第1章绪论(新)1

1、1,数控技术,何雪明 吴晓光 常兴主编 华中科技大学出版社,2,前言,学好数控技术是非常重要的 学好数控技术的方法： 1.认真听讲 2.勤于思考 3.勇于实践 4.有一定兴趣,3,第一章 绪论1.1 数控技术的产生及特点,1.1.1 数控技术的产生 上世纪40年代以来，生产力迅速发展，人们要加工的零件越来越多，零件形状也越来越复杂，原来用自动专用机床和仿形机床去满足要求现在显得力不从心。因此： 灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产技术-数控技术应运而生,1948年美国Persons受军方委托研制直升机叶片轮廓检验样板的机床。他们与MIT 合作，提出用计算机控制机床加工复杂曲线的新理念

2、，并于1952年研制出第一台立式数控铣床。1955年实现该机床的产业化。 由于该机床采用的是先进的数字控制技术，具有普通机床和专用机床无法比拟的优点，故数控技术具有强大的生命力。从此，数控技术在世界各地得到了迅速的发展。,5,1.1.2 数控加工的特点,1. 可以 加工具有复杂型面的工件 2.加工精度高，质量稳定 3. 生产效率高 4.改善劳动条件 5.有利于生产过程的现代化： 生产管理的现代化 CAD/CAM的基础 数控加工的对象 1.几何形状复杂的工件 2. 新产品的工件 3. 精度及表面粗糙度要求高的工件 4.需要多道工序的工件 5.原材料特别贵重的工件,6,1.2数控机床特点及分类,1

3、.2.1数控机床特点 适应性：强（对象.发展.CAD、CAM、FMS、CIMS） 自动化：优 质量： 好 效率： 高 缺点：要求高素质的操作员 （掌握了数控技术，招聘较易）,7,用数控机床加工零件，当产品改型时只需重新制作信息载体或重新编制手动输入程序，就能实现对新零件的加工。它不同于传统机床，不需要制作、更换工夹具和模具，更不需要重新调整机床。为单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。因而生产准备时间短，灵活性强。,1. 适应性强,8,2.加工精度高，质量好,中、小型数控机床定位精度可达0.005mm，重复定位精度为0.002mm。加工精度不受零件复杂程度和操作者技术水平影响，同批零

4、件加工一致性较好。 数控机床所需加工条件（进给速度、主轴转速、容差指定、刀具选择等）都由控制介质的指令代码事先规定好，加工自动完成，人为造成的加工误差很小。 进给传动链的换向间隙与丝杠传动误差等均可由数控装置进行补偿。,9,3.加工生产率高，经济效益好,对工夹具要求低，又无需划线，大大缩短加工准备时间； 加工过程中重复精度高，节省了对零件的检验时间； 零件改型时只需要更换程序，节省了准备和调整时间。,10,4.操作简单,减轻工人劳动强度,数控机床的动作由程序上的信息直接控制，输入后就自动连续加工，直至加工完毕后自动停车。简化了工人的操作，对工人的技术水平要求降低了， 工人只需装卸零件和更换刀具

5、并监督机床的运行，减轻了操作者劳动强度。,11,5. 有利于生产管理的现代化,用数控机床加工零件，能准确计算出零件的加工工时，并有效地简化了检验、工装和半成品的管理工作，减少因误操作造成废品和损坏刀具的可能性。 有利于使生产管理水平的提高，实现生产管理的现代化。 增加相应的管理工作。,12,6. 数控机床价格高，维修较难,数控机床配有数控装置或计算机，机床加工精度受切削用量大、连续加工发热多的影响，使其设计要求比通用机床更严格，制造要求更精密，因此制造成本较高。 数控机床的数控系统较复杂，一些元件、部件的精度较高，以及一些进口机床的技术开发受到条件的限制，因此，数控机床的调试和维修都较困难。,

6、13,1.2 数控系统的组成及分类,1.2.1 数控技术的基本概念 数控技术，简称数控（Numerical Control）是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。现在又称为计算机数控（computer numerical control， CNC） CNC有三种含义 1.代表一种控制技术 2.代表一种控制系统的实体 3.代表一种控制装置,14,1.2.2 数控系统的构成,数控系统的构成如下图所示：,信息载体,键盘,如步进电机等,工作台,如编码器和光栅,15,1控制介质,数控机床操作时不需人参与直接操作，但人的意图又必须参与。人与数控机床之间必须建立某种联系，这种联系的媒介物称

7、为控制介质。 控制介质存储加工零件所需全部操作信息和刀具相对工件的移动信息， 控制介质按数控装置的类型而异，可以是穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘。,16,2数控装置,数控装置是数控机床的控制核心，通常由一台通用或专用微型计算机构成，有输入接口、存储器、运算器、输出接口和控制电路等。 输入接口接受控制介质或操作面板上的信息，并将其信息代码加以识别，经译码后送入相应的存储器。 存储器中的代码或数据是控制和运算的原始依据。,图1-4 数控装置的组成,17,3伺服系统,伺服系统包括驱动部分和执行机构两大部分。 伺服系统把数控装置输出的脉冲信号通过放大和驱动元件使机床移动部件运动或使执行机构动作，加工出符

8、合要求的零件。 每一脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量，常用脉冲当量为0.01mm/脉冲、0.005mm/脉冲、0.001mm/脉冲等。伺服系统的精度、快速性及动态响应是影响加工精度、表面质量与生产率的主要因素。 目前在数控机床的伺服系统中，常用的位移执行机构有功率步进电机，直流伺服电机和交流伺服电机，后二种都带有感应同步器、光电编码器等位置测量元件，所以，伺服机构的性能决定了数控机床的精度与快速性。,18,控制器根据输入的指令控制运算器和输出接口，实现对机床各种操作的执行。如控制主轴变速和起动、控制刀架或工作台移动等，同时控制机床的整个工作循环。 运算器主要是对输入的数据进行某种运算

9、，按运算结果不断的由输出接口输出脉冲信号，驱动伺服机构按规定要求运动。,19,1.2.3 数控基本原理,在进行数控加工之前，要预先编制加工程序清单： 1.确定工件的加工工序及加工所用刀具和切削速度 2.确定工件的轮廓衔接点 3.确定起刀和收刀的位置以及坐标原点的位置 按规定的语句格式写出数控指令集，将指令集输入到数控装置里进行处理（译码，运算等），通过驱动电路把信号放大，驱动伺服电机输出角位移及角速度，又通过执行部件转换成工作台的直线位移以实现进给 另外，数控装置还要通过PLC控制强电部件以进行一些辅助性工作，如 ：照明，冷却。排屑等,20,1.2.4数控系统的分类,1.2.4 按控制系统的特

10、点分类 1.点位控制系统。如数控钻床、冲床等 2.直线控制系统。如平面铣床、数控磨床 数控车床 3.轮廓控制系统。3维加工机床（中心）,1.2.2.2 按伺服系统的类型 1.开环控制系统 2.半闭环控制系统 3.闭环控制系统,22,1.2.2.4按功能水平分类： 低档： 分辨率：10m 进给速度：8-15m/min 进给类型：开环，步进电机 联动轴数：2-3 主CPU：8位(通信、显示、PLC) 中档： 分辨率 1 m 半闭环系统控制 高档： 分辨率 0.1 m 闭环系统控制 5轴以上联动,23,1.3数控技术的发展,1.3.1 机床数控系统的发展介绍 1952年 Persons与麻省理工学院

11、试制第1台数控机床其电路是电子管 1955年 美国空军和麻省理工学院合作，研制成功APT语言 1954年 第1台工业用数控机床有Bendix公司研制成功（加工中心） 1967 柔性加工中心FMS(英国) 1970 小型计算机数控加工中心CNC, 多机床控制系统DNC 1973 微处理器数控机床CIMS 1980 数控装置可以人机对话、动态图形显示的智能数控机床FMC 柔性制造单元,其中，80年代提出的计算机集成制造CIMS的概念值得一提：企业生产的各个环节从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个不可分割的整体。整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理过程，最终形成的产

12、品可以看成是数据的物质表现。数控机床是这个过程的节点,25,我国发展数控的过程,1958年开始研究数控技术（电子管） 1965年开始研究晶体管数控系统 70年代研制成功数控非园齿轮插齿机及立式数控铣床 80年代以来，引进技术与自行研制相结合，我国的数控技术得到明显的进步（FANUC系统比较广泛）。现在我国多家机床厂均能生产5坐标联动的数控机床。 我国数控技术与先进国家的差距正在缩小。,26,1.3.2 数控系统的发展趋势,1.3.2.1 数控系统 1. 模块化、小型化 2. 大容量存储器、大容量PLC。使机床能长时间工作。 3. 配有多种接口 （FMS,CIMS)形成通信网络 4. 可靠性高 (自诊断、自排除） 5. 经济、使用方便,27,1.3.2.1机床结构的发展,1.提高机床的刚度：基于一个道理，即任何物体在受力时均会变形，这种变形会导致加工的误差。 2.提高主轴的转速：转速较高时加