11数控机床的产生和发展.doc

第一章， 绪论1.1数控机床的产生和发展1.教学目标1）了解数控机床的产生2）了解数控机床的发展2.教学重点和难点本节内容不是很多，没有难点重点是在讲述完课程内容之后还要阐述我国数控机床技术的发展情况，尤其是我国互控技术水平和国外先进技术的差距，差距的原因。3.教学手段和方法多媒体教学、可以通过模拟软件或者动画来演示，同时观看机床实物。通过参观数控机床实物是学生建立感性认识，增强学历本课程的兴趣和动力。4.讲授课时 1学时5.教学内容1.1数控机床的产生和发展1.数控机床的产生和发展数控机床(Numerical Control Machine Tools)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。数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下： 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。 1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。 20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。2. 数控机床加工的特点(1) 自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段，则是无人控制工厂的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件；省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作，有效地提高了生产效率。 (2) 对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。 (3) 加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.0050.01 mm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。(4) 易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。3.数控机床的发展趋势现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高度的光机电算液压一体化、网络化和智能化等方向发展。A.切削速度高速化受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现。 B.高精度控制提高机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。目前精整加工精度已提高到0.1 m，并进入了亚微米级，不久超精度加工将进入纳米时代。C高柔性化柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提高单机柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。 D.高度的光、机、电、算、液和声能等一体化数控系统与加工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制，测量造型、加工一体化，加工、实时检测与修正一体化，机床主机设计与数控系统设计一体化。E网络化 实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMS(柔性制造系统)、CIMS(计算机集成制造系统)对基层设备的要求。配置网络接口，通过Internet可实现远程监视和控制加工，进行远程检测和诊断，使维修变得简单。 F 智能化 现代的CNC系统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应在局部或全部实现加工过程的自适应、自诊断和自调整；多媒体人机接口使用户操作简单，智能编程使编程更加直观，可使用自然语言编程；加工数据的自生成及智能数据库；智能监控；采用专家系统以降低对操作者的要求等。1.2数控机床的控制原理和插补算法1.教学目标1）了解数控机床的控制原理2）了解插补的原理及算法2.教学重点和难点重点：插补原理难点：插补的算法3.教学手段和方法多媒体、板书结合教学。4.教学学时 2学时5.教学内容1.2.1数控机床的控制原理数控机床使用数字化的信息来实现自动控制的。将与加工零件有关的信息工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数（进给尺寸）、切削加工的工艺参数（主运动和进给运动的速度、切削深度）、各种辅助操作（变速、换刀、冷却润滑、工件夹紧松开）用规定的文字、数字和字符组成的代码，按一定的格式编写成加工程序单（数字化），将加工程序通过控制介质输入到数控装置中，由数控装置经过分析处理后，发出与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。 控制系统框图如下：1.2.2脉冲增量插补原理和算法1.脉冲增量插补的适用范围由于每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量（一个脉冲当量）。以一个一个脉冲的方式输出给步进电机。其基本思想是：用折线来逼近曲线（包括直线）。所以插补速度与进给速度密切相关。因而进给速度指标难以提高，脉冲增量插补的实现方法较简单，通常仅用加法和移位运算方法就可完成插补。因此它比较容易用硬件来实现，而且，用硬件实现这类运算的速度很快的，但是也有用软件来完成这类算法的，它们主要用早期的采用步进电机驱动的数控系统，由于此算法的速度指标和精度指标都难以满足现在零件加工的要求，现在的数控系统已很少采用这类算法。2.逐点比较法原理及算法过原点直线的逐点比较法原理、算法和任意直线的逐点比较法原理及算法，通过设置直线的偏差函数来判别偏差、确定进给方向和终点判别，过原点的圆弧和任意圆弧的逐点比较法的原理和算法。直线和圆弧的插补过象限确定。简要介绍数字积分法和数据采样插补算法的原理和精度的概念。1.3数控机床的组成和分类1.教学目标1）了解数控机床的大致组成部分2）了解数控机床的分类2.教学重点和难点重点：数控机床的组成和各部分的作用3.教学手段和方法多媒体、课件和机床实物4.教学学时 1学时5.教学内容数控机床包括如下部分：1） 控制介质和程序输入设备2） 操作面板3） 计算机数控系统4)PLC、I/O