长春工业大学机电学院

1、长春工业大学机电学院长春工业大学机电学院第一章第1章数控技术概论教材: 王永章主编机床的数字控制技术参考书目:1.王永章主编, , 数控技术 ，高等教育出版社,20012.张建钢主编，数控技术，华中科技大学出版社，20003.廖效果等编，数字控制机床，华中理工大学出版社，1993 第1章数控技术概论 引言 数控技术的基本概念 数控机床的工作原理及基本组成 数控机床的特点和应用范围 数控机床的分类 数控技术的产生和发展 21世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。 引言 覆盖领域：(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；

2、(6)软件技术 第1章数控技术概论数控车床第1章数控技术概论数控铣床第1章数控技术概论加工中心第1章数控技术概论 1.1.1.1 1.1 什么是什么是机床的数字控制机床的数字控制1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念 以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作。 将数字代码输入机床的数字控制装置（即控制机床的专用计算机）中去，经过计算机的计算处理、伺服控制、驱动机床各部件运动，完成上述空间直线段的加工。用这种控制技术控制的机床就称为“数控机床”。例：N003 G90 G01 X+35 Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M07； 机床的数字控制是由数控系统完成

3、的。数控系统能接收零件图纸加工要求的信息进行插补运算，实时地向各坐标轴发出速度位置控制指令。伺服驱动装置能快速响应数控装置发出的指令，驱动机床各坐标轴运动，同时能提供足够的功率和扭矩。第1章数控技术概论 1.1.1.1 1.1 什么是什么是机床的数字控制机床的数字控制1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念 直线、圆弧及其它各种平面,空间轨迹。由插补指令实现。插补指令越丰富，数控功能越强。第1章数控技术概论轨迹控制轨迹控制：机床的数字控制包括：轨迹控制轨迹控制和开关量控制开关量控制。开关量控制开关量控制： 为配合数控加工，所需要的开关动作控制，如程序停、冷却液开停、主轴正反转等等。由辅助功

4、能指令实现。 1.1.2 机床数字控制的原理机床数字控制的原理1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念 数控机床的加工，首先要将被加工零件图纸上的数控机床的加工，首先要将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入数控装置，按照程序的要程序，然后将加工程序输入数控装置，按照程序的要求，经过数控系统信息处理、分配，使各坐标移动若求，经过数控系统信息处理、分配，使各坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。零件的加工。第1章数控技术概

5、论 1.1.2 机床数字控制的原理机床数字控制的原理1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念点位控制点位控制严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关。第1章数控技术概论YXO,PKQRX XY Y 点位控制点位控制G00:P-K-QG00:P-K-QG01:P-QG01:P-Q 1.1.2 机床数字控制的原理机床数字控制的原理1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念 不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间比率都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。第1章数控技术概论TL1L2L L3L4L5L6LX XY YXY轮廓控制轮廓控制 原理：原理：在允许的误差范围内,从微

6、观上看,用沿直线（精 确地说，沿逼近函数）的各轴最小单位移动量合 成的分段 运动来代替曲线运动，从而加工出轮廓。通常最小单位量为0.001mm表示.轮廓控制轮廓控制 1.1.2 机床数字控制的原理机床数字控制的原理1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念名词术语名词术语第1章数控技术概论1. 点位控制点位控制：控制点到点的距离；：控制点到点的距离；2. 轮廓控制轮廓控制：控制轮廓加工，实时控制位移和速度；：控制轮廓加工，实时控制位移和速度；3. 分辨率分辨率：闭环数控机床的最小监测单位，也叫设定单位。它代表了数：闭环数控机床的最小监测单位，也叫设定单位。它代表了数 控系统和数控机床的精度。

7、控系统和数控机床的精度。 脉冲当量脉冲当量：数控系统中，一个指令脉冲代表的位移量：数控系统中，一个指令脉冲代表的位移量(开环开环)；4. 插补插补:数据密化数据密化,用已知线型（已有插补轨迹）代替未知线型。用已知线型（已有插补轨迹）代替未知线型。 直线插补直线插补：数控机床加工时，刀具运动轨迹是直线的，称为直线插补。：数控机床加工时，刀具运动轨迹是直线的，称为直线插补。 圆弧插补圆弧插补：数控机床加工时，刀具运动轨迹是圆弧的，称为圆弧插补：数控机床加工时，刀具运动轨迹是圆弧的，称为圆弧插补。 另外还有样条插补、抛物线插补、曲面插补等。另外还有样条插补、抛物线插补、曲面插补等。 第1章数控技术概

8、论1.1.1.3 1.3 数控机床的组成数控机床的组成 加工程序输入装置数控装置机床伺服系统辅助控制装置反馈系统数控机床的基本组成1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念 第1章数控技术概论数控车床与普通车床的传动系统比较数控车床与普通车床的传动系统比较 第1章数控技术概论数控车床与普通车床的传动系统比较数控车床与普通车床的传动系统比较3456121主轴电动机；2主轴编码器；3X轴进给电动机；4X轴滚珠丝杠螺母副；5Z轴滚珠丝杠螺母副；6Z轴进给电动机 第1章数控技术概论数控车床与普通车床的传动系统比较数控车床与普通车床的传动系统比较 从卧式普通车床和数控车床的传动系统示意图可以看出，从卧

9、式普通车床和数控车床的传动系统示意图可以看出，数控车床与普通车床相比，传动链简单清晰，数控车床与普通车床相比，传动链简单清晰， 其主轴转动和其主轴转动和进给轴移动分别由主轴电机和进给电机来驱动进给轴移动分别由主轴电机和进给电机来驱动, , 而辅助运动，而辅助运动，都是由数控系统中的可编程控制器都是由数控系统中的可编程控制器( (PLC)PLC)来控制完成的。来控制完成的。 如主如主轴卡盘的松紧和尾座顶尖的伸缩是通过轴卡盘的松紧和尾座顶尖的伸缩是通过PLCPLC控制液压系统的液控制液压系统的液压缸来完成的，压缸来完成的， 从刀库中选刀和换刀同样是经从刀库中选刀和换刀同样是经M(M(辅助指令辅助指

10、令) )指指令与令与T(换刀指令换刀指令)指令由指令由PLC功能指令来完成。功能指令来完成。 第1章数控技术概论1.1.1.4 1.4 数控机床的特点数控机床的特点1、数控加工的优越性、数控加工的优越性（1）小批量而又轮番生产的零件；）小批量而又轮番生产的零件；（2）几何零件复杂的零件；）几何零件复杂的零件；（3）加工过程中必须进行多种工序加工的零件；）加工过程中必须进行多种工序加工的零件；（4）切削余量大的工件；）切削余量大的工件；（5）公差范围小的零件；）公差范围小的零件；（6）工艺设计会以常变化的零件；）工艺设计会以常变化的零件；（7）加工过程中会造成严重浪费的贵重零件；）加工过程中会造

11、成严重浪费的贵重零件；（8）需全部检测的零件等。）需全部检测的零件等。1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念 第1章数控技术概论2、数控机床的优势、数控机床的优势（1）适应性和灵活性强；）适应性和灵活性强；（2）按预先编好的程序进行自动加工，减少人员的干预，加工一致）按预先编好的程序进行自动加工，减少人员的干预，加工一致性好，重复精度高；性好，重复精度高；（3）高度自动化、高效率的机床；）高度自动化、高效率的机床；（4）更换加工零件时，只要更换加工程序即可；）更换加工零件时，只要更换加工程序即可；（5）可在一次装夹中完成多工位、多面、多刀加工；）可在一次装夹中完成多工位、多面、多刀加工；

12、（6）数控机床是一种高新技术装备，要求工作人员有较高的专业知）数控机床是一种高新技术装备，要求工作人员有较高的专业知识和技能。识和技能。1.1 数字控制的基本概念数字控制的基本概念 1.2数控机床的分类数控机床的分类 1.1.2.12.1 按加工方式分类按加工方式分类 第1章数控技术概论 1. 切削机床类。如数控车床、铣床、镗床、钻床和切削机床类。如数控车床、铣床、镗床、钻床和加工中心等。加工中心等。 2. 2.成型机床类。如数控冲压机、弯管机、折弯机等。成型机床类。如数控冲压机、弯管机、折弯机等。 3. 3.特种加工机床类。如数控电火花、线切割、激光加特种加工机床类。如数控电火花、线切割、激

13、光加工机床等。工机床等。 4.4.其它机床类。如数控等离子切割、火焰切割、点其它机床类。如数控等离子切割、火焰切割、点焊机、三坐标测量机等。焊机、三坐标测量机等。 1.2数控机床的分类数控机床的分类 1.2.2 1.2.2 按控制系统功能分类按控制系统功能分类 第1章数控技术概论1. 点位控制数控机床点位控制钻孔加工示意图工件刀具点位直线控制切削加工2. 点位直线控制数控机床 1.2数控机床的分类数控机床的分类 第1章数控技术概论3. 轮廓控制数控机床 工件刀具轮廓控制数控机床的加工示意图 1.2数控机床的分类数控机床的分类 第1章数控技术概论 1.2数控机床的分类数控机床的分类 1.2.31

14、.2.3按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类 第1章数控技术概论 1.2数控机床的分类数控机床的分类 第1章数控技术概论1. 开环控制数控机床减速器数控装置控制电路步进电机工作台输入开环控制系统框图 1.2数控机床的分类数控机床的分类 第1章数控技术概论2. 闭环控制数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台输入闭环控制系统框图位置检测元件速度检测元件速度反馈位置反馈 1.2数控机床的分类数控机床的分类 第1章数控技术概论3.半闭环控制数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.7半闭环控制系统框图速度检测元件速度反馈位置反馈转角检测元件 1.2数控机床的分类数控机床的分类 1.2.41.2.

15、4按数控系统的功能水平分类按数控系统的功能水平分类 第1章数控技术概论功能低档中档高档分辨率（m）1010.1进给速度（m/min）815152415100驱动进给类型开环半闭环或闭环的直流或交流伺服系统联动轴数（轴）232435以上通信功能一般无RS-232或DNC接口可有MAP通信接口，有联网能力显示功能LED或简单的CRT较齐全的CRT显示还有三维图形显示内装PLC无有有强功能的PLC主CPU8位、16位32位以上或32位以上的多CPU注:MAPManufacturing Automation Protocol制造自动化协议较齐全的CRT显示是指具有字符、图形、人机对话、自诊断等功能的显

16、示。 1.2数控机床的分类数控机床的分类 1.2.51.2.5按数所用控装置的构成分类按数所用控装置的构成分类 第1章数控技术概论 1.3数控技术产生与发展及技术水平数控技术产生与发展及技术水平1.1.3.13.1数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1 1、数控机床的出现数控机床的出现第1章数控技术概论 世界上第一台数控机床是为满足航空工业加工复杂零件的加工而产生的。1948年，美国巴森兹公司在研制加工直升飞机叶片轮廓时，提出了数控机床的初步设想。后来，受空军委托与麻省理工学院(MIT)合作开始了将三坐标铣床数控化的研究工作。1952年，研制出了世界上第一台数控机床。 第1章数控技术概论2

17、 2、 数控技术发展的几个主要阶段数控技术发展的几个主要阶段1952年，电子管控制数控机床年，电子管控制数控机床1959年，晶体管控制数控机床，加工中心年，晶体管控制数控机床，加工中心加工中心：带有自动换刀装置的数控机床加工中心：带有自动换刀装置的数控机床60年代，集成电路数控机床年代，集成电路数控机床70年代，计算机数控机床年代，计算机数控机床80年代，计算机集成制造系统（和）年代，计算机集成制造系统（和）1.3数控技术产生与发展及技术水平数控技术产生与发展及技术水平 第1章数控技术概论（1）计算机直接数控系统(Direct Numerical Control) 使用一台计算机为多台数控机床

18、进行自动编程，编程结果直接通过电缆输送给各台数控机床的数控箱中央计算机具有足够的内存容量，因此可统一存储和管理大量的零件程序利用分时操作系统，中央计算机可以同时完成一群数控机床的管理与控制，也称为计算机群控系统1.3数控技术产生与发展及技术水平数控技术产生与发展及技术水平 第1章数控技术概论（）柔性制造系统（）柔性制造系统，即计算机群控自动线（Flexible Manufacturing System）是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台主计算机的统一控制之下，开成一个用于制造的整体其特点是由一台主计算机对全系统的硬，软件进行管理，采用方式控制两台或两台以上的数控加工中心机床，对

19、各台机床之间的工件有调度和传送功能的系统利用交换工作台或工业机器人等装置实现零件的自动上料和下料，能使机床每天小时在无人或极少人的监督控制下进行生产1.3数控技术产生与发展及技术水平数控技术产生与发展及技术水平 第1章数控技术概论（）计算机集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System）计算机集成制造系统是指用最先进的计算机技术，控制从订货，设计，工艺，制造到销售的全过程，以实现住处系统一体化的高效率的柔性集成制造系统它是在生产过程自动化，如计算机辅助设计，计算辅助工艺规程设计，计算机辅助制造，柔性制造系统等发展的基础上，加上其它管理住处

20、系统的发展，逐步完善的有各种类型计算机及其软件系统的分析，控制能力，可把全厂的生产活动联系起来，最终实现全厂性的综合自动化1.3数控技术产生与发展及技术水平数控技术产生与发展及技术水平 第1章数控技术概论3 3、我国数控技术发展概况我国数控技术发展概况 我国从1958年开始研制数控机床，一些高等院校、科研单位、企业从采用电子管着手，到60年代曾研究出部分样机，1965年开始研制晶体管数控系统，到70年代开始在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、电加工领域全面展开，但这一时期未能广泛推广。80年代初随着改革开放政策的实施，我国从国外引进技术，开始了批量生产微处理机数控系统，推动了我国数控机床的发展，使

21、数控机床在性能和质量上产生了质的的飞跃。80年代末，我国还在一定范围内探索实施CIMS，且取得了一些有益的经验和效益。90年代我国还加强了自主知识产权数控系统的研制工作，而且取得一定的成效，如在五轴联动数控系统、高精度车床数控系统、数字仿形系统、中低档数控系统等方面部取得了较好的成果。 1.3数控技术产生与发展及技术水平数控技术产生与发展及技术水平 第1章数控技术概论近年来，我国数控机床产量一直牌持续地以年均增长超过快速发展，据初步统计年数控机床的产量为台，同比年增长，数控机床的消费量经贸部台，同比年增长数控机床需求的旺盛也促进了年内新建的三资和发营机床厂以及数控机床品种的明显增强从年到年年间

22、数控机床产量和消费量的平均年增长率分别为和，而到年间的年平均增长率却达和1.3数控技术产生与发展及技术水平数控技术产生与发展及技术水平 第1章数控技术概论1.1.3.2 3.2 数控技术发展趋势数控技术发展趋势1. 数控装置数控装置2. 伺服系统伺服系统 3. 机械结构技术机械结构技术 4. 数控编程技术数控编程技术 5. 向智能化方向发展向智能化方向发展1.3数控技术产生与发展及技术水平数控技术产生与发展及技术水平 第1章数控技术概论 适应控制（适应控制（Adaptive Control）：简称）：简称AC，为了提高切削效率和，为了提高切削效率和加工精度，机床的数控系统能在加工条件下改变机床

23、的切削用量，以适加工精度，机床的数控系统能在加工条件下改变机床的切削用量，以适应任一瞬时实际发生的加工情况。应任一瞬时实际发生的加工情况。 适应控制与闭环控制的主要区别在于有一适应控制器，适应控制器适应控制与闭环控制的主要区别在于有一适应控制器，适应控制器的主要作用如下：通过装在机床上各个部位的传感器，将检测到的加工的主要作用如下：通过装在机床上各个部位的传感器，将检测到的加工参数变化信息，送到适应控制器，与预先存储的有关信息进行分析比较，参数变化信息，送到适应控制器，与预先存储的有关信息进行分析比较，然后发出校正指令给机床，自动调整机床的有关参数。即机床具备然后发出校正指令给机床，自动调整机床的有关参数。即机床具备