數(shù)控加工編程

1、數(shù)控加工編程數(shù)控加工編程主講教師：陜西理工學院趙知辛主講教師：陜西理工學院趙知辛 課程性質(zhì)：專業(yè)課數(shù)控機床數(shù)控機床 周德儉等編 上?？茖W技術出版社；2007年現(xiàn)代數(shù)控機床現(xiàn)代數(shù)控機床畢承恩等著 機械工業(yè)出版社；1991年數(shù)字控制機床數(shù)字控制機床廖效果等著 華中科技大學出版社；2000年 數(shù)控技術數(shù)控技術 吳曉光等 華中科技大學出版社；200數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程吳曉光等 華中科技大學出版社；2010年 機床計算機數(shù)控技術機床計算機數(shù)控技術北京理工大學出版社；1996 主要參考書主要參考書 課程簡介課程簡介 數(shù)控技術是先進制造技術數(shù)控技術是先進制造技術AMT（Advanced Ma

2、nufacturing Technology）以及計算機集成制造系統(tǒng)）以及計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）的核心環(huán)節(jié)和技術基石。）的核心環(huán)節(jié)和技術基石。 這一技術使普通機床的結構和控制有著質(zhì)的變化。使產(chǎn)品的加工在時間、質(zhì)量、成本上都有了很大進步。因此，數(shù)控技術成為現(xiàn)代生產(chǎn)工程技術人員特別是機械設計制造及其自動化專業(yè)、機械電子工程專業(yè)以及大類機械專業(yè)學生必須了解和掌握的一項專業(yè)技術課程。第一章 概 論 （4）第二章 數(shù)控機床的程序編制 （4）第三章 數(shù)控插補原理 （10）第四章 計算機數(shù)字控制系統(tǒng) （4）第五章 位置檢

3、測裝置 （4）第六章 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng) （6）第七章 典型數(shù)控機床與數(shù)控化改造（2）數(shù)控技術數(shù)控技術課程課時安排課程課時安排第一章概論第一章概論1.1 1.1 數(shù)控技術概述數(shù)控技術概述1.2 1.2 機床控制技術的產(chǎn)生和發(fā)展機床控制技術的產(chǎn)生和發(fā)展1.3 1.3 機床數(shù)控系統(tǒng)的組成與分類機床數(shù)控系統(tǒng)的組成與分類1.4 1.4 數(shù)控機床的自由度和數(shù)控標準數(shù)控機床的自由度和數(shù)控標準數(shù)控加工零件成品數(shù)控加工零件成品零件一般技術要求技術要求加工方式及特點部分數(shù)控機床部分數(shù)控機床1.1 1.1 數(shù)控技術概述數(shù)控技術概述1.1.1 1.1.1 數(shù)控加工原理和特點數(shù)控加工原理和特點 1)1)數(shù)控加工原理數(shù)

4、控加工原理 采用數(shù)控機床加工零件時，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機床控制系統(tǒng)中，再由運算器處理后轉成驅動伺服機構的指令信號，從而控制機床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加工出零件來。當更換加工對象時，只需要重新編寫程序代碼。 從圖中可以看到從圖中可以看到，數(shù)控加工過程總體上可分為，數(shù)控加工過程總體上可分為數(shù)控程序數(shù)控程序編制編制和和機床加工控制機床加工控制兩大部分兩大部分。 數(shù)控系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機床實現(xiàn)主軸自動啟停、換向和變速，能自動控制進給速度、方向和加工路線，進行加工，能選擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及刀具行走軌跡，能完成加工中所需要的

5、各種輔助動作。數(shù)控加工的原理圖數(shù)控加工的原理圖數(shù)值計算程序校核工藝分析制備控制介質(zhì)編程序清單零件圖紙輸入裝置工作臺數(shù)控裝置輸出裝置伺服機構毛坯工件編程部分機床控制部分數(shù)控加工技術與傳統(tǒng)加工技術的比較數(shù)控加工技術與傳統(tǒng)加工技術的比較BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT畗 ZEND 瑌WHOME瘆 TPgDn瓆 OPgUp JRST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABESC14彩 色顯 示 器數(shù)控加數(shù)控加工程序工程序空 運 行Z軸 鎖 定 M S T鎖 定任 選 程 序 段機 床 鎖 定快 進+ JO G-JO G主 軸 正 轉主

6、軸 停主 軸 反 轉急 停超 程 解 除循 環(huán) 驅 動 進 給 保 持 冷 卻 液 開 關刀 松 /刀 緊主 軸 修 調(diào)16010進 給 修 調(diào)16050403020100電 源關開1自 動方 式 選 擇回 零手 搖點 動步 進單 段驅 動 器N C機 床電 源XY Z A主 軸超 程報 警手 搖 脈 沖 發(fā) 生 器2010 090增 量 倍 率1000101001坐 標 軸 選 擇Z YX數(shù)控加工數(shù)控加工工藝分析工藝分析工序卡工序卡傳統(tǒng)加工傳統(tǒng)加工零件零件圖紙圖紙 2)2)數(shù)控加工的特點數(shù)控加工的特點 (2) (2) 對加工對象的適應性強對加工對象的適應性強。改變加工對象時，除了更換刀具和解

7、決毛坯裝夾方式外，只需重新編程即可。 (1) (1) 自動化程度高，自動化程度高，具有很高的生產(chǎn)效率。除手工裝夾毛坯外，其余全部加工過程都可由數(shù)控機床自動完成。 (3) (3) 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。加工尺寸精度在0.0050.01 mm之間，不受零件復雜程度的影響。 (4) (4) 易于建立與計算機間的通信聯(lián)絡易于建立與計算機間的通信聯(lián)絡，容易實現(xiàn)群控。1.1.2 1.1.2 數(shù)控技術和數(shù)控機床的幾個基本概念及數(shù)控技術和數(shù)控機床的幾個基本概念及數(shù)控加工常用術語數(shù)控加工常用術語數(shù)字控制（Numerical Control Numerical Control 簡稱NCNC）：

8、用數(shù)字化信息實現(xiàn)電氣傳動件控制的一種方法，即用數(shù)字量及字符發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術。數(shù)控系統(tǒng)： 采用數(shù)控技術的控制系統(tǒng)。數(shù)控機床：裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。 1)1)坐標聯(lián)動加工坐標聯(lián)動加工 數(shù)控機床加工時的橫向、縱向等進給量都是以坐標數(shù)據(jù)來進行數(shù)控機床加工時的橫向、縱向等進給量都是以坐標數(shù)據(jù)來進行控制的。像控制的。像數(shù)控車床數(shù)控車床、數(shù)控線切割機床等是屬于、數(shù)控線切割機床等是屬于兩坐標控制兩坐標控制的，數(shù)的，數(shù)控銑床則是三坐標控制的控銑床則是三坐標控制的( (如圖如圖1-21-2所示所示) )，還有四坐標軸、五坐標，還有四坐標軸、五坐標軸甚至更多的坐標軸控制的加工中心等。軸甚至更多的坐標軸控

9、制的加工中心等。 坐標聯(lián)動加工是指數(shù)控機床的幾個坐標軸能夠同時進行移動，從而獲得平面直線、平面圓弧、空間直線和空間螺旋線等復雜加工軌跡的能力(如圖1-3所示)。圖1-2 數(shù)控機床的控制坐標數(shù)(a) 兩坐標數(shù)控車床； (b) 三坐標數(shù)控銑床+X+y+Z+X+Z圖1-3 坐標聯(lián)動加工及空間坐標加工 2) 2)脈沖當量、進給速度與速度修調(diào)脈沖當量、進給速度與速度修調(diào) 數(shù)控機床各軸采用步進電機、伺服電機或直線電機驅動，是用數(shù)字脈沖信號進行控制的。每發(fā)送一個脈沖，電機就轉過一個特定的角度（步距角特定的角度（步距角），通過傳動系統(tǒng)或直接帶動絲杠，從而驅動與螺母副連結的工作臺移動一個微小的距離。 單位脈沖單

10、位脈沖作用下工作臺移動的距離就稱之為脈沖當量。 手動操作手動操作時數(shù)控坐標軸的移動通常是采用按鍵觸發(fā)或采用手搖脈沖發(fā)生器(手輪方式)產(chǎn)生脈沖的，采用倍頻技術可以使觸發(fā)一次的移動量分別為0.001 mm0.001 mm、0.01 mm0.01 mm、0.1 mm0.1 mm、1 1 mmmm等多種控制方式，相當于觸發(fā)一次分別產(chǎn)生1 1、1010、100100、10001000個個脈沖。 進給速度（進給速度（F F）是指單位時間內(nèi)坐標軸移動的距離，也即是切削加工時刀具相對于工件的移動速度。 2) 2)脈沖當量、進給速度與速度修調(diào)脈沖當量、進給速度與速度修調(diào) 如某步進電機驅動的數(shù)控軸，其脈沖當量為0

11、.002 mm，若數(shù)控裝置在0.5分鐘內(nèi)發(fā)送出20000個進給指令脈沖，那么其進給速度應為：20000200000.002/0.5=80 mm/min0.002/0.5=80 mm/min。 加工時的進給速度（加工時的進給速度（F F）由程序代碼中的F指令控制，但實際進給速度還是可以根據(jù)需要作適當調(diào)整的，這就是進給速度修調(diào)。修調(diào)是按倍率來進行計算的修調(diào)是按倍率來進行計算的，如程序中指令為如程序中指令為F80F80，修調(diào)倍率調(diào)，修調(diào)倍率調(diào)在在80%80%擋上，則實際進給速度為擋上，則實際進給速度為808080%=64 mm/min80%=64 mm/min。同樣地，有些數(shù)控機床的主軸轉速也可以根

12、據(jù)需要進行調(diào)整，那就是主軸轉速修調(diào)。 2) 2)脈沖當量、進給速度與速度修調(diào)脈沖當量、進給速度與速度修調(diào) 3)3)插補與刀補插補與刀補 如圖1-4(a)、(b)所示，各軸就以趨近這些點為目標實施配合移動，這就稱之為插補。這種計算插補點的運算稱為插補運算插補運算。刀心軌跡編程軌跡刀具0YBRXA0123451234XAY(a)(b)(c)刀具半徑刀補刀補刀補是指數(shù)控加工中的刀具半徑補償和刀具長度補償功能。刀心軌跡編程軌跡刀具0YBRXA0123451234XAY(a)(b)(c)刀具半徑零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數(shù)控機床在加工過程中控制的是刀具中心軌跡，因此在加工前必須將零件輪廓變換

13、成刀具中心的軌跡。刀補處理就是完成這種轉換的程序。直線插補圓弧插補刀補過和刀補1.2 1.2 數(shù)控技術的發(fā)展數(shù)控技術的發(fā)展 1)1)數(shù)控技術的發(fā)展歷程數(shù)控技術的發(fā)展歷程 1949年美國研制出能進行三軸控制的數(shù)控銑床樣機，取名“Numerical Control”。 1953年開發(fā)出只需確定零件輪廓、指定切削路線，即可生成NC程序的自動編程語言。 1959年美國K&T公司開發(fā)成功了帶刀庫，能自動進行刀具交換，一次裝夾中即能進行多種加工功能的數(shù)控機床，這就是數(shù)控機床的新種類加工中心。 1968年英國首次推出柔性制造系統(tǒng)FMS。 1974年微處理器開始用于機床的數(shù)控系統(tǒng)中，從此CNC快速發(fā)展。 19

14、76年美國Lockhead公司開始使用圖像編程。利用CAD(計算機輔助設計)繪出加工零件的模型，在顯示器上“指點”被加工的部位，輸入所需的工藝參數(shù)，即可由計算機自動計算刀具路徑，模擬加工狀態(tài)，獲得NC程序。數(shù)控技術的發(fā)展歷程數(shù)控技術的發(fā)展歷程 DNC(直接數(shù)控) 是使用一臺通用計算機，直接控制和管理一群數(shù)控機床及數(shù)控加工中心，進行多品種、多工序的自動加工。 DNC群控技術是FMS柔性制造技術的基礎，現(xiàn)代數(shù)控機床上的DNC接口就是機床數(shù)控裝置與通用計算機之間進行數(shù)據(jù)傳送及通訊控制用的，也是數(shù)控機床之間實現(xiàn)通訊用的接口。隨著DNC數(shù)控技術的發(fā)展，數(shù)控機床已成為無人控制工廠的基本組成單元。 數(shù)控技術

15、的發(fā)展歷程數(shù)控技術的發(fā)展歷程 我國在20世紀70年代初期，當時是采用分立元件，性能不穩(wěn)定，可靠性差。 1980年在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上，北京機床研究所又開發(fā)出BS03經(jīng)濟型數(shù)控和BS04全功能數(shù)控系統(tǒng)，航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)。 20世紀90年代末，華中數(shù)控自主開發(fā)出基于PC-NC的HNC數(shù)控系統(tǒng)，達到了國際先進水平，加大了我國數(shù)控機床在國際上的競爭力度。數(shù)控技術的發(fā)展歷程數(shù)控技術的發(fā)展歷程分類世代誕生年代系統(tǒng)元件及電路構成世界我國硬件第一代1952年1958年電子管、繼電器、模擬電路數(shù)控第二代1959年1965年晶體管、數(shù)字電路（分立元件）NC第三代1965年

16、1972年集成數(shù)字電路計算機數(shù)控CNC第四代1970年1976年內(nèi)裝小型計算機、中規(guī)模集成電路第五代1974年1982年內(nèi)裝微處理器的NC字符顯示、故障自診斷1979年超大規(guī)模集成電路、大容量存儲器、可編程接口1981年人機對話、動態(tài)圖形顯示、實時軟件精度補償、適應機床無人化運轉要求1987年32位CPU、可控5軸、設定單位0.0001mm,進給速度24m/min，智能化系統(tǒng)第六代1991年PC64位CPU1995年微機開放式CNC系統(tǒng)數(shù)控技術的發(fā)展歷程數(shù)控技術的發(fā)展歷程年代76年77年78年79年80年81年82年83年84年85年86年87年88年89年90年91年CPU3000C/290

17、1位片機16位微處理器 32位微處理器64位伺服驅動直流伺服交流伺服 交流數(shù)字伺服最小設定單位1m 0.1m0.01m進給速度高速高精度型2.1m/min8.4m/min33.7m/min高速型154m/min200m/min快速9.6m/min15m/min24m/min60m/min240m/min擴充功能用軟件擴充功能：刀具補償、固定循環(huán)、存儲器運行用軟件充實人機接口、彩色顯示、會話編程、仿真32位CPU、高速、高精度、加工、數(shù)字伺服、高速主軸、智能化開發(fā)系統(tǒng)數(shù)控技術的發(fā)展歷程數(shù)控技術的發(fā)展歷程 現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡化和智能化等方向發(fā)展。 a) 高

18、速切削 2) 2)數(shù)控技術的發(fā)展方向數(shù)控技術的發(fā)展方向 b) 高精度控制 它包括機床制造的幾何精度和機床使用的加工精度控制兩方面。 c) 高柔性化 柔性是指機床適應加工對象變化的能力。d) 高一體化CNC系統(tǒng)與加工過程作為一個整體，實現(xiàn)機電光聲綜合控制。e) 網(wǎng)絡化實現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))對基層設備的要求。數(shù)控技術的發(fā)展方向數(shù)控技術的發(fā)展方向 f) f) 智能化智能化 21世紀的CNC系統(tǒng)將是一個高度智能化的系統(tǒng)。具體是指系統(tǒng)應在局部或全部實現(xiàn)加工過程的自適應、自診斷和自調(diào)整；多媒體人機接口使用戶操作簡單，智能編程使編程更

19、加直觀，可使用自然語言編程；加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫；智能監(jiān)控；采用專家系統(tǒng)以降低對操作者的要求等。信息化的車銑加工中心數(shù)控技術的發(fā)展方向數(shù)控技術的發(fā)展方向FMSFMS組成組成柔性制造系統(tǒng)簡稱FMS(Flexible Manufacture System)，是一組數(shù)控機床和其他自動化的工藝設備，由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成，在加工自動化的基礎上實現(xiàn)物料流和信息流的自動化。1.標準的數(shù)控機床或制造單元。能自動上下料或在多個工位加工及裝配的數(shù)控機床，即“制造單元制造單元”，是FMS的基本制造“細胞”。2.一個傳送系統(tǒng)。在機

20、床和裝夾工位之間運送零件和刀具。3.一個總監(jiān)控系統(tǒng)。發(fā)布指令，協(xié)調(diào)機床、工件和刀具的傳送。4.中央刀具庫及其管理系統(tǒng)。5.自動化倉庫及其管理系統(tǒng)。FMS系統(tǒng)系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)CIMSFMC和FMS是實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)的基礎。主軸伺服單元數(shù) 控裝置輸出設備PLC進給伺服單元主 軸電機進 給電機位 置檢測機床本體接口電路操作面板輸入設備MDI 1) 控制介質(zhì)與輸入輸出設備控制介質(zhì)與輸入輸出設備控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介。輸入輸出設備是CNC系統(tǒng)與外部設備進行交互裝置。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)或將調(diào)試好了的

21、零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質(zhì)上。表1 控制介質(zhì)和輸入輸出設備表控控制制介介質(zhì)質(zhì) 輸輸入入設設備備 輸輸入入設設備備 穿孔紙帶 紙帶閱讀機 紙帶穿孔機 磁帶 磁帶機或錄音機 磁盤 磁盤驅動器 輸出設備輸出設備1) 控制介質(zhì)與輸入輸出設備控制介質(zhì)與輸入輸出設備 2)2)通訊通訊 現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設備進行信息交換外，一般都具有用通訊方式進行信息交換的能力。它們是實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術。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)絡技術（internet等）。 3)CNC

22、3)CNC裝置裝置(CNC(CNC單元單元) )組成：計算機系統(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的控制軟件。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件(伺服單元、驅動裝置和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)有條不紊地進行工作的。 CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心。4)4)伺服單元、驅動裝置和測量裝置伺服單元、驅動裝置和測量裝置 伺服單元和驅動裝置：伺服單元和驅動裝置： 主軸伺服驅動裝置和主軸電機 進給伺服驅動裝置和進給電機 測量裝置： 位置和速度測量裝置

23、。以實現(xiàn)進給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。 作用：保證靈敏、準確地跟蹤CNC裝置指令 進給運動指令：實現(xiàn)零件加工的成形運動（速度和位置控制）。 主軸運動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運動（速度控制） 主軸伺服電機、進給伺服電、滾珠絲杠副主軸伺服電機、進給伺服電、滾珠絲杠副光柵動畫圓光柵光柵光柵 5)PLC5)PLC、機床、機床I/OI/O電路和裝置電路和裝置 PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成與邏輯運算有關順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成； 機床I/O電路和裝置：實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路； 功能：接受CN

24、C的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作 接受操作面板和機床的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)和機床的動作。 6)6)機床機床 機床：數(shù)控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。 組成：由主運動部件、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應的傳動機構）、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）。 按傳統(tǒng)的加工工藝方法來分有：按傳統(tǒng)的加工工藝方法來分有：數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床、數(shù)控沖床、數(shù)控折彎機、數(shù)控電加工機床、

25、數(shù)控激光與火焰切割機和加工中心等。其其中，現(xiàn)代數(shù)控銑床基本上都兼有鉆鏜加工功能。當某數(shù)控機床具有中，現(xiàn)代數(shù)控銑床基本上都兼有鉆鏜加工功能。當某數(shù)控機床具有自動換刀功能時，即可稱之為自動換刀功能時，即可稱之為“加工中心加工中心”。1.3.2 1.3.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1)按加工工藝方法分類按加工工藝方法分類 2)2)按數(shù)控系統(tǒng)分類按數(shù)控系統(tǒng)分類 有點位控制機床、直線控制機床和輪廓控制機床。 (1) 點位控制機床。點位控制機床。它如圖它如圖1-8(a)1-8(a)所示。所示。只控制刀具從一點向另一點移動，而不管其中間行走只控制刀具從一點向另一點移動，而不管其中間行走軌跡的控制方式。軌

26、跡的控制方式。數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。這類機床的數(shù)控功能主要用于控制加工部位的相對位置精度。(1)(1)點位控制點位控制圖1-8 按加工控制路線分類（1）點位控制。）點位控制。只控制刀具從一點向另一點移動，而不管其中間行走軌跡的控制方式。(2) 直線控制機床直線控制機床?？煽刂频毒呦鄬τ诠ぷ髋_以適當?shù)倪M給速度，沿著平行于某一坐標軸方向或與坐標軸成45的斜線方向作直線軌跡的加工。(3) 輪廓控制機床。輪廓控制機床。它又稱連續(xù)控制機床。如圖1-8(c)所示，可控制刀具相對于工件作連續(xù)軌跡的運動，能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配以自動編程計算，可加工任意形狀的曲線和曲面。(1)(1)

27、點位控制點位控制 (2) (2) 直線控制機床。直線控制機床。 一般地，都是將點位與直線控制方式結合起來，組成點位直線控制系統(tǒng)而用于機床上。這種形式的典型機床有車階梯軸的數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床和簡單加工中心等。 (3) (3) 輪廓控制機床。輪廓控制機床。 典型的輪廓控制型機床有數(shù)控銑床、功能完善的數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控電加工機床等。 3)3)按機床所用進給伺服系統(tǒng)不同分類按機床所用進給伺服系統(tǒng)不同分類 有開環(huán)伺服系統(tǒng)型、閉環(huán)伺服系統(tǒng)型和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)型。數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng) 進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng): 伺服電路、伺服驅動裝置、機械傳伺服電路、伺服驅動裝置、機械傳動機構

28、和執(zhí)行部件組成動機構和執(zhí)行部件組成。 它的作用是：接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅動電路作一定的轉換和放大后，經(jīng)伺服驅動裝置(直流、交流伺服電機，電液動脈沖馬達和功率步進電機等)和機械傳動機構，驅動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工件進給和快速運動。 1)1)開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機和電液脈沖馬達等。如圖1-9所示。每給一脈沖信號，步進每給一脈沖信號，步進電機就轉過一定的角度，工作臺就走過一個脈沖當量的距離。電機就轉過一定的角度，工作臺就走過一個脈沖當量的距離。數(shù)控裝置按程序加工要求控制指令脈沖的數(shù)量、頻率和通電順序，達到控制

29、執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向的目的。 由于它沒有檢測和反饋系統(tǒng)，故稱之為開環(huán)由于它沒有檢測和反饋系統(tǒng)，故稱之為開環(huán)。其特點是結構簡單，維護方便，成本較低。但加工精度不高，如果采取螺距誤差補償和傳動間隙補償?shù)却胧?，定位精度可稍有提高。步進電機步進電機圖1-9 開環(huán)伺服系統(tǒng)螺母步進電機功率放大環(huán)形分配C N C絲杠滑板（工作臺）開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 2)2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有檢測和反饋系統(tǒng)，如圖1-10所示。測量元件(脈沖編碼器、旋轉變壓器和圓感應同步器等)裝在絲杠或伺服裝在絲杠或伺服電機的軸端部電機的軸端部，通過測量元件檢測絲杠或電機的回轉角。間接測出機

30、床運動部件的位移，經(jīng)反饋回路送回控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，并與控制指令值相比較。 由于只對中間環(huán)節(jié)進行反饋控制，絲杠和螺母副部由于只對中間環(huán)節(jié)進行反饋控制，絲杠和螺母副部分還在控制環(huán)節(jié)之外，故稱半閉環(huán)。分還在控制環(huán)節(jié)之外，故稱半閉環(huán)。對絲杠螺母副的機械誤差，需要在數(shù)控裝置中用間隙補償和螺距誤差補償來減小。圖1-10 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)螺 母絲 杠滑 板 （ 工 作 臺 ）伺 服放大器C N C比較器角 位 移測量裝置反饋信號指令信號伺 服 電 機絲杠螺母伺服電機滑板(工作臺)角位移測量裝置伺 服放大器比較器CNC指令信號反饋信號半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)視頻放影視頻放影 3)3)閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系

31、統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-11所示。它的工作原理和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)相同，但測量元件(直線感應同步器、長光柵直線感應同步器、長光柵等等)裝在工作臺上，可直接測出工作臺的實際位置。 該系統(tǒng)將所有部分都包含在控制環(huán)之內(nèi)該系統(tǒng)將所有部分都包含在控制環(huán)之內(nèi)，可消除機械系統(tǒng)引起的誤差，精度高于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，但系統(tǒng)結構較復雜，控制穩(wěn)定性較難保證，成本高，調(diào)試維修困難(五坐標高精機床配置)。圖1-11 閉環(huán)伺服系統(tǒng)螺 母絲 杠伺 服放 大 器C N C比 較 器反 饋 信 號指 令 信 號直 線 位 移測 量 裝 置滑 板 （ 工 作 臺 ）伺 服 電 機閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動軸數(shù)分辨

32、率(um)進給速度m/min) 顯示高級型32/64 5 24三維動態(tài)普及型26 30.1101024字符/圖形經(jīng)濟型 8/16 3 10 10字符表表2 數(shù)控系統(tǒng)的功能分類數(shù)控系統(tǒng)的功能分類4)4)按功能水平分類按功能水平分類a）高級型數(shù)控系統(tǒng)）高級型數(shù)控系統(tǒng)( (閉環(huán)閉環(huán)) )b）普及型數(shù)控系統(tǒng)）普及型數(shù)控系統(tǒng)( (半閉環(huán)半閉環(huán)) )c）經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)）經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)( (開環(huán)開環(huán)) ) 5)5)按所用數(shù)控裝置的不同分類按所用數(shù)控裝置的不同分類 有有NCNC硬線數(shù)控和硬線數(shù)控和CNCCNC軟線數(shù)控機床。軟線數(shù)控機床。 (1) NC (1) NC硬線數(shù)控機床。硬線數(shù)控機床。其計算控制多采用邏

33、輯電路板等專用硬件的形式。要改變功能時，需要改變硬件電路，因此通用性差，制造維護難，成本高(目前很少見目前很少見) )。 (2) CNC (2) CNC軟線數(shù)控機床。軟線數(shù)控機床。其計算控制的大部分功能都是通過小型或微型計算機的系統(tǒng)控制軟件來實現(xiàn)的。不同功能的機床其系統(tǒng)軟件就不同。當需要擴充功能時，只需改變系統(tǒng)軟件即可。1.41.4數(shù)控機床的自由度和數(shù)控標準數(shù)控機床的自由度和數(shù)控標準1.4.1數(shù)控機床的自由度 1機床的坐標系機床的坐標系 在機床上，我們始終認為工件靜止，而刀具是運動工件靜止，而刀具是運動的。這樣編程人員在不考慮機床上工件與刀具具體運動的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機床的加工

34、過程。 （1 1）機床相對運動的規(guī)定：）機床相對運動的規(guī)定：（2 2）機床坐標系的規(guī)定）機床坐標系的規(guī)定 標準機床坐標系中標準機床坐標系中X X、Y Y、Z Z坐標軸的相互關系用右手笛卡爾直角坐標坐標軸的相互關系用右手笛卡爾直角坐標系決定。系決定。 圖圖3-3 3-3 直角坐標系直角坐標系 附加坐標軸附加坐標軸U、V、W為為，分分 別平行于別平行于X、Y、Z軸且軸且方向相同方向相同+X+Z+Y+C+B+A+W+V+UOX、Y、Z為移動坐標為移動坐標A、B、C分別為繞分別為繞X、Y、Z軸的旋轉坐標軸的旋轉坐標 圖圖3-4所示所示笛卡爾直角坐標系笛卡爾直角坐標系+X+Z+YO主軸主軸工作臺工作臺眼

35、睛眼睛 操作者操作者右左 a)立式銑床坐標系立式銑床坐標系 數(shù)控銑床運動方式數(shù)控銑床運動方式例如例如: :數(shù)控銑床數(shù)控銑床，有機床的縱向運動、橫向運動以及垂向運動，如圖3-5所示。在數(shù)控加工中就應該用機床坐標系來描述。 （1）Z坐標：平行于主軸，刀具離開工件的方向為正。 （2）X坐標：Z坐標垂直，且刀具旋轉，所以面對刀具主軸向立柱方向看，向右為正。 （3）Y坐標：在Z、X坐標確定后，用右手直角坐標系來確定。立式銑床坐標系立式銑床坐標系O工作臺工作臺主軸主軸眼睛+X+Z+Y臥式銑床坐標系臥式銑床坐標系例如:數(shù)控車床和磨床: 增大刀具與工件距離的方向即為各坐標軸的正方向，如下圖所示。+ZO+X圖圖3-6 數(shù)控車床數(shù)控車床數(shù)車床坐標系數(shù)車床坐標系(3) (3) 數(shù)控車床坐標軸方向的確定數(shù)控車床坐標軸方向的確定 Z Z坐標坐標 Z坐標的運動方向是