数控机床与编程01

数控机床与编程主讲人：安治国第1章概述1.1数控技术的发展1.2数控机床的组成及工作过程1.3数控机床的特点1.4数控机床的分类1.5

数控机床的坐标系1.6数控机床的主要性能指标

数控、数控机床与数控加工数字控制：是以数字化信号对机构的运动过程进行控制的一种方法。简称为数控（NC）。数控机床：指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。数控加工：泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。1）制造技术的自动化：

产品设计自动化例CAD、CAPP、CAM，

企业管理自动化例ERP，

加工自动化例现场总线、CNC、DNC；

质量控制过程自动化

第1章概述1.1数控技术的发展ERP（EnterpriseResourcePlanning)，企业资源计划是一种主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体化管理的企业信息管理系统。通过运用ERP，企业能够利用计算机对企业的资金、货物、人员和信息等资源进行自动化管理，具有制造，办公操作，供应链管理，人力资源管理，项目管理，财务与管理，客户服务，销售与市场营销等商业功能。企业资源计划对于在企业高度普及计算机辅助管理，实现企业管理信息化和自动化，提高工作效率和增强快速反应能力，都具有十分重要的意义。

现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线（配线的共享）。DNC是DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl英文一词的缩写,

DNC最早是指分布式数控系统（DistributedNumericalControl），其含义是用一台大型计算机同时控制几台数控机床。后来随着科学技术的进步，数控系统由NC（NumericalControl）发展为CNC

（ComputerNumericalControl计算机数控系统），每一台数控机床由一台计算机（CNC系统）来控制,所以过去的DNC概念已失去意义。现在的CNC系统功能已非常完善，有很多CNC系统可实现一边接收NC程序一边进行切削加工，这就是所谓的DNC(DirectNumericalControl)，但不是所有的CNC系统都支持这一功能，有一些系统只是先将接收的加工程序存储在系统内存(Memory)里，而不能同时进行切削加工，这种传输形式一般叫块BLOCK)传输。第1章概述2）制造系统自动化

：

CIMS

FMS

1.1.1计算机数字控制装置

（Computerizednumericalcontrol装置,CNC）第1章概述

1.CNC系统由软件和硬件共同完成数控任务2.CNC装置——数控系统核心

第1章概述●主要工作：

1）程序输入

2）译码

3）刀具补偿

4）速度规划

第1章概述●主要工作：

5）插补运算

6）位置控制

7）I/O处理

8）显示

9）诊断

●

CNC装置的的主要功能与特点

1）控制功能

2）

准备功能

3）插补功能

4）固定循环功能

5）进给功能第1章概述

1.1.2

柔性制造系统

（flexiblemanufacturingsystem,FMS）第1章概述能迅速响应市场需求而相应调整生产品种；由若干台数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的；根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整。定义

第1章概述主要特点级别与适用范围组成与结构发展趋势

FMS两个主要特点第1章概述设备柔性工业柔性产品柔性工序柔性1）柔性：

第1章概述运行柔性批量柔性扩展柔性生产柔性FMS两个主要特点1）柔性：

第1章概述目标：降低生产成本提高市场影响能力提高产品质量降低劳动强度改善环境2）

自动化

级别与适用范围1.柔性制造模块（flexiblemanufacturingmodule,FMM）第1章概述2.柔性制造单元

（flexiblemanufacturingcell,FMC）

级别与适用范围第1章概述3.柔性制造系统

（flexiblemanufacturingsystem,FMS）4.柔性制造生产线

（flexiblemanufacturingline,FML）5.柔性制造工厂

（flexiblemanufacturingfactory,FMF）

组成与结构

第1章概述

图1.1FMS的组成框图及功能特征

发展趋势1)向小型化、单元化方向发展第1章概述2)向规模化、集成化方向发展3)单项技术性能与系统性能不断提高4）重视人的因素

1.1.3

计算机集成制造系统1．计算机集成制造

（computerintegratedmanufacturing,CIM）

概念的提出

1)

1952年第一台数控机床诞生

2)1963年几何造型CAD系统首先在美国研制成功

3)1967年出现了第一套柔性制造系统

第1章概述

4)

1973年美国哈林顿博士提出计算机集成制造

5)1992年国际标准化组织定义计算机集成制造定义

6)我国863计划中CIMS主题第1章概述

第1章概述2．计算机集成制造系统

（computerintegratedmanufacturingSYSTEM,CIMS）

概念的提出

指将CIM具体应用到一个企业，按照集成思想构成的一个具体的系统，是整个制造过程信息采集、传递加工处理的过程。

第1章概述图1.2计算机集成制造系统的逻辑关系

第1章概述图1.3计算机集成制造系统的构成与特点3．计算机集成制造系统的构成与特点

第1章概述3．计算机集成制造系统的特点

1）简化系统及其操作，使其具有赢得全球性市场的能力。

2）采用动态多变的组织结构和虚拟公司的形式，使其能快速响应市场的变化

3）采用并行工程的方法，将产片的设计、制造、销售、后勤保障和分配活动全部集成在一起。

4）以用户为核心，尽可能缩短产品开发周期，提高质量、降低成本，并最大限度满足用户要求。

5）强调人的作用，强调技术、组织和人的全面集成。

1.1.4

数控机床的发展历史第1章概述1）数控机床的产生

生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密、复杂，而且改型频繁，需要机床满足高性能、高精度和高自动化。1.原因—社会生产发展（军备竞赛的产物）

2.目的—解决单件、中小批量精密复杂零件的加工问题3.时间—1948(设想提出)1952（第一台数控铣）1959（第一台加工中心）1967(英国FMS)20世纪八十年代末（CIMS）21世纪

第1章概述1）数控机床的产生

1946年第一台电子计算机问世，奠定了数控机床产生的基础

1948年产生数控机床的设想

1949年美国开始研制

1952年第一台三坐标镗铣床试制成功

第1章概述2）数控机床的发展史

（1）硬件直接数控（NC）：

1952年电子管

1959年晶体管

1965年集成电路第1章概述2）数控机床的发展史

（2）计算机软件数控：

1968年小型计算机

1974年微处理器

基于工控PC机的通用型CNC系统

我国1958年研制了第一台数控机床主要的数控系统厂家德国西门子公司（Siemens）德国德马吉公司（DMG）日本发那克公司（Fanuc）西班牙发格公司（Fagor）日本大隗公司（Okuma）日本三菱公司（Mitsubishi）

第1章概述3）数控机床的产量情况

在数控系统不断更新换代的同时，数控机床的品种得以不断发展完善，几乎所有品种的机床都实现了数字化。

第1章概述1.4.5数控技术的发展趋势与研究方向1）高精度化

数控机床制造的几何精度和机床使用的几何精度两个方面。

普通加工和精密加工的精度将提高几倍，超精度加工进入纳米时代。

第1章概述2）高可靠性衡量可靠性的重要的量化指标是平均无故障时间（MTBF）数控系统的MTBF值的提高数控机床整机的可靠性水平的提高

第1章概述3）高柔性化适应加工对象变化的能力。向单元柔性化和系统柔性化发展。

第1章概述4）复合化工序复合化和功能复合化车、铣、镗、钻工序集中到一台机床冲孔、成形与激光切割复合机床等离子加工与冲压复合机床

第1章概述5）高速度化提高切削速度和减少辅助时间提高主轴转速，减少非切削时间，提高快速移动速度、缩短换刀时间及工作台交换时间。缩短换刀时间和工作台交换时间。

第1章概述6）设计CAD和宜人化设计方案选择，整机的静、动态特性的分析，计算，预测和优化设计，对整机各工作部件进行动态仿真。

将功能设计与美学设计有机地结合在一起，技术与经济、文化、艺术的协调统一。

第1章概述7）制造系统自动化

提高自动编程，自动换刀，自动上下料，自动加工

自动检测，自动监控，自动诊断，自动对刀，自动传输，自动调度，自动管理，

提高标准化和进线的适应能力，达到“无人化”管理正常生产的目标。

第1章概述1.2数控机床的主要结构及工作过程

1.2.1主要结构第1章概述1.2数控机床的组成及工作过程信息输入

2)数控装置

3)伺服驱动装置及检测反馈装置

4)机床本体

5)机电接口x-y数控拖板变频主轴机床本体数控系统及其操作面板行程开关控制电柜Z轴伺服电机

数控机床的组成

第1章概述图1.4数控机床的主要结构数控机床各部分的作用1.输入装置作用：输入程序（人机）、控制参数、补偿量等方式：键盘输入纸带输入（穿孔纸带）磁盘输入（硬盘、软盘、U盘）网络通讯(RS232、DNC、TCP/IP）2.数控装置（NC)___数控机床大脑

作用：数控机床核心部件接受输入信息运算与处理(译码、运算、逻辑处理)

产生输出脉冲（动作、运动指令）计算机的功能

CNC：计算机数字控制装置CNC系统构成CNC装置控制软件(软件功能)硬件电路(硬件功能)主轴伺服单元主轴驱动装置可编程控制器进给伺服单元进给驱动装置测量装置(位置\速度)程序操作面板输入输出设备机床M.S.T\辅助指令信号主轴电机主轴动作完成进给动作PLC完成开关动作伺服驱动系统进给电机电→机信号转换\放大经插补运算,输出各坐标轴进给速度、进给方向和位移量指令经逻辑运算,输出主轴变速、换向和起停信号选择和交换刀具的刀具指令信号辅助指令信号:冷却、润滑、夹经紧、松开、分度等.控制信号3.伺服系统：数控机床的动力装置

作用：接受数控装置的输出驱动与放大实现电→机转换

第1章概述图1.5数控机床的主要工作流程

1.2.2主要工作过程1.3数控机床的特点第1章概述1.3.1

数控机床的特点(相对普通机床)自动化程度高

2)适应性强

3)精度高

4)效率高

5)减轻劳动强度

6)有利用生产管理的现代化不同加工方式示例

成型零件

成形车刀仿型加工靠模板数控加工

第1章概述1.3.2

CNC机床的特点(相对NC机床)柔性好

2)功能强

3)通用性好

4)可靠性高

5)易于实现机电一体化

1.4

数控机床的分类1.4.1

按伺服控制方式分类第1章概述1）开环控制图1.6开环控制系统框图

第1章概述图1.7闭环控制系统框图2）闭环控制系统

第1章概述图1.8半闭环控制系统框图3）半闭环控制系统

第1章概述1）

普通数控机床自动化程度高、精度高1.4.2按工艺用途分类数控机床：

车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。

给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。

我们一般所说的数控设备，主要是指数控机床和加工中心。

2）

数控加工中心带刀库和自动接刀装置的数控机床。加工中心

指备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。因而大大减少了工件装夹时间，测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。

第1章概述3）

多坐标轴数控机床

可以加工复杂形状的零件，来完成需要三个以上坐标的合成才能加工的曲面形状。

第1章概述4）数控特种加工机床

电火花加工机床

数控线切割机床

数控激光切割机床

电火花加工又称放电加工（ElectricalDischargeMachining简称EDM）或电蚀加工，是一种通过工件和工具电极之间的脉冲放电而有控制地去除工件材料的加工方法。工件和工具电极间通常充有液体的电介质（工作液）。利用这种方法进行成形和穿孔加工。从70年代起，数控技术进入成形加工领域并快速发展，数控电火花也随之发展包括了电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花成形磨削、电火花同步回转加工、电火花表面强化和刻字等加工方法。在机械加工中主要用电火花成形加工和电火花线切割加工。立柱式滑枕式龙门式

数控线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，基本原理是利用移动的线状金属丝（铜丝或钼丝）作为工具电极（接高频脉冲电源的负极），对工件（接高频脉冲电源的正极）进行脉冲火花放电而切割成所需的工件形状与尺寸，故称为又称为数控电火花线切割。线切割加工时，线电极一方面相对于工件不断地移动(慢速走丝是单向移动，快速走丝是往返移动)，另一方面，装夹工件的十字工作台，由数控伺服电动机驱动，在x、y轴方向实现切割进给，使线电极沿加工图形的轨迹运动对工件进行切割加工，见图所示。a）各种零件的加工b）冷冲凸模的加工d）棱锥体形件c）多孔窄缝加工

第1章概述1.4.3按机床的运动轨迹分类

1）

点位控制系统指机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，机床移动部件的运动路线并不影响加工的孔距精度。图1.9数控钻床工作原理

第1章概述图1.9数控钻床工作原理2）直线控制数控机床要求控制点的准确定位，要求控制刀具以一定的速度沿直线平行的方向进行加工。

具有主轴转速的选择与控制、切削速度与刀具的选择、循环加工等辅助功能3）轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关的控制。具有插补运算功能。可以进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。

第1章概述举例：数控钻床

第1章概述举例：数控坐标镗床

第1章概述举例：数控弯管机

第1章概述举例：