《機(jī)床數(shù)控技術(shù) 第4版》課件 第1章 概述

機(jī)床數(shù)控技術(shù)內(nèi)容提要本章主要介紹數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、工作原理及分類；數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍及發(fā)展動向。2第一章數(shù)控機(jī)床概述自從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)創(chuàng)立以來，它給機(jī)械制造業(yè)帶來革命性的變化?，F(xiàn)在數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)，現(xiàn)代的CAD/CAM，F(xiàn)MS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上；數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率必不可少的物質(zhì)手段；是國家的戰(zhàn)略技術(shù)；基于它的相關(guān)產(chǎn)業(yè)是體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)；專家們預(yù)言:

二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競爭，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競爭。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)字控制與數(shù)控技術(shù)數(shù)字控制（NumericalControlNC）是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自動化方法。數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)。數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床加工過程進(jìn)行自動控制的一類機(jī)床。是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。第一章數(shù)控機(jī)床概述第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成第一章數(shù)控機(jī)床概述第一章數(shù)控機(jī)床概述

機(jī)床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅(qū)動裝置

進(jìn)給驅(qū)動裝置

主軸伺服單元

進(jìn)給伺服單元

計(jì)算機(jī)數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

機(jī)

床

輔助控制機(jī)構(gòu)

進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)

主運(yùn)動機(jī)構(gòu)

鍵盤

輸入輸出

設(shè)備

第一章數(shù)控機(jī)床概述操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器；。它是數(shù)控機(jī)床特有部件。第一章數(shù)控機(jī)床概述第一章數(shù)控機(jī)床概述

機(jī)床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅(qū)動裝置

進(jìn)給驅(qū)動裝置

主軸伺服單元

進(jìn)給伺服單元

計(jì)算機(jī)數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

機(jī)

床

輔助控制機(jī)構(gòu)

進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)

主運(yùn)動機(jī)構(gòu)

鍵盤

輸入輸出

設(shè)備

第一章數(shù)控機(jī)床概述控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介；輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備見表1：第一章數(shù)控機(jī)床概述表1控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表第一章數(shù)控機(jī)床概述通訊

現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通訊方式進(jìn)行信息交換的能力。它們是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有：串行通訊（RS-232等串口）；自動控制專用接口和規(guī)范（DNC方式，MAP協(xié)議等）；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。第一章數(shù)控機(jī)床概述

機(jī)床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅(qū)動裝置

進(jìn)給驅(qū)動裝置

主軸伺服單元

進(jìn)給伺服單元

計(jì)算機(jī)數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

機(jī)

床

輔助控制機(jī)構(gòu)

進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)

主運(yùn)動機(jī)構(gòu)

鍵盤

輸入輸出

設(shè)備

第一章數(shù)控機(jī)床概述

CNC裝置(CNC單元)組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心第一章數(shù)控機(jī)床概述

機(jī)床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅(qū)動裝置

進(jìn)給驅(qū)動裝置

主軸伺服單元

進(jìn)給伺服單元

計(jì)算機(jī)數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

機(jī)

床

輔助控制機(jī)構(gòu)

進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)

主運(yùn)動機(jī)構(gòu)

鍵盤

輸入輸出

設(shè)備

第一章數(shù)控機(jī)床概述伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置

伺服單元和驅(qū)動裝置主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給電機(jī)測量裝置位置和速度測量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令：進(jìn)給運(yùn)動指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動（速度和位置控制）。主軸運(yùn)動指令，實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動（速度控制）第一章數(shù)控機(jī)床概述

機(jī)床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅(qū)動裝置

進(jìn)給驅(qū)動裝置

主軸伺服單元

進(jìn)給伺服單元

計(jì)算機(jī)數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

機(jī)

床

輔助控制機(jī)構(gòu)

進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)

主運(yùn)動機(jī)構(gòu)

鍵盤

輸入輸出

設(shè)備

第一章數(shù)控機(jī)床概述PLC、機(jī)床I/O電路和裝置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機(jī)床I/O電路和裝置：實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路；功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動作；接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動作。第一章數(shù)控機(jī)床概述

機(jī)床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅(qū)動裝置

進(jìn)給驅(qū)動裝置

主軸伺服單元

進(jìn)給伺服單元

計(jì)算機(jī)數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

機(jī)

床

輔助控制機(jī)構(gòu)

進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)

主運(yùn)動機(jī)構(gòu)

鍵盤

輸入輸出

設(shè)備

第一章數(shù)控機(jī)床概述機(jī)床機(jī)床：數(shù)控機(jī)床的主體，是實(shí)現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成：由主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。數(shù)控機(jī)床的種類很多，從不同角度對其進(jìn)行考查，就有不同的分類方法，通常有以下幾種不同的分類方法：第一章數(shù)控機(jī)床概述

按工藝用途分類切削加工類：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、FMC等。成型加工類：數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)等。特種加工類：數(shù)控線切割機(jī)、電火花加工機(jī)、激光加工機(jī)等。其它類型：數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測量機(jī)、機(jī)器人等。第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類第一章數(shù)控機(jī)床概述銑床第一章數(shù)控機(jī)床概述銑床第一章數(shù)控機(jī)床概述銑床第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控車床第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控車床第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控刀具第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控加工中心第一章數(shù)控機(jī)床概述錐度電火花線切割機(jī)床第一章數(shù)控機(jī)床概述按控制功能分類點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動；對軌跡不作控制要求；運(yùn)動過程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)。第一章數(shù)控機(jī)床概述輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個進(jìn)給軸同時諧調(diào)運(yùn)動(坐標(biāo)聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動，在運(yùn)動過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機(jī)床?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。第一章數(shù)控機(jī)床概述

按聯(lián)動軸數(shù)分2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面）聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。第一章數(shù)控機(jī)床概述

按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。第一章數(shù)控機(jī)床概述

開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大第一章數(shù)控機(jī)床概述開環(huán)系統(tǒng)無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。第一章數(shù)控機(jī)床概述

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運(yùn)動部件的實(shí)際位置。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋第一章數(shù)控機(jī)床概述半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。第一章數(shù)控機(jī)床概述

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對運(yùn)動部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋第一章數(shù)控機(jī)床概述從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。第一章數(shù)控機(jī)床概述

數(shù)控機(jī)床的確具有普通機(jī)床所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)。而且它的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，但是在目前還不能完全取代普通機(jī)床，也就是說，它不能以最經(jīng)濟(jì)的方式來解決加工制造中所有問題。為了更好地說明這個問題，有必要先初步了解一下采用數(shù)控機(jī)床加工的優(yōu)缺點(diǎn)。第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控加工的優(yōu)點(diǎn)自動化程度高，可以減輕工人的體力勞動強(qiáng)度加工的零件一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)效率較高便于產(chǎn)品研制便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造。第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)第一章數(shù)控機(jī)床概述

數(shù)控加工的缺點(diǎn)任何事物都是兩重性。數(shù)控加工雖有上述各種優(yōu)點(diǎn)，同時在某些方面也存在不足之處：單位加工成本較高。只適宜于多品種小批量或中批量生產(chǎn)（占機(jī)械加工總量70%~80%）加工中的調(diào)整相對復(fù)雜維修難度大第一章數(shù)控機(jī)床概述

產(chǎn)生背景從工業(yè)化革命以來人們實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工自動化的手段有：自動機(jī)床；組合機(jī)床；專用自動生產(chǎn)線。第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展動向第一章數(shù)控機(jī)床概述這些設(shè)備的使用大大地提高了機(jī)械加工自動化地程度，提高了勞動生產(chǎn)率，促進(jìn)了制造業(yè)地發(fā)展。但它也存在固有的缺點(diǎn)：初始投資大；準(zhǔn)備周期長；柔性差。第一章數(shù)控機(jī)床概述數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在動力：市場競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，大批量產(chǎn)品越來越少，小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的比重越來越大，迫切需要一種精度高、柔性好加工設(shè)備來滿足上述需求。數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)：電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展則為NC機(jī)床的進(jìn)步提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)正是在這種背景下誕生和發(fā)展起來的。它的產(chǎn)生給自動化技術(shù)帶來了新的概念，推動了加工自動化技術(shù)的發(fā)展。第一章數(shù)控機(jī)床概述

數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生20世紀(jì)40年代世界上誕生了第一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，使數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)成為可能。1948年美國帕森斯（parsonsco.）在研制加工直升機(jī)葉片輪廓檢驗(yàn)樣板的機(jī)床時，首先提出了用電子計(jì)算機(jī)控制機(jī)床加工復(fù)雜曲線樣板的新概念，并受美國空軍的委托與麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)研究所進(jìn)行合作研制，于1952研制成功了世界上第一臺用專用電子計(jì)算機(jī)控制的三坐標(biāo)立式銑床。數(shù)控機(jī)床是一種裝有計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)能夠處理加工程序，控制機(jī)床完成各種加工運(yùn)動。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能夠完成平面曲線和空間曲面的加工，加工精度和生產(chǎn)率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛。第一章數(shù)控機(jī)床概述

發(fā)展沿革1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一臺三座標(biāo)數(shù)控機(jī)床。1955年，第一臺工業(yè)用數(shù)控機(jī)床由美國Bendix公司生產(chǎn)出來。從1952年至今，NC機(jī)床按NC系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的五代。第一章數(shù)控機(jī)床概述第一代：1955年NC系統(tǒng)以電子管組成，體積大，功耗大。第二代：1959年NC系統(tǒng)以晶體管組成，廣泛采用印刷電路板。第三代：1965年NC系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點(diǎn)是體積小，功耗低，可靠性進(jìn)一步提高。

以上三代NC系統(tǒng)，由于其數(shù)控功能均由硬件實(shí)現(xiàn)，故歷史上又稱其為“硬線NC”。第一章數(shù)控機(jī)床概述第四代：1970年NC系統(tǒng)采用小型計(jì)算機(jī)取代專用計(jì)算機(jī)，其部分功能由軟件實(shí)現(xiàn)，它具有價格低，可靠性高和功能多等特點(diǎn)。第五代：1974年NC系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價格進(jìn)一步降低，體積進(jìn)一步縮小，使實(shí)現(xiàn)真正意義上的機(jī)電一體化成為可能。這一代又可分為六個發(fā)展階段：1979年：系統(tǒng)采用CRT顯示，VLIC，大容量磁泡存儲器，可編程接口和遙控接口等。1974年：系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示，自診斷功能。第一章數(shù)控機(jī)床概述1981年：具有人機(jī)對話、動態(tài)圖形顯示、實(shí)時精度補(bǔ)償功能。1986年：數(shù)字伺服控制誕生，大慣量的交直流電機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段。1988年：采用高性能32位機(jī)為主機(jī)的主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。1994年：基于PC的NC系統(tǒng)誕生，使NC系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)入了開放型、柔性化的新時代，新型NC系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮短。它是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的又一個里程碑。第一章數(shù)控機(jī)床概述

發(fā)展趨勢進(jìn)入九十年代以來，隨著國際上計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)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功能復(fù)合化控制智能化體系開放化驅(qū)動并聯(lián)化交互網(wǎng)絡(luò)化第一章數(shù)控機(jī)床概述

運(yùn)行高速化、加工高精化

速度和精度是數(shù)控設(shè)備的兩個重要指標(biāo)，它們是數(shù)控技術(shù)永恒追求的目標(biāo)。因?yàn)樗苯雨P(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。新一代數(shù)控設(shè)備在運(yùn)行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。第一章數(shù)控機(jī)床概述運(yùn)行高速化：使進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、刀具交換速度、托盤交換速度實(shí)現(xiàn)高速化，并且具有高加（減）速率。進(jìn)給率高速化：在分辨率為1

m時，F(xiàn)max=240m/min。在Fmax下可獲得復(fù)雜型面的精確加工。主軸高速化：采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），即主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件。主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/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。換刀速度

0.9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）工作臺（托盤）交換速度6.3秒。第一章數(shù)控機(jī)床概述

加工高精化：提高機(jī)械設(shè)備的制造和裝配精度；提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用誤差補(bǔ)償技術(shù)。

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裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機(jī)已有裝上106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度能達(dá)到0.01

m/脈沖）；位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。第一章數(shù)控機(jī)床概述采用誤差補(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)。研究結(jié)果表明，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±0.1

m。第一章數(shù)控機(jī)床概述

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了數(shù)控技術(shù)水平的提高，數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置的性能也隨之提高，使得現(xiàn)代的數(shù)控設(shè)備在新的技術(shù)水平下，可同時具備運(yùn)行高速化、加工高精化的性能。第一章數(shù)控機(jī)床概述

功能復(fù)合化

復(fù)合化是指在一臺設(shè)備能實(shí)現(xiàn)多種工藝手段加工的方法。鏜銑鉆復(fù)合—加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主軸立臥轉(zhuǎn)換）；車銑復(fù)合—車削中心（ATC，動力刀頭）；銑鏜鉆車復(fù)合—復(fù)合加工中心（ATC，可自動裝卸車刀架）；銑鏜鉆磨復(fù)合—復(fù)合加工中心（ATC，動力磨頭）；可更換主軸箱的數(shù)控機(jī)床—組合加工中心；第一章數(shù)控機(jī)床概述

控制智能化

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，并為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：第一章數(shù)控機(jī)床概述

加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)

通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時修調(diào)加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度，吃刀量）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。第一章數(shù)控機(jī)床概述MitsubishiElectric公司的用于數(shù)控電火花成型機(jī)床的“MiracleFuzzy”基于模糊邏輯的自適應(yīng)控制器，可自動控制和優(yōu)化加工參數(shù)；日本牧野在電火花NC系統(tǒng)Makino_Mce20中，用專家系統(tǒng)代替人進(jìn)行加工過程監(jiān)控。以色列的外置式力自適應(yīng)控制器意大利Mandelli公司數(shù)控系統(tǒng)的可編程功率自適應(yīng)控制功能。第一章數(shù)控機(jī)床概述

加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇

將工藝專家或技工的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與特殊規(guī)律，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”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間的目的。采用經(jīng)過優(yōu)化的加工參數(shù)編制的加工程序，可使加工系統(tǒng)始終處于較合理和較經(jīng)濟(jì)的工作狀態(tài)。第一章數(shù)控機(jī)床概述

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)確定位的技術(shù)。智能故障自修復(fù)技術(shù)：指能根據(jù)診斷確定故障原因和部位，以自動排除故障或指導(dǎo)故障的排除技術(shù)。智能自修復(fù)技術(shù)集故障自診斷、故障自排除、自恢復(fù)、自調(diào)節(jié)于一體，并貫穿于加工過程的整個生命周期。智能故障診斷技術(shù)在有些日本、美國公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中已有應(yīng)用，基本上都是應(yīng)用專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。智能化自修復(fù)技術(shù)還在研究之中。第一章數(shù)控機(jī)床概述

智能化交流伺服驅(qū)動裝置

目前已開始研究能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。第一章數(shù)控機(jī)床概述

智能4M數(shù)控系統(tǒng)

在制造過程中，加工、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機(jī)器操作(Manipulator)四者（即4M）融合在一個系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。第一章數(shù)控機(jī)床概述

體系開放化定義（IEEE，電氣和電子工程師協(xié)會）：具有在不同的工作平臺上均能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行互操作的系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化(Standardization)與多樣化(Diversification)和互換性(Interchangeability)的特征；允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的。第一章數(shù)控機(jī)床概述開放體系結(jié)構(gòu)CNC的優(yōu)點(diǎn)向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計(jì)和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；標(biāo)準(zhǔn)化的人機(jī)界面：標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，方便用戶使用，降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗；第一章數(shù)控機(jī)床概述向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)充能力、提供可供選擇的硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求，給用戶提供一個方法，從低級控制器開始，逐步提高，直到達(dá)到所要求的性能為止。另外用戶自身的技術(shù)訣竅能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品；可減少產(chǎn)品品種，便于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本，增強(qiáng)市場供應(yīng)能力和競爭能力。第一章數(shù)控機(jī)床概述

開放式數(shù)控裝置的概念結(jié)構(gòu)硬件配置單元軟件配置單元標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應(yīng)用程序DOS(WINDOWS)實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTM應(yīng)用程序接口NC構(gòu)件庫第一章數(shù)控機(jī)床概述

國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進(jìn)展美國：NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)和OMAC(OpenModularArchitectureController)計(jì)劃歐共體：OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)計(jì)劃日本：OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)計(jì)劃華中I型——基于IPC的CNC開放體系結(jié)構(gòu)航天I型CNC系統(tǒng)——基于PC的多機(jī)CNC開放體系結(jié)構(gòu)第一章數(shù)控機(jī)床概述

驅(qū)動并聯(lián)化并聯(lián)加工中心（又稱6條腿數(shù)控機(jī)床、虛軸機(jī)床）是數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破。驅(qū)動桿機(jī)架

動平臺主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性夾具工件靜平臺并聯(lián)機(jī)