ch1數(shù)控機床概述

2024/3/202主要參考書廖效果、劉又午等

《數(shù)控技術》湖北科學技術出版社武漢，2000年

畢承恩，丁乃健《現(xiàn)代數(shù)控機床》

機械工業(yè)出版社北京，1994曹鳳《微機數(shù)控技術》電子科大出版社成都2000年2024/3/203教學方法與考核方式教學方法課堂教學實驗教學自學專題講座考核方式考試〔70%〕平時成績〔15%〕作業(yè)課堂提問實驗報告〔10%〕出勤〔5%〕2024/3/204第一章數(shù)控機床概述內容提要：本章主要介紹數(shù)控技術、數(shù)控機床的根本概念、體系結構、工作原理及分類；數(shù)控機床的應用范圍及開展動向。第一章數(shù)控機床概述2024/3/205第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床自從20世紀中葉數(shù)控技術創(chuàng)立以來，它給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。現(xiàn)在數(shù)控技術已成為制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的根底技術，現(xiàn)代的CAD/CAM，F(xiàn)MS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在數(shù)控技術之上；第一章數(shù)控機床概述2024/3/206第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床數(shù)控技術是提高產(chǎn)品質量、提高勞動生產(chǎn)率必不可少的物質手段；是國家的戰(zhàn)略技術：基于它的相關產(chǎn)業(yè)是表達國家綜合國力水平的重要根底性產(chǎn)業(yè)；專家們預言:二十一世紀機械制造業(yè)的競爭，其實質是數(shù)控技術的競爭。第一章數(shù)控機床概述2024/3/207數(shù)控技術定義數(shù)字控制與數(shù)控技術數(shù)字控制〔NumericalControlNC〕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〕進行可編程控制的自動化方法。數(shù)控技術〔NumericalControlTechnology〕采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術。第一章數(shù)控機床概述2024/3/208數(shù)控機床與數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床〔NumericalControlMachineTools〕是采用數(shù)字控制技術對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。它是數(shù)控技術典型應用的例子。數(shù)控系統(tǒng)〔NumericalControlSystem〕實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計算機數(shù)控系統(tǒng)〔ComputerNumericalControlCNC〕以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。第一章數(shù)控機床概述2024/3/209

數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床的組成第一章數(shù)控機床概述2024/3/2010第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列〔功能與計算機鍵盤一樣〕和顯示器；。它是數(shù)控機床特有部件。第一章數(shù)控機床概述2024/3/20112024/3/2012控制介質與輸入輸出設備

控制介質是記錄零件加工程序的媒介輸入輸出設備是CNC系統(tǒng)與外部設備進行交互裝置。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上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或將調試好了的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質上。數(shù)控機床常用的控制介質和輸入輸出設備見表1：第一章數(shù)控機床概述2024/3/2013表1控制介質和輸入輸出設備表第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床第一章數(shù)控機床概述2024/3/2014第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床通訊現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設備進行信息交換外，一般都具有用通訊方式進行信息交換的能力。它們是實現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的根本技術。采用的方式有：串行通訊〔RS-232等串口〕、自動控制專用接口和標準〔DNC方式，MAP協(xié)議等〕網(wǎng)絡技術〔internet，LAN等〕。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2015第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床CNC裝置(CNC單元)組成：計算機系統(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的控制軟件。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理〔如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等〕，然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件(伺服單元、驅動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內硬件和軟件協(xié)調配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進行工作的。CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心第一章數(shù)控機床概述2024/3/2016

機床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅動裝置

進給驅動裝置

主軸伺服單元

進給伺服單元

計算機數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計算機數(shù)控系統(tǒng)

機

床

輔助控制機構

進給傳動機構

主運動機構

鍵盤

輸入輸出

設備

計算機數(shù)控系統(tǒng)2024/3/2017第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床伺服單元、驅動裝置和測量裝置伺服單元和驅動裝置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測量裝置位置和速度測量裝置。以實現(xiàn)進給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用保證靈敏、準確地跟蹤CNC裝置指令：進給運動指令：實現(xiàn)零件加工的成形運動〔速度和位置控制〕。主軸運動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運動〔速度控制〕第一章數(shù)控機床概述2024/3/2018計算機數(shù)控系統(tǒng)

機床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅動裝置

進給驅動裝置

主軸伺服單元

進給伺服單元

計算機數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計算機數(shù)控系統(tǒng)

機

床

輔助控制機構

進給傳動機構

主運動機構

鍵盤

輸入輸出

設備

2024/3/2019第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床

PLC、機床I/O電路和裝置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成與邏輯運算有關順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機床I/O電路和裝置：實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路；功能：接受CNC的M、S、T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應的開關動作接受操作面板和機床側的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)和機床的動作。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2020計算機數(shù)控系統(tǒng)

機床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅動裝置

進給驅動裝置

主軸伺服單元

進給伺服單元

計算機數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計算機數(shù)控系統(tǒng)

機

床

輔助控制機構

進給傳動機構

主運動機構

鍵盤

輸入輸出

設備

2024/3/2021第一節(jié)數(shù)控技術與數(shù)控機床機床機床：數(shù)控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成：由主運動部件、進給運動部件〔工作臺、拖板以及相應的傳動機構〕、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〕。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2022計算機數(shù)控系統(tǒng)

機床I/O電路和裝置

測量裝置

主軸驅動裝置

進給驅動裝置

主軸伺服單元

進給伺服單元

計算機數(shù)

控

裝

置

操作面板

PLC

計算機數(shù)控系統(tǒng)

機

床

輔助控制機構

進給傳動機構

主運動機構

鍵盤

輸入輸出

設備

2024/3/2023第二節(jié)數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的種類很多，從不同角度對其進行考查，就有不同的分類方法，通常有以下幾種不同的分類方法：第一章數(shù)控機床概述2024/3/2024第二節(jié)數(shù)控機床的分類按工藝用途分類切削加工類：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機床、FMC等。成型加工類：數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機等。特種加工類：數(shù)控線切割機、電火花加工機、激光加工機等。其它類型：數(shù)控裝配機、數(shù)控測量機、機器人等。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2025銑床2024/3/2026銑床2024/3/2027銑床2024/3/2028數(shù)控車床2024/3/2029數(shù)控車床2024/3/2030數(shù)控刀具2024/3/2031數(shù)控加工中心2024/3/2032錐度電火花線切割機床2024/3/2033第二節(jié)數(shù)控機床的分類按控制功能分類點位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實現(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；運動過程中不進行任何加工。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。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2034第二節(jié)數(shù)控機床的分類輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個進給軸同時諧調運動(坐標聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。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床?，F(xiàn)代的數(shù)控機床根本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2035第二節(jié)數(shù)控機床的分類按聯(lián)動軸數(shù)分，2軸聯(lián)動〔平面曲線〕3軸聯(lián)動〔空間曲面，球頭刀〕4軸聯(lián)動〔空間曲面〕5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)的控制算法就越復雜。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2036第二節(jié)數(shù)控機床的分類

按進給伺服系統(tǒng)的類型分類按數(shù)控系統(tǒng)的進給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(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)和半閉環(huán)兩種。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2037第二節(jié)數(shù)控機床的分類開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的〔數(shù)控裝置→進給系統(tǒng)〕，故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。第一章數(shù)控機床概述電機機械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大2024/3/2038第二節(jié)數(shù)控機床的分類開環(huán)系統(tǒng)無位置反響，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)和機械傳動機構的性能和精度。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、調試方便、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。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2039第二節(jié)數(shù)控機床的分類半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如下圖，是從驅動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。位置控制調節(jié)器速度控制調節(jié)與驅動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋2024/3/2040第二節(jié)數(shù)控機床的分類半閉環(huán)環(huán)路內不包括或只包括少量機械傳動環(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。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結構簡單、調試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應用。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2041第二節(jié)數(shù)控機床的分類全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。位置控制調節(jié)器速度控制調節(jié)與驅動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋2024/3/2042第二節(jié)數(shù)控機床的分類從理論上講，可以消除整個驅動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內的許多機械傳動環(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)的設計、安裝和調試都相當困難。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)控機床等。2024/3/2043第三節(jié)數(shù)控加工原理數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較工藝分析數(shù)控加工程序工序卡傳統(tǒng)加工數(shù)控加工圖2傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的比較圖第一章數(shù)控機床概述2024/3/2044第三節(jié)數(shù)控加工原理數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉換過程圖3數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉換過程第一章數(shù)控機床概述譯碼刀補處理插補處理PLC控制進給伺服系統(tǒng)切削運動、機床I/O裝置成形運動加工程序2024/3/2045第三節(jié)數(shù)控加工原理譯碼(解釋)譯碼程序的主要功能是將用文本格式〔通常用ASCII碼〕表達的零件加工程序，以程序段為單位轉換成刀補處理程序所要求的數(shù)據(jù)結構〔格式〕。該數(shù)據(jù)結構用來描述一個程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標值；進給速度；主軸轉速；G代碼；M代碼；刀具號；子程序處理和循環(huán)調用處理等數(shù)據(jù)或標志的存放順序和格式。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2046第三節(jié)數(shù)控加工原理刀補處理(計算刀具中心軌跡)用戶零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數(shù)控機床在加工過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具中心的軌跡。刀補處理就是完成這種轉換的程序。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2047第三節(jié)數(shù)控加工原理插補計算本模塊以系統(tǒng)規(guī)定的插補周期△t定時運行，它將由各種線形〔直線，園弧等〕組成的零件輪廓，按程序給定的進給速度F，實時計算出各個進給軸在△t內位移指令〔△X1、△Y1、…〕，并送給進給伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)成形運動。這個過程將在下面進一步表達。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2048第三節(jié)數(shù)控加工原理

PLC控制PLC控制是對機床動作的“順序控制”。即以CNC內部和機床各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器等開關量信號狀態(tài)為條件，并按預先規(guī)定的邏輯順序對諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，冷卻、潤滑系統(tǒng)等的運行等進行的控制。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2049數(shù)控加工軌跡控制原理逼近處理圖為欲加工的圓弧軌跡L，起點為P0，終點為Pe。CNC裝置首先對圓弧進行逼近處理。第三節(jié)

數(shù)控加工原理XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖第一章數(shù)控機床概述2024/3/2050第三節(jié)

數(shù)控加工原理系統(tǒng)按插補時間⊿t和進給速度F的要求，將L分割成假設干短直線⊿L1，⊿L2，…，⊿Li，…，這里：⊿Li=F⊿t〔i=1，2，…〕F：用戶給定的進給速度⊿t：數(shù)控系統(tǒng)插補周期XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖2024/3/2051第三節(jié)

數(shù)控加工原理用直線⊿Li逼近圓弧存在著逼近誤差δ，但只要δ足夠小〔⊿Li足夠短〕，總能滿足零件的加工要求。當F為常數(shù)時，而⊿t對數(shù)控系統(tǒng)而言恒為常數(shù)，那么⊿Li的長度也為常數(shù)⊿L，只是其斜率與其在L上的位置有關。XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖2024/3/2052第三節(jié)數(shù)控加工原理插補運算將⊿Li分解為X軸及Y軸移動分量Xi和Yi〔在ti時間內〕，要求滿足：

且有：Fx=Xi/tiFy=Yi/ti⊿Li的斜率和F的分量Fx、Fy以及比值Fx/Fy都在不斷變化。XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖2024/3/2053第三節(jié)數(shù)控加工原理指令輸出將計算出在時間△ti

內的△Xj和△Yj

作為指令輸出給X軸和Y軸，以控制它們聯(lián)動。即：

Xi

X

軸；

Yi

Y

軸只要能連續(xù)自動地控制X，Y

兩個進給軸在△ti時間內移動量，就可以實現(xiàn)曲線輪廓零件的加工。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2054第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍數(shù)控機床確實具有普通機床所不具備的許多優(yōu)點。而且它的應用范圍還在不斷擴大，但是在目前還不能完全取代普通機床，也就是說，它不能以最經(jīng)濟的方式來解決加工制造中所有問題。為了更好地說明這個問題，有必要先初步了解一下采用數(shù)控機床加工的優(yōu)缺點。2024/3/2055第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍數(shù)控加工的優(yōu)點自動化程度高，可以減輕工人的體力勞動強度加工的零件一致性好，質量穩(wěn)定生產(chǎn)效率較高便于產(chǎn)品研制便于實現(xiàn)計算機輔助制造。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2056第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍數(shù)控加工的缺點任何事物都是兩重性。數(shù)控加工雖有上述各種優(yōu)點，同時在某些方面也存在缺乏之處：單位加工本錢較高。只適宜于多品種小批量或中批量生產(chǎn)〔占機械加工總量70%~80%〕加工中的調整相對復雜維修難度大第一章數(shù)控機床概述2024/3/2057第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍數(shù)控加工的適應性根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點及國內外大量應用實踐，一般可按適應程度將零件分為以下三類：最適應類對于下述零件，首先應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)濟上是否合理，都應把對其進行數(shù)控加工作為優(yōu)選方案。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2058第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍形狀復雜：加工精度要求高，用通用機床無法加工或雖然能加工但很難保證產(chǎn)品質量的零件；用數(shù)學模型描述的復雜曲線或曲面輪廓零件；具有難測量、難控制進給、難控制尺寸的不開敞內腔的殼體或盒型零件；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。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2059第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍較適應類這類零件在分析其可加工性以后，還要在提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟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。1.在通用機床上加工時極易受人為因素〔如：情緒波動、體力強弱、技術水平上下等〕干擾，零件價值又高，一旦質量失控便造成重大經(jīng)濟損失的零件；第一章數(shù)控機床概述2024/3/2060第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍2.在通用機床上加工時必須制造復雜專用工裝的零件；3.需要屢次更改設計后才能定型的零件；4.在通用機床上加工需要作長時間調整的零件；5.用通用機床加工時，生產(chǎn)率很低或體力勞動強度很大的零件。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2061第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍不適應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作為數(shù)控加工的選擇對象。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2062第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件；加工余量很不穩(wěn)定，且數(shù)控機床上無在線檢測系統(tǒng)可自動調整零件坐標位置的；生產(chǎn)批量大的零件〔當然不排除其中個別工序用數(shù)控機床加工〕；必須用特定的工藝裝備協(xié)調加工的零件。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2063根據(jù)上述數(shù)控加工的適應性，我們就可以根據(jù)所擁有的數(shù)控機床來選擇加工對象，或根據(jù)零件類型來考慮哪些應該先安排數(shù)控加工，或從技術改造角度考慮，是否要投資添置數(shù)控機床。第四節(jié)數(shù)控機床的應用范圍第一章數(shù)控機床概述2024/3/2064第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向產(chǎn)生背景從工業(yè)化革命以來人們實現(xiàn)機械加工自動化的手段有：自動機床；組合機床；專用自動生產(chǎn)線。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2065第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向這些設備的使用大大地提高了機械加工自動化地程度，提高了勞動生產(chǎn)率，促進了制造業(yè)地開展。但它也存在固有的缺點：初始投資大；準備周期長；柔性差。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2066第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向數(shù)控技術產(chǎn)生和開展的內在動力：市場競爭日趨劇烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，大批量產(chǎn)品越來越少，小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的比重越來越大，迫切需要一種精度高、柔性好加工設備來滿足上述需求。數(shù)控技術產(chǎn)生和開展的技術根底：電子技術和計算機技術的飛速開展那么為NC機床的進步提供了堅實的技術根底。數(shù)控技術正是在這種背景下誕生和開展起來的。它的產(chǎn)生給自動化技術帶來了新的概念，推動了加工自動化技術的開展。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2067第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向開展沿革1952年，Parsons公司和合作研制了世界上第一臺三座標數(shù)控機床。1955年，第一臺工業(yè)用數(shù)控機床由美國Bendix公司生產(chǎn)出來。從1952年至今，NC機床按NC系統(tǒng)的開展經(jīng)歷的五代。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2068第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向第一代：1955年NC系統(tǒng)以電子管組成，體積大，功耗大。第二代：1959年NC系統(tǒng)以晶體管組成，廣泛采用印刷電路板。第三代：1965年NC系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點是體積小，功耗低，可靠性進一步提高。以上三代NC系統(tǒng)，由于其數(shù)控功能均由硬件實現(xiàn)，故歷史上又稱其為“硬線NC”2024/3/2069第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向第四代：1970年NC系統(tǒng)采用小型計算機取代專用計算機，其局部功能由軟件實現(xiàn)，它具有價格低，可靠性高和功能多等特點。第五代：1974年NC系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價格進一步降低，體積進一步縮小，使實現(xiàn)真正意義上的機電一體化成為可能。這一代又可分為六個開展階段：1979年：系統(tǒng)采用CRT顯示，VLIC，大容量磁泡存儲器，可編程接口和遙控接口等。1974年：系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示，自診斷功能。2024/3/2070第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向1981年：具有人機對話、動態(tài)圖形顯示、實時精度補償功能。1986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。1988年：采用高性能32位機為主機的主從結構系統(tǒng)。1994年：基于PC的NC系統(tǒng)誕生，使NC系統(tǒng)的研發(fā)進入了開放型、柔性化的新時代，新型NC系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮短。它是數(shù)控技術開展的又一個里程碑。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2071第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向開展趨勢進入九十年代以來，隨著國際上計算機技術突飛猛進的開展，數(shù)控技術不斷采用計算機、控制理論等領域的最新技術成就，使其朝著下述方向開展運行高速化加工高精化功能復合化控制智能化體系開放化驅動并聯(lián)化交互網(wǎng)絡化第一章數(shù)控機床概述2024/3/2072第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向運行高速化、加工高精化速度和精度是數(shù)控設備的兩個重要指標，它們是數(shù)控技術永恒追求的目標。因為它直接關系到加工效率和產(chǎn)品質量。新一代數(shù)控設備在運行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2073第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向運行高速化：使進給率、主軸轉速、刀具交換速度、托盤交換速度實現(xiàn)高速化，并且具有高加〔減〕速率。進給率高速化：在分辨率為1m時，F(xiàn)max=240m/min。在Fmax下可獲得復雜型面的精確加工；在程序段長度為1mm時，F(xiàn)max=30m/min，并且具有1.5g的加減速率；第一章數(shù)控機床概述2024/3/2074第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向主軸高速化：采用電主軸〔內裝式主軸電機〕，即主軸電機的轉子軸就是主軸部件。主軸最高轉速達200000r/min。主軸轉速的最高加〔減〕速為1.0g，即僅需1.8秒即可從0提速到15000r/min。換刀速度0.9秒〔刀到刀〕2.8秒〔切削到切削〕工作臺〔托盤〕交換速度6.3秒。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2075第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向加工高精化：提高機械設備的制造和裝配精度；提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用誤差補償技術。提高CNC系統(tǒng)控制精度：采用高速插補技術，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，使CNC控制單位精細化，采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度〔日本交流伺服電機已有裝上106脈沖/轉的內藏位置檢測器，其位置檢測精度能到達0.01m/脈沖〕；位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2076第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g;設備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術。研究結果說明，綜合誤差補償技術的應用可將加工誤差減少60％～80％。三井精機的JidicH5D型超精密臥式加工中心的定位精度為±0.1m。2024/3/2077由于計算機技術的不斷進步，促進了數(shù)控技術水平的提高，數(shù)控裝置、進給伺服驅動裝置和主軸伺服驅動裝置的性能也隨之提高，使得現(xiàn)代的數(shù)控設備在新的技術水平下，可同時具備運行高速化、加工高精化的性能。第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向第一章數(shù)控機床概述2024/3/2078第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向功能復合化復合化是指在一臺設備能實現(xiàn)多種工藝手段加工的方法。鏜銑鉆復合—加工中心〔ATC〕、五面加工中心〔ATC，主軸立臥轉換〕；車銑復合—車削中心〔ATC，動力刀頭〕；銑鏜鉆車復合—復合加工中心〔ATC，可自動裝卸車刀架〕；銑鏜鉆磨復合—復合加工中心〔ATC，動力磨頭〕；可更換主軸箱的數(shù)控機床—組合加工中心；2024/3/2079第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向控制智能化隨著人工智能技術的不斷開展，并為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化開展需求，數(shù)控技術智能化程度不斷提高，具體表達在以下幾個方面：第一章數(shù)控機床概述2024/3/2080第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向加工過程自適應控制技術通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進給電機的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進行識別，以辯識出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并根據(jù)這些狀態(tài)實時修調加工參數(shù)〔主軸轉速，進給速度〕和加工指令，使設備處于最正確運行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件外表粗糙度以及設備運行的平安性。2024/3/2081第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向MitsubishiElectric公司的用于數(shù)控電火花成型機床的“MiracleFuzzy”基于模糊邏輯的自適應控制器，可自動控制和優(yōu)化加工參數(shù)；日本牧野在電火花NC系統(tǒng)Makino_Mce20中，用專家系統(tǒng)代替人進行加工過程監(jiān)控。以色列的外置式力自適應控制器意大利Mandelli公司數(shù)控系統(tǒng)的可編程功率自適應控制功能。2024/3/2082第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇將工藝專家或技工的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構造基于專家系統(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)，從而到達提高編程效率和加工工藝水平，縮短生產(chǎn)準備時間的目的。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)濟的工作狀態(tài)。2024/3/2083第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向目前已開發(fā)出帶自學習功能的神經(jīng)網(wǎng)絡電火花加工專家系統(tǒng)。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。國內清華在加工參數(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。但有待進行實用化開發(fā)。第一章數(shù)控機床概述2024/3/2084第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向智能故障診斷與自修復技術智能故障診斷技術：根據(jù)已有的故障信息，應用現(xiàn)代智能方法〔AI、ES、ANN等〕，實現(xiàn)故障快速準確定位的技術。智能故障自修復技術：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故障的排除技術。智能自修復技術集故障自診斷、故障自排除、自恢復、自調節(jié)于一體，并貫穿于加工過程的整個生命周期。智能故障診斷技術在有些日本、美國公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中已有應用，根本上都是應用專家系統(tǒng)實現(xiàn)的。智能化自修復技術還在研究之中。2024/3/2085第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向智能化交流伺服驅動裝置目前已開始研究能自動識別負載，并自動調整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅動裝置和智能化進給伺服裝置。這種驅動裝置能自動識別電機及負載的轉動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化和調整，使驅動系統(tǒng)獲得最正確運行。2024/3/2086第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向智能4M數(shù)控系統(tǒng)在制造過程中，加工、檢測一體化是實現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應的有效途徑，將測量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機器操作(Manipulator)四者〔即4M〕融合在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)信息共享，促進測量、建模、加工、裝夾、操作一體化的4M智能系統(tǒng)。2024/3/2087第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向體系開放化定義〔IEEE〕：具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其他的系統(tǒng)應用進行互操作的系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)特點：系統(tǒng)構件〔軟件和硬件〕具有標準化(Standardization)與多樣化(Diversification)和互換性(Interchangeability)的特征允許通過對構件的增減來構造系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成。構造應該是可移植的和透明的；2024/3/2088第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向開放體系結構CNC的優(yōu)點向未來技術開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標準協(xié)議，只需少量的重新設計和調整，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；標準化的人機界面：標準化的編程語言，方便用戶使用，降低了和操作效率直接有關的勞動消耗；2024/3/2089第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴充能力、提供可供選擇的硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應用要求，給用戶提供一個方法，從低級控制器開始，逐步提高，直到到達所要求的性能為止。另外用戶自身的技術訣竅能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品；可減少產(chǎn)品品種，便于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低本錢，增強市場供給能力和競爭能力。2024/3/2090第五節(jié)數(shù)控機床的開展動向開放式數(shù)控裝置的概念結構硬件配置單元軟件配置單元標準計算機硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應用程