1、第1章緒論教學提示：數(shù)控機床是采用數(shù)字控制技術對機床各移動部件相對運動進行控制的機床，它是典型的機電一體化產品，是現(xiàn)代制造業(yè)的關鍵設備。計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術的高速發(fā)展，加速了數(shù)控機床的發(fā)展。目前數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復合化和高可靠性等方向發(fā)展，同時其應用范圍也越來越廣泛。教學要求：本章主要講述數(shù)控機床的基本概念和特點、主要技術參數(shù)、分類以及技術與發(fā)展水平等。本章內容是數(shù)控機床的基本知識和內容，要求學生理解并掌握數(shù)控機床的基本概念、組成與特點以及分類，了解其發(fā)展趨勢和在先進制造技術中的作用。概述數(shù)控機床的定義數(shù)控即數(shù)字控制(Numeric

2、alControl,NC)。數(shù)控技術是指用數(shù)字信號形成的控制程序對一臺或多臺機械設備進行控制的一門技術。數(shù)控機床，簡單的說，就是采用了數(shù)控技術的機床。即將機床的各種動作、工件的形狀、尺寸以及機床的其他功能用一些數(shù)字代碼表示，把這些數(shù)字代碼通過信息載體輸入給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)經過譯碼、運算以及處理，發(fā)出相應的動作指令，自動地控制機床的刀具與工件的相對運動，從而加工出所需要的工件。實際上，數(shù)控機床就是一種具有數(shù)控系統(tǒng)的自動化機床。所以說數(shù)控機床是最典型的機電一體化產品。數(shù)控機床的組成及特點數(shù)控機床的組成數(shù)控機床主要由程序介質、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床主體四部分組成，如圖1.1所示。圖1.1數(shù)控機床

3、的組成機床數(shù)控技術機床數(shù)控技術第第1章緒論 #功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；二是DNC系統(tǒng)的柔性，同一DNC系統(tǒng)能夠依據(jù)不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮DNC系統(tǒng)的效能。工藝復合化和多軸化數(shù)控機床的工藝復合化，是指工件在一臺機床上裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或旋轉工作臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。已經出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機床，可完成鉆、鏜、銑、擴孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的復合數(shù)控加工中心，以及車削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數(shù)控技術的進步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動控制功能。實時智能化早期的實時系

4、統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能，則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為。科學發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)與人工智能已實現(xiàn)相互結合，人工智能正向著具有實時響應的更加復雜的應用領域發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展，如自適應控制、模糊控制、神經網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能；在壓力、溫度、位置、速度控

5、制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。結構新型化20世紀90年代一種完全不同于原來數(shù)控機床結構的新型數(shù)控機床被開發(fā)成功。這種新型數(shù)控機床被稱為“6條腿”的加工中心或稱虛擬軸機床（有的還稱為并聯(lián)機床），它能在沒有任何導軌和滑臺的情況下，采用能夠伸縮的“6條腿”（伺服軸）支撐并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動加工，其控制系統(tǒng)結構復雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高210倍。這種數(shù)控機床的出現(xiàn)將給數(shù)控機床技術帶來重大變革和創(chuàng)新。編程技術自動化隨著數(shù)控加工技術的迅速發(fā)展，設備類型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復雜，

6、迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對加工過程的直觀檢查。為彌補手工編程和NC語言編程的不足，近年來開發(fā)出多種自動編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動編程系統(tǒng)、會話式自動編程系統(tǒng)、語音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應用越來越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計算機輔助設計（CAD）軟件為基礎，首先形成零件的圖形文件，然后再調用數(shù)控編程模塊，自動編制加工程序，同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內外先進的CAD/CAM軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖形交互式軟件有MasterCAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Sol

7、idWorks、CATIA等。集成化數(shù)控系統(tǒng)采用高度集成化芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟、硬件運行速度，應用平板顯示技術可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大規(guī)模顯示，成為與CRT顯示器抗衡的新興顯示器，是21世紀顯示器主流。它應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融于一體,通過提高集成電路密度，減小互連長度和數(shù)量來降低產品價格、改進性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。開放式閉環(huán)控制模式采用通用計算機組成的總線式、模塊化、開放、嵌入式體系結構，便于裁減、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉

8、環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。在加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、多媒體技術、網(wǎng)絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡化。數(shù)控機床在先進制造技術中的作用自從20世紀中期，人們將

9、計算機技術引用到控制機床加工飛機機翼樣板的復雜曲線中以來，數(shù)控技術在機床控制方面取得了廣泛、深入的發(fā)展，開始是數(shù)控銑床，接著是數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控線切割機床，之后是加工中心、車削中心、數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機、數(shù)控折彎機、板材加工中心、數(shù)控齒輪機床、數(shù)控激光加工機床、數(shù)控火焰切割機等。這些都成為現(xiàn)代制造業(yè)的關鍵設備，是它們保證了現(xiàn)代制造業(yè)向高精度、高速度、高效率、高柔性化的方向發(fā)展。由于數(shù)控機床的出現(xiàn)，帶動了CAD/CAM技術向實用化、工程化發(fā)展，特別是計算機技術的迅速發(fā)展，推動CAD/CAM技術向更高層次和更高水平發(fā)展，而且進一步發(fā)展了計算機輔助工藝設計(CAPP)數(shù)據(jù)庫

10、、集成制造生產系統(tǒng)相關信息的自動生成、自動處理、自動傳輸?？梢哉f數(shù)控技術既是聯(lián)系CAD/CAM的紐帶，也是進一步通向集成化CAD/CAM的橋梁。20世紀末，由于微電子技術的飛快發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能有了極大的提高，功能不斷豐富，滿足了數(shù)控機床自動交換刀具、自動交換工件(包括交換工作臺，工作臺立、臥式轉換等)的需要；而且還進一步滿足了在數(shù)控機床之間，增加自動輸送工件的托盤站(APC)或機器人傳輸工件，構成柔性制造單元(FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC)的需要；以及實現(xiàn)了由多臺數(shù)控機床(含加工中心、車削中心)傳送帶、自動制導車輛(AutomatedGuideVehicles

11、，AGV)、工業(yè)機器人(robot)以及專用的起吊運送機等組成的柔性制造系統(tǒng)(FMS)的控制。此外，還有由加工中心、CNC機床、專用機床或數(shù)控專用機床組成的柔性制造線(FlexibleManufacturingLine，F(xiàn)ML)；或多條FMS配備自動化立體倉庫連接起來的柔性制造工廠(FlexibleManufacturingFactory,FMF)。隨著信息技術、網(wǎng)絡技術、自動化技術的發(fā)展，在數(shù)控技術(機械制造業(yè)中則體現(xiàn)在數(shù)控機床上)的基礎上，人們將以往企業(yè)中相互獨立的工程設計、生產制造及經營管理等過程，在計算機及其軟件的支撐下，構成了一個覆蓋整個企業(yè)的完整而有機的、以實現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化、總體高效益、高柔性，并進而贏得競爭全勝的計算機集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS)。小結數(shù)控機床涉及的內容和知識比較多，本章僅對數(shù)控機床的基本概念、分類及其發(fā)展與作用做了概述。數(shù)控機床的基本概念。介紹了數(shù)控機床的概念、組成及特點、主要技術參數(shù)。數(shù)控機床的分類。按機械運動軌跡、伺服系統(tǒng)的類型、功能水平及加工方式四方面對數(shù)控機床進行了分類。數(shù)控機床的發(fā)展與作用。介紹了數(shù)控機床的產生與發(fā)展、發(fā)展趨勢、在先進制造技術中的作用。