第一章數(shù)控技術概論

1、數(shù)控原理數(shù)控原理與與編程技術編程技術課程名稱課程名稱：數(shù)控原理數(shù)控原理與與編程技術編程技術教材：教材： 機床數(shù)控技術及應用機床數(shù)控技術及應用 主主 編：編： 陳蔚芳陳蔚芳 王宏濤王宏濤 出版社出版社: : 科學出版社科學出版社數(shù)控技術是一門綜合技術：數(shù)控技術是一門綜合技術：(1)(1)機械制造技術；機械制造技術；(2)(2)信息處理、加工、傳輸技術：信息處理、加工、傳輸技術：(3)(3)自動控制技術；自動控制技術；(4)(4)伺服驅動技術；伺服驅動技術；(5)(5)傳感器技術：傳感器技術：(6)(6)軟件技術等軟件技術等 。課程簡介課程的性質(zhì)：課程的性質(zhì)：專業(yè)技術基礎課專業(yè)技術基礎課 課程的特

2、點：課程的特點：實用性、綜合性實用性、綜合性數(shù)控機床數(shù)控機床是當代機械制造業(yè)的主流裝備。是當代機械制造業(yè)的主流裝備。u本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容第第1章章 數(shù)控技術概論數(shù)控技術概論第第2章章 數(shù)控加工程編制基礎數(shù)控加工程編制基礎第第3章章 數(shù)控加工編程方法數(shù)控加工編程方法第第4章章 計算機數(shù)控裝置計算機數(shù)控裝置第第5章章 數(shù)控機床的控制原理數(shù)控機床的控制原理第第6章章 數(shù)控機床的檢測裝置數(shù)控機床的檢測裝置第第7章章 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)數(shù)控機床伺服系統(tǒng)第一章數(shù)控技術概論第一章數(shù)控技術概論概述概述機床數(shù)控技術組成機床數(shù)控技術組成數(shù)控加工零件的過程數(shù)控加工零件的過程數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的

3、特點與分類數(shù)控技術的發(fā)展趨勢數(shù)控技術的發(fā)展趨勢p重點：重點： 1. 機床數(shù)控技術的組成；機床數(shù)控技術的組成；2. 數(shù)控機床的組成、特點與分類數(shù)控機床的組成、特點與分類主要內(nèi)容主要內(nèi)容 數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進制形式數(shù)據(jù)運算數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進制形式數(shù)據(jù)運算的出現(xiàn)。的出現(xiàn)。 1908年，年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世； 19世紀末，世紀末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；系統(tǒng)被發(fā)明； 1938年，年，香農(nóng)在美國麻省理工學院進行了數(shù)據(jù)快速香農(nóng)在美國麻省理工學院進行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代

4、計算機，包括計算機數(shù)字運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎。數(shù)控技術是與機床控制密切結合控制系統(tǒng)的基礎。數(shù)控技術是與機床控制密切結合發(fā)展起來的。發(fā)展起來的。 1952年，年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。 第一章第一章 數(shù)控技術概論數(shù)控技術概論 數(shù)控技術數(shù)控技術也叫計算機數(shù)控技術，目前它是采也叫計算機數(shù)控技術，目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術。用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術。 這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來這種技術用計算機按事先存貯

5、的控制程序來執(zhí)行對設備的控制功能。執(zhí)行對設備的控制功能。 由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可以通過計算機軟件來完成?？梢酝ㄟ^計算機軟件來完成。 第一章第一章 數(shù)控技術概論數(shù)控技術概論第一章第一章 數(shù)控技術概論數(shù)控技術概論自從自從 20 世紀中葉世紀中葉數(shù)控技術數(shù)控技術創(chuàng)立以來，它創(chuàng)立以來，它給機械制給機械制造業(yè)帶來了造業(yè)帶來了革命性的變化革命性的變化；數(shù)控技術數(shù)控技術已成為制造業(yè)實現(xiàn)已成為制造業(yè)實現(xiàn)自

6、動化、柔性化、集自動化、柔性化、集成化成化生產(chǎn)的基礎技術生產(chǎn)的基礎技術，CAD/CAM，F(xiàn)MS 和和CIMS 、敏捷制造和智能制造等，都建立在數(shù)控、敏捷制造和智能制造等，都建立在數(shù)控技術之上；技術之上；第一章第一章 數(shù)控技術概論數(shù)控技術概論數(shù)控技術數(shù)控技術是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率必不是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率必不可少的物質(zhì)可少的物質(zhì)手段手段；數(shù)控技術數(shù)控技術是國家的戰(zhàn)略技術，基于它的相關產(chǎn)業(yè)是國家的戰(zhàn)略技術，基于它的相關產(chǎn)業(yè)是體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要是體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎性產(chǎn)業(yè)基礎性產(chǎn)業(yè)；二十一世紀機械制造業(yè)的競爭，其實質(zhì)是二十一世紀機械制造業(yè)的競爭，其實質(zhì)是數(shù)控技數(shù)控技

7、術的競爭術的競爭。同學要同學要學好用好學好用好數(shù)控技術數(shù)控技術 在轎車工業(yè)領域，在轎車工業(yè)領域，年產(chǎn)年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒秒/輛，輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一；一； 在航空和宇航工業(yè)領域，在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多為薄壁其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。壁進行加工。 近來采用大型整體鋁合金坯料近來采用大型整體鋁合金坯料“

8、掏空掏空”的方法的方法來制來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。剛度和可靠性得到提高。 這些這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。求。 第一章第一章 數(shù)控技術概論數(shù)控技術概論 國產(chǎn)數(shù)控機床國產(chǎn)數(shù)控機床處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關鍵設備主要依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關鍵設備主要依

9、靠進口，技術受制于人。進口，技術受制于人。 原因：原因： 國內(nèi)數(shù)控機床企業(yè)大多處于國內(nèi)數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型粗放型”階段，在設計水平、階段，在設計水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了5-10年；年；在高、精、尖技術方面的差距則達到了在高、精、尖技術方面的差距則達到了10-15年。年。 中國在應用技術及技術集成方面的能力也還比較低，相關的中國在應用技術及技術集成方面的能力也還比較低，相關的技術規(guī)范和標準的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒技術規(guī)范和標準的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒有形成品牌效應。有形成品牌效應。 中國

10、的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術培訓、服務網(wǎng)絡中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術培訓、服務網(wǎng)絡等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權的數(shù)控系原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 數(shù)字控制（數(shù)字控制（Numerical Control NC）是一種借是一種借助助數(shù)字、字符或其它符號數(shù)字、字符或其它符號對某一對某一工作過程工作過程（如（如加工、測量、裝配等）進行加工、測量、裝配等）進行可編程控

11、制可編程控制的自動的自動化方法。化方法。 數(shù)控技術（數(shù)控技術（Numerical Control Technology）采采用用數(shù)字控制的方法數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術。制的技術。1.1 數(shù)控技術的基本概念數(shù)控技術的基本概念 數(shù)字控制數(shù)字控制與與數(shù)控技術數(shù)控技術 第一章數(shù)控技術概論第一章數(shù)控技術概論 數(shù)控技術數(shù)控技術 是綜合了是綜合了計算機、自動控制、電機、計算機、自動控制、電機、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機械制造電氣傳動、測量、監(jiān)控、機械制造等學科領域最等學科領域最新成果而形成的一門新成果而形成的一門邊緣科學技術邊緣科學技術。 1.1 1.1 數(shù)控技術

12、的基本概念數(shù)控技術的基本概念 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）-實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。 例：例：N003 G90 G01 X+35.0 Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M07； 將將數(shù)字代碼數(shù)字代碼輸入機床的輸入機床的數(shù)字控制裝置數(shù)字控制裝置（即控制機（即控制機床的專用計算機）中去，經(jīng)過計算機的床的專用計算機）中去，經(jīng)過計算機的計算處理計算處理、伺服控制伺服控制、驅動驅動機床各部件運動，完成空間直線段機床各部件運動，完成空間直線段的的加工加工。 第一章數(shù)控技術概論第一章數(shù)控技術概論 機床數(shù)控技術機床數(shù)控技術 用

13、數(shù)字化信息對機床運動及其加工過程進行控用數(shù)字化信息對機床運動及其加工過程進行控制的一種技術。制的一種技術。是是數(shù)控機床數(shù)控機床是一種裝有是一種裝有程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機床。統(tǒng)）的高效自動化機床。該系統(tǒng)能夠處理加工程序，該系統(tǒng)能夠處理加工程序，控制機床自動完成各種加工運動和輔助運動?？刂茩C床自動完成各種加工運動和輔助運動。第一章數(shù)控技術概論第一章數(shù)控技術概論 數(shù)控機床（數(shù)控機床（Numerical Control Machine Tools） 數(shù)控機床是一種采用數(shù)控機床是一種采用計算機計算機，利用，利用數(shù)字信息數(shù)字信息進行進行控制控制的的高效、能自動化加工的高

14、效、能自動化加工的機床機床，它能夠，它能夠按照按照數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的規(guī)定的數(shù)字化代碼數(shù)字化代碼，把各種機械，把各種機械位移量位移量、工藝參數(shù)工藝參數(shù)、輔助功能輔助功能( (如如刀具交換、冷卻液開與關等刀具交換、冷卻液開與關等) )表示出來表示出來，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的邏，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的邏輯處理與運算，發(fā)出各種輯處理與運算，發(fā)出各種控制指令控制指令，實現(xiàn)要求的，實現(xiàn)要求的機械動作機械動作，自動完成零件加工任務自動完成零件加工任務。 數(shù)控車床數(shù)控車床第一章數(shù)控技術概論第一章數(shù)控技術概論加加工工中中心心第一章數(shù)控技術概論第一章數(shù)控技術概論1.2 機床數(shù)控技術組成機床數(shù)控技術組成1.2.1 機床本體機床

15、本體1.2 數(shù)控技術組成數(shù)控技術組成本本 體體 組組 成成 : :- -主運動部件、進給運動部件主運動部件、進給運動部件- -支承件（立柱、床身等）支承件（立柱、床身等）- -特殊裝置（刀具自動交換、特殊裝置（刀具自動交換、工件自動交換系統(tǒng)）工件自動交換系統(tǒng)）- -輔助裝置（如排屑裝置等）輔助裝置（如排屑裝置等）l 數(shù)控機床的主運動、進給運動都由單獨的伺服電數(shù)控機床的主運動、進給運動都由單獨的伺服電機驅動，所以機驅動，所以傳動鏈短、結構較簡單傳動鏈短、結構較簡單。l 為保證數(shù)控機床的快速響應特性，數(shù)控機床普遍為保證數(shù)控機床的快速響應特性，數(shù)控機床普遍采用采用精密滾珠絲杠精密滾珠絲杠和和直線滾動

16、導軌副直線滾動導軌副。l 為保證數(shù)控機床的高精度、高效率和高自動化加為保證數(shù)控機床的高精度、高效率和高自動化加工，機械結構應工，機械結構應具有較高的具有較高的動態(tài)特性動態(tài)特性、動態(tài)剛度動態(tài)剛度、抗變形性能、耐磨性抗變形性能、耐磨性。l 數(shù)控機床還配備有數(shù)控機床還配備有冷卻、自動排屑、對刀、測量冷卻、自動排屑、對刀、測量等配套裝置。等配套裝置。 特點：特點： 1.2.2 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 一種控制系統(tǒng)，它自動讀入載體上的數(shù)字信息，經(jīng)一種控制系統(tǒng)，它自動讀入載體上的數(shù)字信息，經(jīng)過譯碼，控制機床運動過譯碼，控制機床運動并加工出零件并加工出零件。 整個系統(tǒng)包括整個系統(tǒng)包括信息輸入、信息輸入、運算和控制

17、運算和控制、進給伺進給伺服驅動服驅動和和主軸驅動主軸驅動以及以及機電接口機電接口等。等。 1.2 數(shù)控技術組成數(shù)控技術組成p計算機數(shù)控系統(tǒng)計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control， CNC ）-是以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。是以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)的組成 輸入輸出裝置輸入輸出裝置;計算機數(shù)控裝置計算機數(shù)控裝置（Computer Numerical Control，CNC）;主軸伺服驅動裝置和進給伺服驅動裝置以及檢測裝主軸伺服驅動裝置和進給伺服驅動裝置以及檢測裝置等組成。置等組成?？删幊炭刂破骺删幊炭刂破鳎≒rogrammable Logic

18、 Control, PLC）;1.2 數(shù)控技術組成數(shù)控技術組成CNC第一章數(shù)控技術概論1.2 數(shù)控技術組成數(shù)控技術組成CNC第一章 數(shù)控技術概論1.2 數(shù)控技術組成數(shù)控技術組成主要內(nèi)容CNC第一章數(shù)控技術概論 輸入輸出裝置輸入輸出裝置: 是將加工零件的程序和各種參數(shù)、數(shù)據(jù)通過輸入設備送是將加工零件的程序和各種參數(shù)、數(shù)據(jù)通過輸入設備送 到數(shù)控裝置。到數(shù)控裝置。輸入輸出裝置可以通過多種方式獲得數(shù)控加工程序輸入輸出裝置可以通過多種方式獲得數(shù)控加工程序: 穿孔紙帶穿孔紙帶 MDI（ManualDataInput）方式）方式 軟驅軟驅 USB接口接口 RS232C接口接口 DNC接口接口1.2 數(shù)控技術

19、組成數(shù)控技術組成1.2 數(shù)控技術組成數(shù)控技術組成l組成：組成：計算機系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、PLC接口板、位置控接口板、位置控制板、通訊接口板、特殊功能模塊以及相制板、通訊接口板、特殊功能模塊以及相應的控制軟件。應的控制軟件。l作用：作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理，然后輸出控制命令到伺服驅動裝的處理，然后輸出控制命令到伺服驅動裝置和置和PLC。CNC裝置是裝置是CNC系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的核心。2) CNC裝置裝置1.2 數(shù)控技術組成數(shù)控技術組成主要內(nèi)容計算機數(shù)控裝置計算機數(shù)控裝置l基本功能：基本功能：p 坐標控制（坐標控制（XYZAB代碼）功能代碼）功能(多軸

20、聯(lián)動多軸聯(lián)動);p 準備功能（準備功能（G代碼），輔助功能（代碼），輔助功能（M代碼）、刀具（代碼）、刀具（T代碼）代碼）功能、進給（功能、進給（F代碼）功能代碼）功能;主軸轉速（主軸轉速（S代碼）功能代碼）功能;p 插補功能插補功能（如直線、圓弧和其它曲線插補（如直線、圓弧和其它曲線插補) ；p 自診斷功能等。自診斷功能等。 p 插補償功能插補償功能 補償主要包括刀具半徑補償、刀具長度補償、補償主要包括刀具半徑補償、刀具長度補償、傳動間隙補償、螺距誤差補償?shù)?。傳動間隙補償、螺距誤差補償?shù)取?p 信息轉換功能信息轉換功能 主要包括主要包括EIA/ISO代碼轉換、英制米制轉代碼轉換、英制米制轉換

21、、坐標轉換、絕對值增量值轉化等。換、坐標轉換、絕對值增量值轉化等。p 多種加工方式選擇多種加工方式選擇 可以實現(xiàn)多種加工方式循壞、重復加工、可以實現(xiàn)多種加工方式循壞、重復加工、凹凸模加工和鏡像加工等。凹凸模加工和鏡像加工等。接接 口口與上位機的通信接口：串行通信與上位機的通信接口：串行通信+網(wǎng)絡通信網(wǎng)絡通信與各種輸入與各種輸入/輸出設備接口輸出設備接口與機床側信號往來的與機床側信號往來的I/O接口接口1.2 數(shù)控技術組成數(shù)控技術組成n伺服驅動裝置又稱伺服驅動裝置又稱伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)-它把來自它把來自CNCCNC裝置的微弱指令信號通過裝置的微弱指令信號通過調(diào)解調(diào)解、轉換轉換、放大放大后后驅動伺服

22、電機驅動伺服電機，通過執(zhí)行部件，通過執(zhí)行部件驅動驅動機床運動機床運動，使工作臺精確定位或使刀具與工件按，使工作臺精確定位或使刀具與工件按規(guī)定的軌跡作相對運動，最后加工出符合圖紙要規(guī)定的軌跡作相對運動，最后加工出符合圖紙要求的零件。求的零件。 -它是它是CNCCNC裝置裝置和和機床本體機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)。的聯(lián)系環(huán)節(jié)。3 3） 伺服驅動裝置伺服驅動裝置伺服單元和驅動裝置伺服單元和驅動裝置主軸伺服驅動裝置和主軸電機主軸伺服驅動裝置和主軸電機進給伺服驅動裝置和進給電機進給伺服驅動裝置和進給電機p 作用作用 保證靈敏、準確地跟蹤保證靈敏、準確地跟蹤CNC裝置指裝置指令：令：進給運動指令：進給運動指令：實

23、現(xiàn)零件加工的成形運動實現(xiàn)零件加工的成形運動（速度和位置控制）。（速度和位置控制）。主軸運動指令：主軸運動指令：實現(xiàn)零件加工的切削運動實現(xiàn)零件加工的切削運動（速度控制）（速度控制）l 檢測裝置檢測出檢測裝置檢測出實際的位移量實際的位移量，反饋給，反饋給CNC裝置裝置中的比較器，中的比較器，與與CNC裝置發(fā)出的指令信號比較裝置發(fā)出的指令信號比較，如果有差值，就發(fā)出運動控制信號，控制數(shù)控機如果有差值，就發(fā)出運動控制信號，控制數(shù)控機床移動部件向消除該差值的方向移動。不斷比較床移動部件向消除該差值的方向移動。不斷比較指令信號與反饋信號，然后進行控制，直到差值指令信號與反饋信號，然后進行控制，直到差值為為

24、0，運動停止。，運動停止。l 常用檢測裝置：常用檢測裝置：旋轉變壓器、編碼器、感應同步旋轉變壓器、編碼器、感應同步器、光柵、磁柵、霍爾檢測元件等。器、光柵、磁柵、霍爾檢測元件等。4）測量裝置）測量裝置主要內(nèi)容-PLC (Programmable Logic Controller) 用于完成與邏輯運算有關順序動作用于完成與邏輯運算有關順序動作的的I/O控制控制；-機床機床I/O電路和裝置電路和裝置 實現(xiàn)實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路）開關、接觸器等組成的邏輯電路）;5）PLC、機床、機床I/O電路和裝置電路和裝置

25、PLC (Programmable Logic Controller)：-用于完成與邏輯運算有關順序動作的用于完成與邏輯運算有關順序動作的I/O控制?？刂?。它由硬件和軟件組成；它由硬件和軟件組成；p 功能：功能：l接受接受CNC的的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉指令，對其進行譯碼并轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作應的開關動作l接受操作面板和機床側的接受操作面板和機床側的I/O信號，送給信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作。作狀態(tài)和機床的動作。1.3

26、 數(shù)控加工零件的過程數(shù)控加工零件的過程p 適應性、靈活性好適應性、靈活性好p 精度高、質(zhì)量穩(wěn)定精度高、質(zhì)量穩(wěn)定p 生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高p 勞動強度低、勞動條件好勞動強度低、勞動條件好p 有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理p 使用、維護技術要求高使用、維護技術要求高1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類l數(shù)控機床的特點數(shù)控機床的特點分分 類類 方方 法法數(shù)控機床類型數(shù)控機床類型按運動控制按運動控制方式方式點位點位控制控制數(shù)控機床數(shù)控機床直線直線控制控制數(shù)控機床數(shù)控機床輪廓輪廓控制控制數(shù)控機床數(shù)控機床按伺服系統(tǒng)按伺服系統(tǒng)開環(huán)開環(huán)數(shù)控數(shù)控數(shù)控機床數(shù)控機床半閉環(huán)半閉環(huán)控制控制數(shù)控機

27、床數(shù)控機床閉環(huán)閉環(huán)控制控制數(shù)控機床數(shù)控機床按功能水平按功能水平經(jīng)濟型經(jīng)濟型數(shù)控機床數(shù)控機床中檔型中檔型數(shù)控機床數(shù)控機床高檔型高檔型數(shù)控機床數(shù)控機床按工藝方法按工藝方法金屬切削金屬切削數(shù)控機床數(shù)控機床金屬成形金屬成形數(shù)控機床數(shù)控機床特種加工特種加工數(shù)控機床數(shù)控機床按聯(lián)動軸數(shù)按聯(lián)動軸數(shù)2軸聯(lián)動軸聯(lián)動數(shù)控機床數(shù)控機床3軸聯(lián)動軸聯(lián)動數(shù)控機床數(shù)控機床4、5軸聯(lián)動軸聯(lián)動數(shù)控機床數(shù)控機床1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類l分類分類主要內(nèi)容點位控制點位控制 (Point to Point Control Systems)(Point to Point Control Systems) A

28、A刀 具工 件p按運動控制方式分類按運動控制方式分類僅實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；僅實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。運動過程中不進行任何加工。適用范圍：適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、 數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類主要內(nèi)容直線控制：直線控制：(Line Control Systems)(Line Control Systems) 不僅要求控制點到點的精確定位，而且要求機床工作臺或不僅要求控制點到點的精確定

29、位，而且要求機床工作臺或刀具（刀架）以給定的刀具（刀架）以給定的進給速度進給速度，沿平行于坐標軸的方向或與，沿平行于坐標軸的方向或與坐標軸成坐標軸成4545角的方向進行角的方向進行直線移動和切削加工直線移動和切削加工。p按運動控制方式分類按運動控制方式分類: :1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類主要內(nèi)容 輪廓控制輪廓控制 (Contouring Control Systems)(Contouring Control Systems)對多個坐標軸同時進行控制，使之協(xié)調(diào)運動對多個坐標軸同時進行控制，使之協(xié)調(diào)運動( (坐標聯(lián)動坐標聯(lián)動) )，使刀具相對工件按程序規(guī)定的軌跡和速度

30、運動，在運動過程使刀具相對工件按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工。中進行連續(xù)切削加工。p按運動控制方式分類按運動控制方式分類: :1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類適用范圍：適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面加工中心等用于加工曲線和曲面的機床。的機床。p按聯(lián)動軸數(shù)分類按聯(lián)動軸數(shù)分類1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類 在機床能夠實現(xiàn)的運動在機床能夠實現(xiàn)的運動中，除了主鈾旋轉運動以外，中，除了主鈾旋轉運動以外，其他所有運動都與工件的成其他所有運動都與工件的成形有關，而且都有自己的伺形有關，

31、而且都有自己的伺服驅動。服驅動。 數(shù)控系統(tǒng)正是通過確定數(shù)控系統(tǒng)正是通過確定的伺服驅動單元控制來實現(xiàn)的伺服驅動單元控制來實現(xiàn)某個具體運動的，例如工作某個具體運動的，例如工作臺沿臺沿X X方向的移動、主軸的擺方向的移動、主軸的擺動。這就是控制鈾的概念。動。這就是控制鈾的概念。p兩坐標加工兩坐標加工 p按聯(lián)動軸數(shù)分類按聯(lián)動軸數(shù)分類1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類 2 2軸控制，同時控制兩個坐標軸控制，同時控制兩個坐標p二軸半坐標加工二軸半坐標加工 flashp三坐標加工三坐標加工YXO2O1BZOp四坐標加工四坐標加工 5 5軸聯(lián)動加工軸聯(lián)動加工 5 5軸聯(lián)動加工軸聯(lián)動加工ZP(x,

32、y,z)nO刀 位 點BCXYZp五坐標加工五坐標加工 主要內(nèi)容開環(huán)控制開環(huán)控制 (Open-Loop Servo-Drive)電機電機機械執(zhí)行部件機械執(zhí)行部件A A相、相、B B相相C C相、相、f、nCNCCNC插補插補指令指令脈沖頻率脈沖頻率f脈沖個數(shù)脈沖個數(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l按伺服系統(tǒng)方式分類按伺服系統(tǒng)方式分類1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置置進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其無

33、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動系統(tǒng)和機械傳動機構精度主要取決于伺服驅動系統(tǒng)和機械傳動機構的性能和精度。的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。這類系統(tǒng)具有結構簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、這類系統(tǒng)具有結構簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。特點特點: :步進電機步進電機步進電機步進電機1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床

34、的特點與分類半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制 (Half-Closed-Loop Servo-Drive)速度控制速度控制電路電路工作臺工作臺伺服電機伺服電機位置比較位置比較電路電路指令脈沖指令脈沖速度反饋速度反饋位置反饋位置反饋檢測元件檢測元件l按伺服系統(tǒng)方式分類按伺服系統(tǒng)方式分類: :特點特點: : 帶有位置檢測裝置，常安裝在伺服電機上或絲杠的帶有位置檢測裝置，常安裝在伺服電機上或絲杠的端部端部; ;不包括絲杠螺母副及機床工作臺導軌副等大慣量環(huán)節(jié)，不包括絲杠螺母副及機床工作臺導軌副等大慣量環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的控制特性，而且調(diào)試比較方便?？色@得穩(wěn)定的控制特性，而且調(diào)試比較方便。 1.4 1.4 數(shù)控機床的

35、特點與分類數(shù)控機床的特點與分類圖1-4 數(shù)控機床半閉環(huán)控制框圖交流伺服交流伺服電機電機1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類主要內(nèi)容閉環(huán)控制閉環(huán)控制 (Closed-Loop Servo-Drive )特點特點: :帶有位置檢測裝置帶有位置檢測裝置, ,安裝在機床刀架或工作臺等執(zhí)行部安裝在機床刀架或工作臺等執(zhí)行部件上，控制精度高；但系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響件上，控制精度高；但系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響, ,調(diào)試困難調(diào)試困難, ,且結且結構復雜、價格昂貴。構復雜、價格昂貴。 位置反饋位置反饋速度控制速度控制電路電路工作臺工作臺伺服電機伺服電機位置比較位置比較電路電路指令脈沖指令脈沖速度反饋速

36、度反饋l按伺服系統(tǒng)方式分類按伺服系統(tǒng)方式分類1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類光柵尺光柵尺光柵尺光柵尺1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類 步進電機、開環(huán)驅動，功能簡單、價格低廉、精步進電機、開環(huán)驅動，功能簡單、價格低廉、精度中等，能滿足加工形狀比較簡單的度中等，能滿足加工形狀比較簡單的直線、圓弧及螺直線、圓弧及螺紋加工紋加工。一般控制軸數(shù)在。一般控制軸數(shù)在3軸以下，脈沖當量（分辨軸以下，脈沖當量（分辨率）多為率）多為0.01mm，快速進給速度在，快速進給速度在10mmin以下。以下。 p按功能水平分類按功能水平分類: :經(jīng)濟型經(jīng)濟型1.4 1.4 數(shù)

37、控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類普及型普及型 伺服電機、半閉環(huán)驅動，伺服電機、半閉環(huán)驅動，4軸或軸或4軸以下聯(lián)動控軸以下聯(lián)動控制，脈沖當量為制，脈沖當量為1m，進給速度為，進給速度為15-24mmin，一般采用一般采用16位或位或32位處理器，具有位處理器，具有RS232C通信接通信接口、口、DNC接口和內(nèi)裝接口和內(nèi)裝PLC，具有圖形顯示功能及，具有圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能。面向用戶的宏程序功能。 高檔型高檔型 伺服電機、閉環(huán)驅動伺服電機、閉環(huán)驅動，并開始采用并開始采用直線電機直線電機，實現(xiàn)實現(xiàn)5軸以上聯(lián)動軸以上聯(lián)動，脈沖當量為，脈沖當量為0.1-1m，進給速，進給速度達度達4

38、0mmin以上。一般采用以上。一般采用32位以上微處理器，位以上微處理器，形成多形成多CPU結構。編程功能強，具有智能診斷、結構。編程功能強，具有智能診斷、聯(lián)網(wǎng)和通信功能。聯(lián)網(wǎng)和通信功能。 上一頁上一頁下一頁下一頁 經(jīng)經(jīng) 濟濟 型型普普 及及 型型 高級型高級型CPU8位位 12個個16位位32位位聯(lián)動軸數(shù)聯(lián)動軸數(shù)355分辨率分辨率0.0050.011 m1m進給速度進給速度68m/min24m/min24m/min伺服驅動伺服驅動開環(huán)，步進式開環(huán)，步進式交流交流/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

39、，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)分為：分為：p按工藝方法分按工藝方法分: :普通數(shù)控機床普通數(shù)控機床加工中心加工中心 金屬切削數(shù)控機床金屬切削數(shù)控機床 金屬成形數(shù)控機床金屬成形數(shù)控機床 特種加工數(shù)控機床特種加工數(shù)控機床或分為：或分為：1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類普通普通數(shù)控數(shù)控車床車床1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類普通普通數(shù)控數(shù)控銑床銑床臥式鏜銑床龍門式平面磨床 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

40、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床 三坐標測量機三坐標測量機FANUC數(shù)控系統(tǒng)西門子PLC及數(shù)控系統(tǒng)主要內(nèi)容按按工工藝藝方方法法分分1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類主要內(nèi)容按按工工藝藝方方法法分分車削加工中心車削加工中心1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類銑削加工中心銑削加工中心主要內(nèi)容按按工工藝藝方方法法分分1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類主要內(nèi)容（慢走絲）線切割（慢走絲）線切割1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的特點與分類主要內(nèi)容水刀切割水刀切割1.4 1.4 數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控機床的

41、特點與分類1.5 數(shù)控技術的發(fā)展趨勢數(shù)控技術的發(fā)展趨勢l 第一代數(shù)控（第一代數(shù)控（19521959年）：年）： 采用電子管構成的硬件數(shù)控系采用電子管構成的硬件數(shù)控系 統(tǒng)；統(tǒng)；l 第二代數(shù)控（第二代數(shù)控（1959-1965年）：年）： 采用晶體管電路為主的硬件數(shù)控系統(tǒng)；采用晶體管電路為主的硬件數(shù)控系統(tǒng)；l 第三代數(shù)控（第三代數(shù)控（1965年開始）：年開始）： 采用小、中規(guī)模集成電路的硬件數(shù)控系統(tǒng)；采用小、中規(guī)模集成電路的硬件數(shù)控系統(tǒng)；l 第四代數(shù)控（第四代數(shù)控（1970年開始）：年開始）： 采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機數(shù)控系統(tǒng)；采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機數(shù)控系統(tǒng)；l 第五代

42、數(shù)控（第五代數(shù)控（1974年開始）：年開始）： 采用微型計算機控制的系統(tǒng)；采用微型計算機控制的系統(tǒng)；l 第六代數(shù)控（第六代數(shù)控（1990年開始）：年開始）： 采用工控采用工控PC機的通用機的通用CNC系統(tǒng)。系統(tǒng)。軟軟件件數(shù)數(shù)控控硬硬件件數(shù)數(shù)控控1974年：系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示，自診年：系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示，自診斷功能。斷功能。1979年：系統(tǒng)采用年：系統(tǒng)采用CRT顯示，大容量磁泡存儲器，可編程顯示，大容量磁泡存儲器，可編程接口和遙控接口等。接口和遙控接口等。1981年：具有人機對話、動態(tài)圖形顯示、實時精度補償功年：具有人機對話、動態(tài)圖形顯示、實時精度補償功能。能。1986年：數(shù)字伺服控制誕生，大慣量的交直流電機進入實年：數(shù)字伺服控制誕生，大慣量的交直流電機進入實用階段。用階段。1988年：采用高性能年：采用高性能32位機為主機的主從結構系統(tǒng)。位機為主機的主從結構系統(tǒng)。1994年：基于年：基于PC的的NC系統(tǒng)誕生，使系統(tǒng)誕生，使NC系統(tǒng)的研發(fā)進入了系統(tǒng)的研發(fā)進入了開放型、柔性化的新時代，新型開放型、柔性化的新時代，新型NC系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮短。它是數(shù)控技術發(fā)展的又一個里程碑。短。它是數(shù)控技術發(fā)展的又一個里程碑。1.5 數(shù)控技術的發(fā)展趨勢數(shù)控技術的