數(shù)控技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用21、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)線它們存在固有的缺點(diǎn)：初始投資大準(zhǔn)備周期長柔性差主軸承蓋加工數(shù)控組合機(jī)床軸承蓋加工自動線1.1

數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生于發(fā)展

*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用3上述方法僅適用批量較大的零件生產(chǎn)。然而，隨著市場競爭的日趨激烈產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短，批量大的產(chǎn)品越來越少，而小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)所占的比重越來越大，約占總加工量的80％以上。在航空、航天、重型機(jī)床以及國防部門尤其如此。因此，迫切需要一種精度高、柔性好的加工設(shè)備來滿足上述需求，這是機(jī)床數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在動力。另一方面，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)，這是機(jī)床NC技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的可能性。NC技術(shù)正是在這種背景下誕生和發(fā)展起來的。它極其有效地滿足了上述要求，為小批量、精密復(fù)雜的零件生產(chǎn)提供了自動化加工手段。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。1.2

數(shù)控加工的基本知識

*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用4數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較工藝分析數(shù)控加工程序工序卡傳統(tǒng)加工數(shù)控加工圖2傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的比較圖第一章數(shù)控技術(shù)概述*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用51-1數(shù)控技術(shù)的基本概念與特點(diǎn)二數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)

提高加工精度提高生產(chǎn)效率改善工作條件有利于生產(chǎn)管理便于實(shí)現(xiàn)自動化便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化便于實(shí)現(xiàn)智能化*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用61.2

數(shù)控加工的基本知識數(shù)字控制：NumericalControl—NC數(shù)控技術(shù)：用數(shù)字信號控制機(jī)床的技術(shù)。數(shù)控機(jī)床：裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用71、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。2、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)。1.2.1數(shù)控加工的基本術(shù)語*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用83、數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動控制的一類機(jī)床。它數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。4、數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5、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)。1.2.1數(shù)控加工的基本術(shù)語*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用92、發(fā)展沿革1952研制了世界第一臺三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。50-60年代，發(fā)展到NC（硬件數(shù)控）階段。70年代，發(fā)展到CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控）階段。80年代，出現(xiàn)高速高精度CNC的開發(fā)和應(yīng)用階段。90年代，基于PC的開放式CNC的開發(fā)與應(yīng)用。當(dāng)代，也主要是基于PC的CNC開放式系統(tǒng)，軟件有所提高。1.2

數(shù)控加工的基本知識

2023年1月29日數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用101-2數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展一、數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生1948年：麻省理工學(xué)院&帕森斯公司研制1952年：世界第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床誕生1955年：投入實(shí)用階段注：該數(shù)控機(jī)床是在1946年計(jì)算機(jī)問世的前提下誕生的，數(shù)控系統(tǒng)由電子管構(gòu)成且為硬線數(shù)控系統(tǒng)*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用11*1952年，第一臺數(shù)控機(jī)床在MIT問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件，推動了自動化的發(fā)展。當(dāng)時(shí)控制程序是記錄在紙帶上的字符和數(shù)字，故稱數(shù)字控制機(jī)床。*1955年，第一臺商業(yè)數(shù)控機(jī)床在美國全國機(jī)床展覽會上展出。圖第一臺數(shù)控機(jī)床*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用121.4.1數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的每一點(diǎn)進(jìn)步都在推動數(shù)控技術(shù)向前發(fā)展。

“六代”

1電子管，1952，ParsonsCorp.,MIT,美空軍后勤司令部合作，第一臺立式銑；

2晶體管、印刷電路，1959，晶體管元件的出現(xiàn)使電子設(shè)備的體積大大減小，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，K&T開發(fā)第一臺加工中心

MILWAUKEE-MATIC。

3小規(guī)模集成電路,1965,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。1967英國最初的FMS.4通用小型計(jì)算機(jī),1970，在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會上，首次展出了一臺以通用小型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置的數(shù)控系統(tǒng)，特征為許多數(shù)控功能由軟件完成。

5微處理器，1974，開始出現(xiàn)的以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)被人們譽(yù)為第五代數(shù)控系統(tǒng)，近30年來，裝備微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

6基于PC（PC-BASED）的數(shù)控,20世紀(jì)80年代，基于PC開發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)。1.4數(shù)控技術(shù)的發(fā)展*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用131-2數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展從NC發(fā)展到CNCMC（加工中心）的發(fā)展DNC（直接數(shù)字控制）的發(fā)展FMC（柔性制造單元）的發(fā)展FMS（柔性制造系統(tǒng)）的發(fā)展CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的發(fā)展IMS（智能制造系統(tǒng)）的發(fā)展*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用141-2數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展“六五”（1981~1985年）引進(jìn)國外技術(shù)“七五”（1986~1990年）消化吸收“八五”（1991~1995年）科技攻關(guān)“九五”（1996~2000年）產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)三、我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

1958年：開始進(jìn)行數(shù)控機(jī)床研制（JCS-018）富有成效的研制四階段*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用151-2數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展所取得的成果（達(dá)到當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)水平）

“華中Ⅰ型”數(shù)控系統(tǒng)（華中科技大學(xué)）“中華Ⅰ型”數(shù)控系統(tǒng)（珠峰數(shù)控公司）“藍(lán)天Ⅰ型”數(shù)控系統(tǒng)“航天Ⅰ型”數(shù)控系統(tǒng)*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用161.4.2數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢1．高速高精度機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。

上世紀(jì)90年代以來，高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速15000－100000r/min）、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動部件（快移速度60~120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min）、高性能伺服系統(tǒng)以及工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破。圖切削速度的發(fā)展*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用17現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機(jī)械加工高精度的提出了新的要求：普通的加工精度提高了一倍，達(dá)到5微米；精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級，超精密加工精度進(jìn)入納米級（0.001微米），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01~0.05微米，加工圓度為0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。近10多年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由±10μm提高到±5μm，精密級加工中心的加工精度則從±3~5μm，提高到±1~1.5μmRaδVFVC250.10100002500200.0880002000150.0660001500100.044000100050.0220005000RaδVfVC19931994199519961997年度Ra——表面粗糙度（um），δ——加工誤差（um），Vf——進(jìn)給速度（mm/min），Vc——切削速度（m/min）圖1-8數(shù)控機(jī)床的高速化對加工質(zhì)量的影響1.2數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用18工藝分析數(shù)控加工程序工序卡傳統(tǒng)加工數(shù)控加工傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的比較圖1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用19數(shù)控加工過程示意圖1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用20數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程分以下幾個(gè)步驟：根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序所編寫程序指令輸入數(shù)控裝置數(shù)控裝置將程序(代碼)進(jìn)行譯碼、運(yùn)算之后，向機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)的伺服機(jī)構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信號，以驅(qū)動機(jī)床的各運(yùn)動部件，并控制所需要的輔助動作，最后加工出合格的零件

1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用211-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用22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。1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用23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1：1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用24表1控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用25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）。1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用26

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(gè)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1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用27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）1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用28

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。1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用29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）。1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用30

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)控沖裁機(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。數(shù)控機(jī)床的分類1-3數(shù)控機(jī)床的工作原理與數(shù)控系統(tǒng)的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用31一、按加工工藝方法分類1、一般數(shù)控機(jī)床切削加工類：捷克托斯數(shù)控鏜床CKA6150數(shù)控車床哈挺數(shù)控磨床1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用32成型加工類：數(shù)控折彎機(jī)數(shù)控彎管機(jī)數(shù)控型材彎弧機(jī)1.3數(shù)控機(jī)床的分類內(nèi)容講解*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用33特種加工類：火花成型線切割機(jī)火花小孔激光加工1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用34其它類型：三坐標(biāo)測量機(jī)CNC影像儀1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用35德馬吉立式加工中心2、帶自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床（加工中心）臥式加工中心德馬吉萬能車削中心1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用36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)。二、按控制系統(tǒng)功能特點(diǎn)分類1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用37*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用38點(diǎn)位直線控制數(shù)控系統(tǒng)點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動部件不僅要實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動定位，而且能夠?qū)崿F(xiàn)平行坐標(biāo)軸方向的直線切削加工運(yùn)動。

點(diǎn)位直線數(shù)控機(jī)床雖然擴(kuò)大了點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的工藝范圍，但它的應(yīng)用仍然受到了很大的限制

運(yùn)動過程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑鏜床。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用39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(gè)進(jìn)給軸同時(shí)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)。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用40*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用41三、按伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)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。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用42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(gè)數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用43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(jià)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。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用44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1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用451.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用46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。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用47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1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用481.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用49從理論上講，可以消除整個(gè)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。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用50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。四、按控制系統(tǒng)的功能水平分類1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用51圖不同聯(lián)動軸數(shù)所能加工的型面(a)二軸聯(lián)動；(b)二軸半聯(lián)動；(c)三軸聯(lián)動1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用52圖五軸聯(lián)動銑削曲面零件1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用53圖六軸加工中心坐標(biāo)示意圖1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用54按數(shù)控系統(tǒng)類型分類經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)（又稱簡易數(shù)控系統(tǒng)）這一檔次的數(shù)控機(jī)床僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋的零件，采用的微機(jī)系統(tǒng)為單板機(jī)或單片機(jī)系統(tǒng)，具有數(shù)碼顯示，CRT字符顯示功能，機(jī)床進(jìn)給由步進(jìn)電動機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)驅(qū)動，控制的軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)在3軸或3軸以下。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用55普及型數(shù)控系統(tǒng)（通常稱之為全功能數(shù)控系統(tǒng)）這類數(shù)控系統(tǒng)功能較多，除了具有一般數(shù)控系統(tǒng)的功能以外，還具有一定的圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能等，采用的微機(jī)系統(tǒng)為16位或32位微處理機(jī)，具有RS-232C通信接口，機(jī)床的進(jìn)給多用交流或直流伺服驅(qū)動，一般系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動控制。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用56高檔數(shù)控系統(tǒng)采用的微機(jī)系統(tǒng)為32位以上微處理機(jī)系統(tǒng)，機(jī)床的進(jìn)給大多采用交流伺服驅(qū)動，除了具有一般數(shù)控系統(tǒng)的功能以外，應(yīng)該至少能實(shí)現(xiàn)5軸或5軸以上的聯(lián)動控制。具有三維動畫圖形功能和宜人的圖形用戶界面，同時(shí)還具有豐富的刀具管理功能、寬調(diào)速主軸系統(tǒng)、多功能智能化監(jiān)控系統(tǒng)和面向用戶的宏程序功能，還有很強(qiáng)的智能診斷和智能工藝數(shù)據(jù)庫，能實(shí)現(xiàn)加工條件的自動設(shè)定，且能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)和通信。1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用57基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)用通用微機(jī)技術(shù)開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)可以得到強(qiáng)有力的硬件與軟件支持，這些軟件和硬件的技術(shù)是開放式的，此時(shí)的通用微機(jī)除了具備本身的功能外，還具備了全功能數(shù)控系統(tǒng)的所有功能。

1.3數(shù)控機(jī)床的分類*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用58工藝分析數(shù)控加工程序工序卡傳統(tǒng)加工數(shù)控加工傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的比較圖1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用59數(shù)控加工過程示意圖1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用60數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程分以下幾個(gè)步驟：根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序所編寫程序指令輸入數(shù)控裝置數(shù)控裝置將程序(代碼)進(jìn)行譯碼、運(yùn)算之后，向機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)的伺服機(jī)構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信號，以驅(qū)動機(jī)床的各運(yùn)動部件，并控制所需要的輔助動作，最后加工出合格的零件

1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用61數(shù)控機(jī)床的基本組成1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用62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。1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用63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1：1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用64表1控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用65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）。1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用66

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(gè)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1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用67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）1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用68

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。1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用69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）。1.4數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用701、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。2、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)。1.5數(shù)控加工的基本術(shù)語*數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用713、數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）是采用數(shù)字