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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章 概
2、 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络，也称现场网络。也就是
3、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NC （Numerical Control
4、）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 FMS,1.1.1 计算机数字控制装置 （Comp
5、uterized 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 system, FMS）,第1章 概 述,能迅速响应市场
6、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 manufacturing module, FMM）,第1章
7、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) 向规模化、集成化方向发展,3) 单项技术性能与
8、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 integrated manufacturing SYST
9、EM, 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起。,4）以用户为核心，尽可能缩短产品开发周期，提高质量、
10、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 1946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
11、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（Okuma） 日本三菱公司（Mitsubishi）,第1章 概 述,3
12、）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
13、、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
14、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,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,数控机床的组成,第1章 概 述,图 1.4 数控机床的主要结构,数控机床各部分的作用,1. 输入装置 作用：输入程序（人机）、控制参数、补偿量等 方式：键盘输入 纸带输入（穿孔纸带） 磁盘输入（硬盘、软盘、U盘） 网络通讯(RS232、DNC、TCP/IP）,2. 数控装置（NC)_数控机床大脑 作用：数控机床核心部
15、件 接受输入信息 运算与处理(译码、运算、逻辑处理) 产生输出脉冲（动作、运动指令） 计算机的功能 CNC：计算机数字控制装置,CNC系统构成,CNC装置 控制软件 (软件功能) 硬件电路 (硬件功能),主轴伺服单元,主轴 驱动装置,可编程控制器,进给伺服单元,进给 驱动装置,测量装置(位置速度),程 序,操作面板,输入输出设备,机 床,M.S.T辅助指令信号,主轴电机,主轴动作,完成进给动作,PLC,完成开关动作,伺服驱动系统,进给电机 电机,信号转换放大,经插补运算,输出各坐标轴进给速度、进给方向和位移量指令,经逻辑运算,输出主轴变速、换向和起停信号,选择和交换刀具的刀具指令信号,辅助指令信号:冷却、润滑、夹经紧、松开、分度等.,控制信号,3. 伺服系统：数控机床的动力装置 作用：接受数控装置的输出 驱动与放大 实现电机转换,第1章 概 述,图 1.5 数控机床的主要工作流程,1.2.2 主要工作过程,1.3 数控机床的特点,第1章 概 述,1.3.1 数控机床的特点(相对普通机床),自动化程度高2)适应性强3)精度高4)效率高5)减轻劳动强度6)有利用生产管理的现代化,不同加工方式示例,成型零件,成形车刀,仿
