1 绪论 数控技术应用东北大学.ppt

1、2020/10/11,1,计算机数控系统,主讲教师：张耀满 ,2020/10/11,2,使用教材和参考教材,使用教材： (1)数控技术及其应用，何玉安 主著，机械工业出版社,2004 参考教材： (1)机床数控技术，王仁德 张耀满 赵春雨 编著，东北大学出版社,2007 (2)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 (3)王贵明编著. 数控实用技术. 机械工业出版社，2002,2020/10/11,3,第一章 概论,第一节 数控机床的产生及特点 第二节 数控机床的组成和分类 第三节 数控机床和数控技术的发展,2020/10/11,4,第一节 数控机床的产生及特点,一

2、、数控机床的产生 二、数控技术的概念和数控机床的特点,2020/10/11,5,一、数控机床的产生,机械制造行业的产品结构日趋复杂，产品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。 大批量生产的产品为了提高产量和质量，广泛采用组合机床、凸轮控制的多刀、多工位机床以及专业生产线和自动化车间进行加工。 但应用专用的机床和生产设备，生产准备周期长，产品更新和修改加工工艺的时间较长，费用较高，制约了产品的更新换代。,2020/10/11,6,另外，在制造行业中，单件小批量产品占到70-80，这类产品一般采用通用机床来加工。 通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，

3、难于提高生产效率和保证产品质量。 特别是一些复杂零件，借助划线和样板手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率会受到很大的限制。 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。,2020/10/11,7,世界上第一台数字控制机床是为满足航空工业加工复杂零件的需要而产生的。 1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升飞机叶片轮廓检查用样板的机床时，提出了数控机床的初步设想。后来受空军委托,与麻省理工学院伺服机构研究所合作开始了三坐标铣床的研究工作。 1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作，发明了世界上第一台三座标数控铣床, 标志着NC技术的开创和机械制造

4、的数字控制时代的开始。,2020/10/11,8,二、数控技术的概念和数控机床的特点,（1）数控技术的概念 在加工工艺与表面形成方法上与普通机床基本相同，在实现自动化控制的原理与方法上不同。 数控机床是用数字化信息来实现自动控制的，将与加工零件有关的信息,用规定的文字、数字和符号组成的代码，按一定的格式编写成加工程序，将程序输入到数控装置中，数控装置经过分析处理后，发出各种与加工程序相应的信号和指令来控制机床进行自动加工。,2020/10/11,9,以数字指令控制机床各部件的相对运动和动作。 例：N003 G90 G01 X+35. Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500

5、 M07； 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。 采用数字化信息完成控制的机床称为数控机床.,2020/10/11,10,（2）数控机床的特点,相对于通用机床及自动化专用机床，数控机床及加工特点（复杂、精密、高效、多变） 能实现复杂零件的加工（复杂） 普通机床难以实现轨迹为二次以上曲线或曲面的运动，如螺旋桨、气轮机叶片之类的空间曲面的加工。 而数控机床采用计算机插补技术和多坐标联动控制，可以实现几乎任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适用于各种复杂零件的加工。,2020/10/11,1

6、1,（机械设计、数控系统、无人工干预、程序控制） 在设计机床时采用了很多措施，使数控机床的机械部分达到较高的精度。 数控装置的脉冲当量目前可以达到0.01-0.001mm，同时可以通过实时检测反馈，修正误差或补偿来获得更高的精度。 数控机床是按照程序自动工作，一般情况下工作过程不需要人工干预，消除了人为产生的误差。 更重要的是数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响，同时也不受操作者水平的影响，使同一批零件的一致性好，产品质量稳定。, 加工精度高、质量稳定（精密）,2020/10/11,12,（辅助时间、机动时间） 减少辅助时间 加工中心一次装夹可进行多表面加工，节省装夹时间；还具有自动换刀、

7、自动交换工作台和装夹工件等功能。 机床移动部件在定位中均采用加速和减速措施，并可采用很高的空行程速度，缩短了定位和非切削时间。 机床的快速移动速度40-50m/min，加速度可以达到几个g 减少零件加工所需机动时间 良好的机械结构刚性允许机床进行大切削用量的切削。,生产效率高（高效）,2020/10/11,13,数控机床在适应不同零件的自动加工方面胜于自动化专用机床（广泛的适应性） 通过改变程序来加工不同零件，适应了现代产品更新换代快的特点，适应了多品种、小批量零件的自动化加工 而不必像自动化专用机床那样在产品变更时须变更设备。 一次装夹可以完成多道工序 数控机床，特别是具有刀库的加工中心，使

8、得工件一次装夹中可以完成多道工序，减小装夹误差，减少辅助时间，减少工序间的运输。 另外，一台数控机床代替多台普通机床，因此可以带来较高的经济效益。,2020/10/11,14,数控机床的其他特点 数控机床价格高，且对操作、维修人员的技术水平有较高的要求 （采用数控机床加工能很方便准确地计算出加工工时、生产周期和加工费用；同时数控控技术是FMS、FMC、CAD/CAM、CIMS等现代化生产的基础。） 综上所述，数控机床可以高效、高质地制造出新的产品，以满足社会不断变化的需求，使制造业得到较高的经济效益。 尽管数控机床的价格比较高，但若采用成组技术，变单个零件的小批生产为一组零件的大批生产，则可降

9、低制造成本，提高经济效益,2020/10/11,15,第二节 数控机床的组成和分类,一、数控机床的组成 二、数控机床的分类,2020/10/11,16,一、 数控机床的构成,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,2020/10/11,17,（1）数控加工程序,数控加工程序是数控机床进行自动加工的指令序列。 它须用符合标准的文字、数字和符号来表示，按规定的方法和格式编制而成。 这些加工指令包括： 工件坐标系于机床坐标系的相对关系，刀具与工件相对运动的尺寸参数， 本次加工的工艺路线和加工顺序， 与主运动和进给运动相关的切削参数， 换刀

10、、工件装夹及冷却润滑等辅助动作等。,2020/10/11,18,（2）输入装置,编制好的数控加工程序可以通过键盘，或手持式编程器输入数控装置； 也可以将其保存在某种信息载体中，然后通过相应的输入装置将指令信息输入至数控装置。 将操作者的意图传达给数控机床，这种联系的媒介物称为控制介质。 常用的控制介质有：穿孔带、穿孔卡、磁带和磁盘等，应该有相应的输入装置。 现代还有一些系统继承了自动编程装置，甚至可以通过远程通讯接口获得程序。,2020/10/11,19,（3） 计算机数控系统,计算机数控系统是数控机床的核心。它从输入装置中得到电脉冲信号（加工指令），经过译码、运算、逻辑判断以及有关处理后，去

11、控制机床各执行机构进行有序的规定动作。 计算机数控系统由硬件和软件组成。 硬件包括：微型计算机、外部设备、输入输出通道和操作面版等。 软件包括：输入、数据处理、插补运算、速度控制、输出、管理及诊断等部分。,2020/10/11,20,（4） 强电控制装置,强电控制系统介于计算机数控系统和机床机械结构、液压结构及其它结构之间的控制系统。 目前，多数数控机床的强电控制由可编程序控制器PLC来实现。 强电控制装置按计算机数控系统输出的指令信号，对主轴、换刀装置及其他辅助装置进行控制，使它们严格按加工程序所规定的动作和顺序工作。,2020/10/11,21,（5） 伺服驱动系统,数控机床的进给系统由伺

12、服驱动系统和机床上的执行机构及机械传动机构组成的，而伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成。 伺服驱动装置主要采用步进电动机和交（直）流伺服电机。 把来自数控装置的指令信息转换为机床移动部件的运动，使工作台实现定位或按规定的轨迹作运动。 伺服系统的精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量及生产率的重要因素,它是数控装置与机床本体之间的电传动联系环节。,2020/10/11,22,伺服驱动系统包括 执行元件（主要有功率步进电机、直流伺服电动机和交流伺服电动机等）、驱动控制系统等组成。 主要技术指标： 脉冲当量：最小设定单位，数控装置发出一个脉冲，工作台移动的距离称为脉冲当量。脉冲当量

13、越小，加工精度越高。一般为0.01001mm （精度还取决于检测装置检测精度） 类型：主轴伺服（主轴变速、定位、分度）和进给伺服,2020/10/11,23,(6) 位置检测装置,位置检测装置主要用于闭环、半闭环的伺服驱动系统中，它们将直接或间接测得的数控机床执行部件的实际进给位移反馈给计算机数控系统，从而与指令位移进行比较，以确定和控制数控机床执行下一步动作 对于数控机床，提高其加工精度和定位精度的重要途径是增加一套位置测量与反馈装置，形成闭环控制。 目前在数控机床上常用的测量装置有光栅、旋转变压器、感应同步器、编码盘和编码尺等。,2020/10/11,24,（7）数控机床的机械部分,数控机

14、床的机械部分直接承担切削加工的任务，它是在普通机床的基础上发展而来的。 它由主传动机构、进给传动机构、工作台、床身及立柱等部分组成，但数控机床的整体布局、外观造型、传动机构及操作机构等方面都发生了很大的变化。 数控机床的机械结构具有：传动结构要求更为简单，在精度和刚度和抗振性等方面的要求更高，更多地采用了高效传动部件，而且传动和变速机构更应便于实现自动化控制等。 归纳起来由以下几点：,2020/10/11,25,采用高性能主传动及主轴部件 具有传递功率大、刚度高、抗振性能好及热变形小等优点。（现场数控车床采用双速电机、电机换向，主轴箱内结构简单）、购买的主轴部件、电主轴(主轴电机),2020/

15、10/11,26,进给传动采用高效传动件 具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点； 一般采用滚珠丝杠、直线滚动导轨副等；（现场相对于普通车床来说改动较大）直线电机等,2020/10/11,27,2020/10/11,28,2020/10/11,29,2020/10/11,30,2020/10/11,31,机床机架具有很高的动、静刚度 布局形式便于高效生产 加工中心 有较完善的刀具自动交换和管理系统，工件在加工中心类机床上一次安装后，能自动地完成或接近完成工件各面的加工工序。 有工件自动交换、工件夹紧与放松机构，如工件在加工中心类机床上采用工作台自动交换机构。 采用全封闭罩壳 由于数控机床是自

16、动完成加工，为了操作安全等，一般采用移门结构的全封闭罩壳，对机床的加工部位进行全封闭。,2020/10/11,32,二、数控机床的分类,（1）按工艺用途分类 （2）按伺服系统分类 （3）按运动轨迹分类 （4）按功能水平分类,高档 中档 低档,金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工类数控机床,开环控制的数控机床 闭环控制的数控机床 半闭环控制的数控机床,点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床,2020/10/11,33,（1） 按工艺用途分类,金属切削类 一般数控机床（12大类）: 根据JB1838-85可分为车床C、钻床Z、镗床T、磨床M、齿轮加工机床Y、螺纹加工机床S、铣床

17、X、刨床B、拉床L、超声波及电加工机床D、切割机床G、其它Q等12大类 。 但根据GB/T15375-1994规定,将超声波及电加工机床从金属切削机床中取消 ，单独定义为特种机床。 普通数控机床也相应划分为的11大类，仅在类代号后面增加机床通用性代号“K”加以区别。,2020/10/11,34,加工中心类,加工中心 在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成，又称自动换刀数控机床。 主要有铣镗加工中心和车削中心，还有磨削中心和冲压中心等。,2020/10/11,35,立式加工中心,卧式加工中心,2020/10/11,36,数控加工中心具有如下优点： 减少机床台数，便于管理 对于多工序的零

18、件只需一台机床就能完成全部加工，可有效减小半成品库存量； 工件一次装夹后，就能完成全部或大部分的工序的加工，从而减少了由于多次安装造成的定位误差； 工序集中，减少辅助时间，提高生产率； 减少专用夹具数量，进一步缩短了生产准备时间。,2020/10/11,37,金属成形类 数控压力机、数控折弯机、数控弯管机等 特种加工类 数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控火焰切割机、数控激光加工机 测量、绘图类 数控对刀仪、数控绘图仪、三坐标测量仪等,2020/10/11,38,（2） 按运动轨迹类型分类,点位控制数控机床（点到点的控制） 直线控制数控机床 轮廓控制或连续轨迹控制,2020/10/11,

19、39,点位控制数控机床,只要求精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不管从一点到另一点是按照什么轨迹运动。 在移动过程中不进行任何加工。各轴之间的运动是不相关。 两点之间的位置移动，为了保证定位精度，一般以先最快速度移动到即将接近位置点，然后进行分级或连续降速，实现低速趋近终点，从而减小运动部件因惯性前冲而造成的越程定位误差。 如数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等,2020/10/11,40,（2）直线控制数控机床,能控制刀具或工作台按加工程序规定的进给速度，沿平行与坐标轴的方向进行直线运动或进行直线切削加工。 不仅要求具有准确的定位功能，还要控制两相关点之间的位移速度和路线。 由

20、于这样数控机床移动时同样可以是一个坐标移动或两个坐标按同样速率同时移动，因而它们可以沿45斜线进行切削加工。 有的数控镗床兼有点位控制和直线控制功能，故可以被称为点位/直线控制数控机床。,2020/10/11,41,（3）轮廓控制或连续轨迹控制,能对两个或两个以上坐标轴的位移和速度同时进行连续相关的控制。 要求数控装置具有插补运算功能 轮廓控制数控机床又可分为：二轴联动、二轴半联动、三轴联动、五轴联动和四轴联动。 此外，轮廓控制数控机床还具有刀具长度补偿和刀具半径补偿功能。 当前，除了少数专用数控机床以外，现代数控机床都是具有轮廓控制数控机床的功能。,2020/10/11,42,图 两轴联动加

21、工 图1.4三轴联动加工 图1.5两轴半机床行切法加工,图1.6四轴联动加工 图1.7五轴联动加工,2020/10/11,43,（3）按控制方式进行分类,开环控制系统 伺服系统中没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号的流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和步进电机。 驱动电机只能采用步进电动机，该电动机的主要特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电动机就转过一个步距角，并且电机本身就具有自锁能力。,2020/10/11,44,2020/10/11,45,开环控制系统的特点,优点：控制方便，结构简单，价格便宜。控制系统发出的指令信号流是单向的，所以不存在稳定性问题 缺点：控制精度较差，对进一

22、步提高定位精度受到限制 应用：精度要求不太高的开环控制系统 开环最为简单，但是如果负荷突然加大(如切深突变)，或者脉冲频率变化剧烈（如突然加、减速），则可能使执行部件的运动产生误差，这就是常说的“丢失脉冲”现象。,2020/10/11,46, 全闭环控制系统,其位移反馈采用直线位移检测元件，安装在机床床鞍部位上，直接检测机床坐标的直线位移量。 通过反馈可以消除从电动机到机床床鞍整个机床传动连中的传动误差，得到很高的机床静态定位精度。,2020/10/11,47,2020/10/11,48,全闭环控制系统的特点,优点：定位精度高、调节速度快 缺点：调试、维修困难，系统复杂、成本高。 应用：精度要

23、求很高的数控坐标镗床、数控精密磨床等,2020/10/11,49, 半闭环控制系统,位置反馈采用转角检测元件，直接安装在伺服电动机或丝杠端部。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此系统稳定性好，调试方便。 检测装置安装在电机或丝杠上的闭环系统，把工作台运动干扰排除在控制系统之外,2020/10/11,50,2020/10/11,51,（4） 按数控系统的功能水平进行分类,高：最高分辨率0.1微米，进给速度15-100m/min，采用闭环控制；联动轴数3-5以上；具有MAP通信接口和其他接口，并具有通讯联网功能；有较强功能的内装PLC，并具有轴控制扩展功能，选用32或64位CPU。

24、中：最高分辨率1微米，进给速度15-24m/min；采用半闭环控制；联动轴数3-5；具有RS232或DNC通信接口，内装PLC，选用16或32位CPU。 低：最高分辨率10微米，进给速度4-15m/min；采用开环控制；联动轴数不超过3轴；无通信功能，无内装PLC，选用8位CPU。,2020/10/11,52, 按所用数控装置的构成分类,硬线数控（Hard-Wired NC,简称NC）机床 在数控机床诞生之初，计算机自处理速度和结构上满足不了机床加工的需要，因此数控机床装备了采用专门的固定组合逻辑电路的数控装置，故称之为硬线数控机床。 计算机数控（Computer Numerical Cont

25、rol,简称CNC）机床 由于为电子技术的发展，NC机床发展成为CNC机床。计算机数控机床的数控装置的硬件电路由小型或微型计算机外加大规模集成电路所组成，数控机床的主要功能几乎全部由软件来实现。,2020/10/11,53,第三节 数控机床和数控技术的发展,一、数控机床和数控技术的发展 二、数控技术的发展趋势,2020/10/11,54,一、数控机床和数控技术的发展,自1952年诞生了由美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制的世界第一台基于电子管和继电器数控机床后，随着计算机技术的不断发展，电子管、晶体管电路，中、小集成电路，大规模集成电路和小型通用电子计算机以及微型电子计算机

26、和微处理机，数控机床也得到不断的发展。,2020/10/11,55,数控系统发展阶段的划分,1952年研制出第一台电子管计算机控制的三坐标立式铣床，1954年11月第一台工业数控机床产生。 （第一代电子管数控系统1952-1958） 1959年，开始采用晶体管元件和印刷电路板；1959年3月，由克耐.杜列克公司发明了带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心。 （第二代晶体管数控系统1959-1964） 1965年出现采用中小规模集成电路的数控系统，但仍是NC机床。 （第三代集成电路数控系统1965-1969）,2020/10/11,56,1967年，英国把几台数控机床连结成具有柔性的加工系统，这

27、就是最初的FMS 1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上展出第一台CNC机床（第四代小型机数控系统1970-1973） 1974年微处理器直接用于数控系统，出进了数控机床的普及应用和数控技术的发展。 近20年来，微处理机的数控机床得到了飞速的发展和广泛的应用，这就是MNC（第五代微处理器数控系统1974-） 第六代基于工控PC机的通用型CNC系统,2020/10/11,57,前三个阶段的数控系统主要是由硬件电路和连线组成，称为硬件数控系统。 (4)、(5)阶段的数控系统主要是由计算机硬件和软件组成，称CNC数控系统。 1974年，美国年轻的学者哈灵顿博士首先提出了计算机集成制造系统的概念。2

28、0世纪80年代中期以来，以CIMS为标识的综合生产自动化日渐成为制造业的热点，它把制造业推到了一个新的发展阶段。 从第一台数控机床问世到现在近半个世纪中，数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、建筑等民用机械制造业。,2020/10/11,58,我国数控技术发展情况,1958年开始研制数控系统，第一台数控系统由清华大学研制，应用在北京第一机床厂X53K-1立式铣床上。 1965年，我国开始研制晶体管数控系统。 20世纪80年代初，开始引进国外数控装置和伺服系统为国产主机配套。目前我国已有几十家机床厂能够生产不同类型的数控机床和加工中心机床。 我国数控机床及其数控系统与发达国家相

29、比虽然有差距，但这种差距正在缩小。 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。,2020/10/11,59,数控机床的发展在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展离不开微电子技术和计算机技术。 随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。 我国数控系统经过“六五”期间的引进，“七五”期间的开发，“八五”期间的应用技术研究，以及“九五”期间的自主数控系统软件开发应用，已逐步形成了以广州数控、凯恩帝数控、航天数控、蓝天数控、华中数

30、控为主的数控系统产业。,2020/10/11,60,模块一 数控机床概述,我国第一台数控机床,2020/10/11,61,2020/10/11,62,二、数控技术的发展趋势,（1）数控技术的发展趋势 高速度、高精度化 多功能化 智能化 数控系统小型化 数控编程自动化 更高的可靠性,2020/10/11,63,高速度化和高精度,高速是高效的基础,要提高生产率, 最直接的办法是提高切削速度和减小辅助时间。 数控机床的高速化主要体现在主轴转速和进给速度。 随着刀具电机轴承数控系统等相关技术的突破及机床本身基础数据的进步,使各种运动速度大幅度提高 速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效

31、率和产品的质量，这两项指标又是互相制约的。,2020/10/11,64,提高数控技术的精度还可以采用补偿技术，而且随着计算机运算速度的提高，完全可以用软件实现误差补偿。 装备了软件补偿功能的数控系统的数控机床，通过间隙补偿、四杠螺距补偿和刀具补偿等技术，还可以在不增加硬件成本的情况下，提高机床的加工精度。 此外，还可以采用热变形补偿技术，对电动机、回转主轴和丝杠副发热变形所产生的加工误差进行补偿。,2020/10/11,65,国际知名数控机床和系统制造商从未停止对高速高精度控制的追求。 目前数控机床运动的加速度已提高到23g，快速移动速度提高到150200m/min。有一部分是利用直接驱动技术

32、，大导程高精度的滚珠丝杠也已大量应用到高速高精度数控机床中，实现了加速度11.5g，快速移动速度120150m/min。 为了能够优化金属切削的加工过程，现代化的加工将越来越多地采用高性能切削(High Performance Cutting)。 HPC技术不仅要求提高切削速度，而且要求提高刀具的进给速度。,2020/10/11,66,目前生产效率低的问题，不单在于刀具的切削速度低，也不单在于刀具的进给速度低，而在于针对给定的材料和其它条件，如何将刀具切削速度和进给速度有机地结合起来，以实现高性能切削(HPC)。 在精度方面，精密数控机床的机械加工精度已提升到微米级。超精密数控机床的微细切削和

33、磨削加工精度可稳定达0.05m左右，形状精度可达0.01m左右。 数控机床的高速、高精要求，对数控系统的高速高精控制算法、高速高精动态特性控制技术等提出了更高的要求。 各著名数控系统厂商对高速高精性能的追求始终是坚持不懈的，根据自身特点，各自采取了提高速度和精度性能的各种措施:,2020/10/11,67,SIEMENS公司 西门子公司对高速高精度位置控制的本质有着精辟的理解：通过避免机床振颤来优化工件表面的加工质量；通过增加对加速度控制能力，提高机床动态响应能力；通过增加加速度提高加工速度等。 HEIDENHAIN公司: HEIDENHAIN公司研究了不同分辨率的码盘对扭矩脉动的影响，并提出

34、了使用高分辨率的编码器有利于减小转矩脉动的影响。 HEIDENHAIN还对机床运行时间和丝杠温升变形规律进行研究。,2020/10/11,68,各数控系统厂商对高速高精度控制的理解基本上是相同的，而且对动态精度的提高非常重视，所采取的主要措施体现在以下方面。 高速下的平滑控制 通过对运动速度、加速度、加加速度的优化，减少机床振颤，使加工更加平稳，获得更高的加工表面质量。如HEIDENHAIN采用高分辨率的反馈器件减小转矩脉动，FANUC 利用MPC技术减少机床振颤。 (2)提高系统的快速响应能力 提高系统的快速响应能力不仅是高速加工的前提，也是保证精度的有利措施。如FANUC采用HRV4，反向

35、间隙加速等方式减少因响应滞后带来的误差。 (3)提高数据分辨率 以纳米级的分辨率参与到各个环节，如：FANUC系统的纳米插补技术。,2020/10/11,69,更高的可靠性 数控机床可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益，关键取决于可靠性。 衡量可靠性重要的量化指标是平均无故障工作时间MTBF。数控系统的MTBF已由20世纪70年代的300h， 20世纪80年代10000h,提高到20世纪90年代的30000h。 数控整机的可靠性水平也有显著的提高。整机MTBF已从20世纪80年代初期的100-200h,提高现在的500-800h。

36、,2020/10/11,70,多功能、小型化,多功能数控系统可以最大限度地提高设备的利用率，提高数控设备的效率。 现代数控系统多功能化还体现在增加控制轴数，以提高数控设备所具有的能力。 现代数控系统有朝小型化方向发展的趋势，使得电子元件得以高密度地安装，从而使其体积得到很大程度的缩小。 小型化的数控系统可以很方便地安装到机电一体化设备上。,2020/10/11,71,智能化,现代数控系统由于计算机技术和超大规模集成电路的发展而有能力朝着智能化方向发展。 引进自适应控制技术；故障自诊断、自恢复功能；刀具寿命自动检测更换；引进模式识别技术。 为了更有效地发挥高速度、高加速度的加工中的作用，对智能加

37、工系统进行了研究和开发 主要包括 (1)决策相应的加工条件和控制参数的数据库；(2)与加工操作相应的控制系统两部分。,2020/10/11,72,数控网络化,数控网络化是数控技术一个必然的发展趋势。 在制造业中，数控网络化将制造单元和控制装置通过网络连接起来，实现对加工过程和加工设备的远程控制和无人化操作； 对制造过程所需资源实行共享，实现满足CADCAM系统与数控系统在高速局域网上进行大量信息交换的要求。 当数控系统发生故障时，数控系统生产商可以通过Internet对用户的数控系统进行快速诊断。 实现数控网络化，可以进一步提高制造、管理、经营、销售和服务等各方面的集成化和智能化程度。,202

38、0/10/11,73,开放式,常见的数控系统是一种专用的封闭式系统，由于不兼容、内部结构复杂、不易升级，及不易进一步开发等缺点，而越来越不能够满足市场的需要。 用户往往处于被动的地位，不能够根据生产实际添加和改变系统功能。 美国率先提出了开放式数控系统的研究计划，以促使数控系统朝通用化、柔性化、智能化和网络化方面发展。 开放式数控系统的本质是面向用户： 数控系统的开发可以在 统一的运行平台上进行，系列化系统元器件完全对用户开放，用户可以在世界范围内选购自己所需的系统组件，将用户所需求的特殊要求融合到数控系统中，灵活自主地构成自己的数控系统；,2020/10/11,74,宜人化,宜人化是一种新的

39、设计思想和观点，是将功能设计与美学设计有机结合，是技术与经济、文化、艺术的协调统一，其核心是使产品变为更具有魅力、更适销的对路商品，引导人们进入一种新的生活方式和工作方式。 工业先进国家早已经将其广泛应用于各种产品设计中。 目前，国外机床生产厂家为了能在方案设计阶段就知道其产品的外观造型、色彩配置的效果，普遍采用计算机辅助工艺造型设计技术。,2020/10/11,75,轻量化,泡沫金属是将气体注入融化的金属而成的低密度材料，目前在机床上使用最多的是将铝泡沫金属夹在两层薄钢板薄中间制成的钢-铝泡沫金属复合板，这种复合板具有很高的比强度和优异的阻尼特性，非常适合用于大型机床的机体结构。,2020/

40、10/11,76,左图的瑞士GFAC公司的米克朗HPM 1850U龙门加工中心，在使用了泡沫金属复合板来制造滑枕后，滑枕的整体重量减轻了300公斤，大幅节省材料之余，也因为滑枕移动质量轻，驱动电机的负荷下降，可以选配更小功率的伺服电机，从而节约了电力。右图是该滑枕结构的细节。,2020/10/11,77,多功能化(复合化) 复合化包括工序复合化和功能复合化。 数控机床的发展已经模糊了粗精加工工序的概念。加工中心的出现，又把车铣、床、镗、钻等类的工序集中到一台机床来完成。 复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。 复合数控机床则具有良好的工艺适用性，避免了在制品的储存

41、和传输等环节，有力地支持了准时制造（JIT)。 近年来，又相继出现了许多跨度更大、功能集中的复合化数控机床。,2020/10/11,78,2020/10/11,79,2020/10/11,80,2020/10/11,81,2020/10/11,82,数控编程的自动化 设计的CAD化 （1）结构设计模块化 （2）数控机床结构技术取得重大突破 （3）设计CAD化,2020/10/11,83, 以数控机床为基础的生产自动化技术,（1）分布式数字控制（DNC） 原来定义为：此系统使一群数控机床与公用零件加工程序存储器发生联系。 直接数控系统是用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工和装配

42、的系统。 在DNC系统中，保留了原来各机床的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。,2020/10/11,84,DNC系统具有计算机集中处理和分时控制的能力；具有现场自动编程和对零件程序进行编辑和修改的能力，使编程和控制相结合。 DNC系统还具有生产管理、作业调度、工况显示监控和刀具寿命管理等能力。 现在DNC（Distributed Numerical Control）定义为用一台计算机直接控制数台数控机床，形成分级连接和控制的制造系统，因此称为分布式数字控制系统，也称群控系统。,2020/10/11,85,中央计算机主要对多台数控系统进行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，会进一步提高数控机床的生产率。 DNC概念从直接数控到分布式数控,其本质也发生了变化。分布式数控表明可用一台计算机控制多台数控机床,这样机械加