数控技术绪论

数控技术与编程NCTechnology&Programming丁晚景Mobile66675e-Mail:rmding@163.comQQ:2399530113254绪论（2h）工程资料的计算机化（2h）CAD/CAM系统构成（2h）图形变换（2h）6AutoCAD系统开发（2h）参数化设计技术（2h）7适时上机操作（16h）几何造型方法（2h）89相关技术简介（10h）数控技术绪论Chapter1IntroductiontoNCTechnology13254基本概念——数字控制与数控机床数控机床的特点数控机床的组成和加工过程数控机床的分类及适用范围数控技术的发展历程6数控技术的发展趋势1数字控制与数控机床

NCandNCTools基本概念

数字控制

(NC，numericalcontrol)

[GB8129-87]用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法数控系统

(NCsystem)实现数控技术的机电控制设备数控机床

(NCtools)

装备了数控系统的机床

*1952年，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。当时控制程序是记录在纸带上的字符和数字，故称数字控制机床。*1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。1数字控制与数控机床

NCandNCTools基本概念

ThefirstsuccessfulN/Cmachine,fundedbytheAirForce,wasdemonstratedbytheMassachusettsInstituteofTechnologyin1952.Itwasa“retrofitted”Cincinnatimillingmachine(Figure

1.15).Ithadtheabilitytocoordinatetheaxismotionstomachineacomplexsurface.Thefirst"commercial"N/Cmachineswereshownatthe1955NationalMachineToolShow.1数字控制与数控机床

NCandNCTools数控机床加工过程首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。1数字控制与数控机床

NCandNCTools计算机数控CNC

一种控制系统，它自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制机床运动。整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服驱动和主轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，是数控系统的核心,称为数控装置NCU。以计算机系统为主构成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机，也称为计算机数控CNC。数控装置有时也简称为数控系统。ComputerizedNumericalControl

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数控机床的组成

ComponentsofNCMachineTools1．输入/输出设备2．数控装置3．伺服单元4．PLC及接口5．机床本体6．测量装置

除了机床本体以外的部分统称为数控系统。数控装置是数控系统的核心。数控机床的逻辑组成2数控机机床的的组成成ComponentsofNCMachineTools数控机机床的的物理理组成成2数控机机床的的组成成ComponentsofNCMachineTools2数控机机床的的组成成ComponentsofNCMachineTools1零件图图工艺艺处理理确定合合理的的加工工方案案、加加工路路线、、装夹夹方式式、刀刀具及及切削削参数数、对对刀点、换换刀点点等；；2数学处处理计算刀刀具中中心运运动轨轨迹，，获得得刀位位数据据；3数控编编程根据加加工路路线、、工艺艺参数数、刀刀位数数据及及数控控系统统规定定的功功能指指令代代码及程序序段格格式，，编写写数控控加工工程序序；4程序输输入5译码6数据处处理包括刀刀具补补偿、、速度度计算算以及及辅助助功能能的处处理程程序；；7插补运运算插补是是通过过插补补计算算程序序，根根据程程序规规定的的进给给速度度要求求，完完成在在轮廓起点点和终终点之之间的的中间间点的的坐标标值计计算，，也即即数据据点的的密化化工作作8伺服控控制与与加工工伺服系系统接接受插插补运运算后后的脉脉冲指指令信信号或或插补补周期期内的的位置置增量量信号，经经放大大后驱驱动伺伺服电电机，，带动动机床床的执执行部部件运运动，，从而而加工工出零件数控机机床加加工零零件的的过程程3数控机机床的的特点点Characteristics优点适应性性强加工精精度高高、质质量稳稳定生产效效率高高、经经济效效益好好减轻操操作者者的劳劳动强强度、、操作作简单单有利于于生产产管理理的现现代化化具有故故障诊诊断和和监控控能力力问题造价较较高加工精精度高高、质质量稳稳定调调试和和维修修比较较复杂杂，需需要专专门的的技术术人员员生产产效效率率高高、、经经济济效效益益好好对编编程程人人员员的的技技术术水水平平要要求求较较高高4数控控机机床床的的分分类类Classification分类方法数控机床类型运动控制方式点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床伺服系统类型开环数控系统半闭环数控系统闭环数控系统功能水平经济型数控系统中档型数控系统高档型数控系统工艺方法金属切削数控机床金属成型数控机床特种加工数控机床数控装置普通数控计算机数控4数控控机机床床的的分分类类Classification按运运动动控控制制方方式式分分类类A点位位控控制制数数控控机机床床B直线线控控制制数数控控机机床床C轮廓廓控控制制数数控控机机床床A点位位控控制制一些些孔孔加加工工数数控控机机床床，，如如数数控控钻钻床床、、数数控控冲冲床床等等，，数数控控系系统统只只控控制制刀刀具具从从一一点点到到另另一一点点的的准准确确定定位位，，从从一一个个孔孔到到另另一一个个孔孔的的移移动动轨轨迹迹则则无无严严格格要要求求。。在在机机床床移移动动部部件件的的移移动动过过程程中中，，不不进进行行切切削削加加工工。。具具有有这这种种运运动动控控制制的的机机床床称称为为点点位位控控制制数数控控机机床床Point-to-pointControl4数控控机机床床的的分分类类Classification按运运动动控控制制方方式式分分类类A点位位控控制制数数控控机机床床B直线线控控制制数数控控机机床床C轮廓廓控控制制数数控控机机床床B直线线控控制制AxialControl直线线控控制制数数控控机机床床不不仅仅要要求求控控制制点点到到点点的的精精确确定定位位，，而而且且要要求求机机床床工工作作台台或或刀刀具具（（刀刀架架））以以给给定定的的进进给给速速度度，，沿沿平平行行于于坐坐标标轴轴的的方方向向进进行行直直线线移移动动和和切切削削加加工工。。这类类机机床床主主要要有有简简易易数数控控车车床床、、数数控控镗镗铣铣床床和和数数控控加加工工中中心心等等。。4数控控机机床床的的分分类类Classification按运运动动控控制制方方式式分分类类A点位位控控制制数数控控机机床床B直线线控控制制数数控控机机床床C轮廓廓控控制制数数控控机机床床C轮廓廓控控制制ContouringControl对一一些些数数控控机机床床，，如如数数控控铣铣床床、、加加工工中中心心等等，，要要求求能能够够对对两两个个或或两两个个以以上上运运动动坐坐标标的的位位移移和和速速度度同同时时进进行行连连续续相相关关的的控控制制，，使使刀刀具具与与工工件件间间的的相相对对运运动动符符合合工工件件加加工工轮轮廓廓要要求求。。具具有有这这种种运运动动控控制制的的机机床床称称为为轮轮廓廓控控制制数数控控机机床床。。continuoustracecontrol4数控控机机床床的的分分类类Classification按伺伺服服系系统统分分类类A开环环控控制制系系统统B闭环环控控制制系系统统C半闭闭环环控控制制系系统统A开环环控控制制系系统统Open-loopControlSystem没有有位位移移检检测测反反馈馈装装置置的的数数控控机机床床称称为为开开环环控控制制数数控控机机床床。数数控控装装置置发发出出的的控控制制指指令令直直接接通通过过驱驱动动装装置置控控制制步步进进电电机机的的运运转转，，然然后后通通过过机机械械传传动动系系统统转转化化成成刀刀架架或或工工作作台台的的位位移移。。由于于这这种种控控制制系系统统没没有有检检测测反反馈馈，，无无法法通通过过反反馈馈自自动动进进行行误误差差检检测测和和校校正正，，因因此此位位移移精精度度一一般般不不高高。。4数控控机机床床的的分分类类Classification按伺伺服服系系统统分分类类A开环环控控制制系系统统B闭环环控控制制系系统统C半闭闭环环控控制制系系统统B闭环环控控制制系系统统Closed-loopControlSystem这种种闭闭环环控控制制方方式式可可以以消消除除由由于于机机械械传传动动部部件件误误差差给给加加工工精精度度带带来来的的影影响响，，因因此此可可得得到到很很高高的的加加工工精精度度，，但但由由于于它它将将丝丝杠杠螺螺母母副副及及工工作作台台导导轨轨副副这这些些大大惯惯量量环环节节放放在在闭闭环环之之内内，，系系统统稳稳定定性性受受到到影影响响，，调调试试困困难难，，且且结结构构复复杂杂、、价价格格昂昂贵贵。。4数控控机机床床的的分分类类Classification按伺伺服服系系统统分分类类A开环环控控制制系系统统B闭环环控控制制系系统统C半闭闭环环控控制制系系统统C半闭闭环环控控制制系系统统Half-closed-loopControlSystem速度控制电路工作台伺服电机位置比较电路指令脉冲速度反馈位置反馈检测元件这种种机机床床的的闭闭环环控控制制环环内内不不包包括括丝丝杠杠螺螺母母副副及及机机床床工工作作台台导导轨轨副副等等大大惯惯量量环环节节，，因因此此可可以以获获得得稳稳定定的的控控制制特特性性，，而而且且调调试试比比较较方方便便，，价价格格也也较较全全闭闭环环系系统统便便宜宜。4数控控机机床床的的分分类类Classification按功功能能水水平平分分类类A经济济型型数数控控机机床床B普及及型型数数控控机机床床C高级级数数控控机机床床性能类别CPU位数联动轴数分辨率

(μm)进给速度(m/min)其它高级型325=<0.1>=24,(1μm)

>=10,(0.1μm)三维动态，MAP,

数字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)

<10,(0.1μm)字符/图形

交流伺服经济型8/16<3<10<8字符,步进电机数控控系系统统的的功功能能分分类类4数控控机机床床的的分分类类Classification按功功能能水水平平分分类类A经济济型型数数控控机机床床B普及型数数控机床床C高级数控控机床A经济型数数控机床床伺服进给给驱动一一般是由由步进电电机实现现的开环环驱动功能比较较简单、、价格比比较低廉廉精度中等等能满足加加工形状状比较简简单的直直线、圆圆弧及螺螺纹加工工一般控制制轴数在在3轴以下脉冲当量量（分辨辨率）多多为10m，快速进进给速度度在10m／min以下4数控机床床的分类类Classification按功能水水平分类类A经济型数数控机床床B普及型数数控机床床C高级数控控机床B普及型数数控机床床中档型数数控机床床也称标标准型数数控机床床采用交流流或直流流伺服电电机实现现半闭环环驱动能实现4轴或4轴以下联联动控制制脉冲当量量为1m，进给速速度为15-24m／min一般采用用16位或32位处理器器，RS232C通信接口口、DNC接口和内内装PLC具有图形形显示功功能及面面向用户户的宏程程序功能能4数控机床床的分类类Classification按功能水水平分类类A经济型数数控机床床B普及型数数控机床床C高级数控控机床C高级数控控机床高档型数数控机床床指加工工复杂形形状的多多轴联动动数控机机床或加加工中心心，功能能强、工工序集中中、自动动化程度度高、柔柔性高一般采用用32位以上微微处理器器，形成成多CPU结构。采采用数字字化交流流伺服电电机形成成闭环驱驱动，并并开始使使用直线线伺服电电机，具具有主轴轴伺服功功能，能能实现5轴以上联联动，脉脉冲当量量为0.1-1m，进给速速度可达达100m/min以上具有宜人人的图形形用户界界面，有有三维动动画功能能，能进进行加工工仿真检检验。同同时还具具有多功功能智能能监控系系统和面面向用户户的宏程程序功能能，还有有很强的的智能诊诊断和智智能工艺艺数据库库，能实实现加工工条件的的自动设设定，且且具有制制造自动动化协议议（MAP）等高性性能通信信接口，，能实现现计算机机联网和和通信5数控机床床的适用用范围RangeofApplication数控装置置的性能能指标反反映了数数控系统统的基本本性能，，是选择择数控系系统的主主要依据据，概括括起来如如下1．控制轴轴数和联联动轴数数8．程序的的编辑、、管理和和控制2.插补功能能9．误差补补偿功能能3．脉冲当当量（控控制分辨辨率）10.加减速控控制功能能4．定位精精度和重重复精度度11.逻辑控制制功能5．行程12.通信方式式6．主轴转转速和进进给速度度及其调调节范围围13.故障诊断断功能7．机床数数控功能能5数控机床床的适用用范围RangeofApplication6数控技术术的发展展历程HistoryinBrief电子管1952，ParsonsCorp.,MIT,美空军后后勤司令令部合作作，第一一台立式式数控铣铣床晶体管&印刷电路路1959，晶体管管元件的的出现使使电子设设备的体体积大大大减小，，数控系系统中广广泛采用用晶体管管和印刷刷电路板板，K&T开发第一一台加工工中心MILWAUKEE-MATIC小规模集集成电路路1965,由于它体体积小、、功耗低低，使数数控系统统的可靠靠性得以以进一步步提高。。1967，英国形形成最初初的FMS通用小型型计算机机1970，在美国国芝加哥哥国际机机床展览览会上，，首次展展出了一一台以通通用小型型计算机机作为数数控装置置的数控控系统，，特征为为许多数数控功能能由软件件完成微处理器器1974，开始出出现的以以微处理理器为核核心的数数控系统统被人们们誉为第第五代数数控系统统，近30年来，装装备微处处理机数数控系统统的数控控机床得得到飞速速发展和和广泛应应用基于PC的数控20世纪80年代，基基于PC开发式数数控系统统计算机技技术的每每一点进进步都在在推动数数控技术术向前发发展7数控技术术的发展展趋势DevelopmentTrend机床向高高速化方方向发展展，可充充分发挥挥现代刀刀具材料料的性能能，可大大幅度提提高加工工效率、、降低加加工成本本，提高高零件的的表面加加工质量量和精度度。上世纪90年代以来来，高速速主轴单单元（电电主轴，，转速15000-100000r/min）、高速速且高加加/减速度的的进给运运动部件件（快移移速度60~120m/min，切削进进给速度度高达0m/min）、高性性能伺服服系统以以及工具具系统都都出现了了新的突突破。A高速高精精度7数控技术术的发展展趋势DevelopmentTrendA高速高精精度B智能化智能化适适应控制制技术自动编程程技术故障自诊诊断etc7数控技术术的发展展趋势DevelopmentTrendA高速高精精度B智能化C开放式系系统传统的数数控系统统都是专专门、具具有不同同的编程程语言、、非标准准人机接接口、多多种实时时操作系系统、非非标准的的硬件接接口等特特征，造造成了数数控系统统使用和和维护的的不便，，也限制制了数控控技术的的进一步步发展。。为了解决决这些问问题，人人们提出出了“开开放式数数控系统统”的概概念。概概念最早早见于1987年美国的的NGC计划，NGC控制技术术通过实实现基于于相互操操作和分分级式的的软件模模块的““开放式式系统体体系结构构标准规规范（SOSAS）”找到到解决问问题的办办法。一一个开放放式的系系统体系系结构能能够使供供应商为为实现专专门的最最佳方案案去定制制控制系系统。7数控技术术的发展展趋势DevelopmentTrendA高速高精精度B智能化C开放式系系统D网络化E可靠性提高数控控系统的的可靠性性数控系统统平均无无故障时时间大于于10000-30000h电子与电电气元件件高集成成、抗干干扰零部件制制造专业业化标准准化网络络化化数数控控技技术术———外部部网网络络化化管管理理与与控控制制———内部部网网络络化化功功能能模模块块的的网网络络化化7数控控技技术术的的发发展展趋趋势势DevelopmentTrendA