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数控加工编程技术机械工业出版社同名教材配套电子教案主编：陈为国2012年6月ISBN978-7-111-38439-7第1章绪论2013年4月9日星期二21.1数控机床的概念1.2数控加工技术1.3数控加工的应用与发展思考与练习第1章绪论上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二3重点、难点与学习提示本章重点：数控技术的概念、工作过程和分类。本章难点：数控技术的发展阶段。数控技术和数控技术的发展趋势。学习提示：上网搜索了解常用数控系统的品牌及性能。深入实验室或生产现场了解现有数控机床的使用情况。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二41.1数控机床的概念数控机床（NumerialControlMachineTools）是指采用数字控制技术对机床加工过程进行自动控制的一类机床。是高效率、高精度、高柔性和高自动化的光、机、电一体化的数控设备。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二51.1.1数控技术的概念1.数控技术的概念数控技术，简称数控(NC，NumericalControl)，是以数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。NC：属硬件连结的数控系统。CNC（ComputerNumericalControl，计算机数控技术）：用计算机软件程序控制取代NC系统的硬件逻辑电路。粗略的理解，NC和CNC的含义基本相同。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二62.数控技术的发展2个阶段6个时代：第1阶段：硬件数控（NC）阶段，大约经了3个时代。即：1952年的第一代——电子管；1959年的第二代——晶体管；1965年的第三代——小规模集成电路。注：第1阶段硬件连线的硬逻辑数控系统目前基本淘汰。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二7第2阶段：计算机数控（CNC）阶段。大致经历了3个时代的发展。即：1970年开始的小型计算机为特征的第四代；1974年开始的以微处理器为核心的第五代；1990年开始的基于PC机（PC－BASED）的第六代。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二81.1.2数控机床的产生与发展产生：1952年商帕森斯公司（ParsonsCorporation）与美国麻省理工学院（MIT）共同研究试制成功第一台三坐标数控铣床发展：第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生产出来。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二91960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。1959年3月，由美国卡耐&特雷克公司开发出第一台数控加工中心。1967年，出现了柔性制造系统（FMS）。20世纪80年代，出现柔性制造单元（FMC）。20世纪90年代，出现了计算机集成制造系统（CIMS）。综上所述，数控机床是现代制造生产系统中重要的组成部分之一，是实现计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）等现代制造技术的基础。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二101.2数控加工技术1.2.1数控机床的工作过程数控机床的工作过程如图1-1所示。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二111.2.2数控机床的组成与工作原理1.数控机床的组成数控机床也被称为数字控制机床(NumericallyControlledMachineTool)、NC机床或CNC机床。数控机床主要由数控系统与机床本体两大部分组成，如图1-2所示。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二12数控机床组成详述如下：(1)程序编制及程序载体数控程序：是由文字、数字和符号等按一定的规则和格式组成的代码。程序载体：早期程序单或穿孔纸带，现代的存储卡、计算机、磁盘等，(2)输入输出装置输入装置：主要有键盘、存储卡和RS232接口等。输出装置：存储卡和RS232接口等。(3)数控装置数控装置是数控系统的核心部件。常常集成有可编程控制器(PMC或PLC)。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二13(4)驱动装置和位置检测装置驱动装置：包括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置：检测各坐标轴的实际位移量并反馈给数控装置，实现半闭环和全闭环控制。主轴伺服系统：控制的主轴转速等。目前常用的有变频调速和伺服调速两方法。(5)辅助装置作用：实现数控机床开关量的控制，常由机床厂家编程设计，数控系统厂家也会提供一些标准设计。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二14(6)机床本体数控机床的机床本体与传统机床相近，包括：主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二15图1-3所示为某数控车床组成框图。上一页下一页首页退出图1-3某FUNAC系统数控车床组成框图第1章绪论2013年4月9日星期二162.常用数控系统简介常用的数控系统有发那科、西门子、三菱、广州数控、华中数控等。(1)发那科（FANUC）系统FANUC系统是日本富士通公司的产品，其中文通常译名为发那科。常见型号有：FANUC0i、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。北京发那科机电有限公司是由北京机床研究所与日本FANUC公司于1992年共同组建的合资公司，专门从事机床数控装置的生产、销售与维修。FANUC0i系列产品是其代表作，在国内占有比较大的市场份额。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二17(2)西门子（SINUMERIK）系统西门子（SINUMERIK）数控系统是德国西门子公司的产品。主要型号有SINUMERIK801、SINUMERIK802S/C、SINUMERIK802D、SINUMERIK840D/810D等。西门子数控（南京）有限公司是西门子公司与中国北方工业集团公司共同出资组建的合资企业，建立于1996年。国内市场上能见到的国外数控系统的品牌还有：日本的三菱（MITSUBISHI）、德国的海德汉（HEIDENHAIN）、意大利的菲迪亚（FIDIA）、西班牙的发格（FAGOR）、美国的哈斯（Haas）、法国的NUM等。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二18(3)广州数控(GSK)系统广州数控(GSK)系统是广州数控设备有限公司（简称广州数控、GSK）的数控产品。包括：数控系统、伺服驱动、伺服电机等。广州数控(GSK)系统包括车床数控系统、钻铣床数控系统、加工中心数控系统和磨床数控系统等系列产品。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二19(4)华中数控系统华中数控系统有限公司成立于1995年，由华中科技大学，中国国家科技部，湖北省，武汉市科委，武汉市东湖高新技术开发区，香港大同工业设备有限公司等政府部门和企业共同投资组建。产品包括数控系统、伺服单元和电机、主轴单元及主轴电机等。华中数控系统的主要有：车床数控系统、铣床、加工中心数控系统、高性能数控系统等。国内市场上能见到的国产数控系统的品牌还有：北京的凯恩帝（KND）、北京的航天数控、南京大地数控、南京四开、成都广泰等。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二201.2.3数控机床的分类1.按加工原理分类可以分为金属切削类数控机床，如数控车床、数控铣床、数控加工中心、数控磨床……等；特种加工类数控机床，如线切割机床、电火花成型机床、火焰切割机床、激光加工机床等；板材加工类数控机床，如数控压力机、数控剪板机、数控折弯机和数控旋压机等。图1-4～6列举了常见的金属切削类数控机床。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二21图1-4～6列举了常见的金属切削类数控机床。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二22图1-4～6列举了常见的金属切削类数控机床。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二23图1-4～6列举了常见的金属切削类数控机床。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二24图1-4～6列举了常见的金属切削类数控机床。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二25图1-4～6列举了常见的金属切削类数控机床。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二262.按控制运动轨迹分类按运动轨迹的不同，数控机床可以分为：点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床等，金属切削类数控机床一般为轮廓控制。3.按驱动装置的特点分类按驱动装置的特点不同，数控机床可以分为：开环控制数控机床(图1-7)、闭环控制数控机床(图1-8)、半闭环控制数控机床(图1-9)、混合控制数控机床(图1-10、11)等。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二271.3数控加工的应用与发展1.3.1数控加工技术的应用形状复杂、单件小批量、加工精度要求较高的零件加工。如图1-12所示。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二28上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二291.3.2数控机床的发展趋势1.数控技术的发展趋势(1)高精度、高速度的发展趋势(2)5轴联动加工和复合加工(3)功能不断加强(4)体系结构的发展集成化、模块化、网络化等。(5)多轴化(6)智能化、开放式、网络化(7)重视新技术标准、规范的建立上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二302.数控机床的发展趋势数控机床的发展主要体现在以下几方面：(1)高速化包括：①高主轴转速（最高转速达200000r/min）；②大进给率：最大可达到240m/min；③运算速度快；④换刀速度快：普遍在1s左右，高的已达0.5s。(2)高精度化包括：①提高CNC系统控制精度：可达0.01μm/脉冲；②采用误差补偿技术：如反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等；③采用网格解码器检查和提高的运动轨迹精度。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二31(3)功能复合化复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。复合包括：工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型：如镗铣钻复合加工中心、车铣复合车削中心、铣镗钻车复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。如多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9轴控制等）以及4～5轴联动的五轴加工中心、五轴联动高速铣削中心等。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二32(4)控制智能化具体体现在以下几个方面：①加工过程自适应控制技术；②加工参数的智能优化与选择；③智能故障自诊断与自修复技术；④智能故障回放和故障仿真技术；⑤智能化交流伺服驱动装置；⑥智能4M数控系统：促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。(5)体系开放化包括：①向未来技术开放；②向用户特殊要求开放；③数控标准的建立。上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二33(6)驱动并联化。(7)极端化（大型化和微型化）(8)信息交互网络化。(9)新型功能部件包括：①高频电主轴；②直线电动机；③电滚珠丝杆。(10)高可靠性(11)加工过程绿色化(12)多媒体技术的应用上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二34思考与练习1.名词解释：数控技术、数控机床、NC与CNC等。2.简述数控机床的工作过程。3.简述开环控制数控机床、半闭环控制数控机床和闭环控制数控机床各自有什么特点？4.数控机床的产生？数控技术的发展阶段？5.何谓联动控制？其有什么特点？6.什么叫开环、半闭环和闭环控制？它们之间的区别是什么？上一页下一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二35本章结束谢谢！上一页首页退出第1章绪论2013年4月9日星期二36数控机床的工作过程具体表述如下：(1)加工程序输入将零件加工程序