第一章數(shù)控技術(shù)概述

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

本課程是機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專業(yè)方向課。主要以數(shù)控機(jī)床為對(duì)象研究計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的工作原理、組成及其應(yīng)用。通過(guò)理論課教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生掌握簡(jiǎn)單數(shù)控編程，數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)思想，伺服進(jìn)給系統(tǒng)組成和檢測(cè)系統(tǒng)組成等。先修課程有：微機(jī)原理與應(yīng)用，測(cè)試技術(shù)，機(jī)電傳動(dòng)控制，控制工程基礎(chǔ)等。2023/12/262第一章數(shù)控技術(shù)概述課程說(shuō)明推薦教材及主要參考書(shū)1.數(shù)控技術(shù)，張建鋼，華中科技大學(xué)出版社2.機(jī)床數(shù)控技術(shù)，李郝林，機(jī)械工業(yè)出版社3.微機(jī)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(jī)?cè)u(píng)定：出勤、作業(yè)和課堂表現(xiàn)占總成績(jī)的20%，期末考試成績(jī)占總成績(jī)的80%。2023/12/263第一章數(shù)控技術(shù)概述第一章數(shù)控技術(shù)概述

目錄1.1基本概念與特點(diǎn)

1.2工作原理與分類

1.3發(fā)展?fàn)顩r

2023/12/264第一章數(shù)控技術(shù)概述§1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念與特點(diǎn)一概念：數(shù)控技術(shù)以數(shù)字量編程實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械或其它設(shè)備自動(dòng)工作的技術(shù)。數(shù)控設(shè)備一種設(shè)備的控制過(guò)程是以數(shù)字形式來(lái)描述的，工作過(guò)程是可編程序的并能在程序控制下自動(dòng)地運(yùn)行。2023/12/265第一章數(shù)控技術(shù)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(jié)果數(shù)控設(shè)備數(shù)控設(shè)備的工作原理圖§1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念與特點(diǎn)2023/12/266第一章數(shù)控技術(shù)概述特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定；生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好；減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、操作簡(jiǎn)單；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；有利于向高級(jí)計(jì)算機(jī)控制方面發(fā)展；§1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念與特點(diǎn)2023/12/267第一章數(shù)控技術(shù)概述二特點(diǎn)缺點(diǎn)1．造價(jià)相對(duì)較高。2．維護(hù)比較復(fù)雜，需要專門(mén)的維護(hù)人員。3．需要高度熟練和經(jīng)過(guò)培訓(xùn)零件編程人員。

§1.1數(shù)控技術(shù)的基本概念與特點(diǎn)2023/12/268第一章數(shù)控技術(shù)概述§1.2數(shù)控機(jī)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(shù)概述一、數(shù)控機(jī)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(shù)概述一、數(shù)控機(jī)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(shù)概述一、數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控萬(wàn)能銑床2023/12/2612第一章數(shù)控技術(shù)概述一、數(shù)控機(jī)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(shù)概述一、數(shù)控機(jī)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(shù)概述一、數(shù)控機(jī)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(shù)概述一、數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控電火花加工機(jī)床2023/12/2616第一章數(shù)控技術(shù)概述（一）數(shù)控機(jī)床組成

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

控制介質(zhì)數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床主機(jī)測(cè)量反饋裝置2023/12/2617第一章數(shù)控技術(shù)概述（二）數(shù)控機(jī)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(dòng)位置檢測(cè)輔助控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)輔助動(dòng)作加工零件2023/12/2618第一章數(shù)控技術(shù)概述二、數(shù)控系統(tǒng)的分類

數(shù)控設(shè)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(gè)不同的角度進(jìn)行分類。2023/12/2619第一章數(shù)控技術(shù)概述

(一)按運(yùn)動(dòng)軌跡分類

1．點(diǎn)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(shù)概述(二)按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制方式分類

1．開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

開(kāi)環(huán)控制方式調(diào)試方便，維修簡(jiǎn)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(shè)備。2023/12/2621第一章數(shù)控技術(shù)概述(二)按所用進(jìn)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(diǎn)是精度高，速度快，但調(diào)試和維修比較復(fù)雜、成本高。一般用于運(yùn)動(dòng)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(shù)概述半閉環(huán)伺服系統(tǒng)介于開(kāi)環(huán)和閉環(huán)之間，精度比開(kāi)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(jìn)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(shù)概述

(三)按所用數(shù)控裝置的構(gòu)成方式分類

1．硬線數(shù)控系統(tǒng)(NC)

2．計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)使用硬線數(shù)控裝置，它的輸入處理、插補(bǔ)運(yùn)算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同功能的機(jī)床，其組合邏輯電路也不相同。

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

(四)按工藝用途分類

1．一般數(shù)控機(jī)床

2．?dāng)?shù)控加工中心機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)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(mén)銑等。這類機(jī)床的工藝性和通用機(jī)床相似，所不同的是它能加工復(fù)雜形狀的零件。在一般數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)刀庫(kù)(可容納10～100多把刀具)和自動(dòng)換刀裝置而構(gòu)成的一種帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床(又稱多工序數(shù)控機(jī)床或鏜銑加工中心和車削中心，習(xí)慣上常簡(jiǎn)稱為加工中心——MachiningCenter)，使數(shù)控機(jī)床更進(jìn)一步地向自動(dòng)化和高效化方向發(fā)展。2023/12/2625第一章數(shù)控技術(shù)概述(五)按聯(lián)動(dòng)軸(同時(shí)控制)數(shù)分類

1．2軸聯(lián)動(dòng)

2．3軸兩聯(lián)動(dòng)(2.5軸聯(lián)動(dòng))

3．3軸聯(lián)動(dòng)

4．4軸聯(lián)動(dòng)

5．5軸聯(lián)動(dòng)

同時(shí)控制五個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，即在三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)之外，再加上圍繞這些直線坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C中的任意兩個(gè)坐標(biāo)。適合加工葉片、葉輪或機(jī)翼。

同時(shí)控制四個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，即在三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)之外，再加一外旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)?？捎脕?lái)加工葉輪或圓柱凸輪。

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

3軸兩聯(lián)動(dòng)是指三個(gè)坐標(biāo)軸(X，Y，Z)中任一時(shí)刻只能控制任意2軸聯(lián)動(dòng)，另一軸則是點(diǎn)位或直線控制。

可同時(shí)控制2軸，且相互獨(dú)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(jī)床可能有3個(gè)軸，但同時(shí)控制的只有2個(gè)軸。2023/12/2626第一章數(shù)控技術(shù)概述

數(shù)控機(jī)床輪廓控制系統(tǒng)一般都有點(diǎn)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(shí)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)已達(dá)到6軸。

(五)按聯(lián)動(dòng)軸(同時(shí)控制)數(shù)分類2023/12/2627第一章數(shù)控技術(shù)概述§1.3數(shù)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及其發(fā)展我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展情況2023/12/2628第一章數(shù)控技術(shù)概述一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及其發(fā)展

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

1952年美國(guó)Parsons公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，成功地研制出一臺(tái)三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的試驗(yàn)型數(shù)控銑床，這是公認(rèn)的世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。

當(dāng)時(shí)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(shù)概述數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展歷史2023/12/2631第一章數(shù)控技術(shù)概述

目前市場(chǎng)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(guó)的Siemens810系列數(shù)控系統(tǒng)。近年來(lái)人們致力于開(kāi)發(fā)基于Web的CNC系統(tǒng)(遠(yuǎn)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(shù)概述二、我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展情況

我國(guó)從1958年開(kāi)始，由清華大學(xué)和北京機(jī)床研究所研制了101數(shù)控機(jī)床，一直到60年代中期處于研制、開(kāi)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(jī)。2023/12/2633第一章數(shù)控技術(shù)概述我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展歷史2023/12/2634第一章數(shù)控技術(shù)概述1.2000年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)控機(jī)床廠家：100數(shù)控系統(tǒng)廠家：50數(shù)控機(jī)床配套廠家：300