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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),羅圓智,武漢工程大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,11/20/2024,1,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)羅圓智10/5/20231,主要參考書,廖效果、劉又午等,數(shù)控技術(shù),湖北科學(xué)技術(shù)出版社 武漢，2000年,畢承恩，丁乃健,現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床,機(jī)械工業(yè)出版社 北京，1994,張建 鋼等,數(shù)控技術(shù),華中科技大學(xué)出版社 武漢，2000,11/20/2024,2,主要參考書10/5/20232,教學(xué)方法與考核方式,教學(xué)方法,課堂教學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué),自 學(xué),專題講座,考核方式,考 試（70%）,平時(shí)成績(jī)（20%）,讀書報(bào)告,課堂提問(wèn),
2、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（10%）,11/20/2024,3,教學(xué)方法與考核方式 教學(xué)方法 考核方式10/5/20233,1-1 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念,第一章 緒 論,一、定義,1.數(shù)字控制(數(shù)控NC)(Numerical Control,),它是指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程中進(jìn)行控制的一種方法。,2.數(shù)控系統(tǒng)（NC Control System）,數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機(jī)構(gòu)等統(tǒng)稱,數(shù)控控制系統(tǒng),。它由程序輸入、輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進(jìn)給及驅(qū)動(dòng)裝置等組成。,11/20/2024,4,1-1 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念,數(shù)控機(jī)床,是一種裝有程序控制系統(tǒng)（
3、數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動(dòng)化機(jī)床。它綜合了綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量、機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造等方面的最新成果。,3.數(shù)控機(jī)床（NC Machine Tools）,4、,數(shù)控系統(tǒng)（,Numerical Control System,）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。,5、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（,Computer Numerical Control CNC,）以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。,11/20/2024,5,數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效,7、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步滿足超精密，超高速。,6、加工中心MC：數(shù)控機(jī)床配有刀具庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置就構(gòu)成加工中心，它可以一次裝夾并進(jìn)行多工序加
4、工。,11/20/2024,6,7、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步滿足超精密，超高速,驅(qū)動(dòng)桿,機(jī)架,動(dòng)平臺(tái),主軸電機(jī),伺服電機(jī),主軸,刀具,柔性?shī)A具,工件,靜平臺(tái),圖1-1 并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖,驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化,并聯(lián)加工中心,（又稱,6,條腿數(shù)控機(jī)床、虛軸機(jī)床）是數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破,。,11/20/2024,7,驅(qū)動(dòng)桿機(jī)架 動(dòng)平臺(tái)主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性?shī)A具工件靜平,1-2 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì),一、特點(diǎn),1.對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)。,2.生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。,3.能完成復(fù)雜型面的加工。,11/20/2024,8,1-2 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)一、
5、特點(diǎn)1.對(duì),5.數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。,它具有故障診斷的能力，監(jiān)控功能強(qiáng)，能減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化和操作簡(jiǎn)單化，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和有利于向高級(jí)計(jì)算機(jī)控制與管理方面發(fā)展,4.工序集中，一機(jī)多用。,3.需要高度熟練和經(jīng)過(guò)適當(dāng)培訓(xùn)的零件編程員。,缺點(diǎn)：,1.造價(jià)相對(duì)較高。,2.測(cè)試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人才。,11/20/2024,9,5.數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。4.,二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì),高速度:以發(fā)展高速切削為先導(dǎo)（最高轉(zhuǎn)速達(dá)80000r/min以上），并重視對(duì)空行程的提速(最高進(jìn)給速度達(dá)80m/min)，力求達(dá)到更大的加工效率。,2,高效率：在注重提高機(jī)
6、床材料去除率的同時(shí)，大力推進(jìn)以縮短加工過(guò)程鏈為目標(biāo)的復(fù)合加工技術(shù)。,3,高柔性：機(jī)床及其制造系統(tǒng)的柔性化將在可重組技術(shù)的支持下，通過(guò)對(duì)制造系統(tǒng)的快速重組實(shí)現(xiàn)敏捷和經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)不確定市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多變地要求。,11/20/2024,10,二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 高速度:以,5高環(huán)保：機(jī)床地綠色設(shè)計(jì)與制造以重視環(huán)保的凈潔生產(chǎn)為重點(diǎn)，干切削或微量切削液的高效加工技術(shù)日趨成熟。,4,高精度：數(shù)控車、銑、磨等機(jī)床地工作精度正以平均每年提升8%,10%,地幅度向納米級(jí)精度邁進(jìn)。,11/20/2024,11,5高環(huán)保：機(jī)床地綠色設(shè)計(jì)與制造以重視環(huán)保的凈,三、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀,1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷史,195
7、2年，三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床的系統(tǒng)研究成功。電子管元件 、晶體管元件、集成電路數(shù)控系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)和，微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)。,數(shù)控加工中心（machining center）的出現(xiàn)使單機(jī)數(shù)控自動(dòng)化向計(jì)算機(jī)控制的多機(jī)制造系統(tǒng)自動(dòng)化方向發(fā)展。,11/20/2024,12,三、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DNC）、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。,先進(jìn)制造技術(shù),1,快速原型法（又稱快速成形法）,2,虛擬制造技術(shù),3,柔性制造系統(tǒng),(FMS),4,柔性制造單元（,FMC,）,5,計(jì)算機(jī)集成制造
8、系統(tǒng),(CIMS),11/20/2024,13,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng),2、,直接數(shù)字控制系統(tǒng),DNC系統(tǒng)是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)將一組數(shù)控機(jī)床與存儲(chǔ)有零件加工程序和機(jī)床控制程序的公共存儲(chǔ)器相連接，根據(jù)加工要求想向機(jī)床分配數(shù)據(jù)和指令。,DNC,系統(tǒng)可分為間接控制型和直接控制型兩種。,11/20/2024,14,2、直接數(shù)字控制系統(tǒng) DNC系統(tǒng)是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制和管理,（1）、,間接控制型系統(tǒng),11/20/2024,15,（1）、間接控制型系統(tǒng) 10/5/202315,（2）、直接控制型系統(tǒng),11/20/2024
9、,16,（2）、直接控制型系統(tǒng) 10/5/202316,3、,柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng),（1）、,柔性制造單元,：由中心控制計(jì)算機(jī)、加工中心與自動(dòng)交換工件（AWC、APC）裝置所組成。,中心控制計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)作業(yè)調(diào)度、自動(dòng)檢測(cè)與工況自動(dòng)監(jiān)控等功能,。,11/20/2024,17,3、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)（1）、柔性制造單元：由中,（2）、,柔性制造系統(tǒng),一般由加工、物流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成。,加工系統(tǒng)：由CNC機(jī)床按DNC的控制方式構(gòu)成。,系統(tǒng)中的機(jī)床，有互補(bǔ)和互替兩種配置原則：互補(bǔ)是指在系統(tǒng)中配置有完成不同工序的機(jī)床；互替是指在系統(tǒng)中配置有相同功能的機(jī)床。,11/20/2024,18,
10、（2）、柔性制造系統(tǒng) 一般由加工、物流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成,物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個(gè)子系統(tǒng)。,刀具系統(tǒng)設(shè)有中央刀庫(kù)，由機(jī)器人在中央和各機(jī)床的刀庫(kù)之間進(jìn)行輸送和交換刀具。,工件系統(tǒng)包括工件、夾具的輸送、裝卸以及倉(cāng)儲(chǔ)等裝置。,11/20/2024,19,物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個(gè)子系統(tǒng)。10/5/202319,11/20/2024,20,10/5/202320,信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計(jì)劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動(dòng)控制，在線狀態(tài)監(jiān)控及其數(shù)據(jù)和信息處理，以及故障在線檢測(cè)和處理等。,11/20/2024,21,信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計(jì)劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動(dòng)控制，,4、,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),
11、CIMS,采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)將制造工廠全部生產(chǎn)活動(dòng)所需的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái),。,CIMS,將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（,CAD,）、計(jì)算機(jī)輔助制造,(CAM),、計(jì)算機(jī)輔助管理集成在一起,。,11/20/2024,22,4、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)將制造工廠,1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成,一、組成,11/20/2024,23,1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成一、組成10/5/202,程序編制,輸入裝置,數(shù)控裝置,CNC,伺服驅(qū)動(dòng)及,位置檢測(cè),輔助控制,即強(qiáng)電控制裝置,機(jī)床,主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),輔助動(dòng)作機(jī)構(gòu),圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成框圖,11/20/2024
12、,24,程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測(cè)輔助控制即強(qiáng),11/20/2024,25,10/5/202325,（一）程序編制及程序載體,數(shù)控程序,是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。即把加工零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息，按規(guī)定的方法、格式和代碼，所編制的程序。,程序載體存放程序以便輸入到數(shù)控裝置的裝置。,（二）輸入裝置,將所輸入的程序載體上的數(shù)控程序變成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。,（三）數(shù)控裝置及強(qiáng)電控制裝置,數(shù)控裝置是接受輸入裝置送來(lái)的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出指令控制機(jī)床的各個(gè)部分，按程序動(dòng)作的裝置。,11/20/2024,26,（一）程
13、序編制及程序載體 數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自,（四）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及位置監(jiān)測(cè)裝置,（五）機(jī)床的機(jī)械部件,強(qiáng)電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。其主要作用是編譯、判斷和功率放大。,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，并與機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。,機(jī)械部件包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件、床身、冷卻、定位夾緊裝置等。,11/20/2024,27,（四）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及位置監(jiān)測(cè)裝置（五）機(jī)床的機(jī)械部件,二、工作原理,圖1-2 數(shù)控機(jī)床的工作原理圖,編程手冊(cè),加工圖樣,編程機(jī),穿孔機(jī)或存儲(chǔ)裝置,穿孔帶、磁盤等,輸入裝置,數(shù)控裝置,隨動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng),機(jī)床,
14、11/20/2024,28,二、工作原理圖1-2 數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊(cè)加工圖樣編,1-4 數(shù)控機(jī)床的分類,一、按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類,1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床,為點(diǎn)到點(diǎn)控制，只要刀具從某一位置向另一位置移動(dòng)時(shí)，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置的控制方式，稱為,點(diǎn)位控制,。這類機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床等。,11/20/2024,29,1-4 數(shù)控機(jī)床的分類,圖1-3 點(diǎn)位控制加工原理圖,11/20/2024,30,圖1-3 點(diǎn)位控制加工原理圖10/5/202330,2.直線控制數(shù)控機(jī)床,圖1-4 直線控制的加工原理圖,除點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)
15、的軌跡是直線，而且對(duì)移動(dòng)的速度也要進(jìn)行控制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。,簡(jiǎn)易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有2,3個(gè)可控坐標(biāo)軸，但同時(shí)控制的坐標(biāo)軸只有一個(gè)。,11/20/2024,31,2.直線控制數(shù)控機(jī)床圖1-4 直線控制的,3.輪廓控制的數(shù)控機(jī)床,能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可進(jìn)行曲線或曲面的加工。,圖1-5 2軸控制，同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo),11/20/2024,32,3.輪廓控制的數(shù)控機(jī)床,3軸聯(lián)動(dòng)，(3軸控制),4軸控制,圖1-6 多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的原理圖,5軸聯(lián)動(dòng)加工,5軸聯(lián)動(dòng)加工,11/20/2024,33,3軸聯(lián)動(dòng)，(3軸控制)4軸控制 圖1-
16、6 多軸聯(lián),二、按伺服系統(tǒng)分類,1.開(kāi)環(huán)伺服數(shù)控機(jī)床,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng),.,其特點(diǎn),:,開(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的誤差沒(méi)有補(bǔ)償和校正，所以精度低。一般適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和舊機(jī)床數(shù)控化改造。,11/20/2024,34,二、按伺服系統(tǒng)分類1.開(kāi)環(huán)伺服數(shù)控機(jī)床,圖,1-7,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),11/20/2024,35,圖1-7開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)10/5/202335,1,）在機(jī)床移動(dòng)部件上直接裝有位置檢測(cè)裝置，將測(cè)量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入指令進(jìn)行比較控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因?yàn)榘褭C(jī)床工作臺(tái)納入了位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。,2,）該系統(tǒng)定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。該系統(tǒng)調(diào)試工作困難。系統(tǒng)復(fù)雜并且成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機(jī)床，如精密數(shù)控鏜銑床、超精密數(shù)控車床等。,2.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床,11/20/2024,36,1）在機(jī)床移動(dòng)部件上直接裝有位置檢測(cè)裝置，將測(cè)量的結(jié)果直接反,圖,1-8,閉環(huán)控制系統(tǒng),11/20/2024,37,圖1-8閉環(huán)控制系統(tǒng)10/5/20233
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