第一章數(shù)控技術概述

第一章數(shù)控技術概述2023/12/26第一章數(shù)控技術概述課程說明

本課程是機械工程及自動化專業(yè)學生必修的一門專業(yè)方向課。主要以數(shù)控機床為對象研究計算機數(shù)控系統(tǒng)的工作原理、組成及其應用。通過理論課教學和實驗教學，使學生掌握簡單數(shù)控編程，數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件設計思想，伺服進給系統(tǒng)組成和檢測系統(tǒng)組成等。先修課程有：微機原理與應用，測試技術，機電傳動控制，控制工程基礎等。2023/12/262第一章數(shù)控技術概述課程說明推薦教材及主要參考書1.數(shù)控技術，張建鋼，華中科技大學出版社2.機床數(shù)控技術，李郝林，機械工業(yè)出版社3.微機數(shù)控系統(tǒng)，黃大貴，電子科技出版社課程考核方案考試方式:閉卷。成績評定：出勤、作業(yè)和課堂表現(xiàn)占總成績的20%，期末考試成績占總成績的80%。2023/12/263第一章數(shù)控技術概述第一章數(shù)控技術概述

目錄1.1基本概念與特點

1.2工作原理與分類

1.3發(fā)展狀況

2023/12/264第一章數(shù)控技術概述§1.1數(shù)控技術的基本概念與特點一概念：數(shù)控技術以數(shù)字量編程實現(xiàn)控制機械或其它設備自動工作的技術。數(shù)控設備一種設備的控制過程是以數(shù)字形式來描述的，工作過程是可編程序的并能在程序控制下自動地運行。2023/12/265第一章數(shù)控技術概述一概念：工作（加工，控制）要求數(shù)控程序工作（加工，控制）結果數(shù)控設備數(shù)控設備的工作原理圖§1.1數(shù)控技術的基本概念與特點2023/12/266第一章數(shù)控技術概述特點優(yōu)點加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定；生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟效益好；減輕操作者的勞動強度、操作簡單；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；有利于向高級計算機控制方面發(fā)展；§1.1數(shù)控技術的基本概念與特點2023/12/267第一章數(shù)控技術概述二特點缺點1．造價相對較高。2．維護比較復雜，需要專門的維護人員。3．需要高度熟練和經(jīng)過培訓零件編程人員。

§1.1數(shù)控技術的基本概念與特點2023/12/268第一章數(shù)控技術概述§1.2數(shù)控機床工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類2023/12/269第一章數(shù)控技術概述一、數(shù)控機床的組成及工作原理數(shù)控車床2023/12/2610第一章數(shù)控技術概述一、數(shù)控機床的組成及工作原理數(shù)控立式銑床2023/12/2611第一章數(shù)控技術概述一、數(shù)控機床的組成及工作原理數(shù)控萬能銑床2023/12/2612第一章數(shù)控技術概述一、數(shù)控機床的組成及工作原理立式加工中心2023/12/2613第一章數(shù)控技術概述一、數(shù)控機床的組成及工作原理臥式加工中心2023/12/2614第一章數(shù)控技術概述一、數(shù)控機床的組成及工作原理五軸加工中心2023/12/2615第一章數(shù)控技術概述一、數(shù)控機床的組成及工作原理數(shù)控電火花加工機床2023/12/2616第一章數(shù)控技術概述（一）數(shù)控機床組成

數(shù)控機床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機床主機等五部分組成。

控制介質(zhì)數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機床主機測量反饋裝置2023/12/2617第一章數(shù)控技術概述（二）數(shù)控機床的工作原理加工圖紙編制數(shù)控程序輸入裝置數(shù)控裝置伺服驅(qū)動位置檢測輔助控制機床主運動進給運動輔助動作加工零件2023/12/2618第一章數(shù)控技術概述二、數(shù)控系統(tǒng)的分類

數(shù)控設備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服系統(tǒng)，統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。

目前，數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，分類方法不一。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的基本原理，可以從如下幾個不同的角度進行分類。2023/12/2619第一章數(shù)控技術概述

(一)按運動軌跡分類

1．點位控制系統(tǒng)（P）

2．連續(xù)（輪廓）控制系統(tǒng)（C）2023/12/2620第一章數(shù)控技術概述(二)按進給伺服系統(tǒng)的控制方式分類

1．開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

開環(huán)控制方式調(diào)試方便，維修簡單，成本低，但控制的精度和速度受到限制。一般適用于精度要求不高的中、小型數(shù)控設備。2023/12/2621第一章數(shù)控技術概述(二)按所用進給伺服系統(tǒng)的不同分類2．閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)控制方式的優(yōu)點是精度高，速度快，但調(diào)試和維修比較復雜、成本高。一般用于運動速度和精度要求較高的大、中型和精密數(shù)控系統(tǒng)上。

2023/12/2622第一章數(shù)控技術概述半閉環(huán)伺服系統(tǒng)介于開環(huán)和閉環(huán)之間，精度比開環(huán)高，調(diào)試卻比閉環(huán)容易，成本也比閉環(huán)低。目前這種伺服系統(tǒng)適用于大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)上。(二)按所用進給伺服系統(tǒng)的不同分類3．半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)2023/12/2623第一章數(shù)控技術概述

(三)按所用數(shù)控裝置的構成方式分類

1．硬線數(shù)控系統(tǒng)(NC)

2．計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)使用硬線數(shù)控裝置，它的輸入處理、插補運算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來實現(xiàn)，不同功能的機床，其組合邏輯電路也不相同。

由小型或微型計算機，加上通用或?qū)Ｓ玫拇笠?guī)模集成電路制成，數(shù)控機床主要功能幾乎全部由系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)，所以不同功能的機床其系統(tǒng)軟件也就不同，而修改或增減系統(tǒng)功能時，也不需變動硬件電路，只需改變系統(tǒng)軟件。2023/12/2624第一章數(shù)控技術概述

(四)按工藝用途分類

1．一般數(shù)控機床

2．數(shù)控加工中心機床和傳統(tǒng)的通用機床種類一樣，有數(shù)控的車、銑、鏜、鉆、磨床等，而且每一種又有很多品種，如數(shù)控銑床中就有立銑、臥銑、工具銑、龍門銑等。這類機床的工藝性和通用機床相似，所不同的是它能加工復雜形狀的零件。在一般數(shù)控機床上加裝一個刀庫(可容納10～100多把刀具)和自動換刀裝置而構成的一種帶自動換刀裝置的數(shù)控機床(又稱多工序數(shù)控機床或鏜銑加工中心和車削中心，習慣上常簡稱為加工中心——MachiningCenter)，使數(shù)控機床更進一步地向自動化和高效化方向發(fā)展。2023/12/2625第一章數(shù)控技術概述(五)按聯(lián)動軸(同時控制)數(shù)分類

1．2軸聯(lián)動

2．3軸兩聯(lián)動(2.5軸聯(lián)動)

3．3軸聯(lián)動

4．4軸聯(lián)動

5．5軸聯(lián)動

同時控制五個坐標運動，即在三個移動坐標之外，再加上圍繞這些直線坐標旋轉的旋轉坐標A、B、C中的任意兩個坐標。適合加工葉片、葉輪或機翼。

同時控制四個坐標運動，即在三個移動坐標之外，再加一外旋轉坐標?？捎脕砑庸と~輪或圓柱凸輪。

同時控制X、Y、Z三軸，這樣刀具在空間有任意方向都可移動，因此可以進行三維的立體加工。

3軸兩聯(lián)動是指三個坐標軸(X，Y，Z)中任一時刻只能控制任意2軸聯(lián)動，另一軸則是點位或直線控制。

可同時控制2軸，且相互獨立。一般適用于平面曲線的輪廓加工。如數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床。注：機床可能有3個軸，但同時控制的只有2個軸。2023/12/2626第一章數(shù)控技術概述

數(shù)控機床輪廓控制系統(tǒng)一般都有點位和直線控制功能。目前世界上的數(shù)控系統(tǒng)，最多控制的軸數(shù)是24軸，同時聯(lián)動軸數(shù)已達到6軸。

(五)按聯(lián)動軸(同時控制)數(shù)分類2023/12/2627第一章數(shù)控技術概述§1.3數(shù)控技術的發(fā)展狀況數(shù)控機床的產(chǎn)生及其發(fā)展我國數(shù)控機床發(fā)展情況2023/12/2628第一章數(shù)控技術概述一、數(shù)控機床的產(chǎn)生及其發(fā)展

采用數(shù)字控制技術進行機械加工的思想，最早是20世紀40年代初提出的。1947年，美國北密執(zhí)安一個小型飛機承包商帕森斯公司(ParsonsCorporation)在制造飛機框架和直升飛機的機翼葉片時，利用全數(shù)字電子計算機對葉片輪廓的加工路徑進行了數(shù)據(jù)處理，并考慮了刀具半徑對加工路徑的影響，使得加工精度達到了±0.0381mm。2023/12/2629第一章數(shù)控技術概述

1952年美國Parsons公司與麻省理工學院伺服機構實驗室合作，成功地研制出一臺三坐標聯(lián)動的試驗型數(shù)控銑床，這是公認的世界上第一臺數(shù)控機床。

當時的電子元件是電子管(屬第一代數(shù)控系統(tǒng))。2023/12/2630第一章數(shù)控技術概述數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展歷史2023/12/2631第一章數(shù)控技術概述

目前市場上流行的和企業(yè)普遍使用的仍然是第五代數(shù)控系統(tǒng)，其典型代表是日本的FANUC-0系列和德國的Siemens810系列數(shù)控系統(tǒng)。近年來人們致力于開發(fā)基于Web的CNC系統(tǒng)(遠程CNC系統(tǒng))、智能CNC系統(tǒng)、CAD/CAM集成CNC系統(tǒng)。2023/12/2632第一章數(shù)控技術概述二、我國數(shù)控機床發(fā)展情況

我國從1958年開始，由清華大學和北京機床研究所研制了101數(shù)控機床，一直到60年代中期處于研制、開發(fā)階段。60年代末至70年代初研制成功X53K-1G數(shù)控銑床、CJK-18數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控非圓齒輪插齒機。2023/12/2633第一章數(shù)控技術概述我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展歷史2023/12/2634第一章數(shù)控技術概述1.2000年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)數(shù)控機床廠家：100數(shù)控系統(tǒng)廠家：50數(shù)控機床配套廠家：300