現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)羅圓智武漢工程大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院4/30/20231主要參考書廖效果、劉又午等

《數(shù)控技術(shù)》湖北科學(xué)技術(shù)出版社武漢，2000年

畢承恩，丁乃健《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》

機(jī)械工業(yè)出版社北京，1994張建鋼等《數(shù)控技術(shù)》華中科技大學(xué)出版社武漢，20004/30/20232教學(xué)方法與考核方式教學(xué)方法課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)自學(xué)專題講座考核方式考試（70%）平時(shí)成績（20%）讀書報(bào)告課堂提問實(shí)驗(yàn)報(bào)告（10%）4/30/20233

§1-1數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念第一章緒論

一、定義1.數(shù)字控制(數(shù)控NC)(NumericalControl)

它是指用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程中進(jìn)行控制的一種方法。2.數(shù)控系統(tǒng)（NCControlSystem）

數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機(jī)構(gòu)等統(tǒng)稱數(shù)控控制系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進(jìn)給及驅(qū)動(dòng)裝置等組成。4/30/20234

數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動(dòng)化機(jī)床。它綜合了綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測量、機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造等方面的最新成果。3.數(shù)控機(jī)床（NCMachineTools）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)。4/30/202357、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步滿足超精密，超高速。6、加工中心MC：數(shù)控機(jī)床配有刀具庫和自動(dòng)換刀裝置就構(gòu)成加工中心，它可以一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。

4/30/20236驅(qū)動(dòng)桿機(jī)架

動(dòng)平臺主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性夾具工件靜平臺圖1-1并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化并聯(lián)加工中心（又稱6條腿數(shù)控機(jī)床、虛軸機(jī)床）是數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破。4/30/20237§1-2現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢一、特點(diǎn)1.對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng)。2.生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。3.能完成復(fù)雜型面的加工。4/30/20238

5.數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。

它具有故障診斷的能力，監(jiān)控功能強(qiáng)，能減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化和操作簡單化，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和有利于向高級計(jì)算機(jī)控制與管理方面發(fā)展

4.工序集中，一機(jī)多用。3.需要高度熟練和經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的零件編程員。缺點(diǎn)：1.造價(jià)相對較高。2.測試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人才。4/30/20239

二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

１．高速度:以發(fā)展高速切削為先導(dǎo)（最高轉(zhuǎn)速達(dá)80000r/min以上），并重視對空行程的提速(最高進(jìn)給速度達(dá)80m/min)，力求達(dá)到更大的加工效率。2．高效率：在注重提高機(jī)床材料去除率的同時(shí)，大力推進(jìn)以縮短加工過程鏈為目標(biāo)的復(fù)合加工技術(shù)。3．高柔性：機(jī)床及其制造系統(tǒng)的柔性化將在可重組技術(shù)的支持下，通過對制造系統(tǒng)的快速重組實(shí)現(xiàn)敏捷和經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)不確定市場對產(chǎn)品多變地要求。4/30/202310

5．高環(huán)保：機(jī)床地綠色設(shè)計(jì)與制造以重視環(huán)保的凈潔生產(chǎn)為重點(diǎn)，干切削或微量切削液的高效加工技術(shù)日趨成熟。4．高精度：數(shù)控車、銑、磨等機(jī)床地工作精度正以平均每年提升8%～10%地幅度向納米級精度邁進(jìn)。4/30/202311

三、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷史

1952年，三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床的系統(tǒng)研究成功。電子管元件、晶體管元件、集成電路數(shù)控系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)和，微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。數(shù)控加工中心（machiningcenter）的出現(xiàn)使單機(jī)數(shù)控自動(dòng)化向計(jì)算機(jī)控制的多機(jī)制造系統(tǒng)自動(dòng)化方向發(fā)展。4/30/202312隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DNC）、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。先進(jìn)制造技術(shù)

1．快速原型法（又稱快速成形法）

2．虛擬制造技術(shù)

3．柔性制造系統(tǒng)(FMS)4．柔性制造單元（FMC）

5．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)4/30/2023132、直接數(shù)字控制系統(tǒng)

DNC系統(tǒng)是用一臺計(jì)算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)將一組數(shù)控機(jī)床與存儲有零件加工程序和機(jī)床控制程序的公共存儲器相連接，根據(jù)加工要求想向機(jī)床分配數(shù)據(jù)和指令。DNC系統(tǒng)可分為間接控制型和直接控制型兩種。

4/30/202314（1）、間接控制型系統(tǒng)

4/30/202315（2）、直接控制型系統(tǒng)

4/30/2023163、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)

（1）、柔性制造單元：由中心控制計(jì)算機(jī)、加工中心與自動(dòng)交換工件（AWC、APC）裝置所組成。

中心控制計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)作業(yè)調(diào)度、自動(dòng)檢測與工況自動(dòng)監(jiān)控等功能。4/30/202317（2）、柔性制造系統(tǒng)

一般由加工、物流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成。

加工系統(tǒng)：由CNC機(jī)床按DNC的控制方式構(gòu)成。系統(tǒng)中的機(jī)床，有互補(bǔ)和互替兩種配置原則：互補(bǔ)是指在系統(tǒng)中配置有完成不同工序的機(jī)床；互替是指在系統(tǒng)中配置有相同功能的機(jī)床。

4/30/202318物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個(gè)子系統(tǒng)。刀具系統(tǒng)設(shè)有中央刀庫，由機(jī)器人在中央和各機(jī)床的刀庫之間進(jìn)行輸送和交換刀具。工件系統(tǒng)包括工件、夾具的輸送、裝卸以及倉儲等裝置。

4/30/2023194/30/202320信息流旺系統(tǒng)包線括作業(yè)她計(jì)劃，洗加工系墻統(tǒng)和物竟流系統(tǒng)達(dá)的調(diào)度陶與自動(dòng)齡控制，甚在線狀乘態(tài)監(jiān)控貼及其數(shù)盞據(jù)和信急息處理躍，以及蜓故障在久線檢測孝和處理忍等。4/25宴/202枕3214、計(jì)算機(jī)愁集成制黨造系統(tǒng)CIM兄S采用現(xiàn)代聽計(jì)算機(jī)技氧術(shù)將制造適工廠全部飾生產(chǎn)活動(dòng)睛所需的各奇種分散的蠅自動(dòng)化系銀統(tǒng)有機(jī)地葛集成起來。CIMS將計(jì)算機(jī)父輔助設(shè)計(jì)鏈（CAD）、計(jì)胸算機(jī)輔駛助制造(CAM藍(lán))、計(jì)算機(jī)斯輔助管理盟集成在一沾起。4/2猶5/2鄉(xiāng)豐02322§1-遮3望數(shù)控機(jī)押床的工孟作原理如和組成一、組既成4/25確/202發(fā)323程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測輔助控制即強(qiáng)電控制裝置機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)輔助動(dòng)作機(jī)構(gòu)圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成框圖4/25于/202獵3244/25趴/202鋤325（一）程主序編制及痕程序載體數(shù)控程裹序是數(shù)控嗚機(jī)床自懷動(dòng)加工障零件的裂工作指臟令。即統(tǒng)把加工鄭零件的默所有運(yùn)誦動(dòng)、尺否寸、工忽藝參數(shù)掘等加工慨信息，續(xù)按規(guī)定逼的方法漏、格式圖和代碼核，所編號制的程惜序。程序載體盲存放程序哀以便輸入昂到數(shù)控裝嚇置的裝置伯。（二）普輸入裝均置將所輸酷入的程獲序載體份上的數(shù)漠控程序賣變成相縫應(yīng)的電割脈沖信薦號，傳扎送并存刪入數(shù)控梳裝置內(nèi)件。（三）數(shù)紋控裝置及企強(qiáng)電控制同裝置數(shù)控裝擁置是接砌受輸入妨裝置送嬸來的脈傳沖信號毯，經(jīng)過請編譯、撓運(yùn)算和禁邏輯處鬼理后，館輸出指漆令控制廟機(jī)床的仁各個(gè)部盆分，按追程序動(dòng)匙作的裝爆置。4/2臉5/2判02326（四）聚伺服驅(qū)尺動(dòng)系統(tǒng)符及位置惰監(jiān)測裝畝置（五）打機(jī)床的貨機(jī)械部坐件強(qiáng)電控歷制裝置習(xí)是介于陰數(shù)控裝轟置和機(jī)摟床機(jī)械躺、液壓膜部件之傻間的控小制系統(tǒng)晝。其主省要作用粗是編譯愉、判斷割和功率齒放大。伺服驅(qū)動(dòng)狼系統(tǒng)由伺夸服驅(qū)動(dòng)電鈔路和伺服伶驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)組成，并預(yù)與機(jī)床的擊執(zhí)行部件離和機(jī)械傳道動(dòng)部件組誰成數(shù)控機(jī)懸床的進(jìn)給酸系統(tǒng)。機(jī)械部件盟包括主運(yùn)稈動(dòng)部件、圍進(jìn)給運(yùn)動(dòng)漸執(zhí)行部件呆、床身、蠶冷卻、定獄位夾緊裝芳置等。4/25訪/202六327二、工作辮原理圖1-2數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊加工圖樣編程機(jī)穿孔機(jī)或存儲裝置穿孔帶、磁盤等輸入裝置數(shù)控裝置隨動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)床4/2傾5/2欲02328§1-4孩數(shù)控爬機(jī)床的分藏類一、夕按機(jī)床完運(yùn)動(dòng)軌凳跡分類1.點(diǎn)甩位控制波數(shù)控機(jī)治床為點(diǎn)到點(diǎn)憤控制，只測要刀具從摟某一位置諒向另一位煌置移動(dòng)時(shí)止，不管中宏間的軌跡剖如何，只殃要刀具最父后能正確蔬到達(dá)目標(biāo)正位置的控侍制方式，荒稱為點(diǎn)位控制。這類尾機(jī)床有李數(shù)控鉆帽床、數(shù)超控坐標(biāo)撕鏜床、漠?dāng)?shù)控沖塵剪床等救。4/25婚/202堤329圖1-3點(diǎn)位控制加工原理圖4/25微/202謊3302.稿直線控載制數(shù)控奏機(jī)床圖1-4直線控制的加工原理圖除點(diǎn)到擋點(diǎn)的準(zhǔn)饑確位置宇之外，擇還要保看證兩點(diǎn)穴之間移即動(dòng)的軌席跡是直仆線，而睬且對移梯動(dòng)的速完度也要拋進(jìn)行控蘋制，以銹便適應(yīng)倡隨工藝友因素變鞠化的不駝同需要焦。簡易數(shù)翠控車床隆、數(shù)控壯鏜銑床匹，一般妻有23個(gè)可冠控坐標(biāo)濫軸，但齒同時(shí)控蠢制的坐讀標(biāo)軸只撐有一個(gè)莫。4/2領(lǐng)5/2惱023313.狀輪廓控襪制的數(shù)匆控機(jī)床能夠?qū)甚r個(gè)或兩個(gè)只以上運(yùn)動(dòng)掉坐標(biāo)的位殘移及速度斑進(jìn)行連續(xù)徒相關(guān)的控樹制，因而兄可進(jìn)行曲嫩線或曲面區(qū)的加工。圖1-52軸控制，同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)4/2坦5/2尖023323軸聯(lián)動(dòng)，(3軸控制)4軸控制

圖1-6多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的原理圖5軸聯(lián)動(dòng)加工5軸聯(lián)動(dòng)加工4/2委5/2誘02333二、按震伺服系統(tǒng)赤分類1.月開環(huán)伺北服數(shù)控菊機(jī)床開環(huán)控除制系統(tǒng)僅是指不伯帶反饋飲的控制闊系統(tǒng).其特點(diǎn):開環(huán)控制秘具有結(jié)構(gòu)靈簡單、系童統(tǒng)穩(wěn)定、印容易調(diào)試貸、成本低矛等優(yōu)點(diǎn)。將但是系統(tǒng)暴對移動(dòng)部疑件的誤差斜沒有補(bǔ)償甜和校正，川所以精度受低。一般往適用于經(jīng)市濟(jì)型數(shù)控簡機(jī)床和舊腎機(jī)床數(shù)控榜化改造。4/25夫/202主334圖1-7開環(huán)控觀制系統(tǒng)4/25紅/202構(gòu)3351）在機(jī)旺床移動(dòng)欲部件上紹直接裝莖有位置準(zhǔn)檢測裝讓置，將夕測量的通結(jié)果直色接反饋曬到數(shù)控桃裝置中戰(zhàn)，與輸奶入指令坦進(jìn)行比鐵較控制儀，使移寄動(dòng)部件古按照實(shí)竊際的要販求運(yùn)動(dòng)它，最終廚實(shí)現(xiàn)精衡確定位岔，原理腐如下圖不所示，閥因?yàn)榘鸭葯C(jī)床工俘作臺納惡入了位鉛置控制極環(huán)，故崖稱為閉羽環(huán)控制顏系統(tǒng)。2）該系統(tǒng)碎定位精度意高、調(diào)節(jié)材速度快。展該系統(tǒng)調(diào)鉗試工作困表難。系統(tǒng)弦復(fù)雜并且橋成本高，雜故適用于單精度要求廣很高的數(shù)種控機(jī)床，窮如精密數(shù)鈴控鏜銑床謊、超精密究數(shù)控車床還等。2.增閉環(huán)控濕制數(shù)控演機(jī)床4/25抹/202倘336圖1-8閉環(huán)控乓制系統(tǒng)4/2擴(kuò)5/2功023371）半閉環(huán)宴控制系統(tǒng)雹是在開環(huán)增系統(tǒng)的絲卵杠上裝有優(yōu)角位移測溉量裝置，妙通過檢測獸絲杠的轉(zhuǎn)干角間接地破檢測移動(dòng)勝部件的位稈移，反饋罷到數(shù)控系辯統(tǒng)中，由丟于慣性較峰大的機(jī)床維移動(dòng)部件醒不包括在粒檢測范圍夕之內(nèi)，因禽而稱作半期閉環(huán)控制漏系統(tǒng)，如向圖1-7所示。2）系統(tǒng)閉臨環(huán)環(huán)路內(nèi)賴不包括機(jī)湯械傳動(dòng)環(huán)軍節(jié)，可獲劑得穩(wěn)定的飲控制特性醋。機(jī)械傳鐮動(dòng)環(huán)節(jié)的期誤差，可輝用補(bǔ)償?shù)睦k法消除獨(dú)，可獲得呈滿意的精那度。中檔抱數(shù)控機(jī)床尋廣泛采用應(yīng)半閉環(huán)數(shù)統(tǒng)控系統(tǒng)。3.孝半閉環(huán)蹈控制數(shù)六控機(jī)床4/2搖5/2謠02338圖1-9半閉環(huán)豎控制系肉統(tǒng)4/25賢/202鍛339三、壇按加工工子藝類型的棄分類1.普戲通數(shù)控機(jī)珠床2.數(shù)冷控加工中白心3金淘屬成型類豬數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控印機(jī)床和傳族統(tǒng)的通用姥機(jī)床一樣倘，有車、屬銑、鉆鄰、鏜、磨旁床等，與訓(xùn)通用機(jī)床冒不同的是辰他能加工肯具有復(fù)雜牢形狀的零帶件。這是一種狗在普通數(shù)趕控機(jī)床上溜加裝一個(gè)擾刀具庫和疏自動(dòng)換刀遠(yuǎn)裝置而構(gòu)隆成的數(shù)控航機(jī)床。數(shù)控折波彎機(jī)、席數(shù)控彎衡管機(jī)、敵數(shù)控回津轉(zhuǎn)頭壓火力機(jī)。4/25戴/202倘3404.捏數(shù)控特朝種加工之機(jī)床數(shù)控線切螞割機(jī)床、厲數(shù)控電火澡花加工機(jī)曠床、數(shù)控竿激光切割串機(jī)床。4/2票5/2跌02341四、尼按用數(shù)控毒裝置的類鬼型分類1、硬件再式數(shù)控機(jī)夠床2、軟所件式數(shù)闖控機(jī)床使用硬件犯式數(shù)控裝毛置。改變乞或增、減懇控制、運(yùn)倘算功能時(shí)角，需要改險(xiǎn)變數(shù)控裝蘭置的硬件絲式電路。通紡用性、靈災(zāi)活性差，劉制造周期厘長，成本違高。使用計(jì)算終機(jī)數(shù)控裝貍置。主要奪功能由系壘統(tǒng)軟件來聯(lián)完成。無壩需改變系障統(tǒng)硬件，申只需改變蝦系統(tǒng)軟件霜，即可改覺變系統(tǒng)功遙能。4/25連/202珠342五、漸按用疾數(shù)控裝怨置的功礙能水平鞋分類可以根放據(jù)一些