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编辑本段数控技术 基本内容数控技术应用简介：数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如：进给速度、主轴转速、主轴正反转、换刀、冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件(即正常说的数控加工程序)存放在信息载体上(如磁盘、穿孔纸带、磁带等)，然后由机床上的数控系统读入(或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入)，通过对其译码，从而使机床动作和加工零件.现代数控机床是机电一体化的典型产品,是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术基础。数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平. 它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。数控技术-数控术语 1.数控（NC)是数字控制（Numerical Control）的英文简称。它是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。其技术涉及多个领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。 2.计算机数控（CNC）是计算机数控（Compute Numerical Control ）的英文简称。它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。 3.直接数控（DNC）是直接数控（Direct Numerical Control）的英文简称。它是用电子计算机对具有数控装置的机床群直接进行联机控制和管理，英文缩写DNC。直接数控又称群控，控制的机床由几台至几十台。直接数控是在数控 (NC)和计算机数控(CNC)基础上发展起来的。 4.微机数控（MNC）是微型计算机数控(Micro-computer Numerical Control)的英文简称。它是指用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置。 5.数控机床（Numerical Controled Machine Tool），是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。 数控技术-数控机床 1.工作原理数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品，是精密机械和自动化技术的综合体。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床工作流程（1）首先根据数控车床零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。 （2）用规定的数控车床程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。 （3）将数控车床加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。 （4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控单元（MCU）。 （5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令。 （6）数控车床伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。 2.组成 数控机床组成数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置等五大部分。下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。 加工程序载体 数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。 数控装置数控装置 数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC(Computer Numerical Control)形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控(Software NC)。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行作。 （1）输入装置 将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置。目前主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入和连接上级计算机的DNC(直接数控)输入，现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。 1）纸带输入方式。2）MDI手动数据输入方式。 3）采用DNC直接数控输入方式。（2）信息处理 输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据包括：零件的轮廓信息(起点、终点、直线、圆弧等)、加工速度及其他辅助加工信息(如换刀、变速、冷却液开关等) ，数据处理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包括刀具半径补偿、速度计算及辅助功能的处理等。 （3）输出装置 输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲，并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大，驱动伺服系统，从而控制机床按规定要求运动。 伺服系统和测量反馈系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。 机床主体 机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比，数控机床主体具有如下结构特点： （1）采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗震性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施，可减少热变形对机床主机的影响。 （2）广泛采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动链缩短，简化了机床机械传动系统的结构。 （3）采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。 数控机床的辅助装置 辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。 3.分类 针对车削、铣削、磨削、钻削和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工等特种加工工艺的需求，开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多，一般有以下16大类： 数控车床（1 ）数控车床(含有铣削功能的车削中心) （2） 数控铣床(含铣削中心) （3 ）数控铿床 （4） 以铣削为主的加工中心 （5 ）数控磨床(含磨削中心) （6 ）数控钻床(含钻削中心) （7 ）数控拉床 （8） 数控刨床 数控铣床（9） 数控切断机床 （10） 数控齿轮加工机床 （11） 数控激光加工机床 （12） 数控电火花线切割机床 （13） 数控电火花成型机床(含电加工中心) （14） 数控板村成型加工机床 （15） 数控管料成型加工机床 （16） 其他数控机床 加工中心4.加工特点 (1) 自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中， 主要是观察和监督机床运行。但是，由于数控机床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。 (2)加工零件精度高、质量稳定。数控机床定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。(3)生产效率高。数控机床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省区普通机床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。(4)便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。 (5)可向更高级的制造系统发展。数控机床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。 (6)初始投资较大。这是由于数控机床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。 (7)维修要求高。数控机床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。 5.安全操作规程 开机前，应当遵守以下操作规程： （1）穿戴好劳保用品，不要戴手套操作机床。（2）详细阅读机床的使用说明书，在未熟悉机床操作前，切勿随意动机床，以免发生安全事故。 （3）操作前必须熟知每个按钮的作用以及操作注意事项。 （4）注意机床各个部位警示牌上所警示的内容。 （5）按照机床说明书要求加装润滑油、液压油、切削液，接通外接气源。 （6）机床周围的工具要摆放整齐，要便于拿放。 （7）加工前必须关上机床的防护门。 在加工操作中，应当遵守以下操作规程： （1）文明生产，精力集中，杜绝酗酒和疲劳操作；禁止打闹、闲谈、睡觉和任意离开岗位。 （2）机床在通电状态时，操作者千万不要打开和接触机床上示有闪电符号的、装有强电装置的部位，以防被电伤。 （3）注意检查工件和刀具是否装夹正确、可靠；在刀具装夹完毕后，应当采用手动方式进行试切。 （4）机床运转过程中，不要清除切屑，要避免用手接触机床运动部件。 （5）清除切屑时，要使用一定的工具，应当注意不要被切屑划破手脚。 （6）要测量工件时，必须在机床停止状态下进行。 （7）在打雷时，不要开机床。因为雷击时的瞬时高电压和大电流易冲击机床，造成烧坏模块或丢失改变数据，造成不必要的损失。 工作结束后，应当遵守以下操作规程： （1）如实填写好交接班记录，发现问题要及时反映。 （2）要打扫干净工作场地，擦拭干净机床，应注意保持机床及控制设备的清洁。 （3）切断系统电源，关好门窗后才能离开。 数控技术-数控系统 1.基本概念数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。 计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。 2.结构 CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。 计算机数控系统（CNC系统）是在硬件数控的基础上发展起来的，它用一台计算机代替先前的数控装置所完成的功能。所以，它是一种包含有计算机在内的数字控制系统，根据计算机存储的控制程序执行部分或全部数控功能。依照EIA所属的数控标准化委员会的定义，CNC是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置的一部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口。目前在计算机数控系统中所用的计算机已不再是小型计算机，而是微型计算机，用微机控制的系统称为MNC系统，亦统称为CNC系统。由于这二者的控制原理基本相同，因此本章将一并讨论这两种控制系统。 3.组成 数控系统由零件加工程序，输入输出设备，CNC装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。 （）CNC装置的组成 CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由输入程序、I/O处理程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成， CNC装置的硬件结构 微处理器（CPU）负责运算及对整个系统进行控制和管理。可编程只读存储器（EPROM）和随机存储器（ROM）用于储存系统软件和零件加工程序以及运算的中间结果等。输入输出接口供系统与外部进行信息交换。MDI/CRT接口完成手动数据输入并将信息显示在CRT上。位置控制部分是CNC装置的重要组成部分，它通过速度控制单元，驱使进给电机输出功率和扭矩，实现进给运动。 （2）CNC装置的工作过程 CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的全过程，机床的逻辑功能信息是在CNC装置中经译码处理后，在机床逻辑控制软件的控制下，通过一些顺序执行电器送往机床强电部分，去执行机床的强电功能。零件加工程序的坐标控制信息经译码后，通过轨迹计算和速度计算传送给插补工作寄存器，由插补产生的运动指令提供给伺服电动机，去控制机床坐标轴的运动。 （3）CNC装置可执行的功能 CNC装置中使用了计算机，用存放在存储器中的软件来实现部分或全部数控功能，这就为丰富数控功能创造条件，也有利于数控机床进入FMS和CIMS。 数控系统的功能4.功能 数控系统的功能一般包括基本功能和选择功能。基本功能是CNC系统必备的数控功能，选择功能是供用户根据机床特点和工作途径进行选择的功能。 （）基本功能 控制功能 控制功能主要反映了CNC系统能够同时控制的轴数（即联动轴数）。控制轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。如数控车床一般为两个联动轴（X轴和Z轴），数控铣床和加工中心一般需要三个或三个以上的控制轴。控制轴数越多， CNC系统就越复杂。 准备功能 准备功能（G功能）是指定机床动作方式的功能，由指令G和它后面的两位数字表示。ISO标准中，G代码有100种，从G00G99，主要有基本移动（G00，G01，G02，G03），程序暂停（G04）等。 插补功能 插补功能指CNC装置可以实现插补加工线型的能力，如直线插补、圆弧插补和其它一些线型的插补，甚至多次曲线和多坐标插补的能力。 进给功能 进给功能包