数控编程第三讲

数 控 技 术第第 三三 讲讲 主讲教师：仇晓黎主讲教师：仇晓黎东南大学远程教育东南大学远程教育第一节第一节 数控机床的基本概念数控机床的基本概念第二节第二节 数控机床的分类与应用数控机床的分类与应用第三节第三节 数控机床的发展数控机床的发展第一章第一章 概论概论将机床数字控制向机电一体化方向发展。高等院校机制工艺的学生必须学好这门课。本次课主要介绍：数控机床的概论的第二部分。希望同学们认真学习！数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动检测及精密数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动检测及精密机械等多学科的最新技术成果而发展起来的完全新型的机机械等多学科的最新技术成果而发展起来的完全新型的机床，标志着机械制造业进入了数字化的时代。床，标志着机械制造业进入了数字化的时代。数控系统经历了从硬件数控到计算机数控两个阶段；数控系统经历了从硬件数控到计算机数控两个阶段；从电子管到基于个人计算机平台的数控六代的发展；从电子管到基于个人计算机平台的数控六代的发展；控制轴数已由单轴的点位控制，两轴联动发展到五轴以上控制轴数已由单轴的点位控制，两轴联动发展到五轴以上联动。联动。数控机床正向高速化、高精度化和高智能化方向发展，数数控机床正向高速化、高精度化和高智能化方向发展，数控系统必须能够高速计算和处理伺服系统的位移量并做出控系统必须能够高速计算和处理伺服系统的位移量并做出快速相应。快速相应。第一章第三节第一章第三节数控机床的发展一、机床结构的发展一、机床结构的发展二、数控系统的发展二、数控系统的发展三、伺服系统执行机构的发展三、伺服系统执行机构的发展四、自适应控制的应用四、自适应控制的应用五、以数控机床为基础的自动化生产系统五、以数控机床为基础的自动化生产系统本节内容安排如下：本节内容安排如下：6060年代初，年代初，在一般机床在一般机床的基础上又的基础上又开发了数控开发了数控机床加工中机床加工中心机床，如心机床，如图。图。一、机床结构的发展一、机床结构的发展6060年代之前，普年代之前，普遍采用一般机床。遍采用一般机床。如图所如图所示为带两示为带两个交换工个交换工作台的卧作台的卧式镗铣加式镗铣加工中心机工中心机床。床。如图，它的如图，它的设计思想是为设计思想是为了在一次装夹了在一次装夹中完成除了安中完成除了安装底面以外的装底面以外的所有表面和精所有表面和精密孔系加工。密孔系加工。2020世纪世纪7070年代后期在数控加工中心机床的基年代后期在数控加工中心机床的基础上又发展了五面体加工中心础上又发展了五面体加工中心如图所如图所示即为示即为可调整可调整轴线位轴线位置的万置的万能主轴能主轴部件。部件。上图中，其主轴部件可以自动更换为立式或卧式上图中，其主轴部件可以自动更换为立式或卧式布局，以满足工件不同表面的加工需要。布局，以满足工件不同表面的加工需要。带有工业机带有工业机器人和工件交器人和工件交换系统的车削换系统的车削加工中心和带加工中心和带有工件交换系有工件交换系统的数控齿轮统的数控齿轮加工机床已被加工机床已被广泛采用，如广泛采用，如图所示。图所示。在数控加工中心出现以后，加工工序的进一步集在数控加工中心出现以后，加工工序的进一步集中，仍然是数控机床发展的趋势。中，仍然是数控机床发展的趋势。六杆数控机床六杆数控机床（又称虚拟轴机（又称虚拟轴机床）是床）是2020世纪最世纪最具革命性的机床具革命性的机床运动结构的突破，运动结构的突破，如图所示。如图所示。在计算机数控多轴联动技术和复杂坐标快速变换在计算机数控多轴联动技术和复杂坐标快速变换运算方法发展的基础上，运算方法发展的基础上，2020世纪世纪6060年代出现的年代出现的StewartStewart平台概念，到平台概念，到2020世纪世纪9090年代初应用在数控年代初应用在数控机床上成为可能。机床上成为可能。六杆数控机床既有采用滚珠丝杠驱动，六杆数控机床既有采用滚珠丝杠驱动，又有采用滚珠螺母驱动。又有采用滚珠螺母驱动。六杆数控机床的关键技术之一是六对球面支承的设六杆数控机床的关键技术之一是六对球面支承的设计与制造，球面支承将对运动平台的运动精度和定计与制造，球面支承将对运动平台的运动精度和定位精度产生直接影响。位精度产生直接影响。六杆数控机床采用运动聚合原理，改变传统的机床六杆数控机床采用运动聚合原理，改变传统的机床结构和布局。结构和布局。六杆数控机床还避免了传统机床的几何结构误差，六杆数控机床还避免了传统机床的几何结构误差，六杆结构使误差平均化，因而能够达到很高的重复六杆结构使误差平均化，因而能够达到很高的重复定位精度。定位精度。六杆数控机床的结构较简单，而且由六套完全相同六杆数控机床的结构较简单，而且由六套完全相同的功能部件构成，使成本下降。的功能部件构成，使成本下降。7070年代出现由一台计算机直接控制几台数控机年代出现由一台计算机直接控制几台数控机床的加工过程的控制方式，形成所谓计算机直接床的加工过程的控制方式，形成所谓计算机直接控制系统控制系统(DNC)(DNC)。在此基础上发展成为由几台数控机床组成的、有在此基础上发展成为由几台数控机床组成的、有工件自动运输系统和其它管理功能的柔性制造系工件自动运输系统和其它管理功能的柔性制造系统（统（FMCFMC）。）。二、数控系统的发展二、数控系统的发展数控装置采用的元器件：最初为电子管后来为半数控装置采用的元器件：最初为电子管后来为半导体晶体管今天为超大规模集成电路导体晶体管今天为超大规模集成电路目前，数控系统大都采用多个（目前，数控系统大都采用多个（CPUCPU）组成）组成的计算机作为数控装置（的计算机作为数控装置（CNCCNC）的核心。）的核心。7070年代，美国盖梯茨公司首先研制成功了大惯年代，美国盖梯茨公司首先研制成功了大惯量直流伺服电机即通常指的宽调速直流伺服电机。量直流伺服电机即通常指的宽调速直流伺服电机。8080年代初期由美国通用电气公司研制成功了采年代初期由美国通用电气公司研制成功了采用鼠笼式异步交流伺服电机的交流伺服系统。用鼠笼式异步交流伺服电机的交流伺服系统。8686年之后推出并采用了数字伺服系统的数控机年之后推出并采用了数字伺服系统的数控机床。数字伺服系统的出现初进了高进度数控机床床。数字伺服系统的出现初进了高进度数控机床的发展。的发展。三、伺服系统执行机构的发展三、伺服系统执行机构的发展6060年代初期与中期，欧美一些国家采用液压伺服系统。年代初期与中期，欧美一些国家采用液压伺服系统。（这种液压系统与传统的伺服电机相比，响应时间短，（这种液压系统与传统的伺服电机相比，响应时间短，驱动部件的外形尺寸小。）驱动部件的外形尺寸小。）四、自适应控制的应用四、自适应控制的应用自适应控制技术是自控技术的一个分自适应控制技术是自控技术的一个分支。数控机床采用自适应控制之后，支。数控机床采用自适应控制之后，在提高生产效率、延长刀具使用寿命在提高生产效率、延长刀具使用寿命和改善表面质量等方面均有明显效果。和改善表面质量等方面均有明显效果。五、以数控机床为基础的五、以数控机床为基础的自动化生产系统自动化生产系统1 1、计算机直接数控（、计算机直接数控（DNCDNC）即使用一台计算机为数台数控机床进行即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接送给各台数控自动编程，编程结果直接送给各台数控机床的数控箱。机床的数控箱。也称为计算机群控系统也称为计算机群控系统FMSFMS是一种在批量加工条件下高柔是一种在批量加工条件下高柔性和高自动化程度的制造系统。性和高自动化程度的制造系统。其特点：其特点：采用采用DNCDNC控制方式，控制方式，采用交换工作台或工业机器人，采用交换工作台或工业机器人，各台机床间有工件自动输送系统，各台机床间有工件自动输送系统，配有管理信息系统，配有管理信息系统，具有动态平衡的功能，具有动态平衡的功能，能进行最佳化调度。能进行最佳化调度。2 2、柔性制造系统（、柔性制造系统（FMSFMS）CIMSCIMS的核心是一个公用的数据库，对信息进的核心是一个公用的数据库，对信息进行存储与管理，并与各计算机系统进行通讯。行存储与管理，并与各计算机系统进行通讯。同时它需要：同时它需要：CAD/CAMCAD/CAM系统系统CAP/CACCAP/CAC系统系统加工自动化系统加工自动化系统3 3、计算机集成制造系统（、计算机集成制造系统（CIMSCIMS）五轴联动数控机床图例五轴联动数控机床图例MazakMazak柔性制造系统图例柔性制造系统图例MazakMazak板材加工柔性生产系统图例板材加工柔性生产系统图例自动加工生产线图例自动加工生产线图例