現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)羅圓智武漢工程大學(xué)機械工程學(xué)院2/20/20251主要參考書廖效果、劉又午等

《數(shù)控技術(shù)》湖北科學(xué)技術(shù)出版社武漢，2000年

畢承恩，丁乃健《現(xiàn)代數(shù)控機床》

機械工業(yè)出版社北京，1994張建鋼等《數(shù)控技術(shù)》華中科技大學(xué)出版社武漢，20002/20/20252教學(xué)方法與考核方式教學(xué)方法課堂教學(xué)實驗教學(xué)自學(xué)專題講座考核方式考試（70%）平時成績（20%）讀書報告課堂提問實驗報告（10%）2/20/20253

§1-1數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的基本概念第一章緒論

一、定義1.數(shù)字控制(數(shù)控NC)(NumericalControl)

它是指用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程中進(jìn)行控制的一種方法。2.數(shù)控系統(tǒng)（NCControlSystem）

數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機構(gòu)等統(tǒng)稱數(shù)控控制系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進(jìn)給及驅(qū)動裝置等組成。2/20/20254

數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機床。它綜合了綜合了計算機、自動控制、精密測量、機床的機構(gòu)設(shè)計與制造等方面的最新成果。3.數(shù)控機床（NCMachineTools）4、數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5、計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。2/20/202557、并聯(lián)機床：新一代機床的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步滿足超精密，超高速。6、加工中心MC：數(shù)控機床配有刀具庫和自動換刀裝置就構(gòu)成加工中心，它可以一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。

2/20/20256驅(qū)動桿機架

動平臺主軸電機伺服電機主軸刀具柔性夾具工件靜平臺圖1-1并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)示意圖

驅(qū)動并聯(lián)化并聯(lián)加工中心（又稱6條腿數(shù)控機床、虛軸機床）是數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破。2/20/20257§1-2現(xiàn)代數(shù)控機床的特點和發(fā)展趨勢一、特點1.對加工對象的適應(yīng)性強。2.生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。3.能完成復(fù)雜型面的加工。2/20/20258

5.數(shù)控機床是一種高技術(shù)的設(shè)備。

它具有故障診斷的能力，監(jiān)控功能強，能減輕操作者的勞動強度、實現(xiàn)加工自動化和操作簡單化，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和有利于向高級計算機控制與管理方面發(fā)展

4.工序集中，一機多用。3.需要高度熟練和經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的零件編程員。缺點：1.造價相對較高。2.測試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人才。2/20/20259

二、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

１．高速度:以發(fā)展高速切削為先導(dǎo)（最高轉(zhuǎn)速達(dá)80000r/min以上），并重視對空行程的提速(最高進(jìn)給速度達(dá)80m/min)，力求達(dá)到更大的加工效率。2．高效率：在注重提高機床材料去除率的同時，大力推進(jìn)以縮短加工過程鏈為目標(biāo)的復(fù)合加工技術(shù)。3．高柔性：機床及其制造系統(tǒng)的柔性化將在可重組技術(shù)的支持下，通過對制造系統(tǒng)的快速重組實現(xiàn)敏捷和經(jīng)濟地適應(yīng)不確定市場對產(chǎn)品多變地要求。2/20/202510

5．高環(huán)保：機床地綠色設(shè)計與制造以重視環(huán)保的凈潔生產(chǎn)為重點，干切削或微量切削液的高效加工技術(shù)日趨成熟。4．高精度：數(shù)控車、銑、磨等機床地工作精度正以平均每年提升8%～10%地幅度向納米級精度邁進(jìn)。2/20/202511

三、數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷史

1952年，三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床的系統(tǒng)研究成功。電子管元件、晶體管元件、集成電路數(shù)控系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路及小型計算機和，微處理機和微型計算機。數(shù)控加工中心（machiningcenter）的出現(xiàn)使單機數(shù)控自動化向計算機控制的多機制造系統(tǒng)自動化方向發(fā)展。2/20/202512隨著計算機技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DNC）、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。先進(jìn)制造技術(shù)

1．快速原型法（又稱快速成形法）

2．虛擬制造技術(shù)

3．柔性制造系統(tǒng)(FMS)4．柔性制造單元（FMC）

5．計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)2/20/2025132、直接數(shù)字控制系統(tǒng)

DNC系統(tǒng)是用一臺計算機直接控制和管理一群數(shù)控機床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。計算機將一組數(shù)控機床與存儲有零件加工程序和機床控制程序的公共存儲器相連接，根據(jù)加工要求想向機床分配數(shù)據(jù)和指令。DNC系統(tǒng)可分為間接控制型和直接控制型兩種。

2/20/202514（1）、間接控制型系統(tǒng)

2/20/202515（2）、直接控制型系統(tǒng)

2/20/2025163、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)

（1）、柔性制造單元：由中心控制計算機、加工中心與自動交換工件（AWC、APC）裝置所組成。

中心控制計算機負(fù)責(zé)作業(yè)調(diào)度、自動檢測與工況自動監(jiān)控等功能。2/20/202517（2）、柔性制造系統(tǒng)

一般由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成。

加工系統(tǒng)：由CNC機床按DNC的控制方式構(gòu)成。系統(tǒng)中的機床，有互補和互替兩種配置原則：互補是指在系統(tǒng)中配置有完成不同工序的機床；互替是指在系統(tǒng)中配置有相同功能的機床。

2/20/202518物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個子系統(tǒng)。刀具系統(tǒng)設(shè)有中央刀庫，由機器人在中央和各機床的刀庫之間進(jìn)行輸送和交換刀具。工件系統(tǒng)包括工件、夾具的輸送、裝卸以及倉儲等裝置。

2/20/2025192/20/202520信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動控制，在線狀態(tài)監(jiān)控及其數(shù)據(jù)和信息處理，以及故障在線檢測和處理等。

2/20/2025214、計算機集成制造系統(tǒng)CIMS采用現(xiàn)代計算機技術(shù)將制造工廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機地集成起來。CIMS將計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助管理集成在一起。2/20/202522§1-3數(shù)控機床的工作原理和組成一、組成2/20/202523程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動及位置檢測輔助控制即強電控制裝置機床主運動機構(gòu)進(jìn)給運動機構(gòu)輔助動作機構(gòu)圖1-1數(shù)控機床的組成框圖2/20/2025242/20/202525（一）程序編制及程序載體

數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。即把加工零件的所有運動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息，按規(guī)定的方法、格式和代碼，所編制的程序。程序載體存放程序以便輸入到數(shù)控裝置的裝置。（二）輸入裝置將所輸入的程序載體上的數(shù)控程序變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。（三）數(shù)控裝置及強電控制裝置

數(shù)控裝置是接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過編譯、運算和邏輯處理后，輸出指令控制機床的各個部分，按程序動作的裝置。2/20/202526（四）伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置監(jiān)測裝置（五）機床的機械部件

強電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。其主要作用是編譯、判斷和功率放大。

伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成，并與機床的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進(jìn)給系統(tǒng)。

機械部件包括主運動部件、進(jìn)給運動執(zhí)行部件、床身、冷卻、定位夾緊裝置等。2/20/202527二、工作原理圖1-2數(shù)控機床的工作原理圖編程手冊加工圖樣編程機穿孔機或存儲裝置穿孔帶、磁盤等輸入裝置數(shù)控裝置隨動進(jìn)給系統(tǒng)機床2/20/202528

§1-4數(shù)控機床的分類一、按機床運動軌跡分類1.點位控制數(shù)控機床為點到點控制，只要刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置的控制方式，稱為點位控制。這類機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床等。2/20/202529圖1-3點位控制加工原理圖2/20/2025302.直線控制數(shù)控機床圖1-4直線控制的加工原理圖除點到點的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點之間移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有2

3個可控坐標(biāo)軸，但同時控制的坐標(biāo)軸只有一個。2/20/2025313.輪廓控制的數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上運動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可進(jìn)行曲線或曲面的加工。圖1-52軸控制，同時控制兩個坐標(biāo)2/20/2025323軸聯(lián)動，(3軸控制)4軸控制

圖1-6多軸聯(lián)動數(shù)控加工的原理圖5軸聯(lián)動加工5軸聯(lián)動加工2/20/202533二、按伺服系統(tǒng)分類1.開環(huán)伺服數(shù)控機床

開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng).

其特點:開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低等優(yōu)點。但是系統(tǒng)對移動部件的誤差沒有補償和校正，所以精度低。一般適用于經(jīng)濟型數(shù)控機床和舊機床數(shù)控化改造。2/20/202534圖1-7開環(huán)控制系統(tǒng)2/20/2025351）在機床移動部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入指令進(jìn)行比較控制，使移動部件按照實際的要求運動，最終實現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因為把機床工作臺納入了位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。2）該系統(tǒng)定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。該系統(tǒng)調(diào)試工作困難。系統(tǒng)復(fù)雜并且成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機床，如精密數(shù)控鏜銑床、超精密數(shù)控車床等。2.閉環(huán)控制數(shù)控機床2/20/202536圖1-8閉環(huán)控制系統(tǒng)2/20/202537

1）半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移測量裝置，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的位移，反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，由于慣性較大的機床移動部件不包括在檢測范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1-7所示。

2）系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括機械傳動環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的控制特性。機械傳動環(huán)節(jié)的誤差，可用補償?shù)霓k法消除，可獲得滿意的精度。中檔數(shù)控機床廣泛采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

3.半閉環(huán)控制數(shù)控機床

2/20/202538圖1-9半閉環(huán)控制系統(tǒng)2/20/202539

三、按加工工藝類型的分類

1.普通數(shù)控機床

2.數(shù)控加工中心

3金屬成型類數(shù)控機床這類數(shù)控機床和傳統(tǒng)的通用機床一樣，有車、銑、鉆、鏜、磨床等，與通用機床不同的是他能加工具有復(fù)雜形狀的零件。這是一種在普通數(shù)控機床上加裝一個刀具庫和自動換刀裝置而構(gòu)成的數(shù)控機床。數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機。2/20/2025404.數(shù)控特種加工機床數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控激光切割機床。2/20/202541四、按用數(shù)控裝置的類型分類

1、硬件式數(shù)控機床

2、軟件式數(shù)控機床使用硬件式數(shù)控裝置。改變或增、減控制、運算功能時，需要改變數(shù)控裝置的硬件電路。通用性、靈活性差，制造周期長，成本高。使用計算機數(shù)控裝置。主要功能由系統(tǒng)軟件來完成。無需改變系統(tǒng)硬件，只需改變系統(tǒng)軟件，即可改變系統(tǒng)功能。2/20/202542五、按用數(shù)控裝置的功能水平分類可以根據(jù)一些功能和指標(biāo)將數(shù)控機床分為低、中、高檔三類。其中中、高檔稱為全功能數(shù)控或標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控。經(jīng)濟型數(shù)控屬于低檔數(shù)控，由單板機、單片機和步進(jìn)電機組成數(shù)控系統(tǒng)，功能簡單，價格低。課堂小結(jié)：

通過本次課的教學(xué)，學(xué)生必須明確什么是數(shù)控？什么是數(shù)控機床？通過對普通機床的比較，得出數(shù)控機床的特點及加工對象。在理解的基礎(chǔ)上牢記數(shù)控機床的組成及分類。2/20/202543作業(yè)1、什么是數(shù)控技術(shù)？有何特點？2、簡述數(shù)控機床的組成及工作原理？3、簡述數(shù)控機床的類型？2/20/2025449、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。2月-252月-25Thursday,February20,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。18:18:0618:18:0618:182/20/20256:18:06PM11、夫?qū)W須志也，才須學(xué)也，非學(xué)無以廣才，非志無以成學(xué)。2月-2518:18:0618:18Feb-2520-Feb-2512、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。18:18:0618:1