.1數(shù)控機(jī)床概論

第一章 概論數(shù)控技術(shù)的基本概念什么是機(jī)床的數(shù)字控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的控制方式普通機(jī)床的控制方式： 手動(dòng)和機(jī)動(dòng)自動(dòng)機(jī)床的控制方式： 凸輪和樣板數(shù)控機(jī)床的控制方式：以數(shù)字指令方式控制機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作12）如何利用數(shù)字指令方式控制機(jī)床各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作例如：要求機(jī)床執(zhí)行如下一條指令程序段N003

G90

G01

X+35.Y+279.3

Z-429.7

S1000

T02F500

M07；指令程序的含義：指令程序的組成：數(shù)字，文字，符號(hào)等組成數(shù)字，文字，符號(hào)等轉(zhuǎn)換成“二進(jìn)制”數(shù)字代碼“二進(jìn)制”數(shù)字代碼輸入機(jī)床的數(shù)字控制裝置，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算處理、伺服控制、驅(qū)動(dòng)機(jī)床各部件運(yùn)動(dòng)，完成上述空間直線段的加工，由于指令運(yùn)動(dòng)過(guò)程是以“二進(jìn)制”“數(shù)字”代碼進(jìn)行的，所以稱(chēng)這種控制為數(shù)字控制（Numerical

Control

縮寫(xiě)為NC）。23）什么數(shù)控機(jī)床3數(shù)字控制是與機(jī)床控制密切結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的，因此，人們習(xí)慣把“機(jī)床數(shù)控”簡(jiǎn)稱(chēng)為“數(shù)控”或“NC”，用這種控制技術(shù)控制的機(jī)床就稱(chēng)為“數(shù)控機(jī)床”（Numerically

Controlled

Machine

Tool）或“NC機(jī)床”。數(shù)控裝置和伺服控制部分統(tǒng)稱(chēng)為“數(shù)控系統(tǒng)”。機(jī)床的數(shù)字控制是近代發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制一種方法。1.1.2

機(jī)床數(shù)字控制的原理41）數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程將被加工零件圖紙上的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫(xiě)成加工程序，然后將加工程序輸入數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)信息處理，分配，使

各坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，實(shí)

現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工點(diǎn)位控制

(PointtoPointControl)： 嚴(yán)格控制點(diǎn)到點(diǎn)之間的距離，而與所走的路徑無(wú)關(guān)輪廓加工控制 (Contouring

Control)連續(xù)軌跡控制

（Continuous

Path

Control）不僅對(duì)坐標(biāo)的移動(dòng)量進(jìn)行控制，而且對(duì)各坐標(biāo)的速度及它們之間的比率都要進(jìn)行嚴(yán)格控制，以便加工出給定的軌跡54）插補(bǔ)（Interpolation）6是指在被加工軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，插進(jìn)許多中間點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作，然后用已知線型（如直線、圓弧等）逼近直線插補(bǔ)：通常把數(shù)控機(jī)床上刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是直 線的加工，稱(chēng)為直線插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)：刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧的加工稱(chēng)為圓弧 插補(bǔ)一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有直線、圓弧插補(bǔ)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的廠家，逐漸推出了具有拋物線插補(bǔ)，螺旋線插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、樣條曲線插補(bǔ)、曲面直接插等豐富功能的數(shù)控系統(tǒng)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需要?？貦C(jī)床的加工過(guò)程5）數(shù)控的過(guò)程7機(jī)床的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控能接收零件圖紙加工要求的信息，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)時(shí)地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度控制指令。伺服驅(qū)動(dòng)裝置能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能提供足夠的功率和扭矩6）數(shù)控的控制方式關(guān)斷控制：

是將指令值與實(shí)測(cè)值在關(guān)斷電路的比較器中進(jìn)行比較，相等后發(fā)出信號(hào)，控制結(jié)束。這種方式用于點(diǎn)位控制。調(diào)節(jié)控制：

是數(shù)控裝置發(fā)出運(yùn)動(dòng)的指令信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)裝置快速響應(yīng)跟蹤指令信號(hào)。檢測(cè)裝置將坐標(biāo)位移的實(shí)際值檢測(cè)出來(lái)，反饋給數(shù)控裝置的調(diào)節(jié)電路中的比較器，有差值就發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)偏差控制；不斷比較指令值與反饋的實(shí)際值、不斷發(fā)出信號(hào)，直到差值為零，運(yùn)動(dòng)結(jié)束。這種方式適用于連續(xù)軌跡控制。8數(shù)控機(jī)床的組成框圖框圖人機(jī)交互設(shè)備鍵盤(pán)/顯示器外部PC控制介質(zhì)程序存儲(chǔ)器PLCCNC計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置輔助控制裝置SP主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)SV進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)位置反饋系統(tǒng)適應(yīng)控制機(jī)床

速度反饋系統(tǒng)97）

數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置，伺服驅(qū)動(dòng)裝置、可編程控制器和檢測(cè)裝置等數(shù)控裝置數(shù)控裝置能接收零件圖紙加工要求的信息，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)時(shí)地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度控制指令●數(shù)控裝置是由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、總線和相應(yīng)的軟件構(gòu)成的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它接收到輸入信息后，經(jīng)過(guò)譯碼、軌跡計(jì)算（速度計(jì)算）、插補(bǔ)運(yùn)算和補(bǔ)償計(jì)算，再給各個(gè)坐標(biāo)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分配速度、位移指令10動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器

DRAM模塊FROM/SRAM模塊系統(tǒng)ROM制模塊?軸控PMC控制模塊系統(tǒng)主CPU顯示控制模塊?軸控制模塊1

系統(tǒng)主CPU（安裝在系統(tǒng)主板上）為32位/64位微處理器，新系統(tǒng)為奔騰CPU。2

動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM模塊系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用來(lái)裝載系統(tǒng)文件和用戶(hù)文件。主軸控

3

FROM/SRAM模塊閃存FROM用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)文件和用戶(hù)文件（系統(tǒng)梯形圖和宏控制程序）。靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM用來(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)文件。4

系統(tǒng)ROM用來(lái)裝載系統(tǒng)引導(dǎo)文件。5

PMC控制模塊制模塊

6

顯示控制模塊實(shí)現(xiàn)顯示裝置的視頻信號(hào)和文字信息顯示控制。7

主軸控制模塊實(shí)現(xiàn)模擬量主軸和串行數(shù)字主軸控制。8

?軸、3/4軸控制模塊11CNC硬件框圖CPU輸入接口輸出接口RS232接口MDI/CRT接口位置控制PC接口外部輸入設(shè)備MDI/CRT速度控制EPROMRAM電機(jī)12檢測(cè)元件圖1-2用來(lái)存放CNC系統(tǒng)、啟動(dòng)軟件存放機(jī)床數(shù)據(jù)、加工程序及需要修改的數(shù)據(jù)主軸控制CNC系統(tǒng)軟件框圖CNC系統(tǒng)軟件控制軟件管理軟件1輸入7I/O處理8顯示9診斷2譯碼3刀具補(bǔ)償4速度控制5插補(bǔ)6位置控制13伺服驅(qū)動(dòng)裝置能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能提供足夠的功率和扭矩14模擬量主軸放大器（變頻器）主

軸

放

大

器串行主軸放大器15帶傳動(dòng)（經(jīng)過(guò)一級(jí)降速）經(jīng)過(guò)一級(jí)齒輪的帶傳動(dòng)16主

軸

傳

動(dòng)

機(jī)

構(gòu)檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置將坐標(biāo)位移的實(shí)際值檢測(cè)出來(lái)，反饋給數(shù)控裝置的調(diào)節(jié)電路中的比較器，有差值就發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)偏差控制；不斷比較指令值與反饋的實(shí)際值、不斷發(fā)出信號(hào)，直到差值為零，運(yùn)動(dòng)結(jié)束。這種方式適用于連續(xù)軌跡控制。17可編程控制器數(shù)控機(jī)床其它動(dòng)作，如：主軸的啟停、刀具更換、冷卻液開(kāi)關(guān)、電磁鐵的吸合、電磁閥啟閉、離合器的開(kāi)合、各種運(yùn)動(dòng)的互鎖、連鎖，運(yùn)動(dòng)行程的限位、急停、報(bào)警、進(jìn)給保持、循環(huán)啟動(dòng)、程序停止、復(fù)位等等。這些都屬于開(kāi)關(guān)量控制，一般由可編程控制器（Programmable

Controller簡(jiǎn)稱(chēng)PC，也稱(chēng)為可編程邏輯控制器PLC，又稱(chēng)為可編程機(jī)床制器PMC，下文均稱(chēng)為PLC）來(lái)完成，開(kāi)關(guān)量?jī)H有“0”和“1”兩種狀態(tài)，顯然可以很方便地融入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床各種運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的數(shù)字控制。181）數(shù)控機(jī)床的組成19信息輸入裝置：是數(shù)控機(jī)床的信息輸入通道，加工零件的程序和各種參數(shù)、數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備送進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（數(shù)控裝置）8.4”彩色LCD/MDI9”單色CRT/MDI分離型10.4”彩色LCD(新)分離型全鍵盤(pán)MDI(新)系統(tǒng)顯示裝置與MDI鍵盤(pán)7.2寸黑白LCD20FANUC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床操作面板數(shù)控機(jī)床廠家機(jī)床操作面板數(shù)控機(jī)床操作面板21伺服驅(qū)動(dòng)裝置及檢測(cè)反饋裝置：接受計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后分配來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)解、轉(zhuǎn)換、放大以后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)床的執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)。反饋裝置包括速度、位移檢測(cè)元件及相應(yīng)電路，該部分能及時(shí)將信息反饋回來(lái)，構(gòu)成閉環(huán)控制機(jī)床本體：機(jī)床本體也稱(chēng)主機(jī)，它包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件等222）數(shù)控裝置的功能23??多軸聯(lián)動(dòng)、多坐標(biāo)控制

實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ)（直線、圓弧、拋物線、螺旋

、極坐標(biāo)、樣條等）多種程序輸入功能（人機(jī)對(duì)話、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入、由上級(jí)計(jì)算機(jī)及其它輸入設(shè)備的程序輸入），以及編輯和修改功能信息轉(zhuǎn)換功能：包括EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換，公制/英制轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、絕對(duì)值/增量值轉(zhuǎn)換等?24???補(bǔ)償功能：刀具半徑補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、傳動(dòng)間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償?shù)榷喾N加工方式選擇?？梢詫?shí)現(xiàn)各種加工循環(huán)，重復(fù)加工，凹凸模加工和鏡象加工等具有故障自診斷功能顯示功能。用CRT可以顯示字符、軌跡、平面圖形和動(dòng)態(tài)三維圖形通訊和聯(lián)網(wǎng)功能3）

數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)25適宜數(shù)控機(jī)床加工的零件特點(diǎn)：小批量而又輪番生產(chǎn)的零件；幾何形狀復(fù)雜的零件；需進(jìn)行多種工序加工的零件；切削余量大的零件；加工精度高的零件；工藝設(shè)計(jì)會(huì)經(jīng)常變化的零件；貴重零件；需全部檢測(cè)的零件數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)：a具有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性，適合對(duì)復(fù)雜型面零件的加工b加工零件的一致性好，重復(fù)精度高，精度保持性好，適合批量生產(chǎn)?？梢垣@得比機(jī)床本身精度還要高的加工精度和重復(fù)精度c數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化，高效率的機(jī)床d加工零件更換時(shí)，生產(chǎn)準(zhǔn)備相對(duì)容易，周期短e

一機(jī)多能，工序高度集中，實(shí)現(xiàn)在一次零件定位裝夾中完成多工位、多面、多刀加工f

應(yīng)用數(shù)控機(jī)床可以不斷提高企業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)，促進(jìn)企業(yè)的文明生產(chǎn)、樹(shù)立企業(yè)的良好形象261.2

數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)271.2.1

按運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)分類(lèi)（點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、直線控制數(shù)控機(jī)床、輪廓控制的數(shù)控機(jī)床）1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床用于加工孔的數(shù)控機(jī)床,在加工過(guò)程中，只要求獲得精確的孔系坐標(biāo)定位精度，而不管從一個(gè)孔到另一個(gè)孔是按照什么軌跡運(yùn)動(dòng)，在坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不進(jìn)行切削加工。具有這種運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)床稱(chēng)為點(diǎn)

位控制數(shù)控機(jī)床。在加工過(guò)程中，為了提高效率和確保精確的定位精度，首先系統(tǒng)控制進(jìn)給部件高速運(yùn)行，接近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，采用分級(jí)或連續(xù)降速，低速趨近目標(biāo)點(diǎn)，從而減少運(yùn)動(dòng)部件的慣性過(guò)沖和因此而引起的定位誤差2）直線控制數(shù)控機(jī)床的控制功能等28直線控制數(shù)控機(jī)床是指控制機(jī)床工件臺(tái)或刀具（刀架）以要求的進(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸

的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工（一般還包括45°的斜線）的機(jī)床。這一類(lèi)數(shù)控機(jī)床不僅要求具有

準(zhǔn)確的定位功能，而且還要控制位移的速度。由

于在移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行切削加工，所以對(duì)于不同的

刀具和工件，需要選用不同的切削用量一般情況下這些數(shù)控機(jī)床有兩個(gè)到三個(gè)可控制的軸，但同時(shí)控制軸只有一個(gè)為了能在刀具磨損或更換刀具后，仍可加工出合格的零件，這類(lèi)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)常常要求它具有刀具半徑和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能，以及主軸轉(zhuǎn)速3）輪廓控制的數(shù)控機(jī)床可以加工斜線、曲線、曲面的數(shù)控機(jī)床，它們具有同時(shí)控制兩個(gè)、或兩個(gè)以上坐標(biāo)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)（即進(jìn)行插補(bǔ)）的數(shù)控機(jī)床。該類(lèi)機(jī)床在加工過(guò)程中，每時(shí)每刻都對(duì)各坐標(biāo)的位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制，故稱(chēng)具有這種控制功能的機(jī)床為輪廓控制數(shù)控機(jī)床。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床絕大部分都具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的功能、刀具半徑補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償，齒側(cè)間隙誤差補(bǔ)償?shù)纫幌盗泄δ?。按照可?lián)動(dòng)軸數(shù)，可以分為兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制，2.5坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制，三坐聯(lián)動(dòng)控制，四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制等。291.2.2

按伺服系統(tǒng)的類(lèi)型分類(lèi)30開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床1）開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床該類(lèi)機(jī)床沒(méi)有位置檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)流程是單向的，其精度主要決定于驅(qū)動(dòng)元器件和電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)）的性能這類(lèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：調(diào)試簡(jiǎn)單，系統(tǒng)也比較容易穩(wěn)定，精度較低，成本低廉，多見(jiàn)于經(jīng)濟(jì)型的中小型數(shù)控機(jī)床和舊設(shè)備的技術(shù)改造中2）閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床31該類(lèi)機(jī)床數(shù)控裝置中插補(bǔ)器發(fā)出的位置指令信號(hào)與工作臺(tái)（或刀架）上檢測(cè)到的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行誤差修正，直至差值為零停止運(yùn)動(dòng)。這種具有反饋控制的系統(tǒng)，在電氣上稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。該類(lèi)機(jī)床的特點(diǎn)：由于反饋的存在，可以消除系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)部件制造誤差對(duì)加工精度帶來(lái)的影響，從而可獲得較高的加工精度。但是由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)包括在閉環(huán)控制的環(huán)路內(nèi)，各部件的摩擦特性，剛性以及間隙等，都是非線性的，直接影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。所以閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)整都有較大的技術(shù)難度，如果設(shè)計(jì)、調(diào)整得不好，還很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。32由于這種位置檢測(cè)信號(hào)取自機(jī)床工作臺(tái)（傳動(dòng)系統(tǒng)的最末端執(zhí)行件），所以包含了整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的全部誤差，故也稱(chēng)為全閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床，主要是一些精度 要求很高的鏜銑床、超精車(chē)床、超精磨 床、大型數(shù)控機(jī)床等。333）

半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床34機(jī)床的檢測(cè)元件裝在電機(jī)軸或絲杠軸的端部，系統(tǒng)的閉環(huán)控制環(huán)內(nèi)不包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可以獲得穩(wěn)定的控制特性該系統(tǒng)反饋的只是進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的部分誤差；一般是電機(jī)軸或絲杠軸的角位移、角速度，還要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換處理才是工作臺(tái)（或刀架）的實(shí)際位移由于采用高分辨率的反饋檢測(cè)元件，又可以獲得比較滿(mǎn)意的精度與速度。所以，目前大多數(shù)中、小型數(shù)控機(jī)床都采用這種控制方式。1.2.3

按工藝方法分類(lèi)351）金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控車(chē)床，數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控

磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心等。加工中心是一種帶有自動(dòng)換刀裝置（刀庫(kù)和自動(dòng)交換刀具的機(jī)械手）能進(jìn)行銑削、鉆削、鏜削加工的復(fù)合型數(shù)控機(jī)床，特別是箱體類(lèi)零件2）金屬成型類(lèi)及特種加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床36指金屬切削類(lèi)以外的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控彎管機(jī)，數(shù)控線切割機(jī)床，數(shù)控電火花成形機(jī)床，數(shù)控激光切割機(jī)床，數(shù)控沖床、數(shù)控火焰切割機(jī)，數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。1.2.3

按功能水平分類(lèi)37通常把數(shù)控機(jī)床分為高、中、低檔三類(lèi)數(shù)控機(jī)床水平的高低主要指它們的主要技術(shù)參數(shù)，功能指標(biāo)和關(guān)鍵部件的功能水平等如：1.

中央處理單元（CPU）低檔數(shù)控：8位CPU中檔、高檔數(shù)控：由16位CPU，發(fā)展到32位或64位CPU，并用具有精簡(jiǎn)指令集的（RISC）CPU。2.分辨率和進(jìn)給速度低檔數(shù)控分辨率為10μm，進(jìn)給速度為8-15m/min；中檔數(shù)控分辨率為1μm，進(jìn)給速度為15-24m/min；高檔數(shù)控分辨率為0.1μm或更小，進(jìn)給速度為24-100m/min，或更高。383.多軸聯(lián)動(dòng)功能39低檔數(shù)控機(jī)床多為2-3軸聯(lián)動(dòng)中、高檔機(jī)床3-5軸聯(lián)動(dòng)，或更多。4.顯示功能40低檔數(shù)控?cái)?shù)碼顯示或簡(jiǎn)單的CRT字符顯示中檔數(shù)控有較齊全的CRT顯示：不僅有字符、而且還有圖形、人機(jī)對(duì)話、自診斷等功能顯示高檔數(shù)控除還有三維動(dòng)態(tài)圖形顯示5.通訊功能41低檔數(shù)控?zé)o通訊功能中檔數(shù)控有RS232或DNC（直接數(shù)控/群控）等接口。高檔數(shù)控有

MAP（制造自動(dòng)化協(xié)議）等高性能通訊接口，且具有聯(lián)網(wǎng)功能1.3

數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)展及技術(shù)水平421.3.1

數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展1952年，電子管控制數(shù)控機(jī)床1959年，晶體管控制數(shù)控機(jī)床加工中心60年代，集成電路數(shù)控機(jī)床70年代，計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床80年代，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)1.3.2

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)43數(shù)控裝置向高速度、高精度方向發(fā)展

向基于個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展配置多種遙控接口和智能接口。具有很好的操作性能數(shù)控系統(tǒng)的可靠性大大提高。2.

伺服系統(tǒng)44伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的重要組成部分。與數(shù)控裝置相配合，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性直接影響機(jī)床的位移速度，定位精度和加工精度。現(xiàn)在，直流伺服系統(tǒng)被交流數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代；伺服電機(jī)的位置

，速度及電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化；并采用了新的控制理論，實(shí)現(xiàn)了不受機(jī)械負(fù)荷變動(dòng)影響的高速響應(yīng)系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)主要新發(fā)展的技術(shù)有：45前饋控制技術(shù)機(jī)械靜止摩擦的非線性控制技術(shù)

伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)（包括電流環(huán)）均采用軟件控制，如數(shù)字調(diào)解和矢量控制等。為適應(yīng)不同類(lèi)型的機(jī)床，不同精度和不同速度要術(shù)，預(yù)先調(diào)整加、減速性能采用高分辨的位置檢測(cè)裝置補(bǔ)償技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用3.

機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)46采用機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)。自動(dòng)交換刀具，自動(dòng)交換工件，主軸立、臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換，工作臺(tái)立、臥自動(dòng)轉(zhuǎn)換，主軸帶C軸控制，萬(wàn)能回轉(zhuǎn)銑頭，以及“數(shù)控夾盤(pán)”，“數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，“動(dòng)力刀架”和

“數(shù)控夾具”等伺服系統(tǒng)和機(jī)床主機(jī)進(jìn)行很好的機(jī)電匹 配主機(jī)借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行模塊化、優(yōu)化設(shè)計(jì)4.

數(shù)控編程技術(shù)47脫機(jī)編程發(fā)展到在線編程具有機(jī)械加工技術(shù)中的特殊工藝和組合工藝方法的程序編制功能編程系統(tǒng)由只能處理幾何信息發(fā)展到幾何信息和工藝信息同時(shí)處理的新階段向智能化方向發(fā)展應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)引入專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)加工引入故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)智能化伺服驅(qū)動(dòng)裝置481.3.3

數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)49數(shù)控系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于系統(tǒng)所采用的CPU從70年代的頻率5MHZ的8位機(jī)，發(fā)展到當(dāng)前的14GHZ的32位機(jī)、64位機(jī)、精簡(jiǎn)指令集（RISC）芯片的數(shù)控系統(tǒng)。CPU芯片性能不斷改進(jìn)提高，為采用個(gè)人微機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，提供了很高的速度和豐富的軟硬件資源2．系統(tǒng)具有高分辨率50

系統(tǒng)分辨率通常都在0.001mm，速度可達(dá)

到100000～240000mm/min。超精密加工時(shí)分辨率為0.1μm（甚至

0.01μm），度為24000mm/min。3．控制功能51控制軸數(shù)和同時(shí)控制軸（聯(lián)動(dòng)軸）數(shù)是數(shù)控系統(tǒng)功能的重要指標(biāo)FANUC-

15可控制2至15根軸Siemens

840D最高可控制31根軸，還具有多主軸控制功能。插補(bǔ)功能除了直線、圓弧插補(bǔ)外，許多數(shù)控系統(tǒng)增加了螺旋線插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、圓柱面插補(bǔ)、拋物線插補(bǔ)、指數(shù)函數(shù)插補(bǔ)、漸開(kāi)線插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)、假想軸插補(bǔ)以及曲面直接插補(bǔ)等功能。4．伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能52目前幾乎絕大系數(shù)數(shù)控系統(tǒng)都采用了對(duì)位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)全部進(jìn)行數(shù)字控制的交流伺服系統(tǒng)；而且許多公司都開(kāi)發(fā)了具有前饋控制、非線性控制、摩擦扭矩補(bǔ)償以及數(shù)字伺服自動(dòng)調(diào)整等新功能的高性能伺服系統(tǒng)5．?dāng)?shù)控系統(tǒng)內(nèi)PLC功能新型數(shù)控系統(tǒng)的PLC都有單獨(dú)的CPU，除了邏輯控制外，還具有軸控制功能，PLC的軟件除用梯形圖（Ladder

diagram）語(yǔ)言編寫(xiě)之外，還可用Pascal、C等語(yǔ)言編寫(xiě)6．系統(tǒng)的通訊接口功能53早期的數(shù)控系統(tǒng)僅有RS232C接口，以后又有了DNC、RS

422（RS485）等高速遠(yuǎn)距離傳輸接口。FANUC

15、Siemens

840D等系統(tǒng)還具有MAP接口板、可連接到MAP3.0的局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）上，以適應(yīng)FMS或CIMS的需要。7．系統(tǒng)的開(kāi)放性目前，以個(gè)人微機(jī)為平臺(tái)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家都在進(jìn)行開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究。8．可靠性與故障自診斷54數(shù)控系統(tǒng)的可靠性是一個(gè)非常致關(guān)重要的指標(biāo)，一般都以平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）來(lái)衡量。國(guó)外有的系統(tǒng)達(dá)到10000小時(shí)，而國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)僅能達(dá)到3000～5000小時(shí)。數(shù)控系統(tǒng)還應(yīng)盡量縮短修復(fù)時(shí)間，即維修性能要好，要有自診斷功能，良好的檢測(cè)方法，快速確定故障的部位，達(dá)到及時(shí)更換模塊的效果。1.3.4數(shù)控技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中的作用552002年中國(guó)金屬加工機(jī)床進(jìn)口、出口貿(mào)易統(tǒng)計(jì)進(jìn)口出口數(shù)量(千臺(tái))金額(百萬(wàn)美元)與上年比較(%)數(shù)量(千臺(tái))金額(百萬(wàn)美元)與上年比較(%)數(shù)量金額數(shù)量金額金屬切削機(jī)床合計(jì)75.96207.4724.2926.605506.5826.3922.2213.85其中數(shù)控機(jī)床18.28145.3738.3731.633.103.4641.16-3.242002年中國(guó)金屬加工機(jī)床進(jìn)口、出口貿(mào)易統(tǒng)計(jì)56進(jìn)口出口數(shù)量(千臺(tái))金額(百萬(wàn)美元)與上年比較(%)數(shù)量(千臺(tái))金額(百萬(wàn)美元)與上年比較(%)數(shù)量金額數(shù)量金額金屬切削機(jī)床合計(jì)75.96207.4724.2926.605506.5826.3922.2213.85其中數(shù)控機(jī)床18.28145.