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《数控技术》课程（2013）大作业院（系）机电工程学院专业机械制造及其自动化姓名Guobs学号1100800班号1008任课教师完成日期2013.5.2哈尔滨工业大学机电工程学院2013年5月I说明一、大作业应包括下列主要内容：1.目录；2.题目1的要求（精简版）与报告；3.题目2的要求（精简版）与报告；4.题目3的要求（精简版）与报告；5.其他内容二、注意事项：1.报告可以打印，也可以手写，手写的请扫描后粘贴入word文件中，形成电子文档；2.调研部分，不要为了凑字数，而撰写大量无关内容。字数不重要，重要的是对调研内容的自我总结；3.在大作业的最后，如果愿意，可以谈一下对课程的感受和建议；4.报告的电子版请以班级为单位，刻录在光盘中交给任课教师。三、报告请用A4纸双面打印，左侧装订，统一交给任课教师，以备检查。四、此说明页请勿删除。II目录作业一：调研报告——数控系统的国内外发展及应用现状一、引言……………………………………………………………………………………………1二、数控系统的发展过程和趋势……………………………………………………………1（一）数控系统的发展过程……………………………………………………………………1（二）数控系统的发展趋势……………………………………………………………………2三、国内外数控系统功能介绍与应用分析…………………………………………………4（一）国内数控系统……………………………………………………………………………4（二）国外数控系统……………………………………………………………………………5四、国内数控系统与国外数控系统的比较及存在的差距………………………………7（一）国外数控系统现状………………………………………………………………………7（二）国内数控系统现状………………………………………………………………………8（三）国内数控系统与国外数控系统存在的差距……………………………………………8五、小结…………………………………………………………………………………………9六、参考文献……………………………………………………………………………………9III作业二：加工中心零件加工编程一、目的和要求…………………………………………………………………………………10二、数控机床设备……………………………………………………………………………10三、加工工艺制订……………………………………………………………………………11（一）加工零件…………………………………………………………………………………11（二）工艺分析…………………………………………………………………………………11四、要完成的程序编写任务…………………………………………………………………13五、加工工件和坐标系………………………………………………………………………13六、加工程序…………………………………………………………………………………14IV作业三：典型曲线数字积分法插补方法一、目的…………………………………………………………………………………………16二、要求…………………………………………………………………………………………16三、DDA法椭圆插补…………………………………………………………………………16（一）DDA法椭圆插补积分表达式……………………………………………………………16（二）DDA法椭圆插补的步骤…………………………………………………………………17（三）插补器的结构框图………………………………………………………………………18（四）DDA法椭圆插补的终点判别……………………………………………………………18四、DDA法椭圆插补实例……………………………………………………………………191调研报告——数控系统的国内外发展及应用现状机电工程学院：郭本生学号：1100800117摘要：数控系统是现代制造技术的基础，应用十分广泛，它使普通机械被数控机械所代替，全球制造业发生了根本性变化。本文对数控系统的发展过程和趋势进行总结；分别对国外和国内的几种数控系统进行功能介绍与应用分析；对国内数控系统与国外知名的数控系统进行比较，并总结存在的差距。关键词：数控系统，发展过程，应用现状，国内外对比一、引言在过去的几十年，数控机床经历了从无到有，稳步提高，逐步发展壮大的发展过程。如今，数控机床正处于一个快速发展和提高的时期，在基础技术、设计及制造工艺、高端技术和新功能开发等方面都取得了长足的进步，新技术、新产品、新功能层出不穷，并向高速化、高精度化、复合化、智能化、信息化、绿色化的趋势发展。二、数控系统的发展过程和趋势(一)数控系统的发展过程数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下：1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。1949年，帕森斯公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心(MCMachiningCenter)，使数控装置进入了第二代。1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)，这是第五代数控系统。20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度2进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现智能化，网络化制造。现在，数控技术也叫计算机数控技术（ComputerizedNumericalControl简称：CNC），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。（二）数控系统的发展趋势1.高速化数控机床向高速度发展的主要目的是提高生产率。(1)主轴转速：近些年来，数控机床的主轴转速普遍提高。中、小型加工中心的主轴最高转速大部分提高到5000-6000r/min，有的数控机床已经达到4000r/min;(2)提高进给速度：一般的加工中心，进给速度可达1-2m/min,快速移动速度已达33m/min，逐步靠近50m/min;(3)缩短辅助时间：缩短辅助时间包括缩短换刀时间、刀具移近或离开工件的时间及工件装卸时间等。目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。2.高精度化高精度并不仅仅是指数控机床对工件的加工速度要高要快，生产的产品精度更高，而且也要求数控机床在工件加工的整个过程中都要高速运转、精确定位，以减少工件在准备、加工、转运、收储等各个环节占用的时间，综合提高工厂的生产效率，降低生产成本。更高精度的机械产品在实际使用中会带来更多的益处，如减少运转过程中的摩擦和发热，降低能源损耗，使整机运转更加平稳可靠，减少故障出现的几率等等。为了实现高速高精度的目标，自动化产品厂商们加大了技术投入和开发力度，研发了更多的自动化产品应用于数控机床，如直线电机、电主轴、更高线数的编码器、精度更高更稳定的光栅尺等等，这些自动化产品为数控机床实现高速高精度功能提供了强有力的支持。3.复合化当今的机械加工更趋向于高精度、多品种、小批量、低成本、短周期和复杂化的加工，复合加工是数控机床的一个重要技术发展方向。复合功能使数控机床显著提高了工件成品的生产速度，能够大大消除散列工序加工过程中的运输、装夹及等待时间，使加工周期大大缩短并降低加工车间的在制品数量。工件在机床上只有一次装夹定位，既减少了加工辅助时间，又提高了工件的加工精度。显然，复合加工机床对自动化产品的要求更高。复合功能的实现依赖于针对工件和刀具的实时检测与智能判断、数据运算、刀具管理及系统控制。高灵敏度的探针、高速处理芯片、体积更小、响应速度更快的传感器和执行器等自动化产品和技术在3机床上将会得到更为广泛的应用。4.智能化智能化的主要趋势如下：（1）自动识别加工特征的、带有工艺规划的编程系统；（2）自动防止刀具和工件干涉碰撞，智能刀具监控技术，自主发现刀具存在的问题，并实施相应的应对策略；（3）对机床振动情况监测，进行机床振动等级评价，借助相应的抑振算法或智能主轴转速调整，自动抑制振动，以提高加工的平稳性和刀具寿命；（4）自动位置检测和补偿功能，自动补偿主轴、立柱、床身等热变形的影响；（5）自动补充润滑油和抑制噪音的功能；（6）机床故障诊断及维护等。因此，智能化数控系统的配置将根据不同的目标和应用场合，进行选择和组合，有针对、有选择的集成智能化技术，构筑由简单到高级的智能化产品体系。5.信息化目前，具有网络化功能的自动化产品在数控机床中得到大量应用，这也是自动化产品和技术飞速发展的动力之一。数控系统生产商已经在系统中集成网络接口，来满足和适应生产加工的快速化、信息化、网络化的要求，而国内使用信息化、网络化机床的用户也正在从中获得巨大的收益。因此，数控机床应具备并实现语音、图形、视频和文本的通信功能。通过网络信息的共享，生产计划调度部门可以实时监控机床工作状态和加工进度，向网络信息的其他使用部门传递共享信息，在网络上观察加工过程、统计报表、跟踪生产进度、查看故障报警、在线诊断及帮助排除故障等功能。6.绿色化节能减排是当今社会的热点，低碳环保是当今时代的主题。全球范围内都在提倡绿色经济、低碳经济，这样的发展趋势和环保要求同样在数控机床行业得到响应和实践。这就要求机床的制造材料要环保，可以回收利用，能够降低空运转功率，减少功率损耗，尽可能减少机床使用和工件加工过程中产生的各种废弃物，并保证这些废弃物不污染工作环境和自然环境。因此，自动化产品、数控系统和数控机床制造商们根据各自的研究成果，采用新的环保材料和生产工艺，改变产品结构和方式，研发新的技术手段，改进废弃物的回收方式等，把4环保节能的绿色要求和指标嵌入到了数控机床中，以使数控机床对环境的影响降低到最小程度。三、国内外数控系统功能介绍与应用分析（一）国内数控系统1.广州数控GSK928TD车床数控系统GSK928TD采用32位高性能CPU和超大规模可编程器件CPLD构成控制核心，实现μ级精度运动控制。在操作上沿袭了GSK928TE方便、简明、直观的界面风格，具有较强的功能及稳定的性能。在系统操作、安全、加工精度及加工效率方面具有突出特点。（1）功能十分丰富X、Z两轴联动，0.001mm插补精度、最高快速速度15m/min。圆弧加工的最大半径可达11米。加工性能高，系统输出脉冲平稳、均匀，工件表面纹路均匀细腻、衔接处无顿痕。高效加工及灵活的实时检测并行执行处理机制；程序段间过渡不占时间；辅助指令与定位指令可以同步执行。最大限度的安全措施：提供了多种有关安全方面的参数选项，确保安全使用；具有双重软限位保护功能(机床坐标软限位+刀尖坐标软限位)。具有反向间隙补偿、刀具长度补偿功能、C型刀具半径补偿。具有电子齿轮功能，电子齿轮比（1～99999）/（1～99999）。具有灵活多样的帮助功能。（2）多个指令同步执行传统数控系统的指令是按顺序执行的，就算将多个指令写在同一程序