數(shù)控加工編程

1、數(shù)控加工編程數(shù)控加工編程主講教師：陜西理工學(xué)院趙知辛主講教師：陜西理工學(xué)院趙知辛 課程性質(zhì)：專業(yè)課數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床 周德儉等編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社；2007年現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床畢承恩等著 機(jī)械工業(yè)出版社；1991年數(shù)字控制機(jī)床數(shù)字控制機(jī)床廖效果等著 華中科技大學(xué)出版社；2000年 數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù) 吳曉光等 華中科技大學(xué)出版社；200數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程吳曉光等 華中科技大學(xué)出版社；2010年 機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)北京理工大學(xué)出版社；1996 主要參考書主要參考書 課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)AMT（Advanced Ma

2、nufacturing Technology）以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）的核心環(huán)節(jié)和技術(shù)基石。）的核心環(huán)節(jié)和技術(shù)基石。 這一技術(shù)使普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)和控制有著質(zhì)的變化。使產(chǎn)品的加工在時(shí)間、質(zhì)量、成本上都有了很大進(jìn)步。因此，數(shù)控技術(shù)成為現(xiàn)代生產(chǎn)工程技術(shù)人員特別是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)械電子工程專業(yè)以及大類機(jī)械專業(yè)學(xué)生必須了解和掌握的一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)課程。第一章 概 論 （4）第二章 數(shù)控機(jī)床的程序編制 （4）第三章 數(shù)控插補(bǔ)原理 （10）第四章 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng) （4）第五章 位置檢

3、測(cè)裝置 （4）第六章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng) （6）第七章 典型數(shù)控機(jī)床與數(shù)控化改造（2）數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)課程課時(shí)安排課程課時(shí)安排第一章概論第一章概論1.1 1.1 數(shù)控技術(shù)概述數(shù)控技術(shù)概述1.2 1.2 機(jī)床控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展機(jī)床控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展1.3 1.3 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成與分類機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成與分類1.4 1.4 數(shù)控機(jī)床的自由度和數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床的自由度和數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控加工零件成品數(shù)控加工零件成品零件一般技術(shù)要求尺寸精度配合IT9IT6特別重要IT5長(zhǎng)度IT14IT12重要IT10IT8形狀精度直徑公差范圍內(nèi)高：直徑公差1/21/4位置精度配合：跳動(dòng)0.010.03高精度軸0.0

4、050.01套筒內(nèi)外圓0.010.03粗糙度粗糙度支承軸頸支承軸頸Ra0.8Ra0.80.20.2配合軸頸配合軸頸Ra3.2Ra3.20.80.8非配合非配合Ra12.5Ra12.53.23.2熱處理熱處理正火、調(diào)質(zhì)、正火、調(diào)質(zhì)、淬火淬火表面淬火表面淬火表面氮化表面氮化4545鋼鋼正火：粗加工前正火：粗加工前調(diào)質(zhì)：粗加工后調(diào)質(zhì)：粗加工后技術(shù)要求加工方式及特點(diǎn) 粗車：粗車：精度精度IT11IT11IT13IT13，表面粗糙度，表面粗糙度Ra50Ra5012.512.5 半精車：半精車：精度精度IT8IT8IT10IT10，表面粗糙度，表面粗糙度Ra6.3Ra6.33.23.2 精車：精車：精度精

5、度IT7IT7IT8IT8，表面粗糙度，表面粗糙度Ra1.6Ra1.60.80.8 精細(xì)車：精細(xì)車：精度精度IT6IT6IT7IT7，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.4Ra0.40.0250.025 中心磨削：中心磨削：粗磨粗磨IT8IT8IT9IT9、Ra1.6Ra1.60.80.8；精磨精磨IT6IT6IT7IT7、Ra0.8Ra0.80.20.2 無(wú)心磨削：無(wú)心磨削：精度精度IT6IT6IT7IT7，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.8Ra0.80.20.2 砂帶磨削：砂帶磨削：表面粗糙度表面粗糙度Ra0.8Ra0.80.2m0.2m，最高可達(dá)，最高可達(dá)Ra0.02Ra0.02 高精度磨削：高

6、精度磨削：精密（精密（Ra0.1Ra0.10.05m0.05m）超精密（）超精密（Ra0.05Ra0.050.025m0.025m）鏡面（鏡面（RaRa0.01m0.01m） 超精加工：超精加工：表面粗糙度表面粗糙度Ra0.1Ra0.10.010.01 研磨：研磨：余量余量0.010.010.02mm0.02mm，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.2Ra0.20.010.01 滾壓：滾壓：表面粗糙度值表面粗糙度值Ra0.4Ra0.40.050.05部分?jǐn)?shù)控機(jī)床部分?jǐn)?shù)控機(jī)床1.1 1.1 數(shù)控技術(shù)概述數(shù)控技術(shù)概述1.1.1 1.1.1 數(shù)控加工原理和特點(diǎn)數(shù)控加工原理和特點(diǎn) 1)1)數(shù)控加工原理數(shù)控加

7、工原理 采用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機(jī)床控制系統(tǒng)中，再由運(yùn)算器處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，從而控制機(jī)床各部件協(xié)調(diào)動(dòng)作，自動(dòng)地加工出零件來(lái)。當(dāng)更換加工對(duì)象時(shí)，只需要重新編寫程序代碼。 從圖中可以看到從圖中可以看到，數(shù)控加工過(guò)程總體上可分為，數(shù)控加工過(guò)程總體上可分為數(shù)控程序數(shù)控程序編制編制和和機(jī)床加工控制機(jī)床加工控制兩大部分兩大部分。 數(shù)控系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)啟停、換向和變速，能自動(dòng)控制進(jìn)給速度、方向和加工路線，進(jìn)行加工，能選擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及刀具行走軌跡，能完成加工中所需要的各種

8、輔助動(dòng)作。數(shù)控加工的原理圖數(shù)控加工的原理圖數(shù)值計(jì)算程序校核工藝分析制備控制介質(zhì)編程序清單零件圖紙輸入裝置工作臺(tái)數(shù)控裝置輸出裝置伺服機(jī)構(gòu)毛坯工件編程部分機(jī)床控制部分?jǐn)?shù)控加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)的比較數(shù)控加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)的比較BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT畗 ZEND 瑌WHOME瘆 TPgDn瓆 OPgUp JRST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABESC14彩 色顯 示 器數(shù)控加數(shù)控加工程序工程序空 運(yùn) 行Z軸 鎖 定 M S T鎖 定任 選 程 序 段機(jī) 床 鎖 定快 進(jìn)+ JO G-JO G主 軸 正 轉(zhuǎn)主 軸

9、停主 軸 反 轉(zhuǎn)急 停超 程 解 除循 環(huán) 驅(qū) 動(dòng) 進(jìn) 給 保 持 冷 卻 液 開 關(guān)刀 松 /刀 緊主 軸 修 調(diào)16010進(jìn) 給 修 調(diào)16050403020100電 源關(guān)開1自 動(dòng)方 式 選 擇回 零手 搖點(diǎn) 動(dòng)步 進(jìn)單 段驅(qū) 動(dòng) 器N C機(jī) 床電 源XY Z A主 軸超 程報(bào) 警手 搖 脈 沖 發(fā) 生 器2010 090增 量 倍 率1000101001坐 標(biāo) 軸 選 擇Z YX數(shù)控加工數(shù)控加工工藝分析工藝分析工序卡工序卡傳統(tǒng)加工傳統(tǒng)加工零件零件圖紙圖紙 2)2)數(shù)控加工的特點(diǎn)數(shù)控加工的特點(diǎn) (2) (2) 對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)。改變加工對(duì)象時(shí)，除了更換刀具和解決毛

10、坯裝夾方式外，只需重新編程即可。 (1) (1) 自動(dòng)化程度高，自動(dòng)化程度高，具有很高的生產(chǎn)效率。除手工裝夾毛坯外，其余全部加工過(guò)程都可由數(shù)控機(jī)床自動(dòng)完成。 (3) (3) 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。加工尺寸精度在0.0050.01 mm之間，不受零件復(fù)雜程度的影響。 (4) (4) 易于建立與計(jì)算機(jī)間的通信聯(lián)絡(luò)易于建立與計(jì)算機(jī)間的通信聯(lián)絡(luò)，容易實(shí)現(xiàn)群控。1.1.2 1.1.2 數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的幾個(gè)基本概念及數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的幾個(gè)基本概念及數(shù)控加工常用術(shù)語(yǔ)數(shù)控加工常用術(shù)語(yǔ)數(shù)字控制（Numerical Control Numerical Control 簡(jiǎn)稱NCNC）：用數(shù)

11、字化信息實(shí)現(xiàn)電氣傳動(dòng)件控制的一種方法，即用數(shù)字量及字符發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)： 采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床：裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。 1)1)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工 數(shù)控機(jī)床加工時(shí)的橫向、縱向等進(jìn)給量都是以坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床加工時(shí)的橫向、縱向等進(jìn)給量都是以坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行控制的。像控制的。像數(shù)控車床數(shù)控車床、數(shù)控線切割機(jī)床等是屬于、數(shù)控線切割機(jī)床等是屬于兩坐標(biāo)控制兩坐標(biāo)控制的，數(shù)的，數(shù)控銑床則是三坐標(biāo)控制的控銑床則是三坐標(biāo)控制的( (如圖如圖1-21-2所示所示) )，還有四坐標(biāo)軸、五坐標(biāo)，還有四坐標(biāo)軸、五坐標(biāo)軸甚至更多的坐標(biāo)軸控制的加工中心等。軸甚至更多的坐標(biāo)軸控制的

12、加工中心等。 坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工是指數(shù)控機(jī)床的幾個(gè)坐標(biāo)軸能夠同時(shí)進(jìn)行移動(dòng)，從而獲得平面直線、平面圓弧、空間直線和空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡的能力(如圖1-3所示)。圖1-2 數(shù)控機(jī)床的控制坐標(biāo)數(shù)(a) 兩坐標(biāo)數(shù)控車床； (b) 三坐標(biāo)數(shù)控銑床+X+y+Z+X+Z圖1-3 坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工及空間坐標(biāo)加工 2) 2)脈沖當(dāng)量、進(jìn)給速度與速度修調(diào)脈沖當(dāng)量、進(jìn)給速度與速度修調(diào) 數(shù)控機(jī)床各軸采用步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)或直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，是用數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行控制的。每發(fā)送一個(gè)脈沖，電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)特定的角度（步距角特定的角度（步距角），通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)或直接帶動(dòng)絲杠，從而驅(qū)動(dòng)與螺母副連結(jié)的工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)微小的距離。 單位脈沖單位脈

13、沖作用下工作臺(tái)移動(dòng)的距離就稱之為脈沖當(dāng)量。 手動(dòng)操作手動(dòng)操作時(shí)數(shù)控坐標(biāo)軸的移動(dòng)通常是采用按鍵觸發(fā)或采用手搖脈沖發(fā)生器(手輪方式)產(chǎn)生脈沖的，采用倍頻技術(shù)可以使觸發(fā)一次的移動(dòng)量分別為0.001 mm0.001 mm、0.01 mm0.01 mm、0.1 mm0.1 mm、1 1 mmmm等多種控制方式，相當(dāng)于觸發(fā)一次分別產(chǎn)生1 1、1010、100100、10001000個(gè)個(gè)脈沖。 進(jìn)給速度（進(jìn)給速度（F F）是指單位時(shí)間內(nèi)坐標(biāo)軸移動(dòng)的距離，也即是切削加工時(shí)刀具相對(duì)于工件的移動(dòng)速度。 2) 2)脈沖當(dāng)量、進(jìn)給速度與速度修調(diào)脈沖當(dāng)量、進(jìn)給速度與速度修調(diào) 如某步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控軸，其脈沖當(dāng)量為0.0

14、02 mm，若數(shù)控裝置在0.5分鐘內(nèi)發(fā)送出20000個(gè)進(jìn)給指令脈沖，那么其進(jìn)給速度應(yīng)為：20000200000.002/0.5=80 mm/min0.002/0.5=80 mm/min。 加工時(shí)的進(jìn)給速度（加工時(shí)的進(jìn)給速度（F F）由程序代碼中的F指令控制，但實(shí)際進(jìn)給速度還是可以根據(jù)需要作適當(dāng)調(diào)整的，這就是進(jìn)給速度修調(diào)。修調(diào)是按倍率來(lái)進(jìn)行計(jì)算的修調(diào)是按倍率來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，如程序中指令為如程序中指令為F80F80，修調(diào)倍率調(diào)，修調(diào)倍率調(diào)在在80%80%擋上，則實(shí)際進(jìn)給速度為擋上，則實(shí)際進(jìn)給速度為808080%=64 mm/min80%=64 mm/min。同樣地，有些數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速也可以根據(jù)需

15、要進(jìn)行調(diào)整，那就是主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)。 2) 2)脈沖當(dāng)量、進(jìn)給速度與速度修調(diào)脈沖當(dāng)量、進(jìn)給速度與速度修調(diào) 3)3)插補(bǔ)與刀補(bǔ)插補(bǔ)與刀補(bǔ) 如圖1-4(a)、(b)所示，各軸就以趨近這些點(diǎn)為目標(biāo)實(shí)施配合移動(dòng)，這就稱之為插補(bǔ)。這種計(jì)算插補(bǔ)點(diǎn)的運(yùn)算稱為插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算。刀心軌跡編程軌跡刀具0YBRXA0123451234XAY(a)(b)(c)刀具半徑刀補(bǔ)刀補(bǔ)刀補(bǔ)是指數(shù)控加工中的刀具半徑補(bǔ)償和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。刀心軌跡編程軌跡刀具0YBRXA0123451234XAY(a)(b)(c)刀具半徑零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中控制的是刀具中心軌跡，因此在加工前必須將零件輪廓變換成刀

16、具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的程序。直線插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)刀補(bǔ)過(guò)和刀補(bǔ)1.2 1.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 1)1)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 1949年美國(guó)研制出能進(jìn)行三軸控制的數(shù)控銑床樣機(jī)，取名“Numerical Control”。 1953年開發(fā)出只需確定零件輪廓、指定切削路線，即可生成NC程序的自動(dòng)編程語(yǔ)言。 1959年美國(guó)K&T公司開發(fā)成功了帶刀庫(kù)，能自動(dòng)進(jìn)行刀具交換，一次裝夾中即能進(jìn)行多種加工功能的數(shù)控機(jī)床，這就是數(shù)控機(jī)床的新種類加工中心。 1968年英國(guó)首次推出柔性制造系統(tǒng)FMS。 1974年微處理器開始用于機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中，從此CNC快速發(fā)展。

17、1976年美國(guó)Lockhead公司開始使用圖像編程。利用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))繪出加工零件的模型，在顯示器上“指點(diǎn)”被加工的部位，輸入所需的工藝參數(shù)，即可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算刀具路徑，模擬加工狀態(tài)，獲得NC程序。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 DNC(直接數(shù)控) 是使用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心，進(jìn)行多品種、多工序的自動(dòng)加工。 DNC群控技術(shù)是FMS柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上的DNC接口就是機(jī)床數(shù)控裝置與通用計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送及通訊控制用的，也是數(shù)控機(jī)床之間實(shí)現(xiàn)通訊用的接口。隨著DNC數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已成為無(wú)人控制工廠的基本組成單元。 數(shù)控

18、技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 我國(guó)在20世紀(jì)70年代初期，當(dāng)時(shí)是采用分立元件，性能不穩(wěn)定，可靠性差。 1980年在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開發(fā)出BS03經(jīng)濟(jì)型數(shù)控和BS04全功能數(shù)控系統(tǒng)，航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)。 20世紀(jì)90年代末，華中數(shù)控自主開發(fā)出基于PC-NC的HNC數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，加大了我國(guó)數(shù)控機(jī)床在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力度。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程分類世代誕生年代系統(tǒng)元件及電路構(gòu)成世界我國(guó)硬件第一代1952年1958年電子管、繼電器、模擬電路數(shù)控第二代1959年1965年晶體管、數(shù)字電路（分立元件）NC第三代196

19、5年1972年集成數(shù)字電路計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC第四代1970年1976年內(nèi)裝小型計(jì)算機(jī)、中規(guī)模集成電路第五代1974年1982年內(nèi)裝微處理器的NC字符顯示、故障自診斷1979年超大規(guī)模集成電路、大容量存儲(chǔ)器、可編程接口1981年人機(jī)對(duì)話、動(dòng)態(tài)圖形顯示、實(shí)時(shí)軟件精度補(bǔ)償、適應(yīng)機(jī)床無(wú)人化運(yùn)轉(zhuǎn)要求1987年32位CPU、可控5軸、設(shè)定單位0.0001mm,進(jìn)給速度24m/min，智能化系統(tǒng)第六代1991年P(guān)C64位CPU1995年微機(jī)開放式CNC系統(tǒng)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程年代76年77年78年79年80年81年82年83年84年85年86年87年88年89年90年91年CPU3000C/2

20、901位片機(jī)16位微處理器 32位微處理器64位伺服驅(qū)動(dòng)直流伺服交流伺服 交流數(shù)字伺服最小設(shè)定單位1m 0.1m0.01m進(jìn)給速度高速高精度型2.1m/min8.4m/min33.7m/min高速型154m/min200m/min快速9.6m/min15m/min24m/min60m/min240m/min擴(kuò)充功能用軟件擴(kuò)充功能：刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)、存儲(chǔ)器運(yùn)行用軟件充實(shí)人機(jī)接口、彩色顯示、會(huì)話編程、仿真32位CPU、高速、高精度、加工、數(shù)字伺服、高速主軸、智能化開發(fā)系統(tǒng)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程 現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。 a)

21、 高速切削 2) 2)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向 b) 高精度控制 它包括機(jī)床制造的幾何精度和機(jī)床使用的加工精度控制兩方面。 c) 高柔性化 柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。d) 高一體化CNC系統(tǒng)與加工過(guò)程作為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)機(jī)電光聲綜合控制。e) 網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機(jī)需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))對(duì)基層設(shè)備的要求。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向 f) f) 智能化智能化 21世紀(jì)的CNC系統(tǒng)將是一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)。具體是指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自適應(yīng)、自診斷和自調(diào)整；多媒體人機(jī)接口使用戶操作簡(jiǎn)單，智能編程使編

22、程更加直觀，可使用自然語(yǔ)言編程；加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫(kù)；智能監(jiān)控；采用專家系統(tǒng)以降低對(duì)操作者的要求等。信息化的車銑加工中心數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向FMSFMS組成組成柔性制造系統(tǒng)簡(jiǎn)稱FMS(Flexible Manufacture System)，是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動(dòng)化的工藝設(shè)備，由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成，在加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物料流和信息流的自動(dòng)化。1.標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控機(jī)床或制造單元。能自動(dòng)上下料或在多個(gè)工位加工及裝配的數(shù)控機(jī)床，即“制造單元制造單元”，是FMS的基本制造“細(xì)胞”。2.一個(gè)傳送系統(tǒng)。

23、在機(jī)床和裝夾工位之間運(yùn)送零件和刀具。3.一個(gè)總監(jiān)控系統(tǒng)。發(fā)布指令，協(xié)調(diào)機(jī)床、工件和刀具的傳送。4.中央刀具庫(kù)及其管理系統(tǒng)。5.自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)及其管理系統(tǒng)。FMS系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMSFMC和FMS是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。主軸伺服單元數(shù) 控裝置輸出設(shè)備PLC進(jìn)給伺服單元主 軸電機(jī)進(jìn) 給電機(jī)位 置檢測(cè)機(jī)床本體接口電路操作面板輸入設(shè)備MDI 1) 控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介。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

24、了的零件加工程序通過(guò)輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。表1 控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表控控制制介介質(zhì)質(zhì) 輸輸入入設(shè)設(shè)備備 輸輸入入設(shè)設(shè)備備 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(dòng)器 輸出設(shè)備輸出設(shè)備1) 控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備 2)2)通訊通訊 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/CAPP/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有： 串行通訊（RS-232等串口） 自動(dòng)控制專用接口和規(guī)范（DNC方式，MAP協(xié)議等） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet等）。 3)C

25、NC3)CNC裝置裝置(CNC(CNC單元單元) )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。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(dòng)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(dòng)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CNC系統(tǒng)的核心。4)4)伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置 伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置：伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置： 主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸電機(jī) 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給電機(jī) 測(cè)量裝置： 位置和速度測(cè)量

26、裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。 作用：保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)（速度和位置控制）。 主軸運(yùn)動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)（速度控制） 主軸伺服電機(jī)、進(jìn)給伺服電、滾珠絲杠副主軸伺服電機(jī)、進(jìn)給伺服電、滾珠絲杠副光柵動(dòng)畫圓光柵光柵光柵 5)PLC5)PLC、機(jī)床、機(jī)床I/OI/O電路和裝置電路和裝置 PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動(dòng)作的I/O控制，它由硬件和軟件組成； 機(jī)床I/O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； 功能：接受

27、CNC的M、S、T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作 接受操作面板和機(jī)床的I/O信號(hào)，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(dòng)作。 6)6)機(jī)床機(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。 組成：由主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板以及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動(dòng)交換系統(tǒng) 工件自動(dòng)交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。 按傳統(tǒng)的加工工藝方法來(lái)分有：按傳統(tǒng)的加工工藝方法來(lái)分有：數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、數(shù)控沖床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控電加工機(jī)

28、床、數(shù)控激光與火焰切割機(jī)和加工中心等。其其中，現(xiàn)代數(shù)控銑床基本上都兼有鉆鏜加工功能。當(dāng)某數(shù)控機(jī)床具有中，現(xiàn)代數(shù)控銑床基本上都兼有鉆鏜加工功能。當(dāng)某數(shù)控機(jī)床具有自動(dòng)換刀功能時(shí)，即可稱之為自動(dòng)換刀功能時(shí)，即可稱之為“加工中心加工中心”。1.3.2 1.3.2 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類1)按加工工藝方法分類按加工工藝方法分類 2)2)按數(shù)控系統(tǒng)分類按數(shù)控系統(tǒng)分類 有點(diǎn)位控制機(jī)床、直線控制機(jī)床和輪廓控制機(jī)床。 (1) 點(diǎn)位控制機(jī)床。點(diǎn)位控制機(jī)床。它如圖它如圖1-8(a)1-8(a)所示。所示。只控制刀具從一點(diǎn)向另一點(diǎn)移動(dòng)，而不管其中間行走只控制刀具從一點(diǎn)向另一點(diǎn)移動(dòng)，而不管其中間行走軌跡的控制方式

29、。軌跡的控制方式。數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。這類機(jī)床的數(shù)控功能主要用于控制加工部位的相對(duì)位置精度。(1)(1)點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制圖1-8 按加工控制路線分類（1）點(diǎn)位控制。）點(diǎn)位控制。只控制刀具從一點(diǎn)向另一點(diǎn)移動(dòng)，而不管其中間行走軌跡的控制方式。(2) 直線控制機(jī)床直線控制機(jī)床?？煽刂频毒呦鄬?duì)于工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于某一坐標(biāo)軸方向或與坐標(biāo)軸成45的斜線方向作直線軌跡的加工。(3) 輪廓控制機(jī)床。輪廓控制機(jī)床。它又稱連續(xù)控制機(jī)床。如圖1-8(c)所示，可控制刀具相對(duì)于工件作連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)，能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配以自動(dòng)編程計(jì)算，可加工任意形狀的曲線和曲面。(1)(

30、1)點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制 (2) (2) 直線控制機(jī)床。直線控制機(jī)床。 一般地，都是將點(diǎn)位與直線控制方式結(jié)合起來(lái)，組成點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)而用于機(jī)床上。這種形式的典型機(jī)床有車階梯軸的數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床和簡(jiǎn)單加工中心等。 (3) (3) 輪廓控制機(jī)床。輪廓控制機(jī)床。 典型的輪廓控制型機(jī)床有數(shù)控銑床、功能完善的數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控電加工機(jī)床等。 3)3)按機(jī)床所用進(jìn)給伺服系統(tǒng)不同分類按機(jī)床所用進(jìn)給伺服系統(tǒng)不同分類 有開環(huán)伺服系統(tǒng)型、閉環(huán)伺服系統(tǒng)型和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)型。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng): 伺服電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳伺服電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)

31、機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。 它的作用是：接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置(直流、交流伺服電機(jī)，電液動(dòng)脈沖馬達(dá)和功率步進(jìn)電機(jī)等)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工件進(jìn)給和快速運(yùn)動(dòng)。 1)1)開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)等。如圖1-9所示。每給一脈沖信號(hào)，步進(jìn)每給一脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，工作臺(tái)就走過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離。電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，工作臺(tái)就走過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離。數(shù)控裝置按程序加工要求控制指令脈沖的數(shù)量、頻率和通電順序，達(dá)到

32、控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向的目的。 由于它沒有檢測(cè)和反饋系統(tǒng)，故稱之為開環(huán)由于它沒有檢測(cè)和反饋系統(tǒng)，故稱之為開環(huán)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，成本較低。但加工精度不高，如果采取螺距誤差補(bǔ)償和傳動(dòng)間隙補(bǔ)償?shù)却胧ㄎ痪瓤缮杂刑岣?。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)圖1-9 開環(huán)伺服系統(tǒng)螺 母步 進(jìn) 電 機(jī)功 率放 大環(huán) 形分 配C N C絲 杠滑 板 （ 工 作 臺(tái) ）開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 2)2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有檢測(cè)和反饋系統(tǒng)，如圖1-10所示。測(cè)量元件(脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和圓感應(yīng)同步器等)裝在絲杠或伺服裝在絲杠或伺服電機(jī)的軸端部電機(jī)的軸端部，通過(guò)測(cè)量元件

33、檢測(cè)絲杠或電機(jī)的回轉(zhuǎn)角。間接測(cè)出機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位移，經(jīng)反饋回路送回控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，并與控制指令值相比較。 由于只對(duì)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行反饋控制，絲杠和螺母副部由于只對(duì)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行反饋控制，絲杠和螺母副部分還在控制環(huán)節(jié)之外，故稱半閉環(huán)。分還在控制環(huán)節(jié)之外，故稱半閉環(huán)。對(duì)絲杠螺母副的機(jī)械誤差，需要在數(shù)控裝置中用間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償來(lái)減小。圖1-10 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)螺 母絲 杠滑 板 （ 工 作 臺(tái) ）伺 服放大器C N C比較器角 位 移測(cè)量裝置反饋信號(hào)指令信號(hào)伺 服 電 機(jī)絲杠螺母伺服電機(jī)滑板(工作臺(tái))角位移測(cè)量裝置伺 服放大器比較器CNC指令信號(hào)反饋信號(hào)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)視頻放影視頻放

34、影 3)3)閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-11所示。它的工作原理和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)相同，但測(cè)量元件(直線感應(yīng)同步器、長(zhǎng)光柵直線感應(yīng)同步器、長(zhǎng)光柵等等)裝在工作臺(tái)上，可直接測(cè)出工作臺(tái)的實(shí)際位置。 該系統(tǒng)將所有部分都包含在控制環(huán)之內(nèi)該系統(tǒng)將所有部分都包含在控制環(huán)之內(nèi)，可消除機(jī)械系統(tǒng)引起的誤差，精度高于半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制穩(wěn)定性較難保證，成本高，調(diào)試維修困難(五坐標(biāo)高精機(jī)床配置)。圖1-11 閉環(huán)伺服系統(tǒng)螺 母絲 杠伺 服放大器C N C比較器反饋信號(hào)指令信號(hào)直線位移測(cè)量裝置滑 板 （ 工 作 臺(tái) ）伺 服 電 機(jī)閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分

35、辨率(um)進(jìn)給速度m/min) 顯示高級(jí)型32/64 5 24三維動(dòng)態(tài)普及型26 30.1101024字符/圖形經(jīng)濟(jì)型 8/16 3 10 10字符表表2 數(shù)控系統(tǒng)的功能分類數(shù)控系統(tǒng)的功能分類4)4)按功能水平分類按功能水平分類a）高級(jí)型數(shù)控系統(tǒng)）高級(jí)型數(shù)控系統(tǒng)( (閉環(huán)閉環(huán)) )b）普及型數(shù)控系統(tǒng)）普及型數(shù)控系統(tǒng)( (半閉環(huán)半閉環(huán)) )c）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)( (開環(huán)開環(huán)) ) 5)5)按所用數(shù)控裝置的不同分類按所用數(shù)控裝置的不同分類 有有NCNC硬線數(shù)控和硬線數(shù)控和CNCCNC軟線數(shù)控機(jī)床。軟線數(shù)控機(jī)床。 (1) NC (1) NC硬線數(shù)控機(jī)床。硬線數(shù)控機(jī)床。其計(jì)算控制多采用

36、邏輯電路板等專用硬件的形式。要改變功能時(shí)，需要改變硬件電路，因此通用性差，制造維護(hù)難，成本高(目前很少見目前很少見) )。 (2) CNC (2) CNC軟線數(shù)控機(jī)床。軟線數(shù)控機(jī)床。其計(jì)算控制的大部分功能都是通過(guò)小型或微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不同功能的機(jī)床其系統(tǒng)軟件就不同。當(dāng)需要擴(kuò)充功能時(shí)，只需改變系統(tǒng)軟件即可。1.41.4數(shù)控機(jī)床的自由度和數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床的自由度和數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)1.4.1數(shù)控機(jī)床的自由度 1機(jī)床的坐標(biāo)系機(jī)床的坐標(biāo)系 在機(jī)床上，我們始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)床的加

37、工過(guò)程。 （1 1）機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定：）機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定：（2 2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X X、Y Y、Z Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定。系決定。 圖圖3-3 3-3 直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系 附加坐標(biāo)軸附加坐標(biāo)軸U、V、W為為，分分 別平行于別平行于X、Y、Z軸且軸且方向相同方向相同+X+Z+Y+C+B+A+W+V+UOX、Y、Z為移動(dòng)坐標(biāo)為移動(dòng)坐標(biāo)A、B、C分別為繞分別為繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 圖圖3-4所示所示笛卡爾直角坐標(biāo)系笛卡爾直角坐標(biāo)系+X+Z+YO主軸主軸工作臺(tái)工作臺(tái)眼睛眼睛 操作者操作者右左 a)立式銑床坐標(biāo)系立式銑床坐標(biāo)系 數(shù)控銑床運(yùn)動(dòng)方式數(shù)控銑床運(yùn)動(dòng)方式例如例如: :數(shù)控銑床數(shù)控銑床，有機(jī)床的縱向運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)以及垂向運(yùn)動(dòng)，如圖3-5所示。在數(shù)控加工中就應(yīng)該用機(jī)床坐標(biāo)系來(lái)描述。 （1）Z坐標(biāo)：平行于主軸，刀具離開工件的方向?yàn)檎?（2）X坐標(biāo)：Z坐標(biāo)垂直，且刀具旋轉(zhuǎn)，所以面對(duì)刀具主軸向立柱方向看，向右為正。 （3）Y坐標(biāo)：在Z、X坐標(biāo)確定后，用右手直角坐標(biāo)系來(lái)確定。立式銑床坐標(biāo)系立式銑床坐標(biāo)系O工作臺(tái)工作臺(tái)主軸主軸眼睛+X+Z+Y臥式銑床坐標(biāo)系臥式銑床坐標(biāo)系例如:數(shù)控車床和磨床: 增大刀具與工件距離的方向即為各坐標(biāo)軸的正