第1章-数控技术概论--数控编程技术教学课件

第1章 数控技术概论n n1.1数控机床的概念及发展概况数控机床的概念及发展概况n n1.2数控机床的工作原理及基本组成数控机床的工作原理及基本组成n n1.3数控机床的分类数控机床的分类n n1.4数控机床的特点和应用范围数控机床的特点和应用范围n n1.5数控编程概述数控编程概述n n1.6数控编程工艺基础数控编程工艺基础n n1.7数控程序编制中的数学处理方法数控程序编制中的数学处理方法1.1数控机床的概念及发展概况n n1.1.1数字控制的基本概念n n 数字控制数字控制(Numerical Control)(Numerical Control)，简称为数控，是一种，简称为数控，是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。数字控制是相对模拟控制而言的，数字控制中的控制方法。数字控制是相对模拟控制而言的，数字控制中的控制信息是数字量，而模拟控制系统中的控制信息是模拟量。数信息是数字量，而模拟控制系统中的控制信息是模拟量。数字控制与模拟控制相比有许多优点，如可用不同的字长表示字控制与模拟控制相比有许多优点，如可用不同的字长表示不同精度的信息，可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算不同精度的信息，可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算等复杂的信息处理工作，特别是可用软件来改变信息处理的等复杂的信息处理工作，特别是可用软件来改变信息处理的方式或过程，而不用改动电路或机械机构，从而使机械设备方式或过程，而不用改动电路或机械机构，从而使机械设备具有很大的具有很大的“柔性柔性”。因此数字控制已被广泛用于机械运动。因此数字控制已被广泛用于机械运动的轨迹控制和机械系统的开关量控制，如机床的控制、机器的轨迹控制和机械系统的开关量控制，如机床的控制、机器人的控制等人的控制等。下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n1.1.2数控机床的产生与发展过程数控机床的产生与发展过程n n 数字控制的对象是多种多样的，但数控机床是最早应用数数字控制的对象是多种多样的，但数控机床是最早应用数数字控制的对象是多种多样的，但数控机床是最早应用数数字控制的对象是多种多样的，但数控机床是最早应用数控技术的控制对象，也是最典型的数控化设备。数控机床是控技术的控制对象，也是最典型的数控化设备。数控机床是控技术的控制对象，也是最典型的数控化设备。数控机床是控技术的控制对象，也是最典型的数控化设备。数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。国际信息处理联盟国际信息处理联盟国际信息处理联盟国际信息处理联盟(International Federation of Information(International Federation of Information Processing,IFIP)Processing,IFIP)第五技术委员会，对数控机床作了如下定第五技术委员会，对数控机床作了如下定第五技术委员会，对数控机床作了如下定第五技术委员会，对数控机床作了如下定义义义义:数控机床是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻数控机床是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻数控机床是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻数控机床是一种装了程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。n n 定义中所提到的程序控制系统，就是数控系统定义中所提到的程序控制系统，就是数控系统定义中所提到的程序控制系统，就是数控系统定义中所提到的程序控制系统，就是数控系统(Numerical(Numerical Control Control SvstemSvstem)。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n数控系统是一种控制系统，它自动输入载体上事先给定的数数控系统是一种控制系统，它自动输入载体上事先给定的数数控系统是一种控制系统，它自动输入载体上事先给定的数数控系统是一种控制系统，它自动输入载体上事先给定的数字量，并将其译码，再进行必要的信号处理和运算后，控制字量，并将其译码，再进行必要的信号处理和运算后，控制字量，并将其译码，再进行必要的信号处理和运算后，控制字量，并将其译码，再进行必要的信号处理和运算后，控制机床动作和加工零件。最初的数控系统是由数字逻辑电路构机床动作和加工零件。最初的数控系统是由数字逻辑电路构机床动作和加工零件。最初的数控系统是由数字逻辑电路构机床动作和加工零件。最初的数控系统是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控系统。随着微型计算机的发展，硬件数控成的专用硬件数控系统。随着微型计算机的发展，硬件数控成的专用硬件数控系统。随着微型计算机的发展，硬件数控成的专用硬件数控系统。随着微型计算机的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统Computer Numerical Control,CNC)Computer Numerical Control,CNC)。CNCCNC系统是由计算机系统是由计算机系统是由计算机系统是由计算机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。由于计算机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。由于计算机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。由于计算机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。由于计算机可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的“柔性柔性柔性柔性”，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字控制系统的性能大大提高。使数字控制系统的性能大大提高。使数字控制系统的性能大大提高。使数字控制系统的性能大大提高。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n 1.1.数控机床的发展数控机床的发展数控机床的发展数控机床的发展n n 第一台数控机床是由美国第一台数控机床是由美国第一台数控机床是由美国第一台数控机床是由美国Parson*Parson*公司与美国麻省理工学公司与美国麻省理工学公司与美国麻省理工学公司与美国麻省理工学院院院院(MIT)(MIT)于于于于19521952年合作研制成功的，当时是为了加工直升机年合作研制成功的，当时是为了加工直升机年合作研制成功的，当时是为了加工直升机年合作研制成功的，当时是为了加工直升机螺旋桨叶片轮廓的检查样板。此后，其他一些国家螺旋桨叶片轮廓的检查样板。此后，其他一些国家螺旋桨叶片轮廓的检查样板。此后，其他一些国家螺旋桨叶片轮廓的检查样板。此后，其他一些国家(如德国、如德国、如德国、如德国、英国、日本、前苏联等英国、日本、前苏联等英国、日本、前苏联等英国、日本、前苏联等)都开展了数控机床的研制开发和生都开展了数控机床的研制开发和生都开展了数控机床的研制开发和生都开展了数控机床的研制开发和生产。产。产。产。19591959年，美国克耐年，美国克耐年，美国克耐年，美国克耐 杜列克公司杜列克公司杜列克公司杜列克公司(Keaney&TreckerKeaney&Trecker)首次首次首次首次成功开发了加工中心成功开发了加工中心成功开发了加工中心成功开发了加工中心(Machining Center,MC)(Machining Center,MC)，这是一种有，这是一种有，这是一种有，这是一种有自动换刀装置和回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中自动换刀装置和回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中自动换刀装置和回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中自动换刀装置和回转工作台的数控机床，可以在一次装夹中对工件的多个平面进行多工序的加工，包括钻孔、惚孔、攻对工件的多个平面进行多工序的加工，包括钻孔、惚孔、攻对工件的多个平面进行多工序的加工，包括钻孔、惚孔、攻对工件的多个平面进行多工序的加工，包括钻孔、惚孔、攻丝、锁削、平面铣削、轮廓铣削等。丝、锁削、平面铣削、轮廓铣削等。丝、锁削、平面铣削、轮廓铣削等。丝、锁削、平面铣削、轮廓铣削等。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n2020世纪世纪世纪世纪6060年代末，出现了直接数控系统年代末，出现了直接数控系统年代末，出现了直接数控系统年代末，出现了直接数控系统(Direct NC,DNC),(Direct NC,DNC),即由一台计算机直接管理和控制一群数控机床即由一台计算机直接管理和控制一群数控机床即由一台计算机直接管理和控制一群数控机床即由一台计算机直接管理和控制一群数控机床19671967年，英国年，英国年，英国年，英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，这便是最出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，这便是最出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，这便是最出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，这便是最初的柔性制造系统初的柔性制造系统初的柔性制造系统初的柔性制造系统(Flexible Manufacturing System,FMS)(Flexible Manufacturing System,FMS)。2020世纪世纪世纪世纪8080年代初，出现了以加工中心或车削中心为主体，配年代初，出现了以加工中心或车削中心为主体，配年代初，出现了以加工中心或车削中心为主体，配年代初，出现了以加工中心或车削中心为主体，配备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元备工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元(Flexible(Flexible Manufacturing Manufacturing Cell,FMCCell,FMC)。近几年，又出现了以数控机床。近几年，又出现了以数控机床。近几年，又出现了以数控机床。近几年，又出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统为基本加工单元的计算机集成制造系统为基本加工单元的计算机集成制造系统为基本加工单元的计算机集成制造系统(ComputerIntegratedComputerIntegrated Manufacturing Manufacturing即即即即stems,CIMS)stems,CIMS)，实现，实现，实现，实现了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管了生产决策、产品设计及制造、经营等过程的计算机集成管理和控制。理和控制。理和控制。理和控制。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n 2.2.数控系统发展的几个主要阶段数控系统发展的几个主要阶段数控系统发展的几个主要阶段数控系统发展的几个主要阶段n n 数控机床发展到今天，完全依赖于数控系统的发展。自数控机床发展到今天，完全依赖于数控系统的发展。自数控机床发展到今天，完全依赖于数控系统的发展。自数控机床发展到今天，完全依赖于数控系统的发展。自19521952年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两个年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两个年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两个年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。阶段和六代的发展。阶段和六代的发展。阶段和六代的发展。n n (1)(1)数控阶段数控阶段数控阶段数控阶段(1952-1970(1952-1970年年年年)n n 早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床适时控制的要求。人们不得理影响还不大，但不能适应机床适时控制的要求。人们不得理影响还不大，但不能适应机床适时控制的要求。人们不得理影响还不大，但不能适应机床适时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路不采用数字逻辑电路不采用数字逻辑电路不采用数字逻辑电路“搭搭搭搭”成一台机床专用计算机作为数控成一台机床专用计算机作为数控成一台机床专用计算机作为数控成一台机床专用计算机作为数控系统，这被称为硬件连接数控，简称为数控系统，这被称为硬件连接数控，简称为数控系统，这被称为硬件连接数控，简称为数控系统，这被称为硬件连接数控，简称为数控CNCCNC。随着元器。随着元器。随着元器。随着元器件的发展，这个阶段共经历了件的发展，这个阶段共经历了件的发展，这个阶段共经历了件的发展，这个阶段共经历了3 3代。代。代。代。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n第一代数控第一代数控第一代数控第一代数控:1952-1959:1952-1959年，采用电子管元件构成的专用年，采用电子管元件构成的专用年，采用电子管元件构成的专用年，采用电子管元件构成的专用(NC)(NC)装置。装置。装置。装置。n n 第二代数控第二代数控第二代数控第二代数控:1959-1964:1959-1964年，采用晶体管电路的年，采用晶体管电路的年，采用晶体管电路的年，采用晶体管电路的NCNC装置。装置。装置。装置。n n 第三代数控第三代数控第三代数控第三代数控:1965-1970:1965-1970年，采用小、中规模集成电路的年，采用小、中规模集成电路的年，采用小、中规模集成电路的年，采用小、中规模集成电路的NCNC装置。装置。装置。装置。n n (2)(2)计算机数控阶段计算机数控阶段计算机数控阶段计算机数控阶段(1970(1970年至今年至今年至今年至今)n n 到到到到19701970年，通用小型计算机业已开始成批生产。其运算速年，通用小型计算机业已开始成批生产。其运算速年，通用小型计算机业已开始成批生产。其运算速年，通用小型计算机业已开始成批生产。其运算速度比二十世纪五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门度比二十世纪五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门度比二十世纪五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门度比二十世纪五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门“搭搭搭搭”成的专用计算机成本低、可靠性高，于是将它移植过来成的专用计算机成本低、可靠性高，于是将它移植过来成的专用计算机成本低、可靠性高，于是将它移植过来成的专用计算机成本低、可靠性高，于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控阶段。随作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控阶段。随作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控阶段。随作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控阶段。随着计算机技术的发展，这个阶段也经历了着计算机技术的发展，这个阶段也经历了着计算机技术的发展，这个阶段也经历了着计算机技术的发展，这个阶段也经历了3 3代。代。代。代。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n第四代数控第四代数控第四代数控第四代数控:1970-1974:1970-1974年，采用大规模集成电路的小型通用年，采用大规模集成电路的小型通用年，采用大规模集成电路的小型通用年，采用大规模集成电路的小型通用计算机数控计算机数控计算机数控计算机数控(CNC)(CNC)系统。系统。系统。系统。n n 第五代数控第五代数控第五代数控第五代数控:1974-1990:1974-1990年，微处理器应用于数控系统。年，微处理器应用于数控系统。年，微处理器应用于数控系统。年，微处理器应用于数控系统。n n 第六代数控第六代数控第六代数控第六代数控:1990:1990年以后年以后年以后年以后PC(PC(即个人计算机，国内习惯称微即个人计算机，国内习惯称微即个人计算机，国内习惯称微即个人计算机，国内习惯称微机机机机)的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，数控系统从此进入了基于部件的要求，数控系统从此进入了基于部件的要求，数控系统从此进入了基于部件的要求，数控系统从此进入了基于PCPC的时代。的时代。的时代。的时代。n n1.1.3我国数控技术发展概况我国数控技术发展概况n n 我国从我国从我国从我国从19581958年开始研究数控技术，年开始研究数控技术，年开始研究数控技术，年开始研究数控技术，19661966年研制成功晶体管年研制成功晶体管年研制成功晶体管年研制成功晶体管数控系统，并将样机应用于生产。数控系统，并将样机应用于生产。数控系统，并将样机应用于生产。数控系统，并将样机应用于生产。19681968年成功研制年成功研制年成功研制年成功研制X5 3 K-1X5 3 K-1立式铣床。立式铣床。立式铣床。立式铣床。2020世纪世纪世纪世纪7070年代初，加工中心研制成功。年代初，加工中心研制成功。年代初，加工中心研制成功。年代初，加工中心研制成功。19881988年年年年FMSFMS通过验收投入运行，用于生产、伺服电动机的零件。通过验收投入运行，用于生产、伺服电动机的零件。通过验收投入运行，用于生产、伺服电动机的零件。通过验收投入运行，用于生产、伺服电动机的零件。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n1981-20001981-2000年我国数控技术经历了引用国外先进技术、消化吸年我国数控技术经历了引用国外先进技术、消化吸年我国数控技术经历了引用国外先进技术、消化吸年我国数控技术经历了引用国外先进技术、消化吸收、科技攻关和产业化攻关四阶段，使我国的数控技术飞速收、科技攻关和产业化攻关四阶段，使我国的数控技术飞速收、科技攻关和产业化攻关四阶段，使我国的数控技术飞速收、科技攻关和产业化攻关四阶段，使我国的数控技术飞速发展。发展。发展。发展。20032003年全国数控机床产量达到年全国数控机床产量达到年全国数控机床产量达到年全国数控机床产量达到36 81336 813台，同比增值台，同比增值台，同比增值台，同比增值47.47.73%73%。目前，数控机床的品种有。目前，数控机床的品种有。目前，数控机床的品种有。目前，数控机床的品种有15001500多种，其中，数控车床多种，其中，数控车床多种，其中，数控车床多种，其中，数控车床产量居世界第一。产量居世界第一。产量居世界第一。产量居世界第一。n n1.1.4数控技术发展趋势数控技术发展趋势n n 数控机床是机械制造业乃至整个工业生产中不可缺少的复数控机床是机械制造业乃至整个工业生产中不可缺少的复数控机床是机械制造业乃至整个工业生产中不可缺少的复数控机床是机械制造业乃至整个工业生产中不可缺少的复杂工具。随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统的杂工具。随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统的杂工具。随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统的杂工具。随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统的性能日趋完善，数控机床的应用领域日趋扩大。总的发展趋性能日趋完善，数控机床的应用领域日趋扩大。总的发展趋性能日趋完善，数控机床的应用领域日趋扩大。总的发展趋性能日趋完善，数控机床的应用领域日趋扩大。总的发展趋势是朝肴高速度化、高精度化、多功能化、小型化、系统化、势是朝肴高速度化、高精度化、多功能化、小型化、系统化、势是朝肴高速度化、高精度化、多功能化、小型化、系统化、势是朝肴高速度化、高精度化、多功能化、小型化、系统化、多样化、成套性与高可靠性等方向发展，以满足社会生产发多样化、成套性与高可靠性等方向发展，以满足社会生产发多样化、成套性与高可靠性等方向发展，以满足社会生产发多样化、成套性与高可靠性等方向发展，以满足社会生产发展中的各种需要。展中的各种需要。展中的各种需要。展中的各种需要。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n 1.1.高速度、高精度化高速度、高精度化高速度、高精度化高速度、高精度化n n 速度、精度是机械制造技术的关键性指标。由于采用了高速度、精度是机械制造技术的关键性指标。由于采用了高速度、精度是机械制造技术的关键性指标。由于采用了高速度、精度是机械制造技术的关键性指标。由于采用了高速速速速CPUCPU芯片、多芯片、多芯片、多芯片、多CPUCPU控制系统以及带高分辨率检测元件的交控制系统以及带高分辨率检测元件的交控制系统以及带高分辨率检测元件的交控制系统以及带高分辨率检测元件的交流数字伺服系统，同时采用了改善机床动态、静态特征等有流数字伺服系统，同时采用了改善机床动态、静态特征等有流数字伺服系统，同时采用了改善机床动态、静态特征等有流数字伺服系统，同时采用了改善机床动态、静态特征等有效措施，机床的速度、精度已大大提高。效措施，机床的速度、精度已大大提高。效措施，机床的速度、精度已大大提高。效措施，机床的速度、精度已大大提高。n n 提高微处理器的位数和速度是提高数控系统速度和精度的提高微处理器的位数和速度是提高数控系统速度和精度的提高微处理器的位数和速度是提高数控系统速度和精度的提高微处理器的位数和速度是提高数控系统速度和精度的最有效的手段。现代数控系统已经逐步由最有效的手段。现代数控系统已经逐步由最有效的手段。现代数控系统已经逐步由最有效的手段。现代数控系统已经逐步由1616位位位位CPUCPU过渡到过渡到过渡到过渡到3232位位位位CPUCPU，日本已开发出，日本已开发出，日本已开发出，日本已开发出6464位位位位CPUCPU的数控系统。日本的的数控系统。日本的的数控系统。日本的的数控系统。日本的FANUCFANUC公司的数控系统已广泛采用公司的数控系统已广泛采用公司的数控系统已广泛采用公司的数控系统已广泛采用3232位位位位CPUCPU，如，如，如，如FANUC-15FANUC-15数控系统采用数控系统采用数控系统采用数控系统采用3232位位位位CPUCPU，实现了最小位移单位为，实现了最小位移单位为，实现了最小位移单位为，实现了最小位移单位为0.001 mm,0.001 mm,最大进给速度达到最大进给速度达到最大进给速度达到最大进给速度达到100 m/min100 m/min。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n 在数控机床的高速化中，提高主轴旋转非常重要。由于主轴在数控机床的高速化中，提高主轴旋转非常重要。由于主轴在数控机床的高速化中，提高主轴旋转非常重要。由于主轴在数控机床的高速化中，提高主轴旋转非常重要。由于主轴旋转的高速化，使得切削时间比过去缩短了旋转的高速化，使得切削时间比过去缩短了旋转的高速化，使得切削时间比过去缩短了旋转的高速化，使得切削时间比过去缩短了80%80%。目前很多。目前很多。目前很多。目前很多数控机床采用高速内装式主轴电动机，使主轴的驱动不必通数控机床采用高速内装式主轴电动机，使主轴的驱动不必通数控机床采用高速内装式主轴电动机，使主轴的驱动不必通数控机床采用高速内装式主轴电动机，使主轴的驱动不必通过齿轮箱，而是直接把电动机与主轴连接成一体装入主轴部过齿轮箱，而是直接把电动机与主轴连接成一体装入主轴部过齿轮箱，而是直接把电动机与主轴连接成一体装入主轴部过齿轮箱，而是直接把电动机与主轴连接成一体装入主轴部件中，可将主轴转速提高到件中，可将主轴转速提高到件中，可将主轴转速提高到件中，可将主轴转速提高到4 000 5 000 r/min4 000 5 000 r/min。第。第。第。第1313届欧洲届欧洲届欧洲届欧洲国际机床展览会上展示的数控机床，其主轴最高转速已达国际机床展览会上展示的数控机床，其主轴最高转速已达国际机床展览会上展示的数控机床，其主轴最高转速已达国际机床展览会上展示的数控机床，其主轴最高转速已达7 7 00010 000 r/min00010 000 r/minn n 提高数控机床的加工精度，可通过减少数控系统的误差和提高数控机床的加工精度，可通过减少数控系统的误差和提高数控机床的加工精度，可通过减少数控系统的误差和提高数控机床的加工精度，可通过减少数控系统的误差和采用补偿技术实现，如提高数控系统的分辨率采用补偿技术实现，如提高数控系统的分辨率采用补偿技术实现，如提高数控系统的分辨率采用补偿技术实现，如提高数控系统的分辨率;使使使使CNCCNC控制控制控制控制单元精细化单元精细化单元精细化单元精细化;提高位置检测精度提高位置检测精度提高位置检测精度提高位置检测精度(日本交流伺服电动机有的已日本交流伺服电动机有的已日本交流伺服电动机有的已日本交流伺服电动机有的已安装可产生安装可产生安装可产生安装可产生100100万万万万/转个脉冲的内藏位置检测器，位置检测精转个脉冲的内藏位置检测器，位置检测精转个脉冲的内藏位置检测器，位置检测精转个脉冲的内藏位置检测器，位置检测精度能达到度能达到度能达到度能达到0.001/0.001/脉冲脉冲脉冲脉冲)。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n目前加工中心的定位精度就由过去的目前加工中心的定位精度就由过去的目前加工中心的定位精度就由过去的目前加工中心的定位精度就由过去的 提高到提高到提高到提高到 n n 2.2.多功能化多功能化多功能化多功能化n n 数控加工中心数控加工中心数控加工中心数控加工中心(Machining Center,MC)(Machining Center,MC)可以将许多工序和可以将许多工序和可以将许多工序和可以将许多工序和许多工艺过程集中到一台机床上完成，实现自动换刀及自动许多工艺过程集中到一台机床上完成，实现自动换刀及自动许多工艺过程集中到一台机床上完成，实现自动换刀及自动许多工艺过程集中到一台机床上完成，实现自动换刀及自动更换工件，一次装夹完成全部加工工序，可以减少辅助时间，更换工件，一次装夹完成全部加工工序，可以减少辅助时间，更换工件，一次装夹完成全部加工工序，可以减少辅助时间，更换工件，一次装夹完成全部加工工序，可以减少辅助时间，实现一机多用，最大限度地提高机床的开机率和利用率。实现一机多用，最大限度地提高机床的开机率和利用率。实现一机多用，最大限度地提高机床的开机率和利用率。实现一机多用，最大限度地提高机床的开机率和利用率。n n 3.3.高效化高效化高效化高效化n n 数控机床加工是提倡以减少工序及辅助时间为主要日的的数控机床加工是提倡以减少工序及辅助时间为主要日的的数控机床加工是提倡以减少工序及辅助时间为主要日的的数控机床加工是提倡以减少工序及辅助时间为主要日的的复合加工，而且正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。复合加工，而且正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。复合加工，而且正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。复合加工，而且正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工，数控或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工，数控或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工，数控或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工，数控技术的进步提供了多轴和多轴联动控制，如技术的进步提供了多轴和多轴联动控制，如技术的进步提供了多轴和多轴联动控制，如技术的进步提供了多轴和多轴联动控制，如FANUC-15FANUC-15系统系统系统系统的可控轴数和联动轴数为的可控轴数和联动轴数为的可控轴数和联动轴数为的可控轴数和联动轴数为215215轴，轴，轴，轴，SIEMENS 840SIEMENS 840系统控制轴系统控制轴系统控制轴系统控制轴数可达数可达数可达数可达 2424轴。装有滚珠丝杠的数控机床快速移动速度可达轴。装有滚珠丝杠的数控机床快速移动速度可达轴。装有滚珠丝杠的数控机床快速移动速度可达轴。装有滚珠丝杠的数控机床快速移动速度可达60 60 m/minm/min，装有直线电动机的数控机床快速移动速度可达，装有直线电动机的数控机床快速移动速度可达，装有直线电动机的数控机床快速移动速度可达，装有直线电动机的数控机床快速移动速度可达120160 m/min.,120160 m/min.,磨床的砂轮线速度可达磨床的砂轮线速度可达磨床的砂轮线速度可达磨床的砂轮线速度可达120160 m/min120160 m/min，甚，甚，甚，甚至至至至200 m/min200 m/min。自动换刀时间可在。自动换刀时间可在。自动换刀时间可在。自动换刀时间可在1s1s以下，托盘交换时间以下，托盘交换时间以下，托盘交换时间以下，托盘交换时间8s8s左左左左右。右。右。右。n n 4.4.结构新型化结构新型化结构新型化结构新型化n n 近年来，成功开发出一种完全不同于原来数控机床结构的近年来，成功开发出一种完全不同于原来数控机床结构的近年来，成功开发出一种完全不同于原来数控机床结构的近年来，成功开发出一种完全不同于原来数控机床结构的新型数控机床。新型数控机床。新型数控机床。新型数控机床。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n这种被称为这种被称为这种被称为这种被称为66条腿的加工中心条腿的加工中心条腿的加工中心条腿的加工中心”或虚轴机床或虚轴机床或虚轴机床或虚轴机床(又称并联机床又称并联机床又称并联机床又称并联机床)的数控机床，没有任何导轨和滑台，采用能够伸缩的的数控机床，没有任何导轨和滑台，采用能够伸缩的的数控机床，没有任何导轨和滑台，采用能够伸缩的的数控机床，没有任何导轨和滑台，采用能够伸缩的“6 6条条条条腿腿腿腿”(伺服轴伺服轴伺服轴伺服轴)支撑并联，并与安装主轴头的上平台和所安装支撑并联，并与安装主轴头的上平台和所安装支撑并联，并与安装主轴头的上平台和所安装支撑并联，并与安装主轴头的上平台和所安装的下平台相连。如的下平台相连。如的下平台相连。如的下平台相连。如图图图图1-11-1所示。它可实现多坐标联动加工，其所示。它可实现多坐标联动加工，其所示。它可实现多坐标联动加工，其所示。它可实现多坐标联动加工，其控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心高。控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心高。控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心高。控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心高。n n 5.5.智能化智能化智能化智能化n n 早期的数控系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是早期的数控系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是早期的数控系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是早期的数控系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是调度任务，以确保加工在规定期限内完成。而目前人工智能调度任务，以确保加工在规定期限内完成。而目前人工智能调度任务，以确保加工在规定期限内完成。而目前人工智能调度任务，以确保加工在规定期限内完成。而目前人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n在数控技术领域，智能控制的研究和应用方向正沿着几个重在数控技术领域，智能控制的研究和应用方向正沿着几个重在数控技术领域，智能控制的研究和应用方向正沿着几个重在数控技术领域，智能控制的研究和应用方向正沿着几个重要分支发展要分支发展要分支发展要分支发展:自适应控制自适应控制自适应控制自适应控制(Adaptive(Adaptive Control,ACControl,AC)、模糊控制、模糊控制、模糊控制、模糊控制、视神经网络控制、专家控制和前馈控制等。自适应控制是在视神经网络控制、专家控制和前馈控制等。自适应控制是在视神经网络控制、专家控制和前馈控制等。自适应控制是在视神经网络控制、专家控制和前馈控制等。自适应控制是在加工过程中，中断检查用来表示加工状态的相关参数，如切加工过程中，中断检查用来表示加工状态的相关参数，如切加工过程中，中断检查用来表示加工状态的相关参数，如切加工过程中，中断检查用来表示加工状态的相关参数，如切削力、切削温度等，通过与机内设定参数的对比及响应的处削力、切削温度等，通过与机内设定参数的对比及响应的处削力、切削温度等，通过与机内设定参数的对比及响应的处削力、切削温度等，通过与机内设定参数的对比及响应的处理，对主轴转速、执行部件进给速度等进行校正，使数控机理，对主轴转速、执行部件进给速度等进行校正，使数控机理，对主轴转速、执行部件进给速度等进行校正，使数控机理，对主轴转速、执行部件进给速度等进行校正，使数控机床能够始终在最佳的切削状态下工作，从而提高加工精度。床能够始终在最佳的切削状态下工作，从而提高加工精度。床能够始终在最佳的切削状态下工作，从而提高加工精度。床能够始终在最佳的切削状态下工作，从而提高加工精度。在数控系统中还可以配备编程专家系统、故障诊断专家系统、在数控系统中还可以配备编程专家系统、故障诊断专家系统、在数控系统中还可以配备编程专家系统、故障诊断专家系统、在数控系统中还可以配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。系统性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。系统性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。系统性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n6.6.先进制造系统先进制造系统先进制造系统先进制造系统n n 柔性制造单元柔性制造单元柔性制造单元柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell,FMC)(Flexible Manufacturing Cell,FMC)是一种是一种是一种是一种几乎不用人参与，而且能连续地对同一类型零件中不同零件几乎不用人参与，而且能连续地对同一类型零件中不同零件几乎不用人参与，而且能连续地对同一类型零件中不同零件几乎不用人参与，而且能连续地对同一类型零件中不同零件进行自动化加工的最小加工单元。独立使用的加工设备，又进行自动化加工的最小加工单元。独立使用的加工设备，又进行自动化加工的最小加工单元。独立使用的加工设备，又进行自动化加工的最小加工单元。独立使用的加工设备，又可以作为柔性制造系统或柔性自动线的基本组成模块。如可以作为柔性制造系统或柔性自动线的基本组成模块。如可以作为柔性制造系统或柔性自动线的基本组成模块。如可以作为柔性制造系统或柔性自动线的基本组成模块。如图图图图1-21-2所示所示所示所示 。n n柔性制造系统柔性制造系统柔性制造系统柔性制造系统(FlexihleFlexihle Manufacturing System,FMS)Manufacturing System,FMS)是由是由是由是由加工系统、物料自动储运系统和信息控制系统三者相结合并加工系统、物料自动储运系统和信息控制系统三者相结合并加工系统、物料自动储运系统和信息控制系统三者相结合并加工系统、物料自动储运系统和信息控制系统三者相结合并能自动运行的制造系统。如能自动运行的制造系统。如能自动运行的制造系统。如能自动运行的制造系统。如图图图图1-31-3所示。这种系统可按任意顺所示。这种系统可按任意顺所示。这种系统可按任意顺所示。这种系统可按任意顺序加工一组不同工序与不同加工节拍的零件，工艺过程随加序加工一组不同工序与不同加工节拍的零件，工艺过程随加序加工一组不同工序与不同加工节拍的零件，工艺过程随加序加工一组不同工序与不同加工节拍的零件，工艺过程随加工零件的不同作适当调整，能在设备的技术范围内自动地适工零件的不同作适当调整，能在设备的技术范围内自动地适工零件的不同作适当调整，能在设备的技术范围内自动地适工零件的不同作适当调整，能在设备的技术范围内自动地适应加工零件和生产规模的变化。应加工零件和生产规模的变化。应加工零件和生产规模的变化。应加工零件和生产规模的变化。上一页 下一页 返回1.1数控机床的概念及发展概况n n 计算机集成制造系统计算机集成制造系统计算机集成制造系统计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing(Computer Integrated Manufacturing System,CIMS)System,CIMS)体现一种企业经营管理的哲理，它强调企业体现一种企业经营管理的哲理，它强调企业体现一种企业经营管理的哲理，它强调企业体现一种企业经营管理的哲理，它强调企业的生产经营是一个整体，必须用系统工程的观点来研究和解的生产经营是一个整体，必须用系统工程的观点来研究和解的生产经营是一个整体，必须用系统工程的观点来研究和解的生产经营是一个整体，必须用系统工程的观点来研究和解决生产经营中出现的课题。集成的核心，不仅是设备的集成，决生产经营中出现的课题。集成的核心，不仅是设备的集成，决生产经营中出现的课题。集成的核心，不仅是设备的集成，决生产经营中出现的课题。集成的核心，不仅是设备的集成，更主要的是以信息为主导的技术集成和功能集成。计算机是更主要的是以信息为主导的技术集成和功能集成。计算机是更主要的是以信息为主导的技术集成和功能集成。计算机是更主要的是以信息为主导的技术集成和功能集成。计算机是集成的工具，计算机辅助的各单元技术是集成的基础，信息集成的工具，计算机辅助的各单元技术是集成的基础，信息集成的工具，计算机辅助的各单元技术是集成的基础，信息集成的工具，计算机辅助的各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是目标。计算机集成制造系统的相互交换是桥梁，信息共享是目标。计算机集成制造系统的相互交换是桥梁，信息共享是目标。计算机集成制造系统的相互交换是桥梁，信息共享是目标。计算机集成制造系统的相互集成关系如集成关系如集成关系如集成关系如图图图图1-41-4所示。所示。所示。所示。上一页 返回1.2数控机床的工作原理及基本组成n n1.2.1数控机床的工作原理数控机床的工作原理n n 数控机床的工作原理示意图如数控机床的工作原理示意图如数控机床的工作原理示意图如数控机床的工作原理示意图如图图图图1-51-5所示。首先根据被加工所示。首先根据被加工所示。首先根据被加工所示。首先根据被加工零件的形状、尺寸及工艺要求等，采用手工或计算机进行零零件的形状、尺寸及工艺要求等，采用手工或计算机进行零零件的形状、尺寸及工艺要求等，采用手工或计算机进行零零件的形状、尺寸及工艺要求等，采用手工或计算机进行零件加工的程序编排，把加工零件所需机床的各种动作及工艺件加工的程序编排，把加工零件所需机床的各种动作及工艺件加工的程序编排，把加工零件所需机床的各种动作及工艺件加工的程序编排，把加工零件所需机床的各种动作及工艺参数变成数控装置所能接收的程序代码，并将这些程序代码参数变成数控装置所能接收的程序代码，并将这些程序代码参数变成数控装置所能接收的程序代码，并将这些程序代码参数变成数控装置所能接收的程序代码，并将这些程序代码存储在控制介质存储在控制介质存储在控制介质存储在控制介质(穿孔带、磁带、磁盘穿孔带、磁带、磁盘穿孔带、磁带、磁盘穿孔带、磁带、磁盘)上，然后经输入装置上，然后经输入装置上，然后经输入装置上，然后经输入装置读出信息并送入数控装置。当控制介质为穿孔带时，用光电读出信息并送入数控装置。当控制介质为穿孔带时，用光电读出信息并送入数控装置。当控制介质为穿孔带时，用光电读出信息并送入数控装置。当控制介质为穿孔带时，用光电读带机输入读带机输入读带机输入读带机输入;若控制介质为磁带或磁盘时，可用驱动器输入，若控制介质为磁带或磁盘时，可用驱动器输入，若控制介质为磁带或磁盘时，可用驱动器输入，若控制介质为磁带或磁盘时，可用驱动器输入，或用计算机和数控机床的接口直接进行通信。或用计算机和数控机床的接口直接进行通信。或用计算机和数控机床的接口直接进行通信。或用计算机和数控机床的接口直接进行通信。下一页 返回1.2数控机床的工作原理及基本组成n n进入数控装置的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲信号，进入数控装置的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲信号，进入数控装置的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲信号，进入数控装置的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲信号，有的脉冲信号被传送到机床的伺服系统，经传动装置驱动机有的脉冲信号被传送到机床的伺服系统，经传动装置驱动机有的脉冲信号被传送到机床的伺服系统，经传动装置驱动机有的脉冲信号被传送到机床的伺服系统，经传动装置驱动机床有关运动部件床有关运动部件床有关运动部件床有关运动部件;有的脉冲信号则传送到可编程控制器中，有的脉冲信号则传送到可编程控制器中，有的脉冲信号则传送到可编程控制器中，有的脉冲信号则传送到可编程控制器中，按顺序控制机床的其他辅助动作，如工件紧、松开，切削液按顺序控制机床的其他辅助动作，如工件紧、松开，切削液按顺序控制机床的其他辅助动作，如工件紧、松开，切削液按顺序控制机床的其他辅助动作，如工件紧、松开，切削液的开关，刀具的自动更换等。的开关，刀具的自动更换等。的开关，刀具的自动更换等。的开关，刀具的自动更换等。n n1.2.2数控机床的组成数控机床的组成n n1.1.数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成n n数控机床一般是由输入数控机床一般是由输入数控机床一般是由输入数控机床一般是由输入/输出设备、数控装置、伺服系统、输出设备、数控装置、伺服系统、输出设备、数控装置、伺服系统、输出设备、数控装置、伺服系统、机床本体和检测反馈装置组成，其基本组成框图如机床本体和检测反馈装置组成，其基本组成框图如机床本体和检测反馈装置组成，其基本组成框图如机床本体和检测反馈装置组成，其基本组成框图如图图图图1-61-6所示。所示。所示。所示。上一页 下一页 返回1.2数控机床的工作原理及基本组成n n (1)(1)输入输入输入输入/输出设备输出设备输出设备输出设备n n 用于记载零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等各用于记载零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等各用于记载零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等各用于记载零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等各种加工信息，从而控制机床的运动，实现零件的机械加工。种加工信息，从而控制机床的运动，实现零件的机械加工。种加工信息，从而控制机床的运动，实现零件的机械加工。种加工信息，从而控制机床的运动，实现零件的机械加工。常用的信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等，并通过输入机常用的信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等，并通过输入机常用的信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等，并通过输入机常用的信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等，并通过输入机将记载的加工信息输入数控系统中。有些数控机床也可采用将记载的加工信息输入数控系统中。有些数控机床也可采用将记载的加工信息输入数控系统中。有些数控机床也可采用将记载的加工信息输入数控系统中。有些数控机床也可采用操作面板上的按钮和键盘直接输入加工程序，或通过串行口操作面板上的按钮和键盘直接输入加工程序，或通过串行口操作面板上的按钮和键盘直接输入加工程序，或通过串行口操作面板上的按钮和键盘直接输入加工程序，或通过串行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统中。将计算机上编写的加工程序输入到数控系统中。将计算机上编写的加工程序输入到数控系统中。将计算机上编写的加工程序输入到数控系统中。n n (2)(2)数控装置数控装置数控装置数控装置n n 数控装置是数控机床的核心，它的作用是接收输入装置所数控装置是数控机床的核心，它的作用是接收输入装置所数控装置是数控机床的核心，它的作用是接收输入装置所数控装置是数控机床的核心，它的作用是接收输入装置所输入的加工信息，实现数值的计算、逻辑判断、输入输入的加工信息，实现数值的计算、逻辑判断、输入输入的加工信息，实现数值的计算、逻辑判断、输入输入的加工信息，实现数值的计算、逻辑判断、输入/输出输出输出输出控制等功能。控制等功能。控制等功能。控制等功能。上一页 下一页 返回1.2数控机床的工作原理及基本组成n n目前数控装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式目前数控装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式目前数控装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式目前数控装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能。它是一种位置控制系统，根据所输入的数据实现数控功能。它是一种位置控制系统，根据所输入的数据实现数控功能。它是一种位置控制系统，根据所输入的数据实现数控功能。它是一种位置控制系统，根据所输入的数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件，加工出所需插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件，加工出所需插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件，加工出所需插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件，加工出所需的零件。的零件。的零件。的零件。n n (3)(3)伺服系统伺服系统伺服系统伺服系统n n 伺服系统是数控系统的执行部件，它包括电动机、速度控伺服系统是数控系统的执行部件，它包括电动机、速度控伺服系统是数控系统的执行部件，它包括电动机、速度控伺服系统是数控系统的执行部件，它包括电动机、速度控制单元、测量反馈单元、位置控制等部分。伺服系统将数控制单元、测量反馈单元、位置控制等部分。伺服系统将数控制单元、测量反馈单元、位置控制等部分。伺服系统将数控制单元、测量反馈单元、位置控制等部分。伺服系统将数控系统发来的各种运动指令转换成机床移动部件的运动。由于系统发来的各种运动指令转换成机床移动部件的运动。由于系统发来的各种运动指令转换成机床移动部件的运动。由于系统发来的各种运动指令转换成机床移动部件的运动。由于伺服系统直接决定刀具和工件的相对位置，所以伺服系统的伺服系统直接决定刀具和工件的相对位置，所以伺服系统的伺服系统直接决定刀具和工件的相对位置，所以伺服系统的伺服系统直接决定刀具和工件的相对位置，所以伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。目性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。目性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。目性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。目前许多数控机床使用了全数字伺服驱动的直线电动机，这种前许多数控机床使用了全数字伺服驱动的直线电动机，这种前许多数控机床使用了全数字伺服驱动的直线电动机，这种前许多数控机床使用了全数字伺服驱动的直线电动机，这种电动机刚性好，可高速转动。电动机刚性好，可高速转动。电动机刚性好，可高速转动。电动机刚性好，可高速转动。上一页 下一页 返回1.2数控机床的工作原理及基本组成n n(4)(4)机床本体机床本体机床本体机床本体n n 数控机床的主体是完成各种切削加工的机械部分，主要包数控机床的主体是完成各种切削加工的机械部分，主要包数控机床的主体是完成各种切削加工的机械部分，主要包数控机床的主体是完成