數(shù)控技術(shù)緒論

機(jī)床數(shù)控技術(shù)2024/1/1312024/1/132使用教材和參考教材使用教材：張耀滿主編，機(jī)床數(shù)控技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2013參考教材：王永章等編著，機(jī)床的數(shù)字控制技術(shù)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995王貴明編著，數(shù)控實(shí)用技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2002劉文波等編著，機(jī)床數(shù)控技術(shù)，東北大學(xué)出版社，2000何玉安主編，數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，20042024/1/1331.1基本概念在現(xiàn)代機(jī)械制造領(lǐng)域中，數(shù)控機(jī)床與機(jī)床數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為最基本概念之一。1.數(shù)字控制與數(shù)控機(jī)床數(shù)字控制(NumericalControl)：用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床是采用數(shù)字化代碼程序控制、能完成自動(dòng)化加工的通用機(jī)床。2024/1/1341.1基本概念2.

數(shù)控機(jī)床控制原理數(shù)控機(jī)床在加工工藝與表面形成方法上與普通機(jī)床基本相同，主要是在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的原理與方法上不同。數(shù)控機(jī)床以數(shù)字指令控制機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作，如：N003G90G01X35.0Y279.3Z-429.7S1000T02F500M07；1.1基本概念3.數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)是指高效、優(yōu)質(zhì)地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零件、特別是復(fù)雜形狀零件在數(shù)控機(jī)床上完成加工的技術(shù)，它是自動(dòng)化、柔性化、敏捷化和數(shù)字化制造加工的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)控加工過(guò)程包括由給定零件的加工要求（零件圖紙、CAD數(shù)據(jù)或?qū)嵨锬Ｐ停┑酵瓿杉庸さ娜^(guò)程，其主要內(nèi)容涉及數(shù)控機(jī)床加工工藝和數(shù)控編程技術(shù)兩大方面。2024/1/1352024/1/1361.2

數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1.數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的需要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜、加工精度和性能要求日趨提高，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的加工精度和自動(dòng)化程度提出了更高的要求。大批量生產(chǎn)廣泛采用組合機(jī)床、專業(yè)生產(chǎn)線和自動(dòng)化車間進(jìn)行加工。但存在生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，產(chǎn)品更新和修改加工工藝的時(shí)間較長(zhǎng)，費(fèi)用較高的問(wèn)題。單件小批量產(chǎn)品占到70-80％，一般采用通用機(jī)床來(lái)加工。由于自動(dòng)化程度不高，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床就是為了解決單件、小批量，特別是為了復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化加工而產(chǎn)生的。2024/1/1371.2

數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展2.數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展階段數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的如下幾個(gè)階段：第一代（1952~1959年）：電子管數(shù)控系統(tǒng)。第二代（1959~1965年）：晶體管數(shù)控系統(tǒng)。第三代（1965~1970年）：集成電路數(shù)控系統(tǒng)。第四代（1970~1974年）：小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。第五代（1974~1990年）：微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。第六代（1990年

至

今）：基于工控PC的通用CNC系統(tǒng)。1.2

數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展(5)3.我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展階段從20世紀(jì)50年代開始數(shù)控系統(tǒng)的研究，經(jīng)過(guò)多方努力和攻關(guān)。1958年研制出第一代數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品1966年研制出第二代產(chǎn)品，1972年研制出第三代產(chǎn)品，1975年我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了第四代。1970年，北京第一機(jī)床廠的XK5040型數(shù)控升降臺(tái)銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場(chǎng)。20世紀(jì)80年代初，開始引進(jìn)國(guó)外數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)為國(guó)產(chǎn)主機(jī)配套。2024/1/1382024/1/1391.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床綜合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及精密機(jī)床設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，具有專用機(jī)床的高效率，精密機(jī)床的高精度和通用機(jī)床的高柔性等顯著特點(diǎn)，適合多變、復(fù)雜、精密零件的高效、自動(dòng)化加工。具體說(shuō)來(lái)，可以概括為以下幾個(gè)方面：（1）能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工（2）加工精度高質(zhì)量穩(wěn)定（3）生產(chǎn)效率高（4）廣泛的適應(yīng)性（5）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)強(qiáng)度（6）有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理2024/1/13101.4數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控加工程序、輸入裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置和強(qiáng)電控制裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和位置檢測(cè)裝置、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分

圖1-2CNC機(jī)床的組成2024/1/13111.5數(shù)控機(jī)床的分類

1.5.1按工藝方法分類1.5.2按伺服系統(tǒng)的類型分類

1.5.3按運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)分類1.5.4按功能水平分類

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普及型數(shù)控機(jī)床高檔型數(shù)控機(jī)床金屬切削類數(shù)控機(jī)床金屬成型類及特種加工類數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制的數(shù)控機(jī)床2024/1/13121.6以NC為基礎(chǔ)的自動(dòng)化加工技術(shù)隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，其成果正在不斷地滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)分布式數(shù)控系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。這些高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢(shì)。下面簡(jiǎn)單介紹以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化加工技術(shù)：2024/1/13131.6.1分布式數(shù)字控制系統(tǒng)為了提高生產(chǎn)效率，可用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，形成分布式數(shù)控（DistributedNumericalControl）系統(tǒng)。DNC原來(lái)是直接數(shù)字控制的英文縮寫，它表示用計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床組成的制造系統(tǒng)，也稱群控系統(tǒng)。采用多級(jí)連接控制結(jié)構(gòu)比較合理，即由一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控加工程序和有關(guān)數(shù)據(jù)的分配，并分時(shí)監(jiān)控各臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行，由各數(shù)控系統(tǒng)分別控制相應(yīng)機(jī)床運(yùn)行。2024/1/13141.6.1分布式數(shù)字控制系統(tǒng)由于“直接數(shù)字控制”的概念不能表明這種計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床分級(jí)連接的特點(diǎn)?，F(xiàn)代的DNC一般理解為分布式數(shù)字控制。分布式數(shù)字控制系統(tǒng)是將一組數(shù)控機(jī)床與存儲(chǔ)有零件加工程序和機(jī)床控制程序的公共存儲(chǔ)器相連接、根據(jù)加工要求向機(jī)床分配數(shù)據(jù)和指令的系統(tǒng)。即用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)直接控制或管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。1.6.1分布式數(shù)字控制系統(tǒng)多數(shù)DNC系統(tǒng)保留原來(lái)各數(shù)控機(jī)床的CNC系統(tǒng)，并與DNC系統(tǒng)的中央計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制管理，中央計(jì)算機(jī)并不取代各數(shù)控裝置的常規(guī)工作。DNC系統(tǒng)具有：計(jì)算機(jī)集中處理和分時(shí)控制的能力；現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)編程和對(duì)零件程序進(jìn)行編輯和修改的能力，使編程與控制相結(jié)合，而且零件程序存儲(chǔ)容量大；具有生產(chǎn)管理、作業(yè)調(diào)度、工況顯示監(jiān)控和刀具壽命管理等能力。2024/1/13152024/1/13161.6.2柔性制造單元及柔性制造系統(tǒng)（1）柔性制造單元（FMC）

柔性制造單元(FlexibleManufacturingCell)是由加工中心(MachiningCenter)與自動(dòng)交換工件(AutomaticWorkpieceChanger)，自動(dòng)交換托盤(AutomaticPalletChanger)的裝置所組成，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)還增加了自動(dòng)檢測(cè)與工況自動(dòng)監(jiān)控等功能。FMC的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)不同的加工對(duì)象、CNC機(jī)床的類型與數(shù)量以及工件更換和存儲(chǔ)方式的不同，可以有多種型式。但主要有托盤搬運(yùn)式和機(jī)器人搬運(yùn)式兩大類型。1.6.2柔性制造單元及柔性制造系統(tǒng)（2）柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加工中心組成，并具有自動(dòng)上下料裝置、倉(cāng)庫(kù)和輸送系統(tǒng)，在分布式計(jì)算機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。具有高度的柔性，是一種計(jì)算機(jī)直接控制的自動(dòng)化可變加工系統(tǒng)。一典型的FMS由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人、全自動(dòng)化輸送系統(tǒng)和自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖l-11所示。2024/1/13172024/1/1318圖1-11柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個(gè)分系統(tǒng)組成，每一個(gè)子系統(tǒng)還可以有子系統(tǒng)。1.6.2柔性制造單元及柔性制造系統(tǒng)1.6.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystem）是在柔性制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和現(xiàn)代管理科學(xué)的基礎(chǔ)上，將企業(yè)的全部生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)所需的各種分散的自動(dòng)化子系統(tǒng)，通過(guò)新的生產(chǎn)管理模式、工藝?yán)碚摵陀?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地集成起來(lái)，以獲得適應(yīng)于多品種、中小批量生產(chǎn)的高效益、高柔性和高質(zhì)量的智能制造系統(tǒng)。CIMS可由管理信息分系統(tǒng)、工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化分系統(tǒng)、制造自動(dòng)化分系統(tǒng)、質(zhì)量保證分系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)分系統(tǒng)6個(gè)分系統(tǒng)組成，它們之間的關(guān)系如圖1-12所示。2024/1/13