数控机床概述3

第一章数控机床概述内容提要：本章主要介绍数控技术、数控机床的基本概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床的应用范围及发展动向。第一章数控机床概述*1现代数控技术第一章数控机床概述产生背景从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：自动机床；组合机床；专用自动生产线。第一章数控机床概述*2现代数控技术第一章数控机床概述这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度，提高了劳动生产率，促进了制造业地发展。但它也存在固有的缺点：初始投资大；准备周期长；柔性差。第一章数控机床概述*3现代数控技术第一章数控机床概述数控技术产生和发展的内在动力：市场竞争日趋激烈，产品更新换代加快，大批量产品越来越少，小批量产品生产的比重越来越大，迫切需要一种精度高、柔性好加工设备来满足上述需求。数控技术产生和发展的技术基础：电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了坚实的技术基础。数控技术正是在这种背景下诞生和发展起来的。它的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工自动化技术的发展。第一章数控机床概述*4现代数控技术第一章数控机床概述发展沿革1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一台三座标数控机床。1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的五代。第一章数控机床概述*5现代数控技术第一章数控机床概述第一代：1955年NC系统以电子管组成，体积大，功耗大。第二代：1959年NC系统以晶体管组成，广泛采用印刷电路板。第三代：1965年NC系统采用小规模集成电路作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。以上三代NC系统，由于其数控功能均由硬件实现，故历史上又称其为“硬线NC”*6现代数控技术第一章数控机床概述第四代：1970年NC系统采用小型计算机取代专用计算机，其部分功能由软件实现，它具有价格低，可靠性高和功能多等特点。第五代：1974年NC系统以微处理器为核心，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上的机电一体化成为可能。这一代又可分为六个发展阶段：1979年：系统采用CRT显示，VLIC，大容量磁泡存储器，可编程接口和遥控接口等。1974年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，自诊断功能。*7现代数控技术第一章数控机床概述1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度补偿功能。1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机进入实用阶段。1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系统。1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC系统的开发周期日益缩短。它是数控技术发展的又一个里程碑。第一章数控机床概述*8现代数控技术第一节数控技术与数控机床自从20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化。现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；第一章数控机床概述*9现代数控技术第一节数控技术与数控机床数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国家的战略技术：基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；专家们预言:二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。第一章数控机床概述*10现代数控技术数控技术定定义数字控制与与数控技术术数字控制（（NumericalControlNC）是一种借助助数字、字字符或其它它符号对某某一工作过过程（如加加工、测量量、装配等等）进行可可编程控制制的自动化化方法。数控技术（（NumericalControlTechnology））采用数字控控制的方法法对某一工工作过程实实现自动控控制的技术术。第一章数数控控机床概述述*11现代数控技技术数控机床与与数控系统统数控机床（（NumericalControlMachineTools）是采用数字字控制技术术对机床的的加工过程程进行自动动控制的一一类机床。。它数控技技术典型应应用的例子子。数控系统（（NumericalControlSystem））实现数字控控制的装置置。计算机数控控系统（ComputerNumericalControlCNC））以计算机为为核心的数数控系统。。第一章数数控控机床概述述*12现代数控技技术数控系统与与数控机床床的组成第一章数数控控机床概述述*13现代数控技技术第一节数数控技术术与数控机机床操作面板它是操作人人员与数控控装置进行行信息交流流的工具。。组成：按钮钮站、状态态灯、按键键阵列（功功能与计算算机键盘一一样）和显显示器；。。它是数控机机床特有部部件。第一章数数控控机床概述述*14现代数控技技术*15现代数控技技术控制介质与与输入输出出设备程序的存储储介质是记录零件件加工程序序的媒介，，如：纸带带（八单位位标准穿孔孔纸带）、、磁带或磁磁盘。输入、输出出设备是CNC系统与外部部设备进行行交互装置置。交互的的信息通常常是零件加加工程序。。即将编制制好的记录录在控制介介质上的零零件加工程程序输入CNC系统或将调调试好了的的零件加工工程序通过过输出设备备存放或记记录在相应应的控制介介质上。第一章数数控控机床概述述*16现代数控技技术第一节数数控技术术与数控机机床通讯现代的数控控系统除采采用输入输输出设备进进行信息交交换外，一一般都具有有用通讯方方式进行信信息交换的的能力。它它们是实现现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术术。采用的的方式有：：串行通讯（（RS-232等串口）、、自动控制专专用接口和和规范(DNC方式，MAP协议等)网络技术（（internet，，LAN等）。第一章数数控控机床概述述*17现代数控技技术第一节数数控技术术与数控机机床CNC装置(CNC单元)组成：计算机系统统、位置控控制板、PLC接口板，通通讯接口板板、特殊功功能模块以以及相应的的控制软件件。作用：根据输入的的零件加工工程序进行行相应的处处理（如运运动轨迹处处理、机床床输入输出出处理等）），然后输输出控制命命令到相应应的执行部部件(伺服服单元、驱驱动装置和和PLC等)，所有有这些工作作是由CNC装置内硬件件和软件协协调配合，，合理组织织，使整个个系统有条条不紊地进进行工作的的。CNC装置是CNC系统的核心心第一章数数控控机床概述述*18现代数控技技术第一节数数控技术术与数控机机床伺服单元、、驱动装置置和测量装装置伺服单元和和驱动装置置主轴伺服驱驱动装置和和主轴电机机进给伺服驱驱动装置和和进给电机机测量装置位置和速度度测量装置置。以实现现进给伺服服系统的闭闭环控制。。作用保保证灵敏、、准确地跟跟踪CNC装置指令：：进给运动指指令：实现现零件加工工的成形运运动（速度度和位置控控制）。主轴运动指指令，实现现零件加工工的切削运运动（速度度控制）第一章数数控控机床概述述*19现代数控技技术计算机数控控系统

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

控

装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

*20现代数控技技术第一节数数控技术术与数控机机床PLC、机床I/O电路和装置置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成与与逻辑运算算有关顺序序动作的I/O控制，它由由硬件和软软件组成；；机床I/O电路和装置置：实现I/O控制的执行行部件(由由继电器、、电磁阀、、行程开关关、接触器器等组成的的逻辑电路路；功能：接受CNC的M、S、T指令，对其其进行译码码并转换成成对应的控控制信号，，控制辅助助装置完成成机床相应应的开关动动作接受操作面面板和机床床侧的I/O信号，送给给CNC装置，经其其处理后，，输出指令令控制CNC系统的工作作状态和机机床的动作作。第一章数数控控机床概述述*21现代数控技技术电控柜内部部结构西门子接触触器低压断路器器步进电机驱驱动单元空气开关开门断电开开关继电器*22现代数控技技术电控柜内部部结构开门断电开开关NC板空气开关步进驱动单单元西门子接触触器低压断路器器继电器*23现代数控技技术计算机数控控系统

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

控

装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

*24现代数控技技术第一节数数控技术术与数控机机床机床本体机床：数控机床的的主体，是是实现制造造加工的执执行部件。。组成：由主运动部部件、进给给运动部件件（工作台台、拖板以以及相应的的传动机构构）、支承承件（立柱柱、床身等等）以及特特殊装置（（刀具自动动交换系统统工件自自动交换系系统）和辅辅助装置（（如排屑装装置等）。。第一章数数控控机床概述述*25现代数控技技术计算机数控控系统

机床I/O电路和装置

测量装置

主轴驱动装置

进给驱动装置

主轴伺服单元

进给伺服单元

计算机数

控

装

置

操作面板

PLC

计算机数控系统

机

床

辅助控制机构

进给传动机构

主运动机构

键盘

输入输出

设备

*26现代数控技技术第二节数数控机床床的分类数控机床的的种类很多多，从不同同角度对其其进行考查查，就有不不同的分类类方法，通通常有以下下几种不同同的分类方方法：第一章数数控控机床概述述*27现代数控技技术第二节数数控机床床的分类按工艺用途途分类切削加工类类：数控镗铣床床、数控车床、数控磨床床、加工中心、数控齿轮轮加工机床床、FMC等。成型加工类类：数控折弯机机、数控弯弯管机等。。特种加工类类：数控线切割割机、电火火花加工机机、激光加工机机等。其它类型：：数控装配机机、数控测测量机、机机器人等。。第一章数数控控机床概述述*28现代数控技技术铣床*29现代数控技技术数控车床*30现代数控技技术数控车床*31现代数控技技术数控加工中中心*32现代数控技技术锥度电火花花线切割机机床*33现代数控技技术第二节数数控机床床的分类按控制功能能分类点位控制数数控系统仅能实现刀刀具相对于于工件从一一点到另一一点的精确确定位运动动；对轨迹不作作控制要求求；运动过程中中不进行任任何加工。。适用范围：：数控钻床、、数控镗床床、数控冲冲床和数控控测量机。。第一章数数控控机床概述述*34现代数控技技术第二节数数控机床床的分类直线控制数数控机床除点到点的的准确位置置之外，还还要保证两两点之间移移动的轨迹迹是直线，，而且对移移动的速度度也要进行行控制，以以便适应随随工艺因素素变化的不不同需要。。简易数控车车床、数控控镗铣床，，一般有23个可控坐标标轴，但同同时控制的的坐标轴只只有一个。。*35现代数控技技术第二节数数控机床床的分类图1-4直线控制的的加工原理理图*36现代数控技技术第二节数数控机床床的分类轮廓控制数数控系统轮廓控制(连续控制制)系统：：具有控制几几个进给轴轴同时谐调调运动(坐坐标联动)，使工件件相对于刀刀具按程序序规定的轨轨迹和速度度运动，在在运动过程程中进行连连续切削加加工的数控控系统。适用范围：：数控车床、、数控铣床床、加工中中心等用于于加工曲线线和曲面的的机床。现现代的数控控机床基本本上都是装装备的这种种数控系统统。第一章数数控控机床概述述*37现代数控技技术第二节数数控控机床的的分类图1-52轴控制，同时控制两个坐标*38现代数控控技术第二节数数控控机床的的分类按联动轴轴数分，，2轴联动动（平面面曲线））3轴联动动（空间间曲面，，球头刀刀）4轴联动动（空间间曲面））5轴联动动及6轴轴联动（（空间曲曲面）。。联动轴数数越多数数控系统统的控制制算法就就越复杂杂。第一章数数控机机床概述述*39现代数控控技术

3轴联动，(3轴控制)4轴控制

图1-6多轴联动数控加工的原理图

5轴联动加工

5轴联动加工*40现代数控控技术第二节数数控控机床的的分类按进给伺伺服系统统的类型型分类按数控系系统的进进给伺服服子系统统有无位位置测量量装置可可分为开环数控控系统和闭环数控控系统，在闭环环数控系系统中根根据位置置测量装装置安装装的位置置又可分分为全闭环和半闭环两种。第一章数数控机机床概述述*41现代数控控技术第二节数数控控机床的的分类开环数控控系统没有位置置测量装装置，信信号流是是单向的的（数控控装置→→进给系系统），，故系统统稳定性性好。第一章数数控机机床概述述电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大*42现代数控控技术第二节数数控控机床的的分类开环系统统无位置置反馈，，精度相相对闭环环系统来来讲不高高，其精精度主要要取决于于伺服驱驱动系统统和机械械传动机机构的性性能和精精度。一般以功功率步进进电机作作为伺服服驱动元元件。这类系统统具有结结构简单单、工作作稳定、、调试方方便、维维修简单单、价格格低廉等等优点，，在精度度和速度度要求不不高、驱驱动力矩矩不大的的场合得得到广泛泛应用。。一般用用于经济济型数控控机床。。第一章数数控机机床概述述*43现代数控控技术第二节数数控控机床的的分类半闭环数数控系统统半闭环数数控系统统的位置置采样点点如图所所示，是是从驱动动装置(常用伺伺服电机机)或丝丝杠引出出，采样样旋转角角度进行行检测，，不是直直接检测测运动部部件的实实际位置置。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈*44现代数控控技术第二节数数控控机床的的分类半闭环环环路内不不包括或或只包括括少量机机械传动动环节，，因此可可获得稳稳定的控控制性能能，其系系统的稳稳定性虽虽不如开开环系统统，但比比闭环要要好。由于丝杠杠的螺距距误差和和齿轮间间隙引起起的运动动误差难难以消除除。因此此，其精精度较闭闭环差，，较开环环好。但但可对这这类误差差进行补补偿，因因而仍可可获得满满意的精精度。半闭环数数控系统统结构简简单、调调试方便便、精度度也较高高，因而而在现代代CNC机床中得得到了广广泛应用用。第一章数数控机机床概述述*45现代数控控技术第二节数数控控机床的的分类全闭环数数控系统统全闭环数数控系统统的位置置采样点点如图的的虚线所所示，直直接对运运动部件件的实际际位置进进行检测测。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈*46现代数控控技术第二节数数控控机床的的分类从理论上上讲，可可以消除除整个驱驱动和传传动环节节的误差差、间隙隙和失动动量。具具有很高高的位置置控制精精度。由于位置置环内的的许多机机械传动动环节的的摩擦特特性、刚刚性和间间隙都是是非线性性的，故故很容易易造成系系统的不不稳定，，使闭环环系统的的设计、、安装和和调试都都相当困困难。该系统主主要用于于精度要要求很高高的镗铣铣床、超超精车床床、超精精磨床以以及较大大型的数数控机床床等。*47现代数控控技术按机构运运动方式式分串连数控控机床（（传统数数控机床床）并联数控控机床混联数控控机床*48现代数控控技术北京理工工大学研研制的并并联机床床机床加工工过程*49现代数控控技术*50现代数控控技术第三节数数控加工工原理数控加工工中数据据转换过过程图3数数控加加工中数数据转换换过程第一章数数控机机床概述述译码刀补处理插补处理PLC控制进给伺服系统切削运动、机床I/O装置成形运动加工程序*51现代数控控技术第三节数数控加工工原理译码(解解释)译码程序序的主要要功能是是将用文文本格式式（通常常用ASCII码）表达达的零件件加工程程序，以以程序段段为单位位转换成成刀补处处理程序序所要求求的数据据结构（（格式））。该数数据结构构用来描描述一个个程序段段解释后后的数据据信息。。它主要要包括：：X、Y、、Z等坐标值值；进给给速度；；主轴转转速；G代码；M代码；刀刀具号；；子程序序处理和和循环调调用处理理等数据据或标志志的存放放顺序和和格式。。第一章数数控机机床概述述*52现代数控控技术第三节数数控加工工原理刀补处理理(计算算刀具中中心轨迹迹)用户零件件加工程程序通常常是按零零件轮廓廓编制的的，而数数控机床床在加工工过程中中控制的的是刀具具中心轨轨迹，因因此在加加工前必必须将零零件轮廓廓变换成成刀具中中心的轨轨迹。刀刀补处理理就是完完成这种种转换的的程序。。第一章数数控机机床概述述*53现代数控控技术第三节数数控加工工原理插补计算算本模块以以系统规规定的插插补周期期△t定时运行行，它将将由各种种线形（（直线，，园弧等等）组成成的零件件轮廓，，按程序序给定的的进给速速度F，实时计算算出各个个进给轴轴在△t内位移指指令（△△X1、△Y1、…），，并送给进进给伺服服系统，，实现成成形运动动。这这个过程程将在下下面进一一步叙述述。第一章数数控机机床概述述*54现代数控控技术第三节数数控加工工原理PLC控制PLC控制是对对机床动动作的““顺序控控制”。。即以CNC内部和机机床各行行程开关关、传感感器、按按钮、继继电器等等开关量量信号状状态为条条件，并并按预先先规定的的逻辑顺顺序对诸诸如主轴轴的起停停、换向向，刀具具的更换换，工件件的夹紧紧、松开开，冷却却、润滑滑系统等等的运行行等进行行的控制制。第一章数数控机机床概述述*55现代数控控技术数控加工工轨迹控控制原理理逼近处理理图为欲加加工的圆圆弧轨迹迹L，起点为P0，终点为Pe。CNC装置首先先对圆弧弧进行逼近处理理。第三节数控加工工原理XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe数控加工原理图第一章数数控机机床概述述*56现代数控控技术第三节数控加工工原理系统按插插补时间间⊿t和进给速速度F的要求，将L分割成若若干短直直线⊿L1，⊿L2，…，⊿⊿Li，…，这里：⊿Li=F⊿⊿t（（i=1，2，…））F：用户给定定的进给给速度⊿t：数控系统统插补周周期XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe数控加工原理图*57现代数控控技术第三节数控加工工原理用直线⊿⊿Li逼近圆弧弧存在着着逼近误误差δ，但只要δ足够小（⊿Li足够短）），总能能满足零零件的加加工要求求。当F为常数时时，而⊿⊿t对数控系系统而言言恒为常常数，则则⊿Li的长度也也为常数数⊿L，只是其斜斜率与其其在L上的位置置有关。。XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe数控加工原理图*58现代数控控技术第三节数数控加工工原理插补运算算将⊿Li分解为X轴及Y轴移动分分量Xi和Yi（在ti时间内）），要求求满足：：且有：Fx=Xi/tiFy=Yi/ti⊿Li的斜率和和F的分量Fx、Fy以及比值值Fx/Fy都在不断断变化。。XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe数控加工原理图*59现代数控控技术第三节数数控加工工原理指令输出出将计算出出△ti在时间内内的和作作为指令令输出给给Y轴，以控控制它们们联动。。即：XiX轴；YiY轴只要能连连续自动动地控制制X，Y两个进给给轴在△ti时间内移移动量，，就可以以实现曲曲线轮廓廓零件的的加工。。第一章数数控机机床概述述*60现代数控控技术第四节数数控机机床的应应用范围围数控机床床的确具具有普通通机床所所不具备备的许多多优点。。而且它它的应用用范围还还在不断断扩大，，但是在在目前还还不能完完全取代代普通机机床，也也就是说说，它不能以以最经济济的方式式来解决决加工制制造中所所有问题题。为了更好好地说明明这个问问题，有有必要先先初步了了解一下下采用数控机床床加工的优优缺点。*61现代数控控技术第四节数数控控机床的的应用范范围数控加工工的优点点自动化程程度高，，可以减减轻工人人的体力力劳动强强度加工的零零件一致致性好，，质量稳稳定生产效率率较高便于产品品研制便于实现现计算机机辅助制制造。。第一章数数控机机床概述述*62现代数控控技术第四节数数控控机床的的应用范范围数控加工工的缺点点任何事物物都是两两重性。。数控加加工虽有有上述述各种优优点，同同时在某某些方面面也存在在不足之之处：单位加工工成本较较高。。只适宜于于多品种种小批量量或中批批量生产产（占机机械加工工总量70%~80%）加工中的的调整相相对复杂杂维修难度度大第一章数数控机机床概述述*63现代数控控技术第四节数数控机机床的应应用范围围数控加工工的适应应性根据数控控加工的的优缺点点及国内内外大量量应用实实践，一一般可按按适应程程度将零零件分为为下列三三类：最适应类对于下述零件件，首先应考考虑能不能把把它们加工出出来，即要着着重考虑可能能性问题。只只要有可能，，可先不要过过多地去考虑虑生产率与经经济上是否合合理，都应把把对其进行数数控加工作为为优选方案。。第一章数数控机床床概述*64现代数控技术术形状复杂：加加工精度要求求高，用通用用机床无法加加工或虽然能能加工但很难难保证产品质质量的零件；；用数学模型描描述的复杂曲曲线或曲面轮轮廓零件；具有难测量、、难控制进给给、难控制尺尺寸的不开敞敞内腔的壳体体或盒型零件件；必须在一次装装夹中合并完完成铣、镗、、锪、铰或攻攻丝等多工序序的零件。*65现代数控技术术第四节数数控机床的的应用范围较适应类这类零件在分分析其可加工工性以后，还还要在提高生生产率及经济济效益方面作作全面衡量，，一般可把它它们作为数控控加工的主要要选择对象。。1在通用机床上上加工时极易易受人为因素素（如：情绪绪波动、体力力强弱、技术术水平高低等等）干扰，零零件价值又高高，一旦质量量失控便造成成重大经济损损失的零件；；第一章数数控机床床概述*66现代数控技术术第四节数数控机床的应应用范围2.在通用机床上上加工时必须须制造复杂专专用工装的零零件；3.需要多次更改改设计后才能能定型的零件件；4.在通用机床上上加工需要作作长时间调整整的零件；5.用通用机床加加工时，生产产率很低或体体力劳动强度度很大的零件件。第一章数数控机床床概述*67现代数控技术术第四节数数控机床的的应用范围不适应类下述一类零件件采用数控加加工后，在生生产效率与经经济性方面一一般无明显改改善，还可能能弄巧成拙或或得不偿失，，故此类零件件一般不应作作为数控加工工的选择对象象。第一章数数控机床床概述*68现代数控技术术第四节数数控机床的的应用范围装夹困难或完完全靠找正定定位来保证加加工精度的零零件；加工余量很不不稳定，且数数控机床上无无在线检测系系统可自动调调整零件坐标标位置的；生产批量大的的零件（当然然不排除其中中个别工序用用数控机床加加工）；必须用特定的的工艺装备协协调加工的零零件。第一章数数控机床床概述*69现代数控技术术根据上述数控控加工的适应应性，我们就就可以根据所所拥有的数控控机床来选择择加工对象，，或根据零件件类型来考虑虑哪些应该先先安排数控加加工，或从技技术改造角度度考虑，是否否要投资添置置数控机床。。第四节数数控机床的应应用范围第一章数数控机床床概述*70现代数控技术术第五节数数控机床的发发展动向发展趋势进入九十年代代以来，随着着国际上计算算机技术突飞飞猛进的发展展，数控技术术不断采用计计算机、控制制理论等领域域的最新技术术成就，使其其朝着下述方方向发展运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化驱动并联化交互网络化第一章数数控机床床概述*71现代数控技术术第五节数数控机床的发发展动向运行高速化、、加工高精化化速度和精度是是数控设备的的两个重要指指标，它们是是数控技术永永恒追求的目目标。因为它它直接关系到到加工效率和和产品质量。。新一代数控控设备在运行行高速化、加加工高精化等等方面都有了了更高的要求求。第一章数数控机床床概述*72现代数控技术术第五节数数控机床的发发展动向运行高速化：：使进给率、主主轴转速、刀刀具交换速度度、托盘交换换速度实现高高速化，并且且具有高加（（减）速率。。进给率高速化化：在分辨率为1m时，Fmax=240m/min。。在Fmax下可获得复杂杂型面的精确确加工；在程序段长度度为1mm时，Fmax=30m/min，，并且具有1.5g的加减速率；；第一章数数控机床床概述*73现代数控技术术第五节数数控机床的发发展动向主轴高速化：：采用电主轴（（内装式主轴轴电机），即即主轴电机的的转子轴就是是主轴部件。。主轴最高转速速达200000r/min。。主轴转速的最最高加（减））速为1.0g，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。。换刀速度0.9秒（刀刀到刀）2.8秒（切切削到切削））工作台（托盘盘）交换速度度6.3秒。第一章数数控机床床概述*74现代数控技术术第五节数数控机床的发发展动向加工高精化：：提高机械设备备的制造和装装配精度；提提高数控系统统的控制精度度；采用误差差补偿技术。。提高CNC系统控制精度度：采用高速插补补技术，以微微小程序段实实现连续进给给，使CNC控制单位精细细化，采用高分辨率率位置检测装装置，提高位位置检测精度度（日本交流流伺服电机已已有装上106脉冲/转的内内藏位置检测测器，其位置置检测精度能能达到0.01m/脉冲）；位置伺服系统统采用前馈控控制与非线性性控制等方法法。第一章数数控机床床概述*75现代数控技术术第五节数数控机床的发发展动向采用误差补偿偿技术：采用反向间隙隙补偿、丝杆杆螺距误差补补偿和刀具误误差补偿等技技术;设备的热变形形误差补偿和和空间误差的的综合补偿技技术。研究结结果表明，综综合误差补偿偿技术的应用用可将加工误误差减少60％～80％％。三井精机机的JidicH5D型超精密卧式式加工中心的的定位精度为为±0.1m。*76现代数控技术术由于计算机技技术的不断进进步，促进了了数控技术水水平的提高，，数控装置、、进给伺服驱驱动装置和主主轴伺服驱动动装置的性能能也随之提高高，使得现代代的数控设备备在新的技术术水平下，可可同时具备运运行高速化、、加工高精化化的性能。第五节数数控机机床的发展动动向第一章数数控机床床概述*77现代数控技术术第五节数数控机床的发发展动向功能复合化复合化是指在在一台设备能能实现多种工工艺手段加工工的方法。镗铣钻复合——加工中心（ATC）、五面加工中心心（ATC，主轴立卧转换换）；车铣复合—车车削中心（ATC，动力刀头）；；铣镗钻车复合合—复合加工工中心（ATC，可自动装卸车车刀架）；铣镗钻磨复合合—复合加工工中心（ATC，动力磨头）；；可更换主轴箱箱的数控机床床—组合加工工中心；*78现代数控技术术第五节数控控机床的发展展动向控制智能能化随着人工工智能技技术的不不断发展展，并为为满足制制造业生生产柔性性化、制制造自动动化发展展需求，，数控技技术智能能化程度度不断提提高，具具体体现现在以下下几个方方面：第一章数数控机机床概述述*79现代数控控技术第五节数数控控机床的的发展动动向加工过程程自适应应控制技技术通过监测测加工过过程中的的切削力力、主轴轴和进给给电机的的功率、、电流、、电压等等信息，，利用传传统的或或现代的的算法进进行识别别，以辩辩识出刀刀具的受受力、磨磨损以及及破损状状态，机机床加工工的稳定定性状态态；并根根据这些些状态实实时修调调加工参参数（主主轴转速速，进给给速度））和加工工指令，，使设备备处于最最佳运行行状态，，以提高高加工精精度、降降低工件件表面粗粗糙度以以及设备备运行的的安全性性。*80现代数控控技术第五节数数控机机床的发发展动向向MitsubishiElectric公司的用用于数控控电火花花成型机机床的““MiracleFuzzy”基于模糊糊逻辑的的自适应应控制器器，可自自动控制制和优化化加工参参数；日本牧野野在电火火花NC系统Makino_Mce20中，用专专家系统统代替人人进行加加工过程程监控。。以色列的的外置式式力自适适应控制制器意大利Mandelli公司数控控系统的的可编程程功率自自适应控控制功能能。*81现代数控控技术第五节数数控控机床的的发展动动向加工参数数的智能能优化与与选择将工艺专专家或技技工的经经验、零零件加工工的一般般与特殊殊规律，，用现代代智能方方法，构构造基于于专家系系统或基基于模型型的“加加工参数数的智能能优化与与选择器器”，利利用它获获得优化化的加工工参数，，从而达达到提高高编程效效率和加加工工艺艺水平，，缩短生生产准备备时间的的目的。。采用经经过优化化的加工工参数编编制的加加工程序序，可使使加工系系统始终终处于较较合理和和较经济济的工作作状态。。*82现代数控控技术第五节数数控控机床的的发展动动向目前已开开发出带带自学习习功能的的神经网网络电火火花加工工专家系系统。日本大隈隈公司的的7000系列列数控系系统带有有人工智智能式自自动编程程功能。。国内清华华在加工工参数的的智能优优化与选选择及CAPP方面的研研究也取取得了一一些成果果。但有有待进行行实用化化开发。。第一章数数控机机床概述述*83现代数控控技术第五节数数控控机床的的发展动动向智能故障障诊断与与自修复复技术智能故障障诊断技技术：根根据已有有的故障障信息，，应用现现代智能能方法（（AI、ES、ANN等），实实现故障障快速准准确定位位的技术术。智能故障障自修复复技术：：指能根根据诊断断确定故故障原因因和部位位，以自自动排除除故障或或指导故故障的排排除技术术。智能能自修复复技术集集故障自自诊断、、故障自自排除、、自恢复复、自调调节于一一体，并并贯穿于于加工过过程的整整个生命命周期。。智能故障障诊断技技术在有有些日本本、美国国公司生生产的数数控系统统中已有有应用，，基本上上都是应应用专家家系统实实现的。。智能化自自修复技技术还在在研究之之中。*84现代数控控技术第五节数数控控机床的的发展动动向智能化交交流伺服服驱动装装置目前已开开始研究究能自动动识别负负载，并并自动调调整参数数的智能能化伺服服系统，，包括智智能主轴轴交流驱驱动装置置和智能能化进给给伺服装装置。这这种驱动动装置能能自动识识别电机机及负载载的转动动惯量，，并自动动对控制制系统参参数进行行优化和和调整，，使驱动动系统获获得最佳佳运行。。*85现代数控控技术第五节数数控控机床的的发展动动向智能4M数控系统统在制造过过程中，，加工、、检测一一体化是是实现快快速制造造、快速速检测和和快速响响应的有有效途径径，将测测量(Measurement)、、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、机器操作作(Manipulator)四者（即即4M）融合在一一个系统统中，实实现信息息共享，，促进测测量、建建模、加加工、装装夹、操操作一体体化的4M智能系统统。*86现代数控控技术第五节数数控机机床的发发展动向向体系开放放化定义（IEEE）：具有在不不同的工工作平台台上均能能实现系系统功能能、且可可以与其其他的系系统应用用进行互互操作的的系统。。开放式数数控系统统特点：：系统构件件（软件件和硬件件）具有有标准化化(Standardization)与多样化化(Diversification)和互换性性(Interchangeability)的特征征允许通通过对对构件件的增增减来来构造造系统统，实实现系系统““积木木式””的集集成。。构造造应该该是可可移植植的和和透明明的；；*87现代数数控技技术第五节节数数控机机床的的发展展动向向开放体体系结结构CNC的优点点向未来来技术术开放放：由于软软硬件件接口口都遵遵循公公认的的标准准协议议，只只需少少量的的重新新设计计和调调整，，新一一代的的通用用软硬硬件资资源就就可能能被现现有系系统所所采纳纳、吸吸收和和兼容容，这这就意意味着着系统统的开开发费费用将将大大大降低低而系系统性性能与与可靠靠性将将不断断改善善并处处于长长生命命周期期；标准化化的人人机界界面：：标准化化的编编程语语言，，方便便用户户使用用，降降低了了和操操作效效率直直接有有关的的劳动动消耗耗；*88现代数数控技技术第五节节数数控控机床床的发发展动动向向用户户特殊殊要求求开放放：更新新产品品、扩扩充能能力、、提供供可供供选择择的硬硬软件件产品品的各各种组组合以以满足足特殊殊应用用要求求，给给用户户提供供一个个方法法，从从低级级控制制器开开始，，逐步步提高高，直直到达达到所所要求求的性性能为为止。。另外外用户户自身身的技技术诀诀窍能能方便便地融融入，，创造造出自自己的的名牌牌产品品；可减少少产品品品种种，便便于批批量生生产、、提高高可靠靠性和和降低低成本本，增增强市市场供供应能能力和和竞争争能力力。*89现代数数控技技术第五节节数数控控机床