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2019/8/161数控技术NumericalControlTechnology任课教师：陈从平HP：13687276218E-mail：mechencp@163.comAdd.:M2306考核方式：闭卷（实验成绩10%，平时成绩20%，卷面成绩70%）2019/8/162教材汤双清，数控技术，中国电力出版社，2007主要参考资料吴祖育等，数控机床（第三版），上海科学出版社，2003何学明等，数控技术，华中科技大学出版社，20082019/8/163主要内容第一章绪论第二章数控加工编程技术第三章数控系统的加工控制原理第四章数控机床的位置检测与伺服控制第五章数控机床的结构特点2019/8/164第一章绪论第一节：概述第二节：数控机床的分类与应用第三节：数控技术的发展作业2019/8/165第一节概述1．基本概念1）数控：2）数控技术：(NumericalControl,简称为NC),是以数字化的信息实现控制。(ComputerNumericalControl,简称为CNC)，是指用计算机实现数控的功能3）数控机床采用了数控技术的机床,或者说装备了数控系统的机床1.1.1数控技术与数控机床2019/8/166普通机床加工:对机床的控制都是由人工直接控制;自动机床、仿形机床加工:通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制，它们虽能加工比较复杂的零件，且有一定的灵活性和通用性，但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响，而且工序准备时间也很长。数控机床加工：只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置控制加工的全过程。2.数控机床的产生2019/8/167数控机床加工视频一2019/8/168数控机床加工视频二2019/8/169多品种、小批量生产的零件；形状结构比较复杂的零件；需要频繁改型的零件；价值昂贵，不允许报废的关键零件；需要最短周期的急需零件；批量较大、精度要求高的零件；3.数控机床加工的主要对象2019/8/16101.1.2数控机床的组成和工作过程数控机床一般由以下几部分组成，其中数控装置是数控系统的核心。程序载体；◆输入装置；◆数控装置；◆强电控制装置；◆机床本体；◆伺服控制装置；◆其他辅助控制装置1.数控机床的组成2019/8/1611程序载体穿孔带、磁带、磁盘等，更多的是手工直接输入。输入装置将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。零件加工程序输入过程有两种方式：一种是边读入边加工（数控系统内存较小时），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从內部存储器中逐段逐段调出进行加工。数控装置即CNC装置是CNC系统的核心，主要由计算机（包括硬件与软件）及接口组成。数控装置2019/8/1612强电控制装置数控机床的机电接口。机床本体机床本体包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、滑鞍、工作台（刀架）、导轨等。伺服控制装置伺服控制装置接受来自数控装置的位置控制信息，将其转换成相应坐标轴的进给运动和精确定位运动。常用的伺服驱动器件有功率步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机等（包括相应的驱动电路）。组成：伺服驱动单元+伺服电机+机械传动环节。2019/8/16132数控机床的工作过程数控装置伺服系统加工程序数控机床的加工过程2019/8/16141.1.3数控机床涉及到的基本技术1精密机械技术2计算机及信息处理技术3自动控制理论和伺服驱动技术4精密检测和传感技术5网络和通信技术2019/8/1615数控机床与普通机床加工零件的区别在于，数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床由工人手工操作来加工零件。由于数控加工是一种程序控制过程，从而形成了数控机床的如下几条特点。1）数控机床是一种高度自动化、高效率、高精度的机床。2）数控机床加工零件的一致性好，加工精度高，加工质量稳定。1.1.4数控机床的特点2019/8/16163）数控机床能够加工很多普通机床难以完成或者根本无法实现的复杂曲面零件。4）数控机床的生产率高。5）一机多用，工序向度集中。6）数控机床是一种高新技术设备，它不仅价格较高，而且要求具有较高技术水平的人员来操作和维修，以利于充分发挥数控机床的优势。2019/8/16171金属切削类数控机床金属切削类数控系统有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控镗铣床和数控齿轮加工机床等。2金属成形类数控机床金属成型类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控压力机等。3数控特种加工机床数控特种加工机床有数控线切割机床、数控电火花加工机床和数控激光加工机等。第二节数控机床的分类与应用1.2.1按工艺用途分类2019/8/16181点位控制数控机床点位控制点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。1.2.2按运动动方式分类2019/8/16192点位直线控制数控机床点位直线控制的切削加工点位直线控制的特点：机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个坐标位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线的进给运动。ab2019/8/16203轮廓控制轮廓控制轮廓控制（又称连续控制）数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个或两个以上的坐标轴同时进行联动控制。2019/8/16211开环控制数控机床开环数控系统的结构图特点：不带位置反馈装置1.2.3按控制方式分类2019/8/16222半闭环控制数控机床半闭环数控系统的结构图特点：在伺服电机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移（或角位移）反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。螺母丝杠滑板（工作台）伺服放大器CNC比较器角位移测量装置反馈信号指令信号伺服电机丝杠螺母电动机工作台位移传感器伺服放大器比较器CNC指令信号反馈信号2019/8/16233闭环控制机床闭环数控系统的结构图特点：在机床最终的运动部件的相应位置直接安装检测装置，将测量值反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。比较器CNC放大器指令信号反馈信号伺服电机螺母直线位移测量装置丝杆滑板（工作台）2019/8/16241.2.4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2630.1~1010~24字符/图形经济型831010字符表1.1数控系统的功能分类2019/8/1625第四节数控技术的发展状况数控技术是机械技术和计算机控制技术的结合的产物。自从美国帕森公司(ParsonsCo)和麻省理工学院(MIT)于1952年合作研制成的第一代三坐标数控铣床以来，数控系统的发展已经历了采用电子管和继电器、晶体管分立元件、集成电路、小型机数控、微处理器数控到1990年基于工控PC机的通用型CNC系统的第六代。随着计算机技术、信息技术、网络技术以及系统工程学的发展，为单机数控化向计算机控制的多机制造系统自动化发展奠定了基础。相继出现了直接数字控制系统(DNC)、柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)。一、数控技术与数控机床的产生与发展2019/8/16263.计算机集成控制系统（ＣＩＭＳ）FlexibleManufacturingSystem，它是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统1.直接数字控制系统(DirectNC，DNC)2.柔性制造系统（FSM）ComputerIntegratedManufactureSystem，其基本思想是通过计算机网络将企业的各个生产和管理环节的数据集成管理，从而达到降低库存、提高生产效率和管理水平。2019/8/16274．加工中心铣削加工中心2019/8/1628从第一台数控机床诞生起，已经历过以下几代变化。第一代数控：1952—1959年采用电子管构成的专用数控系统（NC）。第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统(CNC)。第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统(MicrocomputerNumericalControl——MNC)。1976年美国Lockhead公司开始使用图像编程。利用CAD(计算机辅助设计)绘出加工零件的模型，在显示器上“指点”被加工的部位，输入所需的工艺参数，即可由计算机自动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。二、数控机床的发展历程2019/8/1629DNC(直接数控)技术始于20世纪60年代末期。它是使用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及数控加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。DNC群控技术是FMS柔性制造技术的基础，现代数控机床上的DNC接口就是机床数控装置与通用计算机之间进行数据传送及通讯控制用的，也是数控机床之间实现通讯用的接口。随着DNC数控技术的发展，数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元。20世纪90年代，出现了包括市场预测、生产决策、产品设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS。其中，数控是其基本控制单元。20世纪90年代，基于PC-NC的智能数控系统开始得到发展，它打破了原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式，提供开放式基础，使升级换代变得非常容易。充分利用现有PC机的软硬件资源，使远程控制、远程检测诊断能够得以实现。2019/8/1630中国的数控技术与数控机床我国虽然早在1958年就开始研制数控机床，但由于历史原因，一直没有取得实质性成果。20世纪70年代初期，曾掀起研制数控机床的热潮，但当时是采用分立元件，性能不稳定，可靠性差。1980年北京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海机床研究所引进美国GE公司的MTC－1数控系统，辽宁精密仪器厂引进美国Bendix公司的DynapthLTD10数控系统。在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，北京机床研究所又开发出BS03经济型数控和BS04全功能数控系统，航天部706所研制出MNC864数控系统。“八五”期间国家又组织近百个单位进行以发展自主版权为目标的“数控技术攻关”，从而为数控技术产业化建立了基础。2019/8/163120世纪90年代末，华中数控自主开发出基于PC-NC的HNC数控系统，达到了国际先进水平，加大了我国数控机床在国际上的竞争力度。据1997年不完全统计，全国共拥有数控机床12万台。目前，我国数控机床生产企业有100多家，年产量增加到1万多台，品种满足率达80%，并在有些企业实施了FMS和CIMS工程，数控机床及其加工技术进入了实用阶段。2019/8/1632现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向发展。（1）高速切削受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现。三、数控加工技术的发展方向2019/8/1633（2）高精度控制高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标。它包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度控制两方面。（3）高柔性化柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提高单机柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。201