數(shù)控技術(shù)

浙江師范大學

交通學院

二00八年前言一、本課程性質(zhì)等二、為什么要學習本課程三、本課程要求四、本課程目的課程性質(zhì)：重要專業(yè)課課程學時：30（講授學時：26；實驗學時：4）周學時：2教材：鄭堤主編.數(shù)控機床與編程.機械工業(yè)出版社，2005參考書：朱曉春主編.《數(shù)控技術(shù)》.機械工業(yè)出版社，2006

李恩林主編.《數(shù)控技術(shù)應(yīng)用自學讀本》.機械工業(yè)出版社，2006

授課方式：課堂教學+實驗+作業(yè)考核方式：期末考試（80%）+平時（出勤、答疑、實驗、作業(yè)）（20%）一、本課程性質(zhì)等是先進制造技術(shù)內(nèi)容之一是制造裝備數(shù)字化的主要內(nèi)容是柔性自動化的基礎(chǔ)數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品數(shù)控機床的應(yīng)用越來越普及數(shù)控機床應(yīng)用人才需求量大且迫切數(shù)控技術(shù)適用領(lǐng)域廣泛是機械工程領(lǐng)域的人才必備的專業(yè)知識二、為什么要學習本課程？

藍領(lǐng)：機床操作

銀領(lǐng)（灰領(lǐng)）：工藝設(shè)計與編程，維修，數(shù)控改造

金領(lǐng)（白領(lǐng)）：管理金領(lǐng)銀領(lǐng)藍領(lǐng)社會急需的數(shù)控加工人才類型：三、本課程要求要求不缺課，認真聽課，課前預習，課后復習認真實驗，按時獨立完成作業(yè)，積極參加課堂討論有問題及時答疑并反饋信息廣泛查閱參考資料充分利用實驗室的開放條件真正學到知識和本領(lǐng)。四、本課程目的掌握數(shù)控技術(shù)的基本原理、數(shù)控機床的組成、工作原理及特點了解數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與趨勢了解數(shù)控裝置的構(gòu)成、工作原理及性能特點掌握數(shù)控機床機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能特點及設(shè)計計算方法掌握數(shù)控機床手工編程方法，能夠編制較簡單零件的數(shù)控加工程序了解數(shù)控機床計算機輔助編程方法了解數(shù)控機床的選用、購置、維護與管理第一章緒論第一節(jié)數(shù)控技術(shù)基本概念與原理第二節(jié)數(shù)控機床第三節(jié)數(shù)控機床的發(fā)展本章要求了解并掌握數(shù)控技術(shù)基本原理；了解并掌握數(shù)控機床的組成、工作原理、分類與特點；掌握數(shù)控機床坐標系及其命名方法；了解數(shù)控機床的發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)基本概念與原理數(shù)字控制技術(shù)，簡稱數(shù)控技術(shù)（NC）：采用數(shù)字指令信號對機電產(chǎn)品或設(shè)備進行控制的一種自動控制技術(shù)。數(shù)控技術(shù)與傳統(tǒng)的設(shè)備自動控制技術(shù)的顯著區(qū)別：坐標控制——采用數(shù)字指令信號對設(shè)備的運動部件的坐標運動進行控制。ZYX數(shù)控技術(shù)的基本原理將被控設(shè)備末端執(zhí)行部件的運動（或多個末端執(zhí)行部件的合成運動）納入到適當?shù)淖鴺讼抵校瑢⑺蟮膹碗s運動分解成各坐標軸的簡單直線運動或回轉(zhuǎn)運動，并用一個滿足精度要求的基本長度單位（BasicLengthUnit，BLU）對各坐標軸進行離散化，由電子控制裝置（即數(shù)控裝置）按數(shù)控程序規(guī)定的運動控制規(guī)律產(chǎn)生與基本長度單位對應(yīng)的數(shù)字指令脈沖對各坐標軸的運動進行控制，并通過伺服執(zhí)行元件加以驅(qū)動，從而實現(xiàn)所要求的復雜運動。幾個基本概念插補：插補是數(shù)控技術(shù)的核心。插補裝置的功用是將期望的設(shè)備運動軌跡沿各坐標軸微分成基本長度單位，并轉(zhuǎn)換成可控制各坐標軸運動的一系列數(shù)字指令脈沖。驅(qū)動：將插補裝置輸出的數(shù)字指令脈沖進行轉(zhuǎn)換與放大，驅(qū)動執(zhí)行元件，實現(xiàn)由數(shù)字指令脈沖序列規(guī)定的坐標運動，并最終由各坐標運動合成所期望的運動軌跡。功率放大伺服電動機傳動機構(gòu)工作臺指令脈沖脈沖當量：對應(yīng)于插補裝置輸出的每一個數(shù)字指令脈沖，伺服驅(qū)動系統(tǒng)末端執(zhí)行部件所實現(xiàn)的理論位移被稱為脈沖當量，它是系統(tǒng)所能控制的最小位移，又稱系統(tǒng)的控制分辨率，一般取為基本長度單位（BLU）。BLUNC與CNCNC——早期采用硬件數(shù)字電路實現(xiàn)的數(shù)控。CNC——現(xiàn)代采用微型計算機實現(xiàn)的數(shù)控，稱計算機數(shù)字控制技術(shù)，簡稱計算機數(shù)控（ComputerNumericalControl，CNC）。CNC是先進制造技術(shù)或生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)柔性自動化（FMS）計算機集成制造（CIM）智能制造（IM）敏捷制造（AM）虛擬制造（VM）……

第二節(jié)

數(shù)控機床

一、數(shù)控機床的組成與工作原理

程序編制數(shù)控裝置檢測反饋系統(tǒng)機床本體伺服驅(qū)動系統(tǒng)圖樣產(chǎn)品強電控制系統(tǒng)毛坯數(shù)控系統(tǒng)二、數(shù)控機床的分類1.按數(shù)控機床的加工工藝分類

數(shù)控車床數(shù)控銑床加工中心機床：具有自動換刀功能，工序集中，可一次裝夾連續(xù)自動地完成銑削、鉆削、鏜削、鉸孔、擴孔、攻絲等多道工序的加工。數(shù)控鉆床數(shù)控磨床數(shù)控鏜床數(shù)控剪板機數(shù)控折彎機數(shù)控電加工機床數(shù)控三坐標測量機

數(shù)控車床數(shù)控車削中心數(shù)控立式倒置主軸車床數(shù)控立式車床立式加工打中心機床臥式加工懶中心機床數(shù)控磨紅床數(shù)控沖凍床數(shù)控激適光切割底機床三維數(shù)霸控激光加孕工機床數(shù)控滾震齒機數(shù)控折彎勇機電火花升成型機溪床數(shù)控線筍切割機季床三坐標煩測量機2.按胞數(shù)控機床需運動軌跡析控制方式灘分類點位控制虎數(shù)控機床連續(xù)控椒制數(shù)控伏機床（奧輪廓控漏制數(shù)控想機床）XZY3.旁按伺服港系統(tǒng)控盞制方式貿(mào)分類開環(huán)控制貌數(shù)控機床數(shù)控裝置步進電動機機床工作臺閉環(huán)控志制數(shù)控擇機床數(shù)控裝置伺服馬達機床工作臺位置檢測器半閉環(huán)撫控制數(shù)蹤蝶控機床數(shù)控裝置伺服馬達位置檢測器機床工作臺位置檢測器4.韻按數(shù)控循機床功寧能強弱脊分類經(jīng)濟型之數(shù)控機灑床——光簡易數(shù)暑控，脈追沖當量盆：0.浸001懲-0.菜01mm全功能數(shù)叢控機床——普及型啞數(shù)控機氧床，脈癥沖當量棄：0衣.1-移1μm高檔型數(shù)紫控機床—翻—五軸以鏡上聯(lián)動控涉制、高度黎柔性、超默高速、超弓精密,脈抄沖當量：抄<0.泊1μm5.醫(yī)按控制幣聯(lián)動坐茂標軸數(shù)畫分類二坐標裳數(shù)控機竊床主要口用于加捆工二維無平面輪亦廓；三坐標仿數(shù)控機漠床主要兇用于加施工三維浙立體輪氧廓；四坐標和哨五坐標數(shù)崖控機床主慕要用于加爽工空間復尖雜曲面或章一些高精沿度、難加量工的特殊屢型面。三、數(shù)控呈機床的特加點自動化挑程度高加工精督度高生產(chǎn)率高對工件頁的適應(yīng)行性強有利于生合產(chǎn)管理信攻息化四、數(shù)控崇機床坐標浩系數(shù)控機床腸最重要的竟功能是坐攤標控制功慮能。數(shù)控機懲床坐標沖系是設(shè)蘇計、制片造和使荷用數(shù)控擦機床的方基礎(chǔ)。有關(guān)數(shù)控跪機床坐標惹系的國際倡標準：ISO宋841—197詞4JB/線T30桑51—1999《數(shù)控機床妥坐標和運養(yǎng)動方向的蔬命名》1．數(shù)控遞機床坐標嗽系采用右手墾笛卡兒直膜角坐標系：坐標軸X、Y、Z的正向波采用右慕手定則殃確定坐標軸A、B、C的正向公采用右披手螺旋膨定則確歪定通常在烏命名數(shù)分控機床民坐標系療時，總南是假定憶工件不種動，刀蛇具相對傾于工件哥運動，誦則坐標允系用XYZ預ABC表達；若刀具不學動，工件裁相對于刀昂具運動，胡則相應(yīng)的趙坐標系用X′Y′Z′A′B′C′來表達。兩種坐戰(zhàn)標系中窗的正運察動方向若正好相鑄反。幾種坐標蝦系機床坐標陣系：機床上攔固有的沒坐標系朱，并設(shè)敲有固定炮的坐標凳原點，戒稱機床四零點或腦機械零都點；由數(shù)控機燦床制造商擇提供，機余床出廠時逝該坐標系狡就已確定機，用戶不引能輕易修蔬改；與機床保的位置虹檢測系珠統(tǒng)相對修應(yīng)，是屢數(shù)控機豪床的基葉準；機床每次我上電開機連后，應(yīng)首篇先使運動罰部件返回醒機床零點穴，對機床沈坐標系進區(qū)行校準。工件坐標棚系是為編程連和加工方場便由編程殖人員在編困制零件數(shù)原控加工程菠序時設(shè)置糾的，可以福任意設(shè)置塑；不同的零握件或不同閣的編程人象員可以根嬌據(jù)習慣或暢工藝特點堤而采用不膊同的工件返坐標系；采用工件那坐標系進妄行編程時嚴，可以不還考慮加工重時所采用站的具體機轎床的坐標壺系及工件泉在機床上兆的裝夾位石置，為編考程人員帶田來很大方板便。YY1OO1XX1工件坐標系偏置工件坐標系機床坐標系絕對坐標形系和相對桃坐標系絕對坐怠標系是如指刀具返運動軌幫跡上所有點的坐標巴值均從某一擾固定坐趨標原點廁計量的喪坐標系奮；相對坐挑標系（復又稱增匹量坐標析系）是喉指刀具圣運動軌艦跡的終點坐標是相非對于起點計量的忍坐標系括；絕對坐壟標系和災(zāi)相對坐蛛標系可旗通過標怖準數(shù)控濱代碼G90（絕對坐標哨指令代碼燙）和G91粥（相對坐籠標指令浩代碼）事進行轉(zhuǎn)爺換。OO1X1YXABY130123515附加坐慌標系機床在主濃坐標系XYZA疤BC的坐標運動動之外還恥有與之平姨行的坐標鋪運動，構(gòu)逃成附加坐幣標系UVWP蠶QR；附加坐釀標系一村般僅在丸大型數(shù)瓶控機床街上會出名現(xiàn)。2．數(shù)控機拴床坐標軸印的確定Z軸及其方碑向有主軸笑機床（秘車、銑享、鉆鏜葉等），Z軸與主軸攻軸線平行握；無主軸機號床（刨、孤插等），緞或多主軸租機床（龍任門式輪廓禮銑床等）割，Z軸與工賭件裝夾替面（即乓工作臺接面）的愈法線平倘行。使刀具賤遠離工過件或使奴工件尺渴寸增大認的運動佩方向為Z軸的正柳方向。X軸及其帝方向一般位于卸與主軸軸欺線垂直或遺與工件裝企夾面平行秩的水平面讀內(nèi)。在工件旋余轉(zhuǎn)的機床全上，如車鳴床等，X軸垂直于筒主軸軸線泊且平行于世橫向滑板般，使刀具耳遠離工件惹或使工件叔尺寸增大西的運動方雕向為X軸的正師方向。在刀具旋夢轉(zhuǎn)的機床滔上若主軸是喂水平的，局如臥式銑故床等，則許逆著Z軸正向屋由刀具煎（主軸咐）向工攪件看，X軸的正濤向指向改右邊；若主軸形是垂直愚的，如望立式銑內(nèi)床等，岡則由刀制具向立寶柱看，X軸的正吧向指向鄉(xiāng)豐右邊。Y軸及其方獵向Y軸及其方五向可在已紡經(jīng)確定好Z軸和X軸的基葬礎(chǔ)上，裂按右手枝定則來集確定。ZX臥式數(shù)控貴車床坐標抄系+X+ZXYZZXY第三節(jié)數(shù)控機忌床的發(fā)儉展一、數(shù)淘控機床速發(fā)展簡餐史194確8年，束美國人John綠Par貨sons提出設(shè)想音；1952添年，試制成萬功世界兵上第一毫臺數(shù)控迅機床；1952獻~195僻9：第一代沃電子管數(shù)惰控系統(tǒng)；195挎9~196棕5：第算二代晶留體管數(shù)仗控系統(tǒng)目；196奴5~197旋0：第目三代集可成電路綱數(shù)控系音統(tǒng)；1970~197隸4：第靠四代大擊規(guī)模集陷成電路允及小型通鞏用計算延機數(shù)控龍系統(tǒng)；197鳳4~慌：第五代養(yǎng)微型計塔算機數(shù)晨控系統(tǒng)；20世紀蛙末~：第六代基笛于PC的數(shù)控系您統(tǒng)。第一階段NC第二階段CNC柔性自直動化體積減追小，功麻能性能泉提高數(shù)控機喘床布局數(shù)控機苦床結(jié)構(gòu)數(shù)控機床裹傳動機構(gòu)主傳動進給傳動導向機構(gòu)數(shù)控機床載造型數(shù)控機床銜功能數(shù)控機床譯性能隨著數(shù)停控技術(shù)煌的發(fā)展閥，對機弦械系統(tǒng)攝要求越槽來越高政，促使宣精密機旦械技術(shù)盯得到了處快速的內(nèi)發(fā)展我國數(shù)牽控機床遭發(fā)展的鄭三個階畝段第一階擊段：1辭958估-19記79，封閉式穴發(fā)展階激段第二階段年：“六五”、“七五”期間以死及“八五”的前期，引進技術(shù)叨，消化吸申收，初步濕建立起國戶產(chǎn)化體系欲階段第三階段紛：“八五”后期和“九五”期間，實施產(chǎn)癢業(yè)化的春研究，育進入市偉場競爭日階段目岡前：國產(chǎn)數(shù)控旺機床的國境內(nèi)市場占稠有率達50％，配宴置的國集產(chǎn)數(shù)控越系統(tǒng)（尚普及型偶）也達三到了10％；數(shù)控隙機床的普償及率迅速健提高，數(shù)葛控機床擁緩有率目前糖已接近3識%二、數(shù)撲控機床御發(fā)展趨泛勢智能化督：與人工聲智能相捏結(jié)合；逗模糊控換制、學聲習控制鬼、自適乏應(yīng)控制村、運動競參數(shù)動段態(tài)補償座、自動兼識別負釀載并自毫動優(yōu)化滾調(diào)整參勁數(shù)、自備診斷和迷故障監(jiān)椅控專家伐系統(tǒng)；川更好地杜實現(xiàn)對矛人類智晃力的延竊伸。開放化：基于PC，硬件、軟致件和總線思規(guī)范均對博外開放，便于系話統(tǒng)集成和洽二次開發(fā)籠，使數(shù)控搭系統(tǒng)具納有更好友的通用勢性、柔女性、適巷應(yīng)性、逝擴展性棍。網(wǎng)絡(luò)化：企業(yè)底諷層生產(chǎn)毯控制系然統(tǒng)的集落成更加樹簡便有景效；促進企渡業(yè)間的罩合作與械資源共寄享；使制造律商能夠爐通過計潛算機網(wǎng)寒絡(luò)為用酬戶提供津遠程故身障診斷枕、維修傍、技術(shù)骨咨詢等裂服務(wù)。高速化：充分發(fā)影揮現(xiàn)代王刀具材著料的性越能，大做幅度提斑高加工艙效率、鈔降低加島工成本爽，提高陷零件的辮表面加潛工質(zhì)量占和精度譯，適應(yīng)材制造業(yè)繡對高效陣、優(yōu)質(zhì)葉、低成至本生產(chǎn)便的廣泛呼需求；目前擾，電主軸轉(zhuǎn)礦速可達15,科000～100百,00彎0r/mi面n、進給運弦動部件步快移速勉度達60～120m/m組in，切削進給呀速度達60m/m透in。精密化：近10多準年來，普遮通級數(shù)控妻機床的加瞎工精度已倚由±10μm提高到孔±5μm，精密級加另工中心的滲加工精度克則從±3腐～5μm提高到張±1～仔1.5μm，超精密鑄數(shù)控機主床加工察精度已倘開始進堡入納米罪級(0云.01μm)小。復合化晉：工序高度戲集中，減帆少工序間壘轉(zhuǎn)換時間蛙；5軸聯(lián)栗動5面加襪工數(shù)控機僵床是典型滑的復合化謀數(shù)控機床呼；數(shù)控五舟面加工龍艙門銑床，俗可使生產(chǎn)負周期縮短吵至非數(shù)控收機床的1落6%，使歡切削時間稍比率由1色7%增至爸70%，味大大提高塌了機床的藝利用率，杠同時由于選減少多次叨安裝零件央引起的誤陣差，易于