第一章數(shù)控機(jī)床概述1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1.2數(shù)控機(jī)床的概述1.3數(shù)控機(jī)床的分類

1.4數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機(jī)床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進(jìn)一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。一種新型的生產(chǎn)設(shè)備——數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了。數(shù)控機(jī)床的定義數(shù)控：（NumericalControl，NC）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。

數(shù)控機(jī)床：

用數(shù)控技術(shù)控制的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的一般工作形式為：1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)。1959年，美國克耐·杜列克公司首次成功開發(fā)了加工中心（MachiningCenter）。1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡況第1代數(shù)控機(jī)床：1952年～1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）。第2代數(shù)控機(jī)床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第3代數(shù)控機(jī)床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第4代數(shù)控機(jī)床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機(jī)控制的系統(tǒng)（CNC）。第5代數(shù)控機(jī)床：從1974年開始采用微型計算機(jī)控制的系統(tǒng)（MNC）。

1．計算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)所謂計算機(jī)直接數(shù)控（DirectNumericalControl，DNC）系統(tǒng)，即使用一臺計算機(jī)為數(shù)臺數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動編程，編程結(jié)果直接通過數(shù)據(jù)線輸送到各臺數(shù)控機(jī)床的控制箱。2．柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）也叫做計算機(jī)群控自動線，它是將一群數(shù)控機(jī)床用自動傳送系統(tǒng)連接起來，并置于一臺計算機(jī)的統(tǒng)一控制之下，形成一個用于制造的整體。3．計算機(jī)集成制造系統(tǒng)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，控制從定貨、設(shè)計、工藝、制造到銷售的全過程，以實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。1.1.3我國國數(shù)控機(jī)床床發(fā)展概況況1958年年開始并試試制成功第第一臺電子子管數(shù)控機(jī)機(jī)床。1965年開開始研制晶晶體管數(shù)控控系統(tǒng)，直直到20世世紀(jì)60年年代末至70年代初初成功。從從20世紀(jì)紀(jì)80年代代開始，先先后從日本本、美國、、德國等國國家引進(jìn)先先進(jìn)的數(shù)控控技術(shù)。如如北京機(jī)床床研究所從從日本FANUC公公司引進(jìn)FANUC3、FANUC5、FANUC6、、FANUC7系列列產(chǎn)品的制制造技術(shù)；；上海機(jī)床床研究所引引進(jìn)美國GE公司的的MTC-1數(shù)控系系統(tǒng)等。1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢隨著計算機(jī)機(jī)技術(shù)的發(fā)發(fā)展，數(shù)控控技術(shù)不斷斷采用計算算機(jī)、控制制理論等領(lǐng)領(lǐng)域的最新新技術(shù)成就就，使其朝朝著下述方方向發(fā)展。。1.高速、高效效、高精度度2.控制智能化化3.網(wǎng)絡(luò)化4.數(shù)控系統(tǒng)開開放化5.并聯(lián)機(jī)床6.STEP-NC1.加工高速化化、高精度度化1）加工高速速化高速CPU芯片主軸高速化化，采用電電主軸采用全數(shù)字字交流伺服服機(jī)床動、靜靜態(tài)性能的的改善1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢在分辨率為為1μm時，快進(jìn)速速度達(dá)240m/min.主軸轉(zhuǎn)速已已達(dá)200,000rpm換刀速度少少于1s1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢2）加工高精精度化提高機(jī)械的的制造和裝裝配精度；；采用高速插插補(bǔ)技術(shù)，，以微小程程序段實(shí)現(xiàn)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)進(jìn)給，使使CNC控制單位精精細(xì)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(jī)已有裝裝上1000000脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位位置檢測器器，其位置置檢測精度度能達(dá)到0.01μμm/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1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢采用反向間間隙補(bǔ)償、、絲桿螺距距誤差補(bǔ)償償和刀具誤誤差補(bǔ)償?shù)鹊燃夹g(shù)設(shè)備的熱變變形誤差補(bǔ)補(bǔ)償和空間間誤差的綜綜合補(bǔ)償技技術(shù)。研究究表明，綜綜合誤差補(bǔ)補(bǔ)償技術(shù)的的應(yīng)用可將將加工誤差差減少60％～80％。1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢2.控控制智能化化隨著人工智智能技術(shù)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(shù)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(yīng)控制制技術(shù)：通過監(jiān)測主主軸和進(jìn)給給電機(jī)的功功率、電流流、電壓等等信息，辯辯識出刀具具的受力、、磨損以及及破損狀態(tài)態(tài)，機(jī)床加加工的穩(wěn)定定性狀態(tài)；；并實(shí)時修修調(diào)加工參參數(shù)（主軸軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)進(jìn)給速度））和加工指指令，使設(shè)設(shè)備處于最最佳運(yùn)行狀狀態(tài)，以提提高加工精精度、降低低工件表面面粗糙度以以及保證設(shè)設(shè)備運(yùn)行的的安全性1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢加工參數(shù)的的智能優(yōu)化化：將零件加工工的一般規(guī)規(guī)律、特殊殊工藝經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，用現(xiàn)代代智能方法法，構(gòu)造基基于專家系系統(tǒng)或基于于模型的“加工參數(shù)的的智能優(yōu)化化與選擇”，獲得優(yōu)化化的加工參參數(shù)，提高高編程效率率和加工工工藝水平，，縮短生產(chǎn)產(chǎn)準(zhǔn)備時間間。使加工工系統(tǒng)始終終處于較合合理和較經(jīng)經(jīng)濟(jì)的工作作狀態(tài)。智能化交流流伺服驅(qū)動動裝置：自動識別負(fù)負(fù)載、自動動調(diào)整控制制參數(shù)，包包括智能主主軸和智能能化進(jìn)給伺伺服裝置，，使驅(qū)動系系統(tǒng)獲得最最佳運(yùn)行。。1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢智能故障診診斷與自修修復(fù)技術(shù)智能故障診診斷技術(shù)：：根據(jù)已有的的故障信息息，應(yīng)用現(xiàn)現(xiàn)代智能方方法，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)故障快速速準(zhǔn)確定位位。智能故障自自修復(fù)技術(shù)術(shù)：根據(jù)診斷故故障原因和和部位，以以自動排除除故障或指指導(dǎo)故障的的排除技術(shù)術(shù)。集故障障自診斷、、自排除、、自恢復(fù)、、自調(diào)節(jié)于于一體，貫貫穿于全生生命周期。。智能故障診診斷技術(shù)在在有些數(shù)控控系統(tǒng)中已已有應(yīng)用，，智能化自自修復(fù)技術(shù)術(shù)還在研究究之中。1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢3.加加工網(wǎng)絡(luò)化化數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化是先先進(jìn)制造模模式的要求求，數(shù)控機(jī)機(jī)床作為網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的一一個節(jié)點(diǎn)，，有助于解解決自動化化孤島問題題。支持網(wǎng)絡(luò)通通訊協(xié)議，，既滿足單單機(jī)DNC需要，又能能滿足FMC、FMS、CIMS、敏捷制造造對基層設(shè)設(shè)備集成要要求。網(wǎng)絡(luò)資源共共享。數(shù)控機(jī)床的的遠(yuǎn)程（網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)）控制制。數(shù)控機(jī)床故故障的遠(yuǎn)程程（網(wǎng)絡(luò)））診斷。數(shù)控機(jī)床的的遠(yuǎn)程（網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)）培訓(xùn)訓(xùn)與教學(xué)（（網(wǎng)絡(luò)數(shù)控控）1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢4.數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的開放化1）傳統(tǒng)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的特點(diǎn)由生產(chǎn)廠家家支配價格格和結(jié)構(gòu)，，各種接口口不能通用用。功能集成停停止在微電電子技術(shù)的的應(yīng)用上，，而不是針針對開放式式的生產(chǎn)環(huán)環(huán)境和功能能。對于不同的的產(chǎn)品，操操作、維護(hù)護(hù)方法都必必須進(jìn)行相相應(yīng)的培訓(xùn)訓(xùn)。對于使用者者，控制器器成為黑盒盒子無法自自行修改更更新。1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢由于傳統(tǒng)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的局限性，，為滿足現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)產(chǎn)的要求，，數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)需要具有有：開放性：可重構(gòu)性、、可維護(hù)性性、允許用用戶進(jìn)行二二次開發(fā)模塊化：具有平臺無無關(guān)性接口協(xié)議：：可傳遞性、、可移植性性可進(jìn)化性：：智能化語言統(tǒng)一化化：中性語言NML：FADL、OSEL1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢2）開放化化數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的概念數(shù)控系統(tǒng)可可以在統(tǒng)一一的運(yùn)行平平臺上開發(fā)發(fā)，面向機(jī)機(jī)床廠家和和最終用戶戶，通過改改變、增加加或剪裁數(shù)數(shù)控功能，，形成系列列化，并可可方便地將將用戶的特特殊應(yīng)用和和技術(shù)訣竅竅集成到控控制系統(tǒng)中中，快速實(shí)實(shí)現(xiàn)不同品品種、不同同檔次的開開放式數(shù)控控系統(tǒng)，形形成具有鮮鮮明特色的的名牌產(chǎn)品品。1.1.4數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展趨勢勢1.2數(shù)數(shù)控機(jī)床床概述一.數(shù)控機(jī)床的的概念1.數(shù)控:NC是利用數(shù)字字化信息對對機(jī)床的運(yùn)運(yùn)動及其加加工過程進(jìn)進(jìn)行控制的的方法.2.數(shù)控機(jī)床:采用數(shù)字字控制的機(jī)機(jī)床.1)NC機(jī)機(jī)床;2)CNC機(jī)機(jī)床.二.數(shù)控機(jī)機(jī)床一般由輸入入裝置、輸輸出裝置、、數(shù)控裝置置、伺服驅(qū)驅(qū)動裝置、、輔助控制制裝置、檢檢測反饋裝裝置和機(jī)床床本體等部部分組成.數(shù)控機(jī)床的的組成控制介質(zhì)人機(jī)交互設(shè)設(shè)備PLC計算機(jī)數(shù)控控裝置輔助控制裝裝置主軸驅(qū)動系系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動系系統(tǒng)反饋系統(tǒng)適應(yīng)控制機(jī)床速度檢測位置檢測過程檢測數(shù)控機(jī)床的的組成框圖圖三.數(shù)控機(jī)機(jī)床的特點(diǎn)點(diǎn):1.提高加加工精度;2.提高生生產(chǎn)效率:一般3~5倍加工工中心可達(dá)達(dá)5~10倍.3.可加工工形狀復(fù)雜雜的零件;4.減輕勞勞動強(qiáng)度,改善了勞勞動條件;4.利于管管理和綜合合自動化的的發(fā)展.四.數(shù)控機(jī)機(jī)床工作過過程分析工藝參參數(shù)編編程程程序輸入試運(yùn)行運(yùn)運(yùn)行程序五.應(yīng)用范范圍:1.多品種種小批量;2.形狀結(jié)結(jié)構(gòu)比較復(fù)復(fù)雜的;3.頻繁改改型的;4.價貴、、不許報廢廢的;5.生產(chǎn)周周期短的;6.批量較較大、精度度要求較高高的.1.3數(shù)數(shù)控機(jī)床床的分類一.按運(yùn)動軌跡跡分類1．點(diǎn)位控控制數(shù)控機(jī)機(jī)床點(diǎn)——點(diǎn)位位置精確控控制，保證證的是定位位精度，以以慢~快~慢的運(yùn)動方方式。這類機(jī)床主主要有數(shù)控控坐標(biāo)鏜床床、數(shù)控鉆鉆床、數(shù)控控點(diǎn)焊機(jī)和和數(shù)控折彎彎機(jī)等，其其相應(yīng)的數(shù)數(shù)控裝置稱稱為點(diǎn)位控控制數(shù)控裝裝置。2．直線控控制數(shù)控機(jī)機(jī)床位置控制+速度和路路線控制，，只能沿某某個坐標(biāo)軸軸方向（平平行或45°）切削削加工。這類機(jī)床主主要有數(shù)控控車床、數(shù)數(shù)控磨床和和數(shù)控鏜銑銑床等，相相應(yīng)的數(shù)控控裝置稱為為直線控制制裝置。3．輪廓控制制數(shù)控機(jī)床床每點(diǎn)的位置置+速度+路路線控制，，可對2坐坐標(biāo)或2坐坐標(biāo)以上坐坐標(biāo)軸進(jìn)行行控制。屬于這類機(jī)機(jī)床的有數(shù)數(shù)控車床、、數(shù)控銑床床、加工中中心等。其其相應(yīng)的數(shù)數(shù)控裝置稱稱為輪廓控控制裝置。。輪廓數(shù)控控裝置比點(diǎn)點(diǎn)位、直線線控制裝置置結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜得多，功功能齊全得得多。按運(yùn)動軌軌跡分類類點(diǎn)位控制鉆孔加工工件刀具AB按運(yùn)動軌軌跡分類類點(diǎn)位直線控制切削加工按運(yùn)動軌軌跡分類類工件刀具輪廓控制加工二、按進(jìn)給伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)的類型型分類1．開環(huán)進(jìn)進(jìn)給伺服服系統(tǒng)數(shù)數(shù)控機(jī)床床開環(huán)進(jìn)給給伺服系系統(tǒng)通常常不帶有有位置檢檢測元件件，伺服服驅(qū)動元元件一般般為步進(jìn)進(jìn)電動機(jī)機(jī)。開環(huán)控制制數(shù)控機(jī)機(jī)床減速器數(shù)控裝置控制電路工作臺輸入開環(huán)控制系統(tǒng)框圖步進(jìn)電機(jī)2．閉環(huán)進(jìn)進(jìn)給伺服服系統(tǒng)數(shù)數(shù)控機(jī)床床閉環(huán)進(jìn)給給控制系系統(tǒng)帶有有位置檢檢測元件件，隨時時可以檢檢測出工工作臺的的實(shí)際位位移，并并反饋給給數(shù)控裝裝置，并并與設(shè)定定的指令令值進(jìn)行行比較，，利用其其差值控控制伺服服電動機(jī)機(jī)，直至至差值為為零為止止。閉環(huán)控制制數(shù)控機(jī)機(jī)床數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺輸入閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖位置檢測元件速度檢測元件速度反饋位置反饋3．半閉環(huán)環(huán)進(jìn)給伺伺服系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)控機(jī)機(jī)床半閉環(huán)進(jìn)進(jìn)給伺服服系統(tǒng)是是將位置置檢測元元件安裝裝在伺服服電動機(jī)機(jī)的軸上上或滾珠珠絲杠的的端部，，不直接接反饋機(jī)機(jī)床的位位移量，，而是檢檢測伺服服機(jī)構(gòu)的的轉(zhuǎn)角，，將此信信號反饋饋給數(shù)控控裝置進(jìn)進(jìn)行指令令值比較較，用差差值控制制伺服電電動機(jī)。。半閉環(huán)控控制數(shù)控控機(jī)床數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺輸入半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度檢測元件速度反饋位置反饋轉(zhuǎn)角檢測元件三.按工藝用用途分類類1．金屬切切削類數(shù)數(shù)控機(jī)床床金屬切削削類數(shù)控控機(jī)床包包括數(shù)控控車床、、數(shù)控鉆鉆床、數(shù)數(shù)控銑床床、數(shù)控控磨床、、數(shù)控鏜鏜床以及及加工中中心。2．金屬成成型類數(shù)數(shù)控機(jī)床床金屬成型型類數(shù)控控機(jī)床包包括數(shù)控控折彎機(jī)機(jī)、數(shù)控控組合沖沖床和數(shù)數(shù)控回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頭壓力力機(jī)等。。這類機(jī)機(jī)床起步步晚，但但目前發(fā)發(fā)展很快快。3．?dāng)?shù)控特特種加工工機(jī)床數(shù)控特種種加工機(jī)機(jī)床如數(shù)數(shù)控線（（電極））切割機(jī)機(jī)床、數(shù)數(shù)控電火火花加工工機(jī)床、、火焰切切割機(jī)和和數(shù)控激激光切割割機(jī)床等等。4．其他類類型的數(shù)數(shù)控機(jī)床床其他類型型的數(shù)控控機(jī)床如如數(shù)控三三坐標(biāo)測測量機(jī)等等。四.按聯(lián)動軸數(shù)數(shù)分類1．兩軸聯(lián)動動2．兩軸半聯(lián)聯(lián)動3.三三軸軸聯(lián)動4.多多座座標(biāo)軸聯(lián)聯(lián)動五.按CNC裝裝置功能能水平分分類高、中、、低三檔檔數(shù)控機(jī)床床的坐標(biāo)標(biāo)系一一.作用用:確定定位置關(guān)關(guān)系獲得得所需的的數(shù)據(jù).二.依據(jù)據(jù):ISO841標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn).三.確定定方法:右手笛笛卡兒直直角坐標(biāo)標(biāo)系.1.假設(shè)設(shè):工件件固定,刀具相相對運(yùn)動動.2.標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn):右手手笛卡兒兒直角坐坐標(biāo)系.拇指指向向?yàn)閄軸軸向,繞繞X軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)+A食指指向向?yàn)閅軸軸向,繞繞Y軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)+B右右手法法則中指指向向?yàn)閆軸軸向,繞繞Z軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)+C數(shù)控機(jī)床床的坐標(biāo)標(biāo)系基本坐標(biāo)標(biāo)系：直線進(jìn)進(jìn)給運(yùn)動動的坐標(biāo)標(biāo)系（X.Y.Z）。。坐標(biāo)軸軸相互關(guān)關(guān)系：由由右手定定則決定定?；剞D(zhuǎn)座標(biāo)標(biāo)：繞X.Y.Z軸轉(zhuǎn)動的的圓進(jìn)給給坐標(biāo)軸分別用用A.B.C表表示，坐標(biāo)軸相相互關(guān)系系由右手螺旋法法則而定定。XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A3.順序序:先Z軸,再再X軸,最后Y軸.Z:機(jī)床床主軸X:裝夾夾平面內(nèi)內(nèi)的水平平方向.Y:由右右手笛卡卡兒直角角坐標(biāo)系系確定.4.方向向:刀具具遠(yuǎn)離工工件方向向?yàn)檎椒较?四.機(jī)床床的機(jī)床床原點(diǎn)、、機(jī)床參參考點(diǎn)、、工件原原點(diǎn)和對刀刀點(diǎn).1.機(jī)床床原點(diǎn)：：固定不不變的.1)數(shù)車車:卡盤盤端面與與主軸中中心線交交點(diǎn).2)數(shù)銑銑:一般般取XYZ軸正正向極限限位置.2.機(jī)床床參考點(diǎn)點(diǎn):出廠廠時設(shè)定定.1)數(shù)車車:離原原點(diǎn)最遠(yuǎn)遠(yuǎn)的極限限點(diǎn).2)數(shù)銑銑:與原原點(diǎn)重合合.3.工件件原點(diǎn):程序原原點(diǎn)1)滿足足編程簡簡單、尺尺寸換算算少、加加工誤差差小等條件.2)一般般工件原原點(diǎn)應(yīng)選選擇尺寸寸標(biāo)注基基準(zhǔn)或定定位基準(zhǔn).4.對刀刀點(diǎn):零零件程序序的起始始點(diǎn).1)對刀刀點(diǎn)是零零件程序序的起始始點(diǎn).2)目的的:確定定程序原原點(diǎn)在機(jī)機(jī)床坐標(biāo)標(biāo)系中