数控技术-概论

数控技术

9/17/20231第一章概述一、数控机床简介1.定义数控机床是指采用数字信息形式对机床刀具（或工件）运动的参数实现控制的一门技术。

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数控（NC——NumericalControl)

也就是数字控制，在机床领域是指用数字化信号对机床运动、加工过程进行控制的一种技术。数控机床（NC

Machine)

是一种采用了数控技术的机床，或者说是一种装备了数控系统的机床。计算机数控（CNC——ComputerNumericalControl)

采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能

9/17/202332.数控机床的产生和发展

必然性可能性

解决精密、复杂形状零件的加工的需求；适应产品更新换代周期缩短的需求；在大批量生产模式下解决高产优质零件的加工。9/17/20234

发展历程

第一代；1952～1959年采用电子管元件；第二代：从1959年开始采用晶体管元件；第三代；从1965年开始采用集成电路；第四代：从1970年开始采用大规模集成电路及小型通用计算机；第五代：从1974年开始采用微处理机或微型计算机。9/17/20235二、数控机床的特点和应用范围

（一）特点

1、能适应不同零件的自动加工；2、生产效率和加工精度高、加工质量稳定；3、能高效优质完成复杂型面零件的加工；4、工序集中，一机多用；5、是一种高技术设备。9/17/20236

（二）应用范围单件、中小批量生产零件的加工；形状较复杂，精度要求较高或价值昂贵、不允许报废的零件的加工；产品改型频繁、生产周期短的零件的加工。9/17/20237

数控机床的适用范围9/17/20238三.数控机床的组成和工作原理9/17/20239

1.机床本体

是切削加工的执行部件。床身、立柱、主轴箱及主轴部件、进给滑台、刀架及刀库等。9/17/2023102.数控装置

中央控制单元+数据输入、输出外设。完成数据的输入、输出和计算工作。3.伺服驱动装置

接收数控装置发来的控制信号，经放大后驱动执行部件运动。

4.检测装置

完成位置检测，实现闭环控制5.控制介质（数控程序）

也可称为信息载体，是数控机床自动加工零件的工作指令。9/17/202311四.数控机床的分类1.按工艺范围分类普通数控机床：如数控车床、数控铣床、数控磨床等加工中心机床：9/17/202312

加工中心机床是在普通数控机床的基础上加装一个刀库(可容纳10～100多把刀具)和自动换刀装置，从而构成了一种带自动换刀装置的数控机床，也称为多工序数控机床。这使数控机床更进一步地向自动化和高效化方向发展。这类机床与普通数控机床相比，优点是工件可以经过一次装夹后，数控装置就能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工面自动地完成铣、镗、钻、铰及攻丝等多工序加工。工序集中，减少了机床的台数，减少了零件重复定位误差，也大大减少了辅助时间。这类机床多以镗、铣加工为主，加工对象主要是一些箱体类零件。9/17/2023132.按数控机床的加工功能不同分类点位控制机床直线控制机床轮廓控制机床9/17/202314

轮廓控制数控机床也称为连续控制，其控制特点是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。其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统。它按所控制的联动坐标轴数不同，又可分为下面几种主要形式：二轴联动 二轴半联动三轴联动四轴联动五轴联动9/17/202315

a）二轴联动b）三轴联动c）二轴半联动图1-4不同形面铣削的联动轴数9/17/202316

图1-6五轴联动的数控加工图1-5四轴联动的数控机床

9/17/2023173.按进给伺服系统分类

步进电机驱动线路指令脉冲机床工作台（1）开环伺服系统数控机床功率脉冲9/17/202318(2)闭环伺服系统数控机床

位置检测装置

机床工作台速度反馈位移反馈+_信号变换电路位移指令速度指令电压指令信号比较电路9/17/202319(3)半闭环伺服系统数控机床

位置检测装置

机床工作台速度反馈位移反馈+_信号变换电路位移指令速度指令电压指令信号比较电路9/17/2023204、按机床用途分类金属切削类金属成形类特种加工类测量、绘图类

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9/17/202322数控机床分类数控机床按工艺用途分类普通数控机床数控加工中心机床按加工功能分类点位控制数控机床点位直线控制数控机床开环控制数控机床按进给伺服系统分类

轮廓控制数控机床半闭环控制数控机床闭环控制数控机床9/17/202323

按联动轴数分类按其基本用途分类

二轴（半）联动数控机床三轴半联动数控机床四轴联动数控机床五轴联动数控机床金属成形类数控机床特种加工类数控机床测量、绘图类数控机床金属切削类数控机床9/17/202324四、数控机床的发展及其技术水平9/17/202325

(一)高速度、高精度化

(1)

对于数控系统

(2)对于伺服驱动系统(3)前馈控制技术

(4)机床静、动磨擦的非线性补偿控制技术

(5)伺服系统的速度环和位置环均采用软件控制

(6)采用高分辨率的位置检测装置

(7)补偿技术得到发展和广泛应用(8)高速大功率电主轴的应用(9)超高速切削刀具的应用(10)配置高速、强功能的内装式可编程控制器（PLC）9/17/202326

(二)多功能化

(1)数控机床采用一机多能，以最大限度地提高设备利用率

(2)前台加工、后台编辑的前后台功能(3)具有更高的通信功能9/17/202327

(三)智能化

(1)引进自适应控制技术(2)故障自诊断、自修复功能

(3)刀具寿命自动检测更换

(4)引进模式识别技术9/17/202328

(四)数控系统小型化

(五)数控编程自动化(六)更高的可靠性

(1)提高系统硬件质量(2)模块化、标准化和通用化

(3)增强故障自诊断、自恢复和保护功能

9/17/202329五、以数控机床为基础的自动化生产线（一）直接数字控制(DNC)DNC亦称为计算机群控系统。它可理解为用一台计算机直接管理和控制一群数控机床的系统DNC系统分为间接型群控系统和直接型群控系统两大类9/17/202330

9/17/202331（二）柔性制造系统(FMS)FMS系统(FlexibleManufacturingSystem)是一种适用于多品种、大中小批量生产的自动化生产方式，主要由计算机辅助设计，生产系统、数控机床、智能机器人、全自动化输送系统和自动化仓库组成。全部生产过程由一台中央计算机进行生产的调度，若干台控制计算机进行工位控制，组成一个各种制造单元相对独立而又便于灵活调节，适应性很强的制造系统，这种系统称为柔性制造系统。9/17/2023329/17/202333

组成：⒈中央管理和控制计算机⒉物流控制装置⒊自动化仓库⒋无人输送台车⒌制造单元⒍中央刀具库⒎夹具站⒏信息传输网络FMS中通信系统⒐FS随行工作台9/17/202334

主要功能：

1）以成组技术为核心的对零件分析编组的功能。2）以微型计算机为核心的编排作业计划的智能功能。3）以加工中心为核心，自动换刀、换工件的加工功能。4）以托盘和运输系统为核心的工件存放与运输功能。5）以各种自动检测装置为核心的自动测量、定位与保护功能。9/17/202335（三）CIMS计算机集成制造系统

CIMS

（ComputerIntegratedManufacturingSystem）是通过计算机及其软件，将制造工厂生产、经营的全部活动与整个生产过程有关的物料流与信息流实现计算机系统化的管理，把各种分散的自动化系统有机的集成起来，构成一个优化的完整生产系统。9/17/202336

网络

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CADFM

BMQC

MPPMMRP

MIS

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FMSRCFMC

PLC产品输出数据库数据库

网络

网络原料输入图1-13CIMS技术集成关系图9/17/202337图1-14CIMS的组成示意图搬运车机器人自动搬运输送机自动仓库NCNC加工机床搬运车机器人自动搬运机器