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1、第1章 概 述数控技术课件课件制作：陈继刚，胡占齐，杨莉，王加春等授课对象：机械类本科生适用教材：机床数控技术（第二版）胡占齐 杨莉编著第1章 概 述目录第一章 概述第二章 数控加工程序的编制第三章 数控系统的加工控制原理第四章 数控装置第五章 位置检测装置第六章 数控机床的伺服系统第七章 机床的数控化改造第1章 概 述数控机床是当代机械制造业的主流装备。数控技术范围复盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术：(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术：(6)软件技术等。前言图 数控铣床XKA714（床身）课程的性质：院级平台课课程的特点：实用性、综合性第1
2、章 概 述1.11.1 数字控制与数控机床数字控制与数控机床 1.1.1 基本概念 数字控制（NC，numerical control）GB8129-87,用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制 的一种方法。数控系统（NC system）：实现数控技术的机电控制设备；数控机床：装备了数控系统的机床。*1952年，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。当时控制程序是记录在纸带上的字符和数字，故称数字控制机床。*1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。ThefirstsuccessfulN/Cmachine,fundedbyth
3、eAirForce,wasdemonstratedbytheMassachusettsInstituteofTechnologyin1952.ItwasaretrofittedCincinnatimillingmachine(Figure1.15).Ithadtheabilitytocoordinatetheaxismotionstomachineacomplexsurface.ThefirstcommercialN/Cmachineswereshownatthe1955NationalMachineToolShow.图 第一台数控机床第1章 概 述数控机床加工过程 数控装置伺服系统加工程序
4、首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。零件图 数控系统 机床第1章 概 述 计算机数控CNC 一种控制系统，它自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制机床运动。整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服驱动和主轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，是数控系统的核心,称为数控装置NCU。以计算机系统为主构成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机
5、，也称为计算机数控CNC。数控装置有时也简称为数控系统。第1章 概 述主轴伺服单元数 控装置输出设备PLC进给伺服单元主 轴 电机进 给 电机位 置 检测机床本体接口电路操作面板输入设备图1-2 数控机床的逻辑组成1.1.2 数控机床的组成 图1-2是数控机床的组成框图。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。1 输入/输出设备2 数控装置3 伺服单元4 PLC及接口5 机床本体6 测量装置第1章 概 述图数控机床物理结构第1章 概 述1.1.3 数控机床的特点优点1 适应性强；2 加工精度高、质量稳定；3 生产效率高、经济效益好；4 减轻操作者的劳动强度、操作简单；5
6、 有利于生产管理的现代化；6.具有故障诊断和监控能力；问题：1造价较高；2调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；3对编程人员的技术水平要求较高。从不同的角度对数控机床进行分类，常见的有以下几种分类方法：1.21.2 数控机床的分类数控机床的分类1.2.1 按运动控制轨迹分类1.点位控制数控机床 2.直线控制数控机床 3.轮廓控制数控机床第1章 概 述1.2.2 按伺服系统的类型分类1 开环控制数控机床第1章 概 述2 闭环控制 数控机床第1章 概 述3 半闭环控制 数控机床第1章 概 述 性能类别CPU位数联动轴数分辨率(m)进给速度(m/min)其它高级型325=24,(1m)；=10,(
7、0.1m)三维动态，MAP,数字交流伺服普及型160.1,10 24,(1m)；10,(0.1m)字符/图形交流伺服经济型8/163108字符,步进电机表表 数控系统的功能分类数控系统的功能分类1.2.3 按功能水平分类 1.高级型数控系统 2.普及型数控系统 3.经济型数控系统第1章 概 述1.3.1 1.3.1 机床类型的选择机床类型的选择1.3数控机床的选型数控机床的选型图1-7 3种机床的适用范围第1章 概 述*以上性能指标可以作为选择数控装置时参考，用户应该根据实际需要，综合考虑性能和价格，作出最经济实用的选择。1.3.2 1.3.2 数控机床性能参数及其选择数控机床性能参数及其选择
8、 数控装置的性能指标反映了数控系统的基本性能，是选择数控系数控装置的性能指标反映了数控系统的基本性能，是选择数控系统的主要依据，概括起来如下统的主要依据，概括起来如下1 1控制轴数和联动轴数控制轴数和联动轴数2.2.插补功能插补功能3 3脉冲当量（控制分辨率）脉冲当量（控制分辨率）4 4定位精度和重复精度定位精度和重复精度5 5行程行程6 6主轴转速和进给速度及其调节范围主轴转速和进给速度及其调节范围7 7机床数控功能机床数控功能8 8程序的编辑、管理和控制程序的编辑、管理和控制9 9误差补偿功能误差补偿功能10.10.加减速控制功能加减速控制功能11.11.逻辑控制功能逻辑控制功能12.12
9、.通信方式通信方式13.13.故障诊断功能故障诊断功能第1章 概 述1.4.1 1.4.1 数控技术的产生与发展数控技术的产生与发展 计算机技术的每一点进步都在推动数控技术向前发展。“六代”1 电子管，1952，Parsons Corp.,MIT,美空军后勤司令部合作，第一台立式铣；2 晶体管、印刷电路，1959，晶体管元件的出现使电子设备的体积大大减小，数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板，K&T开发第一台加工中心MILWAUKEE-MATIC。3 小规模集成电路,1965,由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高。1967英国最初的FMS.4 通用小型计算机,1970，在美国
10、芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作为数控装置的数控系统，特征为许多数控功能由软件完成。5 微处理器，1974，开始出现的以微处理器为核心的数控系统被人们誉为第五代数控系统，近30年来，装备微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛应用。6 基于PC（PC-BASED）的数控,20世纪80年代，基于PC开发式数控系统。1.4 数控技术的发展第1章 概 述1.4.2 1.4.2 数控技术发展趋势数控技术发展趋势1 高速高精度 机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度。上世纪90年代以来，高速主轴单元
11、（电主轴，转速15000100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能伺服系统以及工具系统都出现了新的突破。图 切削速度的发展第1章 概 述 现代科学技术的发展，对机械加工高精度的提出了新的要求：普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级（0.001微米），主轴回转精度要求达到0.010.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从35m，提高到11
12、.5mRaVFVC250.10100002500200.0880002000150.0660001500100.044000100050.0220005000RaVfVC19931994199519961997年度Ra表面粗糙度（um），加工误差（um），Vf进给速度（mm/min），Vc切削速度（m/min）图1-8 数控机床的高速化对加工质量的影响第1章 概 述2 智能化数控系统的智能化主要体现在以下几个方面：（1）智能化适应控制技术图 智能化适应控制下的进给速率（2）自动编程技术第1章 概 述（3）具有故障自动诊断功能（4）智能寻位加工第1章 概 述3 开放式数控系统 传统的数控系统都是
13、专门、具有不同的编程语言、非标准人机接口、多种实时操作系统、非标准的硬件接口等特征，造成了数控系统使用和维护的不便，也限制了数控技术的进一步发展。为了解决这些问题，人们提出了“开放式数控系统”的概念。概念最早见于1987年美国的NGC(Next Generation Controller)计划，NGC控制技术通过实现基于相互操作和分级式的软件模块的“开放式系统体系结构标准规范（SOSAS）”找到解决问题的办法。一个开放式的系统体系结构能够使供应商为实现专门的最佳方案去定制控制系统。4 网络化数控技术 外部网络化管理与控制 内部网络化功能模块的网络化5 提高数控系统的可靠性 数控系统平均无故障时
14、间大于10000-30000（小时）电子与电气元件高集成、抗干扰，零部件制造专业化标准化第1章 概 述6.实现数控装备的复合化 数字制造就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过程中的所有信息。在计算机世界里，可以产生各种各样的信息，并把物理过程虚拟化；DNC还可以对CAD/CAPP/CAM以及CNC的程序进行传送和分级管理。DNC技术使CNC与通信网络联系在一起,还可以传送维修数据，使用户与数控生产厂家直接通信；进而把制造厂家联系在一起，构成虚拟制造网络。现在的问题是，如何把这些信息从计算机“下载”到生产线，在生产过程中利用这些信息控制机器，生产出合格产品；这个全过程就是数字制造。7.CAD/CAM/CNC一体化，实现数字化制造第1章 概 述图 数字化工厂