數(shù)控加工技術第一章概述

數(shù)控技術福建工程學院

賈敏忠教育科學“十五”國家規(guī)劃課題研究成果第1章數(shù)控機床的基礎知識數(shù)控技術概述數(shù)控機床分類數(shù)控機床的發(fā)展趨勢1.1數(shù)控機床概述

1.1.1、數(shù)控技術基本概念1、數(shù)控技術、數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床

數(shù)控技術，簡稱數(shù)控（NumericalControl----NC）是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。

數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）：用來實現(xiàn)數(shù)字化信息控制的硬件與軟件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng)。其核心是數(shù)控裝置（NumericalController）.

數(shù)控機床：采用數(shù)控技術進行控制的機床。第一節(jié)數(shù)控機床概述

一、數(shù)控技術基本概念2、NC機床與程控機床

機床的自動控制包括三方面：1）機床動作順序的程序控制（PLC控制）2）主電機和輔助電動機的起動停止、變速、冷卻、潤滑、排屑、自動換刀等輔助機能的控制。3）刀具（或坐標）移動軌跡的控制。

總結:1.1.1、數(shù)控技術基本概念幾個名稱NC機床加工中心FMCFMSCIMS二、數(shù)控系統(tǒng)及其組成1、數(shù)控機床的組成普通機床演變?yōu)閿?shù)控機床普通機床到數(shù)控機床數(shù)控機床的組成二、數(shù)控系統(tǒng)及其組成2、數(shù)控系統(tǒng)的基本組成

數(shù)控系統(tǒng)的主要控制對象是坐標軸的位移，控制信息主要來源于數(shù)控加工或運動控制程序。

基本組成：程序輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅動。數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床由信息輸入、信息運算及控制、伺服驅動和位置檢測反饋、機床本體、機電接口等五大部分組成。脈沖當量的概念：一個脈沖機械部件對應的位移量。第二節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機機床的的分類類一、按按運動動控制制的特特點分分類二、按按坐標標軸數(shù)數(shù)數(shù)目目分類類三、按按伺服服系統(tǒng)統(tǒng)的類類型分分類四、按按工藝藝方法法分類類五、按按功能能水平平分類類：：高高檔檔、中中檔、、低低檔（（經(jīng)濟濟型））一、按按運動動控制制的特特點分分類點位控控制數(shù)數(shù)控機機床:直線控控制數(shù)數(shù)控機機床：：輪輪廓廓控制制的數(shù)數(shù)控機機床：二、按按坐標標軸數(shù)數(shù)數(shù)目目分類類兩坐標標數(shù)控控機床床兩個半半坐標標數(shù)控控機床床三坐標標數(shù)控控機床床多坐標標數(shù)控控機床床三、按按伺服服系統(tǒng)統(tǒng)的類類型分分類開環(huán)控控制的的數(shù)控控機床床閉環(huán)控控制的的數(shù)控控機床床半閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)控制制只能用用步進進電機機四、按按工藝藝方法法分類類金屬切切削類類數(shù)控控機床床金屬成成型類類及特特種加加工類類數(shù)控控機床床金屬切切削類類數(shù)控控機床床包括括數(shù)控控車床床、數(shù)數(shù)控鉆鉆床、、數(shù)控控銑床床、數(shù)數(shù)控磨磨床、、數(shù)控控鏜床床以及及加工工中心心。金屬成成型類類數(shù)控控機床床包括括數(shù)控控折彎彎機、、數(shù)控控組合合沖床床和數(shù)數(shù)控回回轉頭頭壓力力機等等。數(shù)控特特種加加工機機床如如數(shù)控控線（（電極極）切切割機機床、、數(shù)控控電火火花加加工機機床、、火焰焰切割割機和和數(shù)控控激光光切割割機床床等。。五、按按功能能水平平分類類：：高高檔檔、中中檔、、低低檔（（經(jīng)濟濟型））第三節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機機床的的技術術指標標1.規(guī)格指指標:指數(shù)控控機床床的基基本能能力指指標，，主要要包括括行程范圍:工作臺面尺寸:承載能力:控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù):機床能能加工工零件件的最最大重重量機床安安裝工工件的的最大大范圍圍機床允允許的的加工工空間間控制軸軸數(shù):機床數(shù)數(shù)控裝裝置能夠控制的的進給給軸數(shù)數(shù)目聯(lián)動軸軸數(shù):機床數(shù)數(shù)控裝裝置同時控制的的進給給軸數(shù)數(shù)目：：如2軸、2.5軸、3軸、4軸、5軸控制制等第三節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機機床的的技術術指標標2.精度指指標:機床的的移動動部件件沿某某一坐坐標軸軸運動動時實實際值值與給給定值值的接接近程程度同一臺臺數(shù)控控機床床上應應用相相同程程序、、相同同代碼碼加工工一批批零件件所得得到結結果的的一致致性分度工工作臺臺在分分度時時指令令要求求回轉轉的角角度值值和實實際回回轉的的角度度值的的差值值定位精度:重復定位精度:分度精度:機床移動部件位置精度第三節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機機床的的技術術指標標3.性能指指標:最大主主軸轉轉速:最高快快移速速度和和最高高進給給速度度:最高快快移速速度指指進給給軸在在非加工工狀態(tài)態(tài)下的最最高移移動速速度主軸所所能達達到的的最高高轉速速，是是影影響零零件表面加加工質質量、、生產(chǎn)產(chǎn)率、、刀具具壽命命的主要要因素素最高進進給速速度指指進給給軸在在加工狀狀態(tài)下的最最高移移動速速度第三節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機機床的的技術術指標標可以測測量的的最小小增量量（對對測量量系統(tǒng)統(tǒng)而言言）可以控控制的的最小小位移移增量量（對對控制制系統(tǒng)統(tǒng)而言言）脈沖當當量：：分辨率：

數(shù)控裝裝置每每發(fā)出出一個個脈沖沖信號號，反反映到到機床床移動動部件件上的的移動動量。。例：0.001mm脈沖當當量越越小，，數(shù)控控機床床的加加工精精度和和加工工表面面質量量越高高分辨率率（Resolution）與脈脈沖當當量:0.01mm、0.001mm、0.1μm、0.01μμm；第五節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)控機機床的的發(fā)展展趨勢勢隨著計計算機機技術術的發(fā)發(fā)展，，數(shù)控控技術術不斷斷采用用計算算機、、控制制理論論等領領域的的最新新技術術成就就，使使其朝朝著下下述方方向發(fā)發(fā)展。。運行高高速化化和加加工高高精化化功能復復合化化控制智智能化化體系開開放化化驅動并并聯(lián)化化交互網(wǎng)網(wǎng)絡化化造型宜宜人化化1、趨勢勢——運行高高速化化進給、、主軸軸、刀刀具交交換、、托盤盤交換換等實實現(xiàn)高高速化化，并并具有有高加加（減減）速速度。。進給率率高速速化：：在分辨辨率為為1m時，F(xiàn)max=240m/min，可獲獲得復復雜型型面的的精確確加工工；在程序序段長長度為為1mm時，F(xiàn)max=30m/min，并且且具有有1.5g的加減減速率率；LinearMotor在高效效加工工中心心上達達到90m/min的快移移速度度和1g的加速速度。。直線電電機作作為高高效驅驅動元元件正正被廣廣為應應用，，尤其其在激激光切切割和和高速速加工工中。。換刀速速度0.9秒（刀刀到刀刀）2.8秒（切切削到到切削削）工作臺臺（托托盤））交換換速度度6.3秒。主軸高高速化化：采用電電主軸軸（內內裝式式主軸軸電機機），，主軸軸電機機的轉轉子軸軸就是是主軸軸部件件。主軸最最高轉轉速達達200000r/min。主軸轉轉速的的最高高加（（減））速為為1.0g，即僅僅需1.8秒即可可從0提速到到15000r/min。SpindleMotor高速加加工：：控制制、伺伺服驅驅動、、主軸軸、刀刀具、、軸承承、導導軌、、絲杠杠、卡卡盤、、夾具具、冷冷卻2、趨勢勢——加工高高精化化提高機機械的的制造造和裝裝配精精度；；提高高數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)的控控制精精度；；采用用誤差差補償償技術術。IC制造裝裝備、、納米米控制制。提高CNC系統(tǒng)控控制精精度：：采用高速插插補技術，，以微小程程序段實現(xiàn)現(xiàn)連續(xù)進給給，使CNC控制單位精精細化；采用高分辨辨率位置檢檢測裝置，，提高位置置檢測精度度（日本交交流伺服電電機已有裝裝上106脈沖/轉的內藏位位置檢測器器，其位置置檢測精度度能達到0.01m/脈沖）位置伺服系系統(tǒng)采用前前饋控制與與非線性控控制等方法法。采用誤差補補償技術：：采用反向間間隙補償、、絲桿螺距距誤差補償償和刀具誤誤差補償?shù)鹊燃夹g;設備的熱變變形誤差補補償和空間間誤差的綜綜合補償技技術。研究究表明，綜綜合誤差補補償技術的的應用可將將加工誤差差減少60％～80％。三井精精機的JidicH5D型超精密臥臥式加工中中心的定位位精度為±0.1m。高精加工：：控制、伺伺服驅動、、主軸、刀刀具、傳感感器、軸承承、導軌、、絲杠、夾夾具、冷卻卻3、趨勢——控制智能化化隨著人工智智能技術的的不斷發(fā)展展，為滿足足制造業(yè)生生產(chǎn)柔性化化、制造自自動化發(fā)展展需求，數(shù)數(shù)控技術智智能化程度度不斷提高高，體現(xiàn)在在：加工過程自自適應控制制技術：通過監(jiān)測主軸和進給給電機的功功率、電流流、電壓等等信息，辯識出刀具的受受力、磨損損以及破損損狀態(tài)，機機床加工的的穩(wěn)定性狀狀態(tài)；并實實時修調加工參數(shù)（（主軸轉速速，進給速速度）和加加工指令，，使設備處處于最佳運運行狀態(tài)，，以提高加工精度、、降低工件件表面粗糙糙度以及設設備運行的的安全性。。加工參數(shù)的的智能優(yōu)化:將零件加工工的一般規(guī)規(guī)律、特殊殊工藝經(jīng)驗驗，用現(xiàn)代代智能方法法，構造基于專家系系統(tǒng)或基于于模型的“加工參數(shù)的的智能優(yōu)化化與選擇器器”，獲得優(yōu)化的加工工參數(shù)，提高編程效率和和加工工藝藝水平，縮短生產(chǎn)準備時時間。使加加工系統(tǒng)始始終處于較較合理和較較經(jīng)濟的工工作狀態(tài)。。智能化交流流伺服驅動動裝置：自動識別負負載、自動動調整控制制參數(shù)，包包括智能主主軸和智能能化進給伺伺服裝置，，使驅動系系統(tǒng)獲得最最佳運行。。智能故障診診斷與自修修復技術智能故障診診斷技術：：根據(jù)已有有的故障信信息，應用用現(xiàn)代智能能方法，實實現(xiàn)故障快速準確定定位。智能故障自自修復技術術：根據(jù)診診斷故障原原因和部位位，以自動排除故故障或指導導故障的排排除技術。集故故障自診斷斷、自排除除、自恢復復、自調節(jié)節(jié)于一體，，貫穿于全全生命周期期。智能故障診診斷技術在在有些數(shù)控控系統(tǒng)中已已有應用，，智能化自自修復技術術還在研究究之中。4、趨勢——功能復合化化復合化：在一臺設備備上實現(xiàn)多多種工藝步步驟的加工工，縮短加加工鏈車銑復合—車削中心（（ATC，動力刀頭頭）；鏜銑鉆復合合—加工中心（（ATC）、五面加加工中心（（ATC，主軸立臥臥轉換）；；銑鏜鉆車復復合—復合加工中中心；可更換主軸軸箱的數(shù)控控機床—組合加工中中心；集車削和激激光加工于于一體的機機床；測量/制造復合，，在加工后后對工件進進行在線測測量多功能復合合化機床消消除了車床床、銑床、、磨床、激激光設備等等之間的傳傳統(tǒng)差異。。CAD、CAM、CNC三者關系圖圖CAD/CAM/CNC智能4M數(shù)控系統(tǒng)：：將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機器操作作(Manipulator)四者（即4M）融合在一一個系統(tǒng)中中，實現(xiàn)信信息共享、、快速制造造、快速檢檢測和快速速響應。5、趨勢——交互網(wǎng)絡化化支持網(wǎng)絡通通訊協(xié)議，，既滿足單單機DNC需要，又能能滿足FMC、FMS、CIMS、靈捷制造造TEAM（technologyenablingagilemanufacture）對基層設設備集成要要求的數(shù)控控系統(tǒng)。網(wǎng)絡資源共共享。數(shù)控機床的的遠程（網(wǎng)網(wǎng)絡）控制制。數(shù)控機床故故障的遠程程（網(wǎng)絡））診斷。數(shù)控機床的的遠程（網(wǎng)網(wǎng)絡）培訓訓與教學（（網(wǎng)絡數(shù)控控）數(shù)控系統(tǒng)中中采用網(wǎng)絡絡與光纖通通訊技術實實現(xiàn)運動和和I/O的控制是數(shù)數(shù)控技術的的發(fā)展方向向。數(shù)控中：德德國Intrtamat的SERCOS、美國DELTATAU的Mcro-Link、日本FANUC的SERVO-Link、日本三菱菱的Tro-Link等。由于技術封封鎖等原因因，各系統(tǒng)統(tǒng)中光纖通通訊采用的的協(xié)議沒有有兼容性和和互換性，，要求伺服服驅動器以以及I/O模塊必須具具有相應協(xié)協(xié)議的光纖纖通訊接口口，這樣的的系統(tǒng)軟硬硬件開放性性較差，而而且系統(tǒng)的的成本也較較高。另外的網(wǎng)絡絡通訊協(xié)議議：ARCNET、CANBus、Profibus、USB、IEEE1394。IEEE1394的前身即FireWire，是1986年由蘋果電電腦公司針針對高速數(shù)數(shù)據(jù)傳輸所所開發(fā)的一一種串行數(shù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)協(xié)議，并于于1995年獲得美國國電機電子子工程師協(xié)協(xié)會認可成成為正式新新標準。現(xiàn)在大家看看到的IEEE1394、FireWire和i.LINK其實指的都都是這個標標準，通常常，在PC個人計算機機領域將它它稱為IEEE1394，在電子消消費品領