的新型功能部件——電滾珠絲杠：它是伺服電機(jī)與滾珠絲杠的集成，具有減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，可以大大簡化數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)。2、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)備設(shè)備的利用率。（2）前臺(tái)加工、后臺(tái)編輯的后臺(tái)功能，以充分提高其工作效率和機(jī)床利用率。（3）具有更高的通訊功能，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床除具有通訊口、DNC功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)功能。DNC是DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl英文一詞的縮寫,中文意思：直接數(shù)字控制/分布式控制。DNC最早是指分布式數(shù)控系統(tǒng)（DistributedNumericalControl），其含義是用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)同時(shí)控制幾臺(tái)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(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)），每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床由一臺(tái)計(jì)算機(jī)（CNC系統(tǒng)）來控制,所以過去的DNC概念已失去意義。3智能化：引進(jìn)了自適應(yīng)控制技術(shù).自適應(yīng)控制（AdaptiveControl，簡稱AC）技術(shù)是能調(diào)節(jié)在加工過程中所測得的工作狀態(tài)特性，且能使切削過程達(dá)到并維持最佳狀態(tài)的技術(shù)。4高可靠性：通過提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量，采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化來提高其可靠性。二、數(shù)控技術(shù)的基本概念1數(shù)字控制（NumericalControl)，簡稱NC，它是采用數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化的控制技術(shù)，用數(shù)字化信號(hào)對機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床稱作數(shù)控機(jī)床。2NC機(jī)床：早期的數(shù)控機(jī)床的NC裝置是由各種邏輯元件、記憶元件組成隨機(jī)邏輯電路由硬件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，稱作硬件數(shù)控，用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床稱作NC機(jī)床。3CNC機(jī)床：現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用微處理器或?qū)Ｓ梦C(jī)的數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControl）由事先存放在存儲(chǔ)器里的系統(tǒng)程序（軟件）來實(shí)現(xiàn)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，并通過接口與外圍設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接，這樣的機(jī)床稱作CNC機(jī)床。三、數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理1工作原理圖紙存儲(chǔ)介質(zhì)數(shù)控裝置輸入輸出CNC裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)切削驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)床主體檢測裝置2組成（1）程序的存儲(chǔ)介質(zhì)（紙帶、磁帶或磁盤等）（2）輸入輸出裝置（3）數(shù)控裝置（是數(shù)控機(jī)床的核心，接受脈沖信號(hào)經(jīng)過譯碼、運(yùn)算和邏輯處理將指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，使設(shè)備按軌定的動(dòng)作執(zhí)行）（4）伺服裝置（是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)）（5）檢測反饋裝置（作用是對機(jī)床的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度、方向、位移量以及加工狀態(tài)加以檢