數(shù)控技術朱曉春主編緒論

數(shù)控技術與編程NCTechnology&Programming丁晚景Mobile66675e-Mail:rmding@163.comQQ:2399530113254緒論（2h）工程資料的計算機化（2h）CAD/CAM系統(tǒng)構成（2h）圖形變換（2h）6AutoCAD系統(tǒng)開發(fā)（2h）參數(shù)化設計技術（2h）7適時上機操作（16h）幾何造型方法（2h）89相關技術簡介（10h）數(shù)控技術緒論Chapter1IntroductiontoNCTechnology13254基本概念——數(shù)字控制與數(shù)控機床數(shù)控機床的特點數(shù)控機床的組成和加工過程數(shù)控機床的分類及適用范圍數(shù)控技術的發(fā)展歷程6數(shù)控技術的發(fā)展趨勢1數(shù)字控制與數(shù)控機床

NCandNCTools基本概念

數(shù)字控制

(NC，numericalcontrol)

[GB8129-87]用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法數(shù)控系統(tǒng)

(NCsystem)實現(xiàn)數(shù)控技術的機電控制設備數(shù)控機床

(NCtools)

裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床

*1952年，第一臺數(shù)控機床在MIT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。當時控制程序是記錄在紙帶上的字符和數(shù)字，故稱數(shù)字控制機床。*1955年，第一臺商業(yè)數(shù)控機床在美國全國機床展覽會上展出。1數(shù)字控制與數(shù)控機床

NCandNCTools基本概念

ThefirstsuccessfulN/Cmachine,fundedbytheAirForce,wasdemonstratedbytheMassachusettsInstituteofTechnologyin1952.Itwasa“retrofitted”Cincinnatimillingmachine(Figure

1.15).Ithadtheabilitytocoordinatetheaxismotionstomachineacomplexsurface.Thefirst"commercial"N/Cmachineswereshownatthe1955NationalMachineToolShow.1數(shù)字控制與數(shù)控機床

NCandNCTools數(shù)控機床加工過程首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機器能夠理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅動機床上的主軸電機和進給伺服電機轉動，并帶動機床的工作臺移動，實現(xiàn)加工過程。數(shù)控系統(tǒng)實質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作。1數(shù)字控制與數(shù)控機床

NCandNCTools計算機數(shù)控CNC

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。整個系統(tǒng)包括信息輸入、運算和控制、進給伺服驅動和主軸驅動以及機電接口等。其中運算和控制部分，是數(shù)控系統(tǒng)的核心,稱為數(shù)控裝置NCU。以計算機系統(tǒng)為主構成的數(shù)控系統(tǒng)，運算和控制部分是一個專用的計算機，也稱為計算機數(shù)控CNC。數(shù)控裝置有時也簡稱為數(shù)控系統(tǒng)。ComputerizedNumericalControl

2

數(shù)控機床的組成

ComponentsofNCMachineTools1．輸入/輸出設備2．數(shù)控裝置3．伺服單元4．PLC及接口5．機床本體6．測量裝置

除了機床本體以外的部分統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。數(shù)控機床的邏輯組成2數(shù)控控機機床床的的組組成成ComponentsofNCMachineTools數(shù)控控機機床床的的物物理理組組成成2數(shù)控控機機床床的的組組成成ComponentsofNCMachineTools2數(shù)控控機機床床的的組組成成ComponentsofNCMachineTools1零件件圖圖工工藝藝處處理理確定定合合理理的的加加工工方方案案、、加加工工路路線線、、裝裝夾夾方方式式、、刀刀具具及及切切削削參參數(shù)數(shù)、、對對刀刀點、、換換刀刀點點等等；；2數(shù)學學處處理理計算算刀刀具具中中心心運運動動軌軌跡跡，，獲獲得得刀刀位位數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)；；3數(shù)控控編編程程根據(jù)據(jù)加加工工路路線線、、工工藝藝參參數(shù)數(shù)、、刀刀位位數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)及及數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)規(guī)規(guī)定定的的功功能能指指令令代代碼碼及程程序序段段格格式式，，編編寫寫數(shù)數(shù)控控加加工工程程序序；；4程序序輸輸入入5譯碼碼6數(shù)據(jù)據(jù)處處理理包括括刀刀具具補補償償、、速速度度計計算算以以及及輔輔助助功功能能的的處處理理程程序序；；7插補運運算插補是是通過過插補補計算算程序序，根根據(jù)程程序規(guī)規(guī)定的的進給給速度度要求求，完完成在在輪廓起點點和終終點之之間的的中間間點的的坐標標值計計算，，也即即數(shù)據(jù)據(jù)點的的密化化工作作8伺服控控制與與加工工伺服系系統(tǒng)接接受插插補運運算后后的脈脈沖指指令信信號或或插補補周期期內(nèi)的的位置置增量量信號，經(jīng)經(jīng)放大大后驅驅動伺伺服電電機，，帶動動機床床的執(zhí)執(zhí)行部部件運運動，，從而而加工工出零件數(shù)控機機床加加工零零件的的過程程3數(shù)控機機床的的特點點Characteristics優(yōu)點適應性性強加工精精度高高、質(zhì)質(zhì)量穩(wěn)穩(wěn)定生產(chǎn)效效率高高、經(jīng)經(jīng)濟效效益好好減輕操操作者者的勞勞動強強度、、操作作簡單單有利于于生產(chǎn)產(chǎn)管理理的現(xiàn)現(xiàn)代化化具有故故障診診斷和和監(jiān)控控能力力問題造價較較高加工精精度高高、質(zhì)質(zhì)量穩(wěn)穩(wěn)定調(diào)調(diào)試和和維修修比較較復雜雜，需需要專專門的的技術術人員員生產(chǎn)效效率高高、經(jīng)經(jīng)濟效效益好好對編程程人員員的技技術水水平要要求較較高4數(shù)控機機床的的分類類Classification分類方法數(shù)控機床類型運動控制方式點位控制數(shù)控機床直線控制數(shù)控機床輪廓控制數(shù)控機床伺服系統(tǒng)類型開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)功能水平經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中檔型數(shù)控系統(tǒng)高檔型數(shù)控系統(tǒng)工藝方法金屬切削數(shù)控機床金屬成型數(shù)控機床特種加工數(shù)控機床數(shù)控裝置普通數(shù)控計算機數(shù)控4數(shù)控機機床的的分類類Classification按運動動控制制方式式分類類A點位控控制數(shù)數(shù)控機機床B直線控控制數(shù)數(shù)控機機床C輪廓控控制數(shù)數(shù)控機機床A點位控控制一些孔孔加工工數(shù)控控機床床，如如數(shù)控控鉆床床、數(shù)數(shù)控沖沖床等等，數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)只只控制制刀具具從一一點到到另一一點的的準確確定位位，從從一個個孔到到另一一個孔孔的移移動軌軌跡則則無嚴嚴格要要求。。在機機床移移動部部件的的移動動過程程中，，不進進行切切削加加工。。具有有這種種運動動控制制的機機床稱稱為點點位控控制數(shù)數(shù)控機機床Point-to-pointControl4數(shù)控機機床的的分類類Classification按運動動控制制方式式分類類A點位控控制數(shù)數(shù)控機機床B直線控控制數(shù)數(shù)控機機床C輪廓控控制數(shù)數(shù)控機機床B直線控控制AxialControl直線控控制數(shù)數(shù)控機機床不不僅要要求控控制點點到點點的精精確定定位，，而且且要求求機床床工作作臺或或刀具具（刀刀架））以給給定的的進給給速度度，沿沿平行行于坐坐標軸軸的方方向進進行直直線移移動和和切削削加工工。這類機機床主主要有有簡易易數(shù)控控車床床、數(shù)數(shù)控鏜鏜銑床床和數(shù)數(shù)控加加工中中心等等。4數(shù)控機機床的的分類類Classification按運動動控制制方式式分類類A點位控控制數(shù)數(shù)控機機床B直線控控制數(shù)數(shù)控機機床C輪廓控控制數(shù)數(shù)控機機床C輪廓控控制ContouringControl對一些些數(shù)控控機床床，如如數(shù)控控銑床床、加加工中中心等等，要要求能能夠對對兩個個或兩兩個以以上運運動坐坐標的的位移移和速速度同同時進進行連連續(xù)相相關的的控制制，使使刀具具與工工件間間的相相對運運動符符合工工件加加工輪輪廓要要求。。具有有這種種運動動控制制的機機床稱稱為輪輪廓控控制數(shù)數(shù)控機機床。。continuoustracecontrol4數(shù)控機機床的的分類類Classification按伺服服系統(tǒng)統(tǒng)分類類A開環(huán)控控制系系統(tǒng)B閉環(huán)控控制系系統(tǒng)C半閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)A開環(huán)控控制系系統(tǒng)Open-loopControlSystem沒有位位移檢檢測反反饋裝裝置的的數(shù)控控機床床稱為為開環(huán)環(huán)控制制數(shù)控控機床床。數(shù)控控裝置置發(fā)出出的控控制指指令直直接通通過驅驅動裝裝置控控制步步進電電機的的運轉轉，然然后通通過機機械傳傳動系系統(tǒng)轉轉化成成刀架架或工工作臺臺的位位移。。由于這這種控控制系系統(tǒng)沒沒有檢檢測反反饋，，無法法通過過反饋饋自動動進行行誤差差檢測測和校校正，，因此此位移移精度度一般般不高高。。4數(shù)控機機床的的分類類Classification按伺服服系統(tǒng)統(tǒng)分類類A開環(huán)控控制系系統(tǒng)B閉環(huán)控控制系系統(tǒng)C半閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)B閉環(huán)控控制系系統(tǒng)Closed-loopControlSystem這種閉閉環(huán)控控制方方式可可以消消除由由于機機械傳傳動部部件誤誤差給給加工工精度度帶來來的影影響，，因此此可得得到很很高的的加工工精度度，但但由于于它將將絲杠杠螺母母副及及工作作臺導導軌副副這些些大慣慣量環(huán)環(huán)節(jié)放放在閉閉環(huán)之之內(nèi)，，系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定定性受受到影影響，，調(diào)試試困難難，且且結構構復雜雜、價價格昂昂貴。。4數(shù)控機機床的的分類類Classification按伺服服系統(tǒng)統(tǒng)分類類A開環(huán)控控制系系統(tǒng)B閉環(huán)控控制系系統(tǒng)C半閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)C半閉環(huán)環(huán)控制制系統(tǒng)統(tǒng)Half-closed-loopControlSystem速度控制電路工作臺伺服電機位置比較電路指令脈沖速度反饋位置反饋檢測元件這種機機床的的閉環(huán)環(huán)控制制環(huán)內(nèi)內(nèi)不包包括絲絲杠螺螺母副副及機機床工工作臺臺導軌軌副等等大慣慣量環(huán)環(huán)節(jié)，，因此此可以以獲得得穩(wěn)定定的控控制特特性，，而且且調(diào)試試比較較方便便，價價格也也較全全閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)便宜宜。4數(shù)控機機床的的分類類Classification按功能能水平平分類類A經(jīng)濟型型數(shù)控控機床床B普及型型數(shù)控控機床床C高級數(shù)數(shù)控機機床性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動軸數(shù)分辨率

(μm)進給速度(m/min)其它高級型325=<0.1>=24,(1μm)

>=10,(0.1μm)三維動態(tài)，MAP,

數(shù)字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)

<10,(0.1μm)字符/圖形

交流伺服經(jīng)濟型8/16<3<10<8字符,步進電機數(shù)控系系統(tǒng)的的功能能分類類4數(shù)控機機床的的分類類Classification按功能能水平平分類類A經(jīng)濟型型數(shù)控控機床床B普及型型數(shù)控控機床床C高級數(shù)數(shù)控機機床A經(jīng)濟型型數(shù)控控機床床伺服進進給驅驅動一一般是是由步步進電電機實實現(xiàn)的的開環(huán)環(huán)驅動動功能比比較簡簡單、、價格格比較較低廉廉精度中中等能滿足足加工工形狀狀比較較簡單單的直直線、、圓弧弧及螺螺紋加加工一般控控制軸軸數(shù)在在3軸以下下脈沖當當量（（分辨辨率））多為為10m，快速速進給給速度度在10m／min以下4數(shù)控機機床的的分類類Classification按功能能水平平分類類A經(jīng)濟型型數(shù)控控機床床B普及型型數(shù)控控機床床C高級數(shù)數(shù)控機機床B普及型型數(shù)控控機床床中檔型型數(shù)控控機床床也稱稱標準準型數(shù)數(shù)控機機床采用交交流或或直流流伺服服電機機實現(xiàn)現(xiàn)半閉閉環(huán)驅驅動能實現(xiàn)現(xiàn)4軸或4軸以下下聯(lián)動動控制制脈沖當當量為為1m，進給給速度度為15-24m／min一般采采用16位或32位處理理器，，RS232C通信接接口、、DNC接口和和內(nèi)裝裝PLC具有圖圖形顯顯示功功能及及面向向用戶戶的宏宏程序序功能能4數(shù)控機機床的的分類類Classification按功能能水平平分類類A經(jīng)濟型型數(shù)控控機床床B普及型型數(shù)控控機床床C高級數(shù)數(shù)控機機床C高級數(shù)數(shù)控機機床高檔型型數(shù)控控機床床指加加工復復雜形形狀的的多軸軸聯(lián)動動數(shù)控控機床床或加加工中中心，，功能能強、、工序序集中中、自自動化化程度度高、、柔性性高一般采采用32位以上上微處處理器器，形形成多多CPU結構。。采用用數(shù)字字化交交流伺伺服電電機形形成閉閉環(huán)驅驅動，，并開開始使使用直直線伺伺服電電機，，具有有主軸軸伺服服功能能，能能實現(xiàn)現(xiàn)5軸以上聯(lián)動動，脈沖當當量為0.1-1m，進給速度度可達100m/min以上具有宜人的的圖形用戶戶界面，有有三維動畫畫功能，能能進行加工工仿真檢驗驗。同時還還具有多功功能智能監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)和和面向用戶戶的宏程序序功能，還還有很強的的智能診斷斷和智能工工藝數(shù)據(jù)庫庫，能實現(xiàn)現(xiàn)加工條件件的自動設設定，且具具有制造自自動化協(xié)議議（MAP）等高性能能通信接口口，能實現(xiàn)現(xiàn)計算機聯(lián)聯(lián)網(wǎng)和通信信5數(shù)控機床的的適用范圍圍RangeofApplication數(shù)控裝置的的性能指標標反映了數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的基本性能能，是選擇擇數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的主要依依據(jù)，概括括起來如下下1．控制軸數(shù)數(shù)和聯(lián)動軸軸數(shù)8．程序的編編輯、管理理和控制2.插補功能9．誤差補償償功能3．脈沖當量量（控制分分辨率）10.加減速控制制功能4．定位精度度和重復精精度11.邏輯控制功功能5．行程12.通信方式6．主軸轉速速和進給速速度及其調(diào)調(diào)節(jié)范圍13.故障診斷功功能7．機床數(shù)控控功能5數(shù)控機床的的適用范圍圍RangeofApplication6數(shù)控技術的的發(fā)展歷程程HistoryinBrief電子管1952，ParsonsCorp.,MIT,美空軍后勤勤司令部合合作，第一一臺立式數(shù)數(shù)控銑床晶體管&印刷電路1959，晶體管元元件的出現(xiàn)現(xiàn)使電子設設備的體積積大大減小小，數(shù)控系系統(tǒng)中廣泛泛采用晶體體管和印刷刷電路板，，K&T開發(fā)第一臺臺加工中心心MILWAUKEE-MATIC小規(guī)模集成成電路1965,由于它體積積小、功耗耗低，使數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的可靠性得得以進一步步提高。1967，英國形成成最初的FMS通用小型計計算機1970，在美國芝芝加哥國際際機床展覽覽會上，首首次展出了了一臺以通通用小型計計算機作為為數(shù)控裝置置的數(shù)控系系統(tǒng)，特征征為許多數(shù)數(shù)控功能由由軟件完成成微處理器1974，開始出現(xiàn)現(xiàn)的以微處處理器為核核心的數(shù)控控系統(tǒng)被人人們譽為第第五代數(shù)控控系統(tǒng)，近近30年來，裝備備微處理機機數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的數(shù)控機機床得到飛飛速發(fā)展和和廣泛應用用基于PC的數(shù)控20世紀80年代，基于于PC開發(fā)式數(shù)控控系統(tǒng)計算機技術術的每一點點進步都在在推動數(shù)控控技術向前前發(fā)展7數(shù)控技術的的發(fā)展趨勢勢DevelopmentTrend機床向高速速化方向發(fā)發(fā)展，可充充分發(fā)揮現(xiàn)現(xiàn)代刀具材材料的性能能，可大幅幅度提高加加工效率、、降低加工工成本，提提高零件的的表面加工工質(zhì)量和精精度。上世紀90年代以來，，高速主軸軸單元（電電主軸，轉轉速15000-100000r/min）、高速且且高加/減速度的進進給運動部部件（快移移速度60~120m/min，切削進給給速度高達達0m/min）、高性能能伺服系統(tǒng)統(tǒng)以及工具具系統(tǒng)都出出現(xiàn)了新的的突破。A高速高精度度7數(shù)控技術的的發(fā)展趨勢勢DevelopmentTrendA高速高精度度B智能化智能化適應應控制技術術自動編程技技術故障自診斷斷etc7數(shù)控技術的的發(fā)展趨勢勢DevelopmentTrendA高速高精度度B智能化C開放式系統(tǒng)統(tǒng)傳統(tǒng)的數(shù)控控系統(tǒng)都是是專門、具具有不同的的編程語言言、非標準準人機接口口、多種實實時操作系系統(tǒng)、非標標準的硬件件接口等特特征，造成成了數(shù)控系系統(tǒng)使用和和維護的不不便，也限限制了數(shù)控控技術的進進一步發(fā)展展。為了解決這這些問題，，人們提出出了“開放放式數(shù)控系系統(tǒng)”的概概念。概念念最早見于于1987年美國的NGC計劃，NGC控制技術通通過實現(xiàn)基基于相互操操作和分級級式的軟件件模塊的““開放式系系統(tǒng)體系