數(shù)控技術(shù)第一章

數(shù)控技術(shù)第一章機(jī)床數(shù)控技術(shù)及編程12/25/2023課程內(nèi)容第1章概述第2章數(shù)控裝置的輪廓控制原理第3章數(shù)控機(jī)床的程序編制第4章計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置第5章位置檢測(cè)裝置第6章伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)12/25/2023第一章概論1.1基本概念1.2數(shù)控機(jī)床的組成及分類(lèi)1.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展12/25/2023目標(biāo)掌握數(shù)控機(jī)床掌握數(shù)控機(jī)床的組成及各部分的作用與功能了解數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)了解數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)了解數(shù)控機(jī)床及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展12/25/20231.1基本概念1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生第1章概論以前的加工方式是怎樣的？什么促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生？12/25/2023第1章概論※精度高※形狀復(fù)雜※批量小※改型頻繁☆計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為人們改進(jìn)加工設(shè)備提供了新的思路和技術(shù)保障☆12/25/2023第1章概論內(nèi)在動(dòng)力：迫切需要一種精度高、柔性好的加工設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)：電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)12/25/2023第1章概論數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生1948年，美國(guó)帕森斯（ParsonsCo.）公司在研制加工直升飛機(jī)葉片輪廓檢查用樣板的機(jī)床時(shí)，提出了數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。12/25/2023第1章概論數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生1952年在美國(guó)成功研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)直線插補(bǔ)連續(xù)控制數(shù)控銑床。1955年進(jìn)入實(shí)用階段。12/25/2023第1章概論數(shù)控機(jī)床有哪些與傳統(tǒng)機(jī)床不同的特點(diǎn)？什么是數(shù)控？12/25/2023第1章概論數(shù)控（NumericalControl,簡(jiǎn)稱NC）：利用數(shù)字化信息來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的方法。數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）:綜合應(yīng)用了自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測(cè)量和機(jī)床結(jié)構(gòu)等方面的最新成就的一種計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ糜?jì)算裝置控制的高效自動(dòng)化機(jī)床。1.1.2數(shù)控的基本概念12/25/2023提高加工精度提高生產(chǎn)效率提高加工零件的適應(yīng)性、靈活性減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度提高生產(chǎn)管理水平第1章概論1.1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)12/25/20231.2數(shù)控機(jī)床的組成及分類(lèi)1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成第1章概論控制介質(zhì)數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床測(cè)量裝置12/25/2023第1章概論控制介質(zhì)：在人和數(shù)控機(jī)床之間建立某種聯(lián)系的媒介物。把加工零件所需的動(dòng)作及刀具相對(duì)于工件的位置等信息，用數(shù)控裝置所能接受的數(shù)字和文字代碼來(lái)表示，并把這些代碼儲(chǔ)存在控制介質(zhì)上。穿孔卡穿孔帶磁帶磁盤(pán)12/25/2023數(shù)控裝置：是數(shù)控機(jī)床的中樞，接收輸入介質(zhì)的信息，通過(guò)對(duì)代碼的識(shí)別、存儲(chǔ)和運(yùn)算等操作，最終輸出指令脈沖驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)進(jìn)而控制機(jī)床動(dòng)作。第1章概論數(shù)控裝置所具備的主要功能：多坐標(biāo)控制多種函數(shù)的插補(bǔ)多種程序輸入功能信息轉(zhuǎn)換功能補(bǔ)償功能多種加工方式選擇故障診斷功能顯示功能通訊和聯(lián)網(wǎng)功能12/25/2023伺服系統(tǒng)：把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)（或溜板）精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。第1章概論脈沖當(dāng)量：相對(duì)于每個(gè)脈沖信號(hào)，機(jī)床移動(dòng)部件的位移量。常用脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖，0.005mm/脈沖，0.001mm/脈沖常用的伺服驅(qū)動(dòng)元件：功率步進(jìn)電機(jī)，電液伺服馬達(dá)，直流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機(jī)床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要因素之一12/25/2023第1章概論機(jī)床：執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈較短動(dòng)態(tài)特性好傳動(dòng)效率高采用了高性能的主軸及進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)床的動(dòng)態(tài)剛度，阻尼精度，耐磨性以及抗熱變形性能都較高采用一些高效傳動(dòng)件。如：滾珠絲桿螺母副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等12/25/2023第1章概論1.2.2數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)按工藝用途分類(lèi)按控制系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制方式分類(lèi)按伺服系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)按數(shù)控裝置分類(lèi)按功能水平分類(lèi)普通數(shù)控機(jī)床數(shù)控加工中心多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床成型機(jī)特種加工點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位直線數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制閉環(huán)控制半閉環(huán)控制開(kāi)環(huán)補(bǔ)償型控制硬線數(shù)控軟線數(shù)控經(jīng)濟(jì)型中檔型高檔型3軸數(shù)控銑床曲面加工12/25/2023數(shù)控系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)控制軸數(shù)

CNC最多可以控制多少坐標(biāo)軸（包括直線軸和回轉(zhuǎn)軸）聯(lián)動(dòng)軸數(shù)

CNC可同時(shí)控制且按一定規(guī)律完成一定軌跡插補(bǔ)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸數(shù)

插補(bǔ)功能

插補(bǔ)直線、圓弧、拋物線、橢圓、正弦曲線、螺旋曲線、樣條函數(shù)等，甚至可對(duì)曲面直接插補(bǔ)。插補(bǔ)坐標(biāo)系也從直角坐標(biāo)系擴(kuò)展到極坐標(biāo)系、

圓筒坐標(biāo)系。第1章概論12/25/2023數(shù)控系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)機(jī)床坐標(biāo)軸可達(dá)到的控制精度，即CNC每發(fā)出一個(gè)脈沖，坐標(biāo)軸移動(dòng)的距離

定位精度實(shí)際位置與指令位置的一致程度，不一致量為誤差；重復(fù)精度在相同條件下，操作方法不變，進(jìn)行規(guī)定次數(shù)操作所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。脈沖當(dāng)量（分辨率）定位精度與重復(fù)精度第1章概論12/25/2023數(shù)控系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)行程和插補(bǔ)范圍—CNC的控制范圍和加工范圍

進(jìn)給速度和調(diào)節(jié)范圍進(jìn)給速度—刀具每分鐘切削進(jìn)給距離；最大進(jìn)給速度—CNC在一定精度條件下所能達(dá)到的最大加工速度；最大快進(jìn)速度—不加工的最大移動(dòng)速度；速度調(diào)節(jié)—通過(guò)操作面板上的進(jìn)給倍率開(kāi)關(guān)調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍一般是10%-120%，每檔間隔10%第1章概論12/25/2023數(shù)控系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)主軸轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)范圍

主軸轉(zhuǎn)速—主軸每分鐘的轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)—通過(guò)操作面板上的主軸倍率開(kāi)關(guān)調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍一般是50%?120%，每檔間隔5%；主軸恒線速—保證諸如車(chē)床端面切削的恒定切削速度。單位mm/min，第1章概論12/25/2023數(shù)控系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)刀具管理和刀具補(bǔ)償T指令—CNC從刀庫(kù)中選擇刀具刀具半徑補(bǔ)償、長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀具壽命管理、自動(dòng)刀具測(cè)量等準(zhǔn)備功能（G功能）用來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作的方式功能輔助功能（M功能）規(guī)定主軸的起停、轉(zhuǎn)向，冷卻液的通斷，刀庫(kù)的起停等第1章概論12/25/2023數(shù)控系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)操作功能

程序段跳步、機(jī)械閉鎖、輔助功能閉鎖、單段、試運(yùn)行、錄返、示教等。開(kāi)關(guān)量接口

M、S、T功能以BCD碼形式輸出；機(jī)床其它開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如急停、循環(huán)起動(dòng)、進(jìn)給保持等。字符圖形顯示自診斷功能通信與通信協(xié)議第1章概論12/25/2023第1章概論1.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展從1952年至今，數(shù)控機(jī)床按照控制機(jī)的發(fā)展，已經(jīng)歷了六代。1952年試制成功的世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床，采用的是脈沖乘法器原理，其數(shù)控系統(tǒng)全部采用電子管元件，我們稱之為第一代數(shù)控系統(tǒng)。1959年，由于在計(jì)算機(jī)行業(yè)中研制出晶體管元件，因而在數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，從而跨入了第二代。1959年3月，美國(guó)發(fā)明了帶有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為“加工中心”。1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，由于它體積小，功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代，都是采用專用控制的硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（NC）。1967年，出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)（FMS）。由計(jì)算機(jī)作控制單元的數(shù)控系統(tǒng)（CNC）——數(shù)控機(jī)床的第四代。1974年，美、日等國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)（MNC）?！獢?shù)控機(jī)床的第五代。1990年開(kāi)始，出現(xiàn)了采用工控PC機(jī)的開(kāi)放式CNC系統(tǒng)?！獢?shù)控機(jī)床的第六代。

12/25/2023我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床12/25/2023立式數(shù)控車(chē)床立式數(shù)控銑床12/25/2023臥式數(shù)控銑床龍門(mén)數(shù)控銑床滑枕立式加工中心12/25/2023固定立柱立式加工中心固定立柱立式加工中心12/25/2023第1章概論隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著下述方向發(fā)展。運(yùn)行高速化加工高精化控制智能化功能復(fù)合化交互網(wǎng)絡(luò)化12/25/2023第1章概論趨勢(shì)——運(yùn)行高速化

進(jìn)給、主軸、刀具交換、托盤(pán)交換等實(shí)現(xiàn)高速化，并具有高加（減）速度。

進(jìn)給率高速化：在分辨率為0.1m時(shí)，F(xiàn)max=24m/min，可獲得復(fù)雜型面的精確加工；在程序段長(zhǎng)度為1mm時(shí)，F(xiàn)max=30m/min，并且具有1.5g的加減速率；12/25/2023第1章概論在高效加工中心上達(dá)到90m/min的快移速度和1g的加速度。直線電機(jī)作為高效驅(qū)動(dòng)元件正被廣為應(yīng)用，尤其在激光切割和高速加工中。12/25/2023第1章概論換刀速度0.9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）工作臺(tái)（托盤(pán)）交換速度6.3秒。主軸高速化：采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件。主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)40000～50000r/min。主軸轉(zhuǎn)速的最高加（減）速為1.0g，即僅需1.8秒即可從0提速到15000r/min。12/25/2023第1章概論趨勢(shì)——加工高精化提高機(jī)械的制造和裝配精度；提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用誤差補(bǔ)償技術(shù)。IC制造裝備、納米控制。

提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化；采用高分辨率位置檢測(cè)裝置，提高位置檢測(cè)精度（日本交流伺服電機(jī)已有裝上106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測(cè)器，其位置檢測(cè)精度能達(dá)到0.01m/脈沖）位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù);設(shè)備的熱變形誤差補(bǔ)償和空間誤差的綜合補(bǔ)償技術(shù)。研究表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60％～80％。三井精機(jī)的JidicH5D型超精密臥式加工中心的定位精度為±0.1m。12/25/2023第1章概論趨勢(shì)——控制智能化隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動(dòng)化發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，體現(xiàn)在：加工過(guò)程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過(guò)監(jiān)測(cè)主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，辯識(shí)出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并實(shí)時(shí)修調(diào)加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及設(shè)備運(yùn)行的安全性。加工參數(shù)的智能優(yōu)化:將零件加工的一般規(guī)律、特殊工藝經(jīng)驗(yàn)，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，提高編程效率和加工工藝水平，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。使加工系統(tǒng)始終處于較合理和較經(jīng)濟(jì)的工作狀態(tài)。智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置：自動(dòng)識(shí)別負(fù)載、自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，包括智能主軸和智能化進(jìn)給伺服裝置，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。目前已開(kāi)發(fā)出自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電火花加工系統(tǒng)。日本大隈公司的7000系列數(shù)控系統(tǒng)具有人工智能自動(dòng)編程功能。12/25/2023趨勢(shì)——控制智能化第1章概論

智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù)

智能故障診斷技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法，實(shí)現(xiàn)故障快速準(zhǔn)確定位。智能故障自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)診斷故障原因和部位，以自動(dòng)排除故障或指導(dǎo)故障的排除技術(shù)。集故障自診斷、自排除、自恢復(fù)、自調(diào)節(jié)于一體，貫穿于全生命周期。智能故障診斷技術(shù)在有些數(shù)控系統(tǒng)中已有應(yīng)用，智能化自修復(fù)技術(shù)還在研究之中。12/25/2023第1章概論INC(IntelligentNC)研究機(jī)構(gòu)日本京都大學(xué)、大阪機(jī)工、三菱電機(jī)、MAZAK等

具體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)安全、高效、高速加工的智能化數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)特征數(shù)控系統(tǒng)各種控制參數(shù)自適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工條件自適應(yīng)加工過(guò)程數(shù)據(jù)采集及自律學(xué)習(xí)12/25/2023第1章概論趨勢(shì)——功能復(fù)合化復(fù)合化：在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多種工藝步驟的加工，縮短加工鏈車(chē)銑復(fù)合—車(chē)削中心；鏜銑鉆復(fù)合—加工中心、五面加工中心；銑鏜鉆車(chē)復(fù)合—復(fù)合加工中心；可更換主軸箱的數(shù)控機(jī)床—組合加工中心；集車(chē)削和激光加工于一體的機(jī)床；測(cè)量/制造復(fù)合，在加工后對(duì)工件進(jìn)行在線測(cè)量多功能復(fù)合化機(jī)床消除了車(chē)床、銑床、磨床、激光設(shè)備等之間的傳統(tǒng)差異。12/25/2023