數(shù)控技術(shù)(緒論)

1、教材：教材：楊有君. 數(shù)控技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2005年9月第一版 楊有君. 數(shù)字控制技術(shù)與數(shù)控機(jī)床.機(jī)械工業(yè)出版社， 2002年6月第一版 廖效果等.數(shù)字控制機(jī)床.華中理工大學(xué)出版社，1999 年7月 數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械系n時(shí)間、地點(diǎn)：時(shí)間、地點(diǎn)： 周三周三 56節(jié)節(jié) 科科0215 周五周五 3 4節(jié)節(jié) 科科0214（雙）（雙）n任課教師：秦建國、張楠任課教師：秦建國、張楠n電電 話：話： 6575662n辦辦 公公 室：室： 新機(jī)械樓數(shù)控實(shí)驗(yàn)室新機(jī)械樓數(shù)控實(shí)驗(yàn)室n考核形式：考核形式：出勤率出勤率5%+作業(yè)作業(yè)5%+實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)10%+考試考試80%數(shù)控車床數(shù)控車床臥式鏜銑床

2、龍門式平面磨床 具有仿形功能的加工中心具有仿形功能的加工中心立式加工中心加工中心 數(shù)控鉆削中心數(shù)控鉆削中心數(shù)控鉆床五軸五聯(lián)動數(shù)控鏜銑床五軸五聯(lián)動數(shù)控鏜銑床特種加工機(jī)床 三坐標(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)FANUC數(shù)控系統(tǒng)西門子PLC及數(shù)控系統(tǒng)直線插補(bǔ)加工直線插補(bǔ)加工高速加工高速加工第一章 緒論1.1機(jī)床數(shù)字控制的基本原理機(jī)床數(shù)字控制的基本原理1.1.1 數(shù)字控制的基本概念數(shù)字控制的基本概念n數(shù)字控制與數(shù)控技術(shù)n數(shù)字控制（數(shù)字控制（Numerical Control 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。n數(shù)控技術(shù)（數(shù)控技術(shù)（Numerica

3、l Control Technology）采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)。 n數(shù)控機(jī)床（數(shù)控機(jī)床（Numerical Control Machine Tools） 是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動控制的一類機(jī)床。它是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。n數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。n計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control CNC ）以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。 機(jī)床 I/O 電路和裝置測量裝置主軸驅(qū)動裝置進(jìn)給驅(qū)動裝置主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元計(jì)算機(jī)數(shù) 控裝 置操作面板PLC

4、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)機(jī) 床床輔助控制機(jī)構(gòu)進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)主運(yùn)動機(jī)構(gòu)鍵盤輸入輸出設(shè)備1.操作面板n它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具。n組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器；n它是數(shù)控機(jī)床特有部件。 2.控制介質(zhì)與輸入控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備輸出設(shè)備 n控制介質(zhì)控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介n輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。n數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備見表1： 表表1

5、1 控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表控制介質(zhì)控制介質(zhì)輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備穿孔紙帶紙帶閱讀機(jī)紙帶穿孔機(jī)磁帶磁帶機(jī)或錄音機(jī)磁盤磁盤驅(qū)動器 3.通訊通訊 n現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通訊方式進(jìn)行信息交換的能力。它們是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有：n串行通訊（RS-232等串口）、n自動控制專用接口和規(guī)范（DNC方式，MAP協(xié)議等）n網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。 4.CNC裝置(CNC單元)n組成：組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。n作用

6、：作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。CNC裝置是裝置是CNC系統(tǒng)的核心系統(tǒng)的核心 5.伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置n伺服單元和驅(qū)動裝置n主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電機(jī)n進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給電機(jī)n 測量裝置 n位置和速度測量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。n 作用 保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令：n進(jìn)給運(yùn)動指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動（速度和位置控制）。n主軸運(yùn)動指令，實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)

7、動（速度控制） 6.PLC、機(jī)床I/O電路和裝置nPLC (Programmable Logic Controller)：用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成；n機(jī)床機(jī)床I/O電路和裝置：電路和裝置：實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路；n功能：n接受CNC的M、S、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動作n接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動作。 7.機(jī)床機(jī)床n機(jī)床：機(jī)床：數(shù)控機(jī)床的主體，是實(shí)現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。n組成：

8、組成：由主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng) 工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。 1.2數(shù)控機(jī)床的分類 數(shù)控機(jī)床的種類很多，從不同角度對其進(jìn)行考查，就有不同的分類方法，通常有以下幾種不同的分類方法： 1.2.1按工藝用途分類n切削加工類：切削加工類：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、FMC等。n成型加工類：成型加工類：數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)等。n特種加工類：特種加工類：數(shù)控線切割機(jī)、電火花加工機(jī)、激光加工機(jī)等。n其它類型：其它類型：數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測量機(jī)、機(jī)器人等。 1.2.2按控

9、制功能分類n點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)n僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動；n對軌跡不作控制要求；n運(yùn)動過程中不進(jìn)行任何加工。n適用范圍：適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)。 點(diǎn)位控制機(jī)床n n輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)n輪廓控制輪廓控制(連續(xù)控制連續(xù)控制)系統(tǒng)：系統(tǒng)：具有控制幾個(gè)進(jìn)給軸同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(坐標(biāo)聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動，在運(yùn)動過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。n適用范圍：適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機(jī)床?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。 輪廓控制系統(tǒng)輪廓控制系統(tǒng) 裝置系統(tǒng)一般都是兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上的多坐

10、標(biāo)聯(lián)動控制系統(tǒng)，裝置系統(tǒng)一般都是兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上的多坐標(biāo)聯(lián)動控制系統(tǒng)，其功能齊全，可加工任意形狀的曲線或型腔，如平板凸輪。其功能齊全，可加工任意形狀的曲線或型腔，如平板凸輪。二軸三軸五軸四軸n 數(shù)控加工軌跡控制原理n 逼近處理n 圖為欲加工的圓弧軌跡L， 起點(diǎn)為P0，終點(diǎn)為Pe。 CNC裝置首先對圓弧進(jìn)行 逼近處理。 數(shù)控加工原理數(shù)控加工原理XLYLiXiYiT0P0Pe數(shù)控加工原理圖 1.2.3按聯(lián)動軸數(shù)分類n2軸聯(lián)動（平面曲線）n3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）n4軸聯(lián)動（空間曲面）n5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面） 。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。 1.2.4按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分

11、類n按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)全閉環(huán)和半閉環(huán)半閉環(huán)兩種。 1.開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)n沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插補(bǔ)指令插補(bǔ)指令脈沖頻率脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)n換算換算脈沖環(huán)脈沖環(huán)形分配形分配變換變換功率功率放大放大特點(diǎn)：特點(diǎn)：n無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的性能和精度。n一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為

12、伺服驅(qū)動元件。n這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 2. 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運(yùn)動部件的實(shí)際位置。位置控制調(diào)節(jié)器位置控制調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元檢測與反饋單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際位實(shí)際位置反饋置反饋實(shí)際速實(shí)際速度反饋度反饋 特點(diǎn)：特點(diǎn)：n半閉環(huán)環(huán)路

13、內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。n由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。n半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。 3. 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)n全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對運(yùn)動部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測。 位置控制調(diào)節(jié)器位置控制調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元檢測與反饋單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行

14、部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際位實(shí)際位置反饋置反饋實(shí)際速實(shí)際速度反饋度反饋特點(diǎn)：特點(diǎn)：n從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。 n由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。n該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。 1.2.5按數(shù)控系統(tǒng)分類按數(shù)控系統(tǒng)分類 q按性能分按性能分上一頁上一頁下一頁下一頁經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)普及型數(shù)控系統(tǒng)普及型數(shù)控系統(tǒng)高級型數(shù)控系統(tǒng)高級型數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)分類 上一頁上一頁下一頁

15、下一頁 經(jīng)經(jīng) 濟(jì)濟(jì) 型型普普 及及 型型 高級型高級型CPU8位位 12個(gè)個(gè)16位位32位位聯(lián)動軸數(shù)聯(lián)動軸數(shù)335555分辨率分辨率0.0050.011 m1m進(jìn)給速度進(jìn)給速度68m/min24m/min24m/min24m/min24m/min伺服驅(qū)動伺服驅(qū)動開環(huán)，步進(jìn)式開環(huán)，步進(jìn)式交流交流/直流直流 半半閉閉/全閉全閉數(shù)字化交流數(shù)字化交流/直流，全閉環(huán)直流，全閉環(huán)顯示顯示LCD，LEDCRT，字符，字符/圖形圖形CRT，圖形，圖形通信通信RS232簡單通簡單通信信RS232DNC通通信接口信接口高性能通信接高性能通信接口，聯(lián)網(wǎng)口，聯(lián)網(wǎng)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 數(shù)控機(jī)床的確具有普通機(jī)床所不具備的許

16、多優(yōu)點(diǎn)。而且它的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，但是在目前還不能完全取代普通機(jī)床，也就是說，它不能以最經(jīng)濟(jì)的方式來它不能以最經(jīng)濟(jì)的方式來解決加工制造中所有問題。解決加工制造中所有問題。為了更好地說明這個(gè)問題，有必要先初步了解一下采用數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床加工的優(yōu)缺點(diǎn)加工的優(yōu)缺點(diǎn)。 數(shù)控加工的優(yōu)點(diǎn)n自動化程度高，可以減輕工人的體力勞動強(qiáng)度 n加工的零件一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定 n生產(chǎn)效率較高n便于產(chǎn)品研制 n便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造 。 數(shù)控加工的缺點(diǎn)n任何事物都是兩重性。數(shù)控加工雖有上 述各種優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在某些方面也存在不足之處：n單位加工成本較高 。n只適宜于多品種小批量或中批量生產(chǎn)（占機(jī)械加工總量70%80%）n加

17、工中的調(diào)整相對復(fù)雜 n維修難度大 數(shù)控加工的適應(yīng)性 n根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及國內(nèi)外大量應(yīng)用實(shí)踐，一般可按適應(yīng)程度將零件分為下列三類：n 最適應(yīng)類最適應(yīng)類 對于下述零件，首先應(yīng)考慮能不能把它們加工出來，即要著重考慮可能性問題。只要有可能，可先不要過多地去考慮生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)上是否合理，都應(yīng)把對其進(jìn)行數(shù)控加工作為優(yōu)選方案。 n形狀復(fù)雜：加工精度要求高，用通用機(jī)床無法加工或雖然能加工但很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件；n用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件；n具有難測量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件；n必須在一次裝夾中合并完成銑、鏜、锪、鉸或攻絲等多工序的零件。 n較適應(yīng)類 這類零件在分析

18、其可加工性以后，還要在提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)效益方面作全面衡量，一般可把它們作為數(shù)控加工的主要選擇對象。 n在通用機(jī)床上加工時(shí)極易受人為因素（如：情緒波動、體力強(qiáng)弱、技術(shù)水平高低等）干擾，零件價(jià)值又高，一旦質(zhì)量失控便造成重大經(jīng)濟(jì)損失的零件；n在通用機(jī)床上加工時(shí)必須制造復(fù)雜專用工裝的零件；n需要多次更改設(shè)計(jì)后才能定型的零件；n在通用機(jī)床上加工需要作長時(shí)間調(diào)整的零件；n用通用機(jī)床加工時(shí)，生產(chǎn)率很低或體力勞動強(qiáng)度很大的零件。 n 不適應(yīng)類 下述一類零件采用數(shù)控加工后，在生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)性方面一般無明顯改善，還可能弄巧成拙或得不償失，故此類零件一般不應(yīng)作為數(shù)控加工的選擇對象。 n生產(chǎn)批量大的零件（當(dāng)然不排除其

19、中個(gè)別工序用數(shù)控機(jī)床加工）；n裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件；n加工余量很不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上無在線檢測系統(tǒng)可自動調(diào)整零件坐標(biāo)位置的；n必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。 根據(jù)上述數(shù)控加工的適應(yīng)性，我們就可以根據(jù)所擁有的數(shù)控機(jī)床來選擇加工對象，或根據(jù)零件類型來考慮哪些應(yīng)該先安排數(shù)控加工，或從技術(shù)改造角度考慮，是否要投資添置數(shù)控機(jī)床。 1.3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展1.3.1數(shù)控技術(shù)發(fā)展簡史數(shù)控技術(shù)發(fā)展簡史n發(fā)展沿革n1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一臺三座標(biāo)數(shù)控機(jī)床。n1955年，第一臺工業(yè)用數(shù)控機(jī)床由美國Bendix公司生產(chǎn)出來。n從1952年至今，NC機(jī)床

20、按NC系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的五代。 n第一代：第一代：1955年 NC系統(tǒng)以電子管組成，體積大，功耗大。n第二代：第二代：1959年 NC系統(tǒng)以晶體管組成，廣泛采用印刷電路板。n第三代：第三代：1965年 NC系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點(diǎn)是體積小，功耗低，可靠性進(jìn)一步提高。以上三代NC系統(tǒng)，由于其數(shù)控功能均由硬件實(shí)現(xiàn)，故歷史上又稱其為“硬線硬線NCNC” n第四代：1970年 NC系統(tǒng)采用小型計(jì)算機(jī)取代專用計(jì)算機(jī)，其部分功能由軟件實(shí)現(xiàn)，它具有價(jià)格低，可靠性高和功能多等特點(diǎn)。n第五代：第五代：1974年 NC系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價(jià)格進(jìn)一步降低，體積進(jìn)一步縮小，使實(shí)現(xiàn)真正意義上的機(jī)電一體

21、化成為可能。這一代又可分為六個(gè)發(fā)展階段： n1974年：系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示，自診斷功能。n1979年：系統(tǒng)采用CRT顯示，大容量磁泡存儲器，可編程接口和遙控接口等。n1981年：具有人機(jī)對話、動態(tài)圖形顯示、實(shí)時(shí)精度補(bǔ)償功能。n1986年：數(shù)字伺服控制誕生，大慣量的交直流電機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段。n1988年：采用高性能32位機(jī)為主機(jī)的主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。n1994年：基于PC的NC系統(tǒng)誕生，使NC系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)入了開放型、柔性化的新時(shí)代，新型NC系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮短。它是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)里程碑。 1.3.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展動向數(shù)控技術(shù)的發(fā)展動向n 發(fā)展趨勢進(jìn)入九十年代以來，隨著國際上計(jì)算

22、機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著下述方向發(fā)展 運(yùn)行高速化、加工高精化運(yùn)行高速化、加工高精化n速度和精度是數(shù)控設(shè)備的兩個(gè)重要指標(biāo)，它們是數(shù)控技術(shù)永恒追求的目標(biāo)。因?yàn)樗苯雨P(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。新一代數(shù)控設(shè)備在運(yùn)行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。 運(yùn)行高速化n使進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、刀具交換速度、托盤交換速度實(shí)現(xiàn)高速化，并且具有高加（減）速率。n 進(jìn)給率高速化：進(jìn)給率高速化：n在分辨率為1m時(shí)，F(xiàn)max=240m/min。在Fmax下可獲得復(fù)雜型面的精確加工；n在程序段長度為1mm時(shí)，F(xiàn)max=30m/min，并且具有1.5g的加減速率

23、； n主軸高速化：主軸高速化：采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），即主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件。n主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min。n主軸轉(zhuǎn)速的最高加（減）速為1.0g ，即僅需1.8秒即可從0提速到15000r/min。n換刀速度換刀速度 n0.9秒（刀到刀）n2.8秒（切削到切削）n工作臺（托盤）交換速度工作臺（托盤）交換速度 6.3秒。 加工高精化n提高機(jī)械設(shè)備的制造和裝配精度；提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用誤差補(bǔ)償技術(shù)。n 提高提高CNC系統(tǒng)控制精度：系統(tǒng)控制精度：n采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化，n采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流

24、伺服電機(jī)已有裝上106 脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度能達(dá)到0.01m/脈沖）；n位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。 采用誤差補(bǔ)償技術(shù)采用誤差補(bǔ)償技術(shù)n采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù);n設(shè)備的熱變形誤差補(bǔ)償和空間誤差的綜合補(bǔ)償技術(shù)。研究結(jié)果表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少6080。三井精機(jī)的JidicH5D型超精密臥式加工中心的定位精度為0.1m。 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了數(shù)控技術(shù)水平的提高，數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置的性能也隨之提高，使得現(xiàn)代的數(shù)控設(shè)備在新的技術(shù)水平下，可同時(shí)具備運(yùn)行高速化、加工高精化的性能。

25、功能復(fù)合化n復(fù)合化是指在一臺設(shè)備能實(shí)現(xiàn)多種工藝手段加工的方法。n鏜銑鉆復(fù)合加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主軸立臥轉(zhuǎn)換）；n車銑復(fù)合車削中心（ATC，動力刀頭）；n銑鏜鉆車復(fù)合復(fù)合加工中心（ATC，可自動裝卸車刀架）；n銑鏜鉆磨復(fù)合復(fù)合加工中心（ATC，動力磨頭）；n可更換主軸箱的數(shù)控機(jī)床組合加工中心； 多工位復(fù)合加工控制智能化n隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，并為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)n通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識

26、出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)修調(diào)加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及設(shè)備運(yùn)行的安全性。 nMitsubishi Electric 公司的用于數(shù)控電火花成型機(jī)床的“Miracle Fuzzy” 基于模糊邏輯的自適應(yīng)控制器，可自動控制和優(yōu)化加工參數(shù)；n日本牧野在電火花NC系統(tǒng)Makino_Mce20中，用專家系統(tǒng)代替人進(jìn)行加工過程監(jiān)控。n以色列的外置式力自適應(yīng)控制器n意大利Mandelli公司數(shù)控系統(tǒng)的可編程功率自適應(yīng)控制功能。n國內(nèi)清華和華中科技大的自適應(yīng)控制技術(shù)的研究已取得成果。正在

27、進(jìn)行商品化開發(fā)。 加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇 將工藝專家或技工的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的。采用經(jīng)過優(yōu)化的加工參數(shù)編制的加工程序，可使加工系統(tǒng)始終處于較合理和較經(jīng)濟(jì)的工作狀態(tài)。 n目前已開發(fā)出帶自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電火花加工專家系統(tǒng)。n日本大隈公司的7000系列數(shù)控系統(tǒng)帶有人工智能式自動編程功能。n國內(nèi)清華和華中科大在加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇及CAPP方面的研究也取得了一些成果。但有待進(jìn)行實(shí)用化開發(fā)。 智能故

28、障診斷與自修復(fù)技術(shù)智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù) n智能故障診斷技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法，實(shí)現(xiàn)故障快速準(zhǔn)確定位的技術(shù)。n智能故障自修復(fù)技術(shù)：指能根據(jù)診斷確定故障原因和部位，以自動排除故障或指導(dǎo)故障的排除技術(shù)。智能自修復(fù)技術(shù)集故障自診斷、故障自排除、自恢復(fù)、自調(diào)節(jié)于一體，并貫穿于加工過程的整個(gè)生命周期。n智能故障診斷技術(shù)在有些日本、美國公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中已有應(yīng)用，基本上都是應(yīng)用專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。n智能化自修復(fù)技術(shù)還在研究之中。 智能化交流伺服驅(qū)動裝置智能化交流伺服驅(qū)動裝置 n目前已開始研究能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這

29、種驅(qū)動裝置能自動識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。 智能4M數(shù)控系統(tǒng)n在制造過程中，加工、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機(jī)器操作(Manipulator)四者（即4M）融合在一個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。 體系開放化定義（定義（IEEE）：）：具有在不同的工作平臺上均能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行互操作的系統(tǒng)。n開放式數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)：開放式數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)：n系統(tǒng)構(gòu)

30、件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化(Standardization)與多樣化( Diversification)和互換性(Interchangeability)的特征n允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的； 開放體系結(jié)構(gòu)開放體系結(jié)構(gòu)CNC的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)n向未來技術(shù)開放：向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計(jì)和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；n標(biāo)準(zhǔn)化的人機(jī)界面：標(biāo)準(zhǔn)化的人機(jī)界面：標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，方便用戶使用，降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗；