1、21:44,1,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),羅圓智 武漢工程大學(xué)機械工程學(xué)院,21:44,2,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)控機床 機械工業(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，2000,21:44,3,教學(xué)方法與考核方式,教學(xué)方法 課堂教學(xué) 實驗教學(xué) 自 學(xué) 專題講座,考核方式 考 試（70%） 平時成績（20%） 讀書報告 課堂提問 實驗報告（10%）,21:44,4,1-1 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的基本概念,第一章 緒 論,一、定義,1. 數(shù)字控制 (數(shù)控NC) (Numerical Control ),它是

2、指用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程中進(jìn)行控制的一種方法。,2. 數(shù)控系統(tǒng)（NC Control System）,數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機構(gòu)等統(tǒng)稱數(shù)控控制系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進(jìn)給及驅(qū)動裝置等組成。,21:44,5,數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機床。它綜合了綜合了計算機、自動控制、精密測量、機床的機構(gòu)設(shè)計與制造等方面的最新成果。,3. 數(shù)控機床（NC Machine Tools）,4、 數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。 5、 計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer N

3、umerical Control CNC ）以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。,21:44,6,7、并聯(lián)機床：新一代機床的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步滿足超精密，超高速。,6、加工中心MC：數(shù)控機床配有刀具庫和自動換刀裝置就構(gòu)成加工中心，它可以一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。,21:44,7,驅(qū)動并聯(lián)化 并聯(lián)加工中心 （又稱6條腿數(shù)控機床、虛軸機床）是數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破。,21:44,8,1-2 現(xiàn)代數(shù)控機床的特點和發(fā)展趨勢,一、特點,1. 對加工對象的適應(yīng)性強。,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。,21:44,9,5.數(shù)控機床是一種高技術(shù)的設(shè)備。 它具有故障診斷的能力

4、，監(jiān)控功能強，能減輕操作者的勞動強度、實現(xiàn)加工自動化和操作簡單化，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和有利于向高級計算機控制與管理方面發(fā)展,4. 工序集中，一機多用。,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：,1. 造價相對較高。,2. 測試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人才。,21:44,10,二、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,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：在注重提高機床材料去除率的同時，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：機床及其制造系統(tǒng)的柔性化

5、將在可重組技術(shù)的支持下，通過對制造系統(tǒng)的快速重組實現(xiàn)敏捷和經(jīng)濟地適應(yīng)不確定市場對產(chǎn)品多變地要求。,21:44,11,5高環(huán)保：機床地綠色設(shè)計與制造以重視環(huán)保的凈潔生產(chǎn)為重點，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)。,21:44,12,三、數(shù)控機床的產(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算機和，微處理機和微型計算機。 數(shù)控加工中心（machining center）的出現(xiàn)使單機數(shù)控自動

6、化向計算機控制的多機制造系統(tǒng)自動化方向發(fā)展。,21:44,13,隨著計算機技術(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)、計算機集成制造系統(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計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS),21:44,14,2、直接數(shù)字控制系統(tǒng),DNC系統(tǒng)是用一臺計算機直接控制和管理一群數(shù)控機床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。計算機將一組數(shù)控機床與存儲有零件加工程序和機床控制程序的公共存儲器相連接，根據(jù)加工要求想向機床分配數(shù)據(jù)和指令。 DNC系統(tǒng)可分為間接控制型和直接控制

7、型兩種。,21:44,15,（1）、間接控制型系統(tǒng),21:44,16,（2）、直接控制型系統(tǒng),21:44,17,3、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng),（1）、柔性制造單元 ：由中心控制計算機、加工中心與自動交換工件（AWC、APC）裝置所組成。 中心控制計算機負(fù)責(zé)作業(yè)調(diào)度、自動檢測與工況自動監(jiān)控等功能 。,21:44,18,（2）、柔性制造系統(tǒng),一般由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成。,加工系統(tǒng)：由CNC機床按DNC的控制方式構(gòu)成。 系統(tǒng)中的機床，有互補和互替兩種配置原則：互補是指在系統(tǒng)中配置有完成不同工序的機床；互替是指在系統(tǒng)中配置有相同功能的機床。,21:44,19,物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個子

8、系統(tǒng)。 刀具系統(tǒng)設(shè)有中央刀庫，由機器人在中央和各機床的刀庫之間進(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。,21:44,20,21:44,21,信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動控制，在線狀態(tài)監(jiān)控及其數(shù)據(jù)和信息處理，以及故障在線檢測和處理等。,21:44,22,4、計算機集成制造系統(tǒng) CIMS,采用現(xiàn)代計算機技術(shù)將制造工廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機地集成起來 。,CIMS將計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助管理集成在一起 。,21:44,23,1-3 數(shù)控機床的工作原理和組成,一、組成,21:44,24

9、,21:44,25,21:44,26,（一）程序編制及程序載體,數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。即把加工零件的所有運動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息，按規(guī)定的方法、格式和代碼，所編制的程序。,程序載體存放程序以便輸入到數(shù)控裝置的裝置。,（二）輸入裝置,將所輸入的程序載體上的數(shù)控程序變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。,（三）數(shù)控裝置及強電控制裝置,數(shù)控裝置是接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過編譯、運算和邏輯處理后，輸出指令控制機床的各個部分，按程序動作的裝置。,21:44,27,（四）伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置監(jiān)測裝置,（五）機床的機械部件,強電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之

10、間的控制系統(tǒng)。其主要作用是編譯、判斷和功率放大。,伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成，并與機床的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進(jìn)給系統(tǒng)。,機械部件包括主運動部件、進(jìn)給運動執(zhí)行部件、床身、冷卻、定位夾緊裝置等。,21:44,28,二、工作原理,21:44,29,1-4 數(shù)控機床的分類,一、 按機床運動軌跡分類,1.點位控制數(shù)控機床,為點到點控制，只要刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置的控制方式，稱為點位控制。這類機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床等。,21:44,30,圖1-3 點位控制加工原理圖,21:44,31,2. 直線

11、控制數(shù)控機床,圖1-4 直線控制的加工原理圖,除點到點的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點之間移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。 簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有23個可控坐標(biāo)軸，但同時控制的坐標(biāo)軸只有一個。,21:44,32,3. 輪廓控制的數(shù)控機床,能夠?qū)蓚€或兩個以上運動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可進(jìn)行曲線或曲面的加工。,圖1-5 2軸控制，同時控制兩個坐標(biāo),21:44,33,21:44,34,二 、按伺服系統(tǒng)分類,1. 開環(huán)伺服數(shù)控機床,開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng). 其特點:開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低等

12、優(yōu)點。但是系統(tǒng)對移動部件的誤差沒有補償和校正，所以精度低。一般適用于經(jīng)濟型數(shù)控機床和舊機床數(shù)控化改造。,21:44,35,圖1-7開環(huán)控制系統(tǒng),21:44,36,1）在機床移動部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入指令進(jìn)行比較控制，使移動部件按照實際的要求運動，最終實現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因為把機床工作臺納入了位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 2）該系統(tǒng)定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。該系統(tǒng)調(diào)試工作困難。系統(tǒng)復(fù)雜并且成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機床，如精密數(shù)控鏜銑床、超精密數(shù)控車床等。,2. 閉環(huán)控制數(shù)控機床,21:44,37,圖1-8閉環(huán)控制系統(tǒng),21:44

13、,38,1）半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移測量裝置，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的位移，反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，由于慣性較大的機床移動部件不包括在檢測范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1-7所示。 2）系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括機械傳動環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的控制特性。機械傳動環(huán)節(jié)的誤差，可用補償?shù)霓k法消除，可獲得滿意的精度。中檔數(shù)控機床廣泛采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。,3. 半閉環(huán)控制數(shù)控機床,21:44,39,圖1-9半閉環(huán)控制系統(tǒng),21:44,40,三、 按加工工藝類型的分類,1. 普通數(shù)控機床,2. 數(shù)控加工中心,3 金屬成型類數(shù)控機床,這類數(shù)控機床和傳統(tǒng)的通用機床一樣，有車、銑 、鉆

14、、鏜、磨床等，與通用機床不同的是他能加工具有復(fù)雜形狀的零件。,這是一種在普通數(shù)控機床上加裝一個刀具庫和自動換刀裝置而構(gòu)成的數(shù)控機床。,數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機。,21:44,41,4. 數(shù)控特種加工機床,數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控激光切割機床。,21:44,42,四、 按用數(shù)控裝置的類型分類,1、硬件式數(shù)控機床,2、軟件式數(shù)控機床,使用硬件式數(shù)控裝置。改變或增、減控制、運算功能時，需要改變數(shù)控裝置的硬件電路。通用性、靈活性差，制造周期長，成本高。,使用計算機數(shù)控裝置。主要功能由系統(tǒng)軟件來完成。無需改變系統(tǒng)硬件，只需改變系統(tǒng)軟件，即可改變系統(tǒng)功能。,21:44,43,五、 按用數(shù)控裝置的功能水平分類,可以根據(jù)一些功能和