1、數(shù)控技術(shù) 9/3/20221第一章 概 述一、數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介1.定義 數(shù)控機(jī)床是指采用數(shù)字信息形式對(duì)機(jī)床刀具（或工件）運(yùn)動(dòng)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制的一門(mén)技術(shù)。 9/3/20222 數(shù)控（NCNumerical Control) 也就是數(shù)字控制，在機(jī)床領(lǐng)域是指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)、加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種技術(shù)。數(shù)控機(jī)床（NC Machine) 是一種采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是一種裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNCComputer Numerical Control) 采用存儲(chǔ)程序的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能 9/3/20223 發(fā)展歷程 第一代；19521959年采用電子管元件； 第二

2、代：從1959年開(kāi)始采用晶體管元件； 第三代；從1965年開(kāi)始采用集成電路； 第四代：從1970年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路及小型通用計(jì)算機(jī)； 第五代：從1974年開(kāi)始采用微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)。 9/3/20225二、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 （一） 特點(diǎn) 1、能適應(yīng)不同零件的自動(dòng)加工； 2、生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定； 3、能高效優(yōu)質(zhì)完成復(fù)雜型面零件的加工； 4、工序集中，一機(jī)多用； 5、是一種高技術(shù)設(shè)備。9/3/20226 （二）應(yīng)用范圍單件、中小批量生產(chǎn)零件的加工；形狀較復(fù)雜，精度要求較高或價(jià)值昂貴、不允許報(bào)廢的零件的加工；產(chǎn)品改型頻繁、生產(chǎn)周期短的零件的加工。9/3/20227 數(shù)

3、控機(jī)床的適用范圍9/3/20228 1.機(jī)床本體 是切削加工的執(zhí)行部件。床身、立柱、主軸箱及主軸部件、進(jìn)給滑臺(tái)、刀架及刀庫(kù)等。9/3/202210四.數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)1.按工藝范圍分類(lèi)普通數(shù)控機(jī)床：如數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等加工中心機(jī)床：9/3/2022122.按數(shù)控機(jī)床的加工功能不同分類(lèi)點(diǎn)位控制機(jī)床直線控制機(jī)床輪廓控制機(jī)床9/3/202214 輪廓控制數(shù)控機(jī)床也稱(chēng)為連續(xù)控制，其控制特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度同時(shí)進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制。 其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱(chēng)為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)。它按所控制的聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)不同，又可分為下面幾種主要形式：二軸聯(lián)動(dòng)二軸半聯(lián)動(dòng)三軸聯(lián)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)9

4、/3/202215 a）二軸聯(lián)動(dòng) b）三軸聯(lián)動(dòng) c）二軸半聯(lián)動(dòng) 圖1-4 不同形面銑削的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)9/3/202216 圖1-6 五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工 圖1-5 四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床 9/3/2022173.按進(jìn)給伺服系統(tǒng)分類(lèi) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路指令脈沖機(jī)床工作臺(tái)（1）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床功率脈沖9/3/202218(3)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 位置檢測(cè)裝置 機(jī)床工作臺(tái)速度反饋位移反饋+_信號(hào)變換電路位移指令速度指令電壓指令信號(hào)比較電路9/3/2022204、按機(jī)床用途分類(lèi)金屬切削類(lèi)金屬成形類(lèi) 特種加工類(lèi) 測(cè)量、繪圖類(lèi) 9/3/202221數(shù)控機(jī)床分類(lèi)數(shù)控機(jī)床按工藝用途分類(lèi)普通數(shù)控機(jī)床數(shù)控加工中心機(jī)床

5、按加工功能分類(lèi)點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床 開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床按進(jìn)給伺服系統(tǒng)分類(lèi) 輪廓控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床9/3/202223 按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類(lèi)按其基本用途分類(lèi) 二軸（半）聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床三軸半聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床金屬成形類(lèi)數(shù)控機(jī)床特種加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床測(cè)量、繪圖類(lèi)數(shù)控機(jī)床金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床9/3/202224 (一) 高速度、高精度化 (1) 對(duì)于數(shù)控系統(tǒng) (2) 對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) (3) 前饋控制技術(shù) (4) 機(jī)床靜、動(dòng)磨擦的非線性補(bǔ)償控制技術(shù) (5) 伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和位置環(huán)均采用軟件控制 (6) 采用高分辨率的位置檢測(cè)裝置 (7) 補(bǔ)償技術(shù)

6、得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用 (8) 高速大功率電主軸的應(yīng)用 (9) 超高速切削刀具的應(yīng)用 (10) 配置高速、強(qiáng)功能的內(nèi)裝式可編程控制器（PLC）9/3/202226 (二) 多功能化 (1) 數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多能，以最大限度地提高設(shè)備利用率 (2) 前臺(tái)加工、后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功能 (3) 具有更高的通信功能9/3/202227 (三) 智能化 (1) 引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù) (2) 故障自診斷、自修復(fù)功能 (3) 刀具壽命自動(dòng)檢測(cè)更換 (4) 引進(jìn)模式識(shí)別技術(shù)9/3/202228五、以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)線（一）直接數(shù)字控制(DNC) DNC亦稱(chēng)為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)。它可理解為用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接管理和控

7、制一群數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng) DNC系統(tǒng)分為間接型群控系統(tǒng)和直接型群控系統(tǒng)兩大類(lèi) 9/3/202230 9/3/202231（二）柔性制造系統(tǒng)(FMS) FMS系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System)是一種適用于多品種、大中小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化生產(chǎn)方式，主要由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人、全自動(dòng)化輸送系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)組成 。全部生產(chǎn)過(guò)程由一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)的調(diào)度，若干臺(tái)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工位控制，組成一個(gè)各種制造單元相對(duì)獨(dú)立而又便于靈活調(diào)節(jié)，適應(yīng)性很強(qiáng)的制造系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱(chēng)為柔性制造系統(tǒng)。9/3/2022329/3/202233 組成： 中央管理和控制計(jì)算機(jī)

8、物流控制裝置 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù) 無(wú)人輸送臺(tái)車(chē) 制造單元 中央刀具庫(kù) 夾具站 信息傳輸網(wǎng)絡(luò) FMS中通信系統(tǒng) FS隨行工作臺(tái)9/3/202234 主要功能： 1）以成組技術(shù)為核心的對(duì)零件分析編組的功能。 2）以微型計(jì)算機(jī)為核心的編排作業(yè)計(jì)劃的智能功能。 3）以加工中心為核心，自動(dòng)換刀、換工件的加工功能。 4）以托盤(pán)和運(yùn)輸系統(tǒng)為核心的工件存放與運(yùn)輸功能。 5）以各種自動(dòng)檢測(cè)裝置為核心的自動(dòng)測(cè)量、定位與保護(hù)功能。9/3/202235（三）CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS （Computer Integrated Manufacturing System）是通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)的全部

9、活動(dòng)與整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的物料流與信息流實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)化的管理，把各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)的集成起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)優(yōu)化的完整生產(chǎn)系統(tǒng)。9/3/202236 網(wǎng)絡(luò) 信 息 集 成數(shù)據(jù)庫(kù)工 程設(shè) 計(jì) 經(jīng)營(yíng) 管理 加 工 制 造 物 流 CAM CAPP CAE GT CADFM BMQC MPPMMRP MIS CNC CAT FMSRCFMC PLC產(chǎn)品輸出數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù) 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)原料輸入圖1-13 CIMS技術(shù)集成關(guān)系圖9/3/202237圖1-14 CIMS的組成示意圖搬運(yùn)車(chē)機(jī)器人自 動(dòng)搬 運(yùn)輸送機(jī)自 動(dòng)倉(cāng) 庫(kù)NCNC加 工機(jī) 床搬運(yùn)車(chē)機(jī)器人自 動(dòng)搬 運(yùn)機(jī)器人自 動(dòng)裝 配C A T自 動(dòng)檢 驗(yàn)產(chǎn)品

10、生 產(chǎn) 過(guò) 程 信 息毛坯FMS 辦公室自動(dòng)化 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 工廠自動(dòng)化經(jīng)營(yíng)管理M I S生產(chǎn)技術(shù)C A M設(shè)計(jì)管理C A D產(chǎn)品開(kāi)發(fā)C A E生產(chǎn)管理M R P市場(chǎng)信息M K TM I S數(shù) 據(jù) 庫(kù)M K T數(shù) 據(jù) 庫(kù)C A E數(shù) 據(jù) 庫(kù)C A D數(shù) 據(jù) 庫(kù)M R P數(shù) 據(jù) 庫(kù)C A M數(shù) 據(jù) 庫(kù)9/3/202238 “數(shù)字制造”就是用數(shù)字的方式來(lái)存儲(chǔ)、管理和傳遞制造過(guò)程中的所有信息。9/3/202239我國(guó)機(jī)床工業(yè)目前的水平我國(guó)機(jī)床工業(yè)與世界先進(jìn)水平相比，仍有較大差距。具體表現(xiàn)如下： 1機(jī)床基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)研究明顯落后，沒(méi)有領(lǐng)先技術(shù)，處于引進(jìn)技術(shù)，消化吸收階段。 2數(shù)控上只能生產(chǎn)中等規(guī)格的車(chē)、銑、加工中心；精密、大型、中型、小型、特種需進(jìn)口。 3高精度的性能不能滿足；精度保持性差。9/3/202240我國(guó)機(jī)床工業(yè)與國(guó)外差距1. 機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率9/3/2022412000-2007年中國(guó)機(jī)床數(shù)控化比率9/3/2022422010年12011年8月我國(guó)機(jī)床產(chǎn)量數(shù)控化率變化趨勢(shì) 9/3/2022432. 機(jī)床技術(shù)水平我國(guó)：56軸聯(lián)動(dòng)，分辨率1m；國(guó)外：1519軸聯(lián)動(dòng)，分辨率0.10.01m。