数控技术绪论

1、机 床 数 控 技 术 2022-4-3012022-4-302使用教材和参考教材使用教材和参考教材n使用教材：使用教材：张耀满主编，机床数控技术，机械工业出版社，2013n参考教材：参考教材：王永章等编著，机床的数字控制技术，哈尔滨工业大学出版社，1995 王贵明编著，数控实用技术，机械工业出版社，2002刘文波等编著，机床数控技术，东北大学出版社，2000何玉安主编，数控技术及其应用，机械工业出版社，20042022-4-3031.1 基本概念基本概念n在现代机械制造领域中，数控机床与机床数控技术已经成为最基本概念之一。1. 数字控制与数控机床数字控制与数控机床n数字控制数字控制(Nume

2、rical Control)：用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。n数控机床数控机床是采用数字化代码程序控制、能完成自动化加工的通用机床。2022-4-3041.1 基本概念基本概念2. 数控机床控制原理数控机床控制原理n数控机床在加工工艺与表面形成方法上与普通机床基本相同，主要是在实现自动化控制的原理与方法上不同。n数控机床以数字指令控制机床各部件的相对运动和动作，如：nN003 G90 G01 X35.0 Y279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M07；1.1 基本概念基本概念3. 数控加工技术数控加工技术n数控加工技术是指高效、优质地实现产品零件、特

3、别是复杂形状零件在数控机床上完成加工的技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工的基础与关键技术。n数控加工过程包括由给定零件的加工要求（零件图纸、CAD数据或实物模型）到完成加工的全过程，其主要内容涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两大方面。2022-4-3052022-4-3061.2 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1. 数控机床产生的需要数控机床产生的需要n产品结构日趋复杂、加工精度和性能要求日趋提高结构日趋复杂、加工精度和性能要求日趋提高，对生产设备的加工精度和自动化程度提出了更高的要求。n大批量生产大批量生产广泛采用组合机床、专业生产线和自动化车间进行加工。但存在生产

4、准备周期长，产品更新和修改加工工艺的时间较长，费用较高的问题。n单件小批量产品占到单件小批量产品占到70-80，一般采用通用机床来加工。由于自动化程度不高，难于提高生产效率和保证产品质量。n数控机床就是为了解决单件、小批量，特别是为了复杂型面零件加工的自动化加工而产生的。2022-4-3071.2 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展2. 数控系统的发展阶段数控系统的发展阶段数控系统的发展经历的如下几个阶段：n第一代（19521959年）：电子管数控系统。n第二代（19591965年）：晶体管数控系统。n第三代（19651970年）：集成电路数控系统。n第四代（19701974年）：小型计

5、算机数控系统。n第五代（19741990年）：微型计算机数控系统。n第六代（1990年 至 今）：基于工控PC的通用CNC系统。1.2 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展(5)(5)3. 我国数控系统的发展阶段我国数控系统的发展阶段n从20世纪50年代开始数控系统的研究，经过多方努力和攻关。1958年研制出第一代数控系统产品n1966年研制出第二代产品，1972年研制出第三代产品，1975年我国的数控系统进入了第四代。1970年，北京第一机床厂的XK5040型数控升降台铣床作为商品，小批量生产并推向市场。n20世纪80年代初，开始引进国外数控装置国外数控装置和伺服系统伺服系统为国产主机配

6、套。2022-4-3082022-4-3091.3 数控机床的特点数控机床的特点n数控机床综合了微电子技术、计算机应用技术、自动控制技术以及精密机床设计与制造技术，具有专用机床的高效率，精密机床的高精度和通用机床的高柔性等显著特点，适合多变、复杂、精密零件的高效、自动化加工。n具体说来，可以概括为以下几个方面具体说来，可以概括为以下几个方面： （1）能实现复杂零件的加工（2）加工精度高质量稳定（3）生产效率高（4）广泛的适应性 （5）减轻劳动强度，改善劳动强度 （6）有利于现代化生产与管理2022-4-30101.4 数控机床的组成数控机床的组成n数控加工程序、输入装置、计算机数控装置和强电控

7、制装数控加工程序、输入装置、计算机数控装置和强电控制装置、伺服驱动系统和位置检测装置、数控机床的机械部分置、伺服驱动系统和位置检测装置、数控机床的机械部分 图1-2 CNC机床的组成2022-4-30111.5 数控机床的分类数控机床的分类 1.5.1 按工艺方法分类按工艺方法分类1.5.2 按伺服系统的类型分类按伺服系统的类型分类 1.5.3 按运动控制的特点分类按运动控制的特点分类1.5.4 按功能水平分类按功能水平分类 经济型数控机床经济型数控机床普及型数控机床普及型数控机床高档型数控机床高档型数控机床金属切削类数控机床金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工类数控机床金属成型类及特种加

8、工类数控机床开环控制的数控机床开环控制的数控机床 闭环控制的数控机床闭环控制的数控机床半闭环控制的数控机床半闭环控制的数控机床点位控制数控机床点位控制数控机床 直线控制数控机床直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床轮廓控制的数控机床2022-4-30121.6 以以NC为基础的自动化加工技术为基础的自动化加工技术n随着微电子和计算机技术的日益成熟，其成果正在不断地渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机分布式数控系统、柔性制造系统和计算机集成制造系统。n这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。n下面简单介绍以数控技术为基础的自动化加工技术：2022-4

9、-30131.6.1 分布式数字控制系统分布式数字控制系统n为了提高生产效率，可用一台中央计算机集中监控多台数控机床，形成分布式数控分布式数控（Distributed Numerical Control）系统。nDNC原来是直接数字控制的英文缩写，它表示用计算机直接控制多台机床组成的制造系统，也称群控系统。n采用多级连接控制结构比较合理，即由一台中央计算机对多台数控系统进行数控加工程序和有关数据的分配数控加工程序和有关数据的分配，并分时监控各台数控系统的运行，由各数控系统分别控制相应机床运行。2022-4-30141.6.1 分布式数字控制系统分布式数字控制系统n由于“直接数字控制”的概念不能

10、表明这种计算机和数控机床分级连接的特点。现代的DNC一般理解为分布式数字控制。n分布式数字控制系统是将一组数控机床与存储有零件加工程序和机床控制程序的公共存储器相连接、根据加工要求向机床分配数据和指令的系统。n即用一台通用计算机直接控制或管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统。1.6.1 分布式数字控制系统分布式数字控制系统n多数DNC系统保留原来各数控机床的CNC系统，并与DNC系统的中央计算机组成计算机网络，实现分级控制管理，中央计算机并不取代各数控装置的常规工作。nDNC系统具有：计算机集中处理和分时控制的能力；现场自动编程和对零件程序进行编辑和修改的能力，使编程与控制相结合，而且零件

11、程序存储容量大；具有生产管理、作业调度、工况显示监控和刀具寿命管理等能力。2022-4-30152022-4-30161.6.2柔性制造单元及柔性制造系统柔性制造单元及柔性制造系统（1）柔性制造单元（）柔性制造单元（FMC） n柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)是由加工中心(Machining Center)与自动交换工件(Automatic Workpiece Changer)，自动交换托盘(Automatic Pallet Changer)的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。nFMC的结构形式根据不同的加工对象、CNC机床的类

12、型与数量以及工件更换和存储方式的不同，可以有多种型式。但主要有托盘搬运式托盘搬运式和机器人搬运式机器人搬运式两大类型。1.6.2柔性制造单元及柔性制造系统柔性制造单元及柔性制造系统（2）柔性制造系统n柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）由多台数控机床或加工中心组成，并具有自动上下料装置、仓库和输送系统，在分布式计算机的控制下，实现加工自动化。具有高度的柔性，是一种计算机直接控制的自动化可变加工系统。n一典型的FMS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仓库组成，其系统构成如图l-11所示。2022-4-30172022-4

13、-3018图1-11 柔性制造系统n柔性制造系统由加工、物流、信息流加工、物流、信息流三个分系统组成，每一个子系统还可以有子系统。1.6.2柔性制造单元及柔性制造系统柔性制造单元及柔性制造系统1.6.3计算机集成制造系统计算机集成制造系统n计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System）是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和现代管理科学的基础上，将企业的全部生产、经营活动所需的各种分散的自动化子系统，通过新的生产管理模式、工艺理论和计算机网络有机地集成起来，以获得适应于多品种、中小批量生产的高效益、高柔性和高质量的智能制造系统。nCIMS可由管理信息分系统、工程设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统、计算机网络分系统和数据库分系统6个分系统组成，它们之间的关