数控技术朱晓春主编绪论

数控技术与编程NCTechnology&Programming丁晚景Mobile66675QQ: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

2

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

数控机床的组成

ComponentsofNCMachineTools数控机床的物理组成2

数控机床的组成

ComponentsofNCMachineTools2

数控机床的组成

ComponentsofNCMachineTools1零件图工艺处理

确定合理的加工方案、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数、对刀点、换刀点等；2数学处理

计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据；3数控编程

根据加工路线、工艺参数、刀位数据及数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，编写数控加工程序；4程序输入5译码6数据处理

包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的处理程序；7插补运算

插补是通过插补计算程序，根据程序规定的进给速度要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算，也即数据点的密化工作8伺服控制与加工

伺服系统接受插补运算后的脉冲指令信号或插补周期内的位置增量信号，经放大后驱动伺服电机，带动机床的执行部件运动，从而加工出零件数控机床加工零件的过程3

数控机床的特点

Characteristics优点适应性强加工精度高、质量稳定生产效率高、经济效益好减轻操作者的劳动强度、操作简单有利于生产管理的现代化具有故障诊断和监控能力问题造价较高加工精度高、质量稳定调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员生产效率高、经济效益好对编程人员的技术水平要求较高4

数控机床的分类

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

数控机床的分类

Classification按运动控制方式分类A点位控制数控机床B直线控制数控机床C轮廓控制数控机床A点位控制

一些孔加工数控机床，如数控钻床、数控冲床等，数控系统只控制刀具从一点到另一点的准确定位，从一个孔到另一个孔的移动轨迹则无严格要求。在机床移动部件的移动过程中，不进行切削加工。具有这种运动控制的机床称为点位控制数控机床Point-to-pointControl

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数控机床的分类

Classification按运动控制方式分类A点位控制数控机床B直线控制数控机床C轮廓控制数控机床B直线控制AxialControl

直线控制数控机床不仅要求控制点到点的精确定位，而且要求机床工作台或刀具（刀架）以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工。这类机床主要有简易数控车床、数控镗铣床和数控加工中心等。

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数控机床的分类

Classification按运动控制方式分类A点位控制数控机床B直线控制数控机床C轮廓控制数控机床C轮廓控制ContouringControl

对一些数控机床，如数控铣床、加工中心等，要求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，使刀具与工件间的相对运动符合工件加工轮廓要求。具有这种运动控制的机床称为轮廓控制数控机床。continuoustracecontrol

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数控机床的分类

Classification按伺服系统分类A开环控制系统B闭环控制系统C半闭环控制系统A开环控制系统Open-loopControlSystem

没有位移检测反馈装置的数控机床称为开环控制数控机床。数控装置发出的控制指令直接通过驱动装置控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统转化成刀架或工作台的位移。由于这种控制系统没有检测反馈，无法通过反馈自动进行误差检测和校正，因此位移精度一般不高。4数控机床妖的分类Clas纹sifi叮cati露on按伺服庆系统分驰类A开环控制慢系统B闭环控制殖系统C半闭环份控制系怎统B闭环控制许系统Clo培sed拥-lo返op捉Con统tro培lS兴yst搂em这种闭环饼控制方式箭可以消除超由于机械膊传动部件晨误差给加惑工精度带芬来的影响跪，因此可那得到很高赔的加工精兄度，但由跃于它将丝贯杠螺母副术及工作台种导轨副这党些大惯量魔环节放在厘闭环之内说，系统稳偿定性受到套影响，调拆试困难，等且结构复挖杂、价格犁昂贵。4数控机仙床的分买类Clas探sifi峡cati像on按伺服迈系统分喘类A开环控制衔系统B闭环控皇制系统C半闭环壶控制系羽统C半闭环控礼制系统Half括-clo鞭sed-死loop轿Con横trol康Sys悄tem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机床饥的闭环控批制环内不喘包括丝杠崭螺母副及宇机床工作采台导轨副坊等大惯量住环节，因滋此可以获坛得稳定的博控制特性唤，而且调滨试比较方拒便，价格触也较全闭缓环系统便存宜。4数控机岂床的分污类Cla耕ssi浑fic赛ati拉on按功能尾水平分唇类A经济型系数控机椅床B普及型数访控机床C高级数站控机床性能类别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,步进电机数控系梢统的功渴能分类4数控机床挪的分类Cla续ssi蕉fic沈ati帽on按功能水绍平分类A经济型冬数控机涂床B普及型任数控机巡寿床C高级数塌控机床A经济型数哗控机床伺服进青给驱动符一般是喜由步进俯电机实杂现的开完环驱动功能比预较简单尽、价格塔比较低稼廉精度中等能满足加赴工形状比涌较简单的获直线、圆优弧及螺纹棍加工一般控制滩轴数在3轴以下脉冲当帝量（分盆辨率）贪多为10m，快速冻进给速哀度在10m／min以下4数控机床埋的分类Cla包ssi才fic未ati尺on按功能水着平分类A经济型数耗控机床B普及型狼数控机磁床C高级数便控机床B普及型急数控机缝床中档型数司控机床也助称标准型白数控机床采用交鄙流或直师流伺服昨电机实负现半闭麻环驱动能实现4轴或4轴以下惑联动控蚊制脉冲当依量为1m，进给趣速度为15-2允4m／min一般采用16位或32位处理器贴，RS23倾2C通信接从口、DNC接口和绕内装PLC具有图俭形显示珍功能及排面向用熄户的宏芒程序功蜓能4数控机床戴的分类Clas察sifi恩cati所on按功能殿水平分毛类A经济型数润控机床B普及型数策控机床C高级数控仿机床C高级数控消机床高档型数淘控机床指薄加工复杂鸟形状的多良轴联动数鼓控机床或露加工中心鹊，功能强表、工序集摄中、自动解化程度高带、柔性高一般采血用32位以上微参处理器，顶形成多CPU结构。伙采用数览字化交阀流伺服袜电机形漂成闭环牌驱动，茧并开始身使用直钟线伺服溉电机，拔具有主畜轴伺服切功能，皇能实现5轴以上联鹿动，脉冲滩当量为0.1-咽1m，进给豪速度可螺达100m汉/min以上具有宜揭人的图鞭形用户佩界面，蜘有三维脏动画功奋能，能果进行加牧工仿真解检验。延同时还岁具有多斜功能智漠能监控爱系统和介面向用腐户的宏款程序功岸能，还姓有很强汇的智能段诊断和迹智能工宽艺数据角库，能捧实现加层工条件卸的自动再设定，璃且具有刮制造自增动化协常议（MAP）等高创性能通掌信接口姻，能实天现计算燥机联网辽和通信5数控机床然的适用范渴围Rang握eof骗App伙lica唇tion数控装置牙的性能指即标反映了筝数控系统归的基本性杠能，是选脱择数控系棋统的主要物依据，概攀括起来如钢下1．控制姥轴数和录联动轴泥数8．程序的溜编辑、管身理和控制2.插补功喘能9．误差补阀偿功能3．脉冲撤当量（于控制分疮辨率）10.加减速控悼制功能4．定位呢精度和秤重复精速度11.逻辑控孕制功能5．行程12.通信方礼式6．主轴转蜂速和进给溪速度及其概调节范围13.故障诊断线功能7．机床最数控功揉能5数控机床奋的适用范来围Ran青ge充of忘App饰lic孔ati落on6数控技术虚的发展历倾程Hist炒ory泻inB蚁rief电子管195餐2，Par危son遵sC可orp抛.,M碗IT,美空军后驴勤司令部雁合作，第稠一台立式湖数控铣床晶体管&印刷电旅路1959，晶体收管元件蓝的出现交使电子污设备的肺体积大万大减小摄，数控伤系统中累广泛采表用晶体予管和印庭刷电路焦板，K&T开发第厚一台加简工中心MILW菜AUKE考E-MA芦TIC小规模匪集成电坏路196爬5,由于它窝体积小夺、功耗仇低，使榨数控系尝统的可冬靠性得胁以进一仇步提高咸。196穿7，英国形崖成最初的FMS通用小型丧计算机197透0，在美国询芝加哥国识际机床展抄览会上，榜首次展出蜡了一台以肾通用小型发计算机作谅为数控装师置的数控梢系统，特碰征为许多讽数控功能咬由软件完花成微处理霉器197飞4，开始出轻现的以微匀处理器为烘核心的数怠控系统被刊人们誉为罪第五代数虹控系统，熊近30年来，烦装备微韵处理机由数控系澡统的数汁控机床筛得到飞煎速发展相和广泛升应用基于PC的数控20世纪80年代，基寇于PC开发式数引控系统计算机技西术的每一孤点进步都孤在推动数粱控技术向筒前发展7数控技术攀的发展趋强势Deve狮lopm雅ent杰Tren唱d机床向高炭速化方向光发展，可喂充分发挥补现代刀具户材料的性条能，可大躺幅度提高尾加工效率部、降低加旅工成本，罪提高零件太的表面加庸工质量和句精度。上世纪90年代以来段，高速主撇轴单元（胖电主轴，肤转速1500选0-10葛0000秤r/mi啄n）、高涉速且高核加/减速度的革进给运动借部件（快度移速度60~1焦20m/掉min，切削进诵给速度高答达0m/比min）、高性落能伺服系首统以及工免具系统都背出现了新雀的突破。A高速高精吸度7数控技冈术的发宣展趋势Deve级lopm役ent夜Tren工dA高速高精虑度B智能化智能化适象应控制技非术自动编程疤技术故障自诊击断etc7数控技灿术的发神展趋势Deve识lopm虏ent圾Tren车dA高速高迹精度B智能化C开放式葬系统传统的数裕控系统都帐是专门、老具有不同宁的编程语是言、非标尤准人机接肢口、多种仓实时操作袋系统、非网标准的硬梯件接口等拳特征，造名成了数控份系统使用递和维护的邻不便，也墨限制了数雄控技术的趋进一步发射展。为了解穴决这些送问题，掘人们提权出了“豆开放式驻数控系释统”的野概念。悟概念最三早见于198郑7年美国黑的NGC计划，NGC控制技术柏通过实现染基于相互切操作和分境级式的软矩件模块的汽“开放式速系统体系轰结构标准委规范（SOSA偿S）”找到屑解决问题同的办法。镜一个开放爪式的系统犯体系结构征能够使供念应商为实跟现专门的领最佳方案遭去定制控拦制系统。7数控技济术的发兆展趋势Deve落lopm臣ent假Tren镰dA高速高状精度B智能化C开放式系庭统D网络化E可靠性提高数控危系统的可隙靠性数控系赛统平均像无故障违时间大女于100脱00-余300捐00h电子与况电气元钟件高集渠成、抗快干扰零部件声制造专盗业化标般准化网络化数吃控技术——外部网派络化管宏理与控矮制——内部网络阔化功能模见块的网络男化7数