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1、数控机床与编程 主讲人：安治国 第1章 概 述 1.1 数控技术的发展 1.2 数控机床的组成及工作过程 1.3 数控机床的特点 1.4 数控机床的分类 1.5 数控机床的坐标系 1.6 数控机床的主要性能指标 数控、数控机床与数控加工 数字控制：是以数字化信号对机构的运动过程 进行控制的一种方法。简称为数控（NC）。 数控机床：指应用数控技术对加工过程进行控 制的机床。 数控加工：泛指在数控机床上进行零件加工的 工艺过程。 1）制造技术的自动化： 产品设计自动化 例 CAD、CAPP、CAM， 企业管理自动化 例 ERP， 加工自动化 例 现场总线、CNC、DNC； 质量控制过程自动化 第1
2、章 概 述 1.1 数控技术的发展 ERP（Enterprise Resource Planning)，企业资源计划是一种 主要面 向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成 一体化管理的企业信息管理系统。通过运用ERP，企业能够 利用计算机对企业的资金、货物、人员和信息等资源进行自 动化管理，具有制造，办公操作，供应链管理，人力资源管 理，项目管理，财务与管理，客户服务，销售与市场营销等 商业功能。企业资源计划对于在企业高度普及计算机辅助管 理，实现企业管理信息化和自动化，提高工作效率和增强快 速反应能力，都具有十分重要的意义。 现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为 主的网
3、络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终 端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络 。原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模 拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点 化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化 、节省配线（配线的共享）。 DNC是Direct Numerical Control/Distributed Numerical Control英文一词的缩写, DNC最早是指分布式数控系统（ Distributed Numerical Control），其含义是用一台大型计算机 同时控制几台数控机床。后来随着科学技术的进步，数控系统 由N
4、C （Numerical Control）发展为CNC （Computer Numerical Control 计算机数控系统），每一台数控机床由一台 计算机（CNC系统）来控制,所以过去的DNC概念已失去意义 。现在的CNC系统功能已非常完善，有很多CNC系统可实现一 边接收NC程序一边进行切削加工，这就是所谓的DNC (Direct Numerical Control)，但不是所有的CNC系统都支持这一功能 ，有一些系统只是先将接收的加工程序存储在系统内存 (Memory)里，而不能同时进行切削加工，这种传输形式一般叫 块BLOCK)传输。 第1章 概 述 2）制造系统自动化 ： CIMS
5、 FMS 1.1.1 计算机数字控制装置 （Computerized numerical control 装置 , CNC） 第1章 概 述 1. CNC系统由软件和硬件共同完成数控任务 2. CNC 装置数控系统核心 第1章 概 述 主要工作： 1）程序输入 2）译码 3）刀具补偿 4）速度规划 第1章 概 述 主要工作： 5）插补运算 6）位置控制 7）I/O处理 8）显示 9）诊断 CNC 装置的的主要功能与特点 1）控制功能 2） 准备功能 3）插补功能 4）固定循环功能 5）进给功能 第1章 概 述 1.1.2 柔性制造系统 （flexible manufacturing syste
6、m, FMS） 第1章 概 述 能迅速响应市场需求而相应调整生产品种； 由若干台数控设备、物料运储装置和计算机控制系 统组成的； 根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整。 定 义 第1章 概 述 主要特点 级别与适用范围 组成与结构 发展趋势 FMS两个主要特点 第1章 概 述 设备柔性 工业柔性 产品柔性 工序柔性 1）柔性： 第1章 概 述 运行柔性 批量柔性 扩展柔性 生产柔性 FMS两个主要特点 1）柔性： 第1章 概 述 目标： 降低生产成本 提高市场影响能力 提高产品质量 降低劳动强度 改善环境 2） 自动化 级别与适用范围 1 . 柔性制造模块（flexible manufac
7、turing module, FMM） 第1章 概 述 2 . 柔性制造单元 （flexible manufacturing cell, FMC） 级别与适用范围 第1章 概 述 3 . 柔性制造系统 （flexible manufacturing system, FMS） 4 . 柔性制造生产线 （flexible manufacturing line, FML） 5 . 柔性制造工厂 （flexible manufacturing factory, FMF） 组成与结构 第1章 概 述 图 1.1 FMS 的组成框图及功能特征 发展趋势 1) 向小型化、单元化方向发展 第1章 概 述 2)
8、 向规模化、集成化方向发展 3) 单项技术性能与系统性能不断提高 4）重视人的因素 1.1.3 计算机集成制造系统 1计算机集成制造 （computer integrated manufacturing , CIM） 概念的提出 1) 1952年第一台数控机床诞生 2) 1963年几何造型CAD系统首先在美国研制成功 3) 1967年出现了第一套柔性制造系统 第1章 概 述 4) 1973年美国哈林顿博士提出计算机集成制造 5) 1992年国际标准化组织定义计算机集成制造定义 6) 我国863计划中CIMS主题 第1章 概 述 第1章 概 述 2计算机集成制造系统 （computer inte
9、grated manufacturing SYSTEM, CIMS） 概念的提出 指将CIM具体应用到一个企业，按照集成思想构成的 一个具体的系统，是整个制造过程信息采集、传递加工处 理的过程。 第1章 概 述 图 1.2 计算机集成制造系统的逻辑关系 第1章 概 述 图 1.3 计算机集成制造系统的构成与特点 3计算机集成制造系统的构成与特点 第1章 概 述 3计算机集成制造系统的特点 1）简化系统及其操作，使其具有赢得全球性市场的能力。 2）采用动态多变的组织结构和虚拟公司的形式，使其能快 速响应市场的变化 3）采用并行工程的方法，将产片的设计、制造、销售、后 勤保障和分配活动全部集成在一
10、起。 4）以用户为核心，尽可能缩短产品开发周期，提高质量、 降低成本，并最大限度满足用户要求。 5）强调人的作用，强调技术、组织和人的全面集成。 1.1.4 数控机床的发展历史 第1章 概 述 1）数控机床的产生 生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密、复杂 ，而且改型频繁，需要机床满足高性能、高精度和高自 动化。 1.原因社会生产发展（军备竞赛的产物） 2.目的解决单件、中小批量精密复杂零件的加工问题 3.时间1948(设想提出) 1952（第一台数控铣） 1959（ 第一台加工中心） 1967(英国FMS) 20世纪八十年代末（ CIMS） 21世纪 第1章 概 述 1）数控机床的产生 1
11、946年第一台电子计算机问世，奠定了数控机床产生的基础 1948年产生数控机床的设想 1949年美国开始研制 1952年第一台三坐标镗铣床试制成功 第1章 概 述 2）数控机床的发展史 （1）硬件直接数控（NC）： 1952年电子管 1959年晶体管 1965年集成电路 第1章 概 述 2）数控机床的发展史 （2）计算机软件数控： 1968年小型计算机 1974年微处理器 基于工控PC机的通用型CNC系统 我国1958年研制了第一台数控机床 主要的数控系统厂家 德国西门子公司（Siemens） 德国德马吉公司（DMG） 日本发那克公司（Fanuc） 西班牙发格公司（Fagor） 日本大隗公司（
12、Okuma） 日本三菱公司（Mitsubishi） 第1章 概 述 3）数控机床的产量情况 在数控系统不断更新换代的同时，数控机 床的品种得以不断发展完善，几乎所有品种的 机床都实现了数字化。 第1章 概 述 1.4.5 数控技术的发展趋势与研究方向 1）高精度化 数控机床制造的几何精度和机床使用的几何精度 两个方面。 普通加工和精密加工的精度将提高几倍，超精度 加工进入纳米时代。 第1章 概 述 2）高可靠性 衡量可靠性的重要的量化指标是平均无故障时 间（MTBF） 数控系统的MTBF值的提高 数控机床整机的可靠性水平的提高 第1章 概 述 3）高柔性化 适应加工对象变化的能力。 向单元柔性
13、化和系统柔性化发展。 第1章 概 述 4）复合化 工序复合化和功能复合化 车、铣、镗、钻工序集中到一台机床 冲孔、成形与激光切割复合机床 等离子加工与冲压复合机床 第1章 概 述 5）高速度化 提高切削速度和减少辅助时间 提高主轴转速，减少非切削时间，提高快速移动 速度、缩短换刀时间及工作台交换时间。 缩短换刀时间和工作台交换时间。 第1章 概 述 6）设计CAD和宜人化 设计方案选择，整机的静、动态特性的分析，计 算，预测和优化设计，对整机各工作部件进行动态仿 真。 将功能设计与美学设计有机地结合在一起，技术 与经济、文化、艺术的协调统一。 第1章 概 述 7）制造系统自动化 提高自动编程，自动换刀，自动上下料，自动加工 自动检测，自动监控，自动诊断，自动对刀，自动传 输，自动调度，自动管理， 提高标准化和进线的适应能力，达到“无人化”管理正 常生产的目标。 第1章 概 述 1.2 数控机床的主要结构及工作过程 1.2.1 主要结构 第1章 概 述 1.2 数控机床的组成及工作过程 1)信息输入 2)数控装置 3)伺服驱动装置及检测反馈装置 4)机床本体 5)机电接口 x-y数控拖板 变频主轴 机床本体 数控
