數(shù)控技術(shù)（第4版）緒論

數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)（第4版）緒論本章主要內(nèi)容第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成與分類第三節(jié)數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)及適用范圍第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)控即數(shù)字控制（NumericalControl）簡稱NC，是指利用數(shù)字化信息進(jìn)行控制，其控制對(duì)象可以是各種生成過程。機(jī)床數(shù)控技術(shù)用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種技術(shù)。一、概述數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有數(shù)字控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠處理加工程序,控制機(jī)床自動(dòng)完成各種加工運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機(jī)構(gòu)等統(tǒng)稱。由數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給裝置等組成。第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念一、概述數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用自從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)創(chuàng)立以來，它給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化；數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)，CAD/CAM，F(xiàn)MS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都建立在數(shù)控技術(shù)之上；是國家的戰(zhàn)略技術(shù)，基于它的相關(guān)產(chǎn)業(yè)是體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)；二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競爭，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競爭。第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念一、概述數(shù)控機(jī)床是制造裝備的主流裝備數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域IC裝備

船舶制造裝備紡織印染裝備汽車制造裝備軍工制造裝備第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念普通機(jī)床數(shù)控機(jī)床第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較工藝分析工序卡數(shù)控加工程序傳統(tǒng)加工數(shù)控加工第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程數(shù)控加工零件的過程工藝處理加工圖紙數(shù)學(xué)處理編程手冊數(shù)控編程程序仿真輸入裝置加工程序毛坯或半成品數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床程序編制成品譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)、伺服驅(qū)動(dòng)N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程1.數(shù)控加工程序的編制在零件加工前，首先根據(jù)被加工零件圖樣所規(guī)定的零件形狀、尺寸、材料及技術(shù)要求等，確定零件的工藝過程、工藝參數(shù)、幾何參數(shù)及切削用量等，然后根據(jù)數(shù)控機(jī)床編程手冊規(guī)定的代碼和程序格式編寫零件加工程序單。手工編程自動(dòng)編程N(yùn)5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程2.輸入把零件程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)通過輸入裝置輸入到數(shù)控裝置中。目前采用的輸入方法主要有軟驅(qū)、USB接口、RS232C接口、MDI手動(dòng)輸入、分布式數(shù)字控制（DirectNumericalControl，DNC）接口、網(wǎng)絡(luò)接口等。兩種不同的輸入工作方式：一種是邊輸入邊加工，DNC即屬于此類工作方式；另一種是一次將零件數(shù)控加工程序輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器，加工時(shí)再由存儲(chǔ)器一段一段地往外讀出，軟驅(qū)、USB接口即屬于此類工作方式。第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程3.譯碼數(shù)控系統(tǒng)按一個(gè)程序段為單位，按照一定的語法規(guī)則把數(shù)控程序解釋、翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存區(qū)內(nèi)。在譯碼的同時(shí)還完成對(duì)程序段的語法檢查。一旦有錯(cuò)，立即給出報(bào)警信息。N5G01G41X100.0Y100.0D01F100M08;01001011000101111101011101010110000011101;第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程4.刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償?shù)淖饔檬前蚜慵喞壽E轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡運(yùn)動(dòng)，加工出所要求的零件輪廓。刀具補(bǔ)償有刀具半徑補(bǔ)償和刀具長度補(bǔ)償。除了刀具補(bǔ)償之外，還包括速度計(jì)算以及輔助功能的處理程序等其它數(shù)據(jù)處理。第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程5.插補(bǔ)插補(bǔ)的目的：控制加工運(yùn)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件做出符合零件輪廓軌跡的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。任務(wù)：通過插補(bǔ)計(jì)算程序，根據(jù)程序規(guī)定的進(jìn)給速度要求，完成在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算，也即數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作。第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程6.位置控制和機(jī)床加工伺服系統(tǒng)接受插補(bǔ)運(yùn)算后的脈沖指令信號(hào)或插補(bǔ)周期內(nèi)的位置增量信號(hào)，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)床的執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)，從而加工出零件。第一節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念二、數(shù)控機(jī)床的工作流程第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類基本組成一、數(shù)控機(jī)床的組成第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類1.輸入輸出裝置主要實(shí)現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲(chǔ)和打印。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及輔助信息等。

MDI（ManualDataInput）方式USB接口RS232C接口DNC接口

存儲(chǔ)卡未來會(huì)廣泛使用以太網(wǎng)

一、數(shù)控機(jī)床的組成第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類2.數(shù)控裝置（或計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置）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，然后輸出控制命令到伺服驅(qū)動(dòng)裝置和PLC。功能：多坐標(biāo)控制、插補(bǔ)功能、故障自診斷功能、補(bǔ)償功能、信息轉(zhuǎn)換功能、輔助功能、顯示功能等。是數(shù)控系統(tǒng)的核心。一、數(shù)控機(jī)床的組成第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類3.伺服系統(tǒng)接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件

主軸伺服單元和主軸電機(jī)進(jìn)給伺服單元和進(jìn)給電機(jī)一、數(shù)控機(jī)床的組成第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)數(shù)控裝置機(jī)床伺服電機(jī)伺服系統(tǒng)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類4.測量反饋裝置包括：位置和速度測量裝置。作用：以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，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）一、數(shù)控機(jī)床的組成第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類5.機(jī)床本體完成各種切削加工的機(jī)械部分--主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件--支承件（立柱、床身等）--配套裝置（冷卻、排屑、潤滑等）--輔助裝置（編程機(jī)、對(duì)刀儀等）一、數(shù)控機(jī)床的組成第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類數(shù)控機(jī)床的組成主要內(nèi)容數(shù)控系統(tǒng)組成

機(jī)床I/O電路和裝置檢測裝置主軸驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元計(jì)算機(jī)數(shù)控

裝置

操作面板PLC計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床輔助控制機(jī)構(gòu)進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入輸出裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的區(qū)別？第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類PLC、機(jī)床I/O電路和裝置PLC(ProgrammableLogicController)用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動(dòng)作的I/O控制；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)床側(cè)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。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類分類方法數(shù)控機(jī)床類型按機(jī)械加工的運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床按伺服系統(tǒng)的控制原理開環(huán)數(shù)控?cái)?shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床按功能水平經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中檔型數(shù)控機(jī)床高檔型數(shù)控機(jī)床按工藝方法金屬切削數(shù)控機(jī)床金屬成形數(shù)控機(jī)床特種加工數(shù)控機(jī)床二、數(shù)控機(jī)床的分類第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類1.按機(jī)械加工的運(yùn)動(dòng)軌跡分類（1）點(diǎn)位控制僅實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動(dòng)；對(duì)軌跡不作控制要求；運(yùn)動(dòng)過程中不進(jìn)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(jī)。二、數(shù)控機(jī)床的分類第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類（2）直線控制不僅要求控制點(diǎn)到點(diǎn)的精確定位，而且要求機(jī)床工作臺(tái)或刀具（刀架）以給定的進(jìn)給速度，沿平行于坐標(biāo)軸的方向或與坐標(biāo)軸成45°角的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工。簡易數(shù)控車床和簡易數(shù)控銑床1.按機(jī)械加工的運(yùn)動(dòng)軌跡分類二、數(shù)控機(jī)床的分類第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類（3）輪廓控制對(duì)多個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行控制，使之協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)(坐標(biāo)聯(lián)動(dòng))，使刀具相對(duì)工件按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工?？杉庸で?、葉輪等復(fù)雜形狀的零件數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心1.按機(jī)械加工的運(yùn)動(dòng)軌跡分類二、數(shù)控機(jī)床的分類第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類（1）開環(huán)控制系統(tǒng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器指令脈沖步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)數(shù)控裝置特點(diǎn):沒有位置檢測裝置，信號(hào)單向。結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，價(jià)格便宜,精度一般不高。用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車、銑、線切割機(jī)床。2.按伺服系統(tǒng)的控制原理分類二、數(shù)控機(jī)床的分類第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類特點(diǎn):帶有位置檢測裝置,安裝在機(jī)床刀架或工作臺(tái)等執(zhí)行部件上，控制精度高；但系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響,調(diào)試?yán)щy,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴。

位置反饋速度控制電路工作臺(tái)伺服電機(jī)位置比較電路指令脈沖速度反饋（2）閉環(huán)控制2.按伺服系統(tǒng)的控制原理分類二、數(shù)控機(jī)床的分類第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類（3）半閉環(huán)控制速度控制電路工作臺(tái)伺服電機(jī)位置比較電路指令脈沖速度反饋位置反饋檢測元件特點(diǎn):帶有位置檢測裝置，常安裝在伺服電機(jī)上或絲杠的端部;不包括絲杠螺母副及機(jī)床工作臺(tái)導(dǎo)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。2.按伺服系統(tǒng)的控制原理分類二、數(shù)控機(jī)床的分類第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與分類高級(jí)型、普及型、經(jīng)濟(jì)型3.按功能水平分類二、數(shù)控機(jī)床的分類第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及適用范圍加工零件的適應(yīng)性強(qiáng)且靈活性好加工精度高且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)率高減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度生產(chǎn)管理水平提高一、數(shù)控機(jī)床的