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数控技术（NumericalControlTechnology）课时：34+6教师：周丹联系方式：zhoudan80@126.com主要参考书龚仲华.数控技术.北京：机械工业出版社.2004白恩远等.现代数控机床伺服及检测技术.北京：国防工业出版社.2005顾冠群等.机电一体化设计手册（上，下）.江苏：江苏科学技术出版社.1992教学方法与考核方式教学方法–课堂教学（34学时）–实验（6学时）–自学考核方式–考试（70％）–平时成绩（30％）»作业»实验»考勤《数控技术》课程体系数控技术概述（2~3）数控程序编制（8~10）计算机数控装置（6~8）–软硬件结构、插补、补偿机制进给伺服系统（10~14）–步进、直流、交流电机驱动的伺服系统–位置检测装置数控机床的机械传动结构（2~4）第一章数控技术概述几个定义发展历史特点控制原理及组成分类1.1定义数控技术（NumericalControlTechnology）数控系统（NumericalControlSystem）计算机数控系统（ComputerNumericalControl——CNC）数控机床（NumericalControlMachineTools）1.1.1数控技术利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。具体实现：数控机床、三坐标测量仪、机器人、绘图仪、折弯机、弯管机、切割机（线、火焰、激光）等。1.1.2数控系统用来实现数字信息控制的硬件和软件的整体。核心：数控装置。用计算机进行控制的称为计算机数控系统。1.1.3数控机床采用数控技术进行控制的机床。采用的技术：–计算机技术–自动控制技术–精密测量技术–机床设计技术1.2NC发展历史1、产生背景–单件、小批量、复杂型面（图）–高效率、高精度、高自动化2、发展过程–1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一台三座标数控机床。–1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。–从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的五代。NC机床发展经历–第一代：1955年NC系统以电子管组成，体积大，功耗大。–第二代：1959年NC系统以晶体管组成，广泛采用印刷电路板。–第三代：1965年NC系统采用小规模集成电路作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。以上三代NC系统，由于其数控功能均由硬件实现，故历史上又称其为“硬线NC”NC机床发展经历–第四代：1970年NC系统采用大规模集成电路，其部分功能由软件实现，它具有价格低，可靠性高和功能多等特点。–第五代：1974年NC系统以微处理器为核心，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上的机电一体化成为可能。NC机床发展经历–第五代又可分为六个发展阶段：»1974年：系统采用CRT显示，大容量磁泡存储器，可编程接口和遥控接口等。»1979年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，自诊断功能。»1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度补偿功能。»1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机进入实用阶段。»1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系统。»1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC系统的开发周期日益缩短。它是数控技术发展的又一个里程碑。1.3NC机床特点柔性高（能适应不同零件的自动加工）效率高精度高质量稳定有利于生产管理1.4NC机床控制原理及组成1.4.1NC机床控制原理数控装置伺服系统加工程序数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作–数控程序»几何信息：刀具、工件的相对运动»工艺信息：主运动和进给运动的速度、切深等»辅助信息：主运动变速、刀具更换、冷却液启/停、工件夹紧/松开1.4.2NC机床的组成1.5NC机床分类1.5.1按运动轨迹分类–点位控制数控机床–直线控制数控机床–轮廓控制数控机床1.5.2按伺服系统分类–开环–半闭环–闭环点位控制数控机床用于加工平面内的孔系，如数控钻床、数控镗床、数控冲床、印刷电路板钻孔机、三坐标测量机等直线控制数控机床平面轮廓加工数控机床空间轮廓加工数控机床–三坐标控制两坐标联动机床使用“行切法”进行加工–三坐标联动加工–四坐标联动加工–五坐标联动加工注：五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况轮廓控制数控机床平面轮廓加工数控机床行切法加工空间轮廓三坐标联动加工四坐标联动加工重型燃机、汽轮机等的叶片制造叶片制造五轴五联动加工中心开环半闭环闭环按功能水平分类高级型数控系统普及型数控系统经济型数控系统性能类别CPU位数联动轴数分辨率(um)进给速度(m/min)显示高级型3250.124三维动态普及型1630.1～1010～24字符/图形经济型831010字符表1.1数控系统的功能分类存在的问题及主要技术指标问题：–造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受；–调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员;–对编程人员的技术水平要求较高。数控装置的主要技术指标–控制轴数和联动轴数–脉冲当量（控制分辨率）–定位精度和重复精度–行程–主轴转速和调节范围–进给速度和调节范围–准备功能（G功能）–辅助功能（M功能）–自动加减速功能–开关量接口数控机床的应用范围数控机床对刀具的要求精度较高、寿命高、尺寸稳定、变化小；快速换刀；刀柄应为标准系列；能很好地控制切屑的折断、卷曲和排出；具有很好的可冷却性能。数控技术的发展趋势高速高精度智能化–应用自适应控制技术–自动编程技术–具有故障自动诊断功能–应用模式识别技术开放式数控系统基于网络的数控系统提高数控系统的可靠性数字制造大型立式数控车床立式铣削加工中心卧式双转塔数控车床数控加工中心锥度电火花线切割机床数控刀具组合式刀具及刀杆数控车削刀具组成数控铣削刀具组成立式加工中心加工叶轮被加工出的各种工件在车削加工中心上进行铣削第一代数控机床效率高效率（p）与单件工时（t）相关p=1/tt=t加工+t辅助–t加工↓机床功率大，可提供更大的进给、切深；无极调速，进给速度范围广，可找到合适的速度；复杂型面零件加工。–t辅助↓辅助设备：自动换刀、准备工作台；可实现工序集中精度高机床本身的制造精度高采用数字量控制，不受零件形状复杂程度影响采用补偿机制–间隙补偿（齿轮侧隙、丝杠螺母副间隙等）–刀具磨损补偿质量稳定加工按照数控程序进行，人为影响小–记忆能力–操作水平–责任心有利于生产管理能准确计划零件的加工工时简化检验工作减轻了工夹具、半成品的管理工作减少了因误操作而出废品及损坏刀具的可能输入/输出装置作用–输入：数控程序、加工与控制数据、机床参数–输出：坐标轴位置、检测开关的状态装置–键盘、显示器、光电阅读机、磁带机、软盘驱动器数控装置（MCU）组成：输入/输出接口线路、控制器、运算器、存储器作用：将输入装置输入的数据，通过内部逻辑电路或控制软件进行编辑、运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各部分进行规定的动作伺服驱动作用–根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移组成–伺服放大器（驱动器、伺服单元）–伺服驱动装置（电机）机械部件组成–主运动部件–进给运动部件–辅助装置–刀库、换刀机械手（加工中心特有的）与普通机床类似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且其传动和变速系统要便于实现自动化控制