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1、第1章 数控系统概述,1.1 数控技术的基本概念 1.2 数控机床的特点 1.3 数控机床的分类 1.4 数控机床坐标系和运动方向的确定 1.5 数控机床的主要性能指标 1.6 机床数控技术的发展 习题,1.1 数控技术的基本概念,1.1.1 数字控制技术 数控(Numerical ControlNC）技术：是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。 数控系统：采用数控技术实现自动控制的系统。 计算机数控系统（Computer Numerical Control）：以计算机为核心的数控系统。,数控机床（Numerical Control Mach
2、ine Tool）：就是装备有数控系统，采用数控技术控制的机床。常见的数控机床有数控车床、 数控铣床、 数控加工中心等。 数控系统对数控机床的控制： 顺序控制 数字控制,几何数据,工艺数据,数控编程,数控程序,识别、存储、运算,控制指令,伺服驱动,机床动作,用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。,1.1.3 数控系统的组成,控制 介质,数控 装置,伺服 系统,机床,测量 装置,1
3、.2 数控机床的特点,与普通机床相比， 数控机床具有以下特点： （1）加工精度高，产品一致性好。 （2）生产效率高。 （3）能够实现复杂工件的加工。 （4）劳动强度低。 （5）自动化程度高。,1.3 数控机床的分类,1.3.1 按工艺用途分类 按工艺用途不同， 可将数控机床分成以下几类： （1） 单工序数控机床。 （2） 加工中心。 （3） 多坐标数控机床。 （4） 其他类型的数控设备。,1.3.2 按运动轨迹分类 点位控制数控机床 这类数控机床的特点是在刀具相对于工件的移动过程中不进行切削加工， 只要求刀具从一点移动到另一点并准确定位（即仅控制行程终点的坐标值），而对运动的速度和轨迹没有严格
4、的要求。如图1.2所示，刀具从A点到B点可以走、或中的任意一条路经。,图1.2 点位控制切削加工,点位直线控制数控机床 这类数控机床不仅要控制机床刀具从一点移动到另一点， 而且要沿直线轨迹（一般与某一坐标轴平行或成45角）以一定速度移动， 移动过程中可进行切削加工， 加工示例如图1.3所示。,图1.3 直线控制切削加工,轮廓控制数控机床 能够控制机床刀具或工件沿直线、 圆弧或抛物线等曲线轨迹移动， 移动过程中可进行切削加工， 移动速度根据工艺要求由编程确定， 可实现曲线或者曲面轮廓加工， 加工示例如图1.4所示。 多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动， 称为多轴联动。 按照联动轴数， 可分
5、为二轴联动、 二轴半联动、 三轴联动和多轴联动数控机床， 如图1.5所示。,图1.4 轮廓控制切削加工,图1.5 不同联动轴数所能加工的型面 (a) 二轴联动； (b) 二轴半联动； (c) 三轴联动,图1.6 五轴联动铣削曲面零件,图1.7 六轴加工中心坐标示意图,1.3.3 按伺服系统的控制方式分类 按伺服系统的控制方式不同可将数控机床分为开环控制、 闭环控制和半闭环控制数控机床。 开环控制数控机床 这类数控机床的运动部件没有位置检测反馈装置，采用步进电动机驱动，如图1.8所示。,图1.8 开环控制数控机床结构,闭环控制数控机床 这类数控机床的运动部件上安装有位置测量反馈装置， 由直流或交
6、流伺服电动机驱动， 如图1.9所示。,图1.9 闭环控制数控机床结构,半闭环控制数控机床 将位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位移，与数控装置中的指令位移量相比较，实现差值控制，构成如图1.10所示的半闭环控制。,图1.10 半闭环控制数控机床结构图,1.3.4 按数控装置分类 硬线数控（NC） 数控系统的输入、插补运算、控制等功能均由集成电路或分立元件等器件实现。 软线数控（CNC、MNC） 数控系统的部分或全部功能均由软件实现。,1.3.5 按功能水平分类 按照功能水平，可以将数控机床分为低（经济型）、中、高三档。这种分类方法的界线是相对
7、的，不同时期的划分标准会有所不同。就目前的发展水平来看，不同档次数控机床的功能和指标下表所示。,1.4 数控机床坐标系和运动方向的确定,ISO及国标规定，数控机床采用右手直角笛卡尔坐标系，如图1.11所示。基本直角坐标轴X、Y、Z三者的关系及其正方向按右手定则判定，围绕X、Y、Z各轴作旋转运动的轴A、B、C三者的正方向按右手螺旋法则判定。,图1.11 右手直角笛卡尔坐标系,该标准还规定，增大工件与刀具之间距离（即增大工件尺寸）的方向为正方向；Z轴为平行于机床主轴的坐标轴，如果机床有一系列主轴，则选尽可能垂直于工件装卡面的主要轴为Z轴；X轴为水平或者平行于工件装卡平面的轴；其余各轴根据右手定则和
8、右螺旋法则确定。图1.12和图1.13所示为卧式车床和立式铣床的坐标系。,图1.12 卧式车床坐标系,图1.13 立式铣床坐标系,1.5 数控机床的主要性能指标,1.5.1 数控机床的运动性能指标 （1） 主轴转速 （2） 进给速度 （3） 坐标行程 （4） 刀库容量和换刀时间,1.5.2 数控机床的精度指标 定位精度和重复定位精度 定位精度是指数控机床工作台等移动部件实际运动位置与指令位置的一致程度，其不一致的差量即为定位误差。 分辨率与脉冲当量 分辨率是指可以分辨的最小位移间隔。对测量系统而言，分辨率是可以测量的最小位移；对控制系统而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。,分度精度 分度精度
9、是指分度工作台在分度时，实际回转角度与指令回转角度的差值。分度精度既影响零件加工部位在空间的角度位置，也影响孔系加工的同轴度等。 下表所示为几种数控机床的精度指标。,1.5.3 数控机床的可控轴数与联动轴数 可控轴数是指数控系统能够控制的坐标轴数目。该指标与数控系统的运算能力、运算速度以及内存容量等有关。 目前，高档数控系统的可控轴数已多达24轴。,1.6.1 数控机床的产生和发展 数控机床主要是为了实现复杂多变零件的自动化加工而产生的。 机床数控技术的产生，不仅为复杂零件的加工提供了方便，而且加工精度高，一致性好，生产效率高，能够大大减轻工人的劳动强度，因此很快受到了人们的关注。,1.6 机
10、床数控技术的发展,数控机床的几个发展阶段,第1代数控机床：1952年1959年，电子管 第2代数控机床：1959年1965年，晶体管 第3代数控机床：1965年1970年，小、中规模集成电路 第4代数控机床：1970年-1974年，大规模集成电路（CNC） 第5代数控机床：1974年-今，微型计算机（MNC） 第6代数控机床：1990年-今，开放式数控,1.6.2 数控技术的发展趋势 从数控系统方面看： 主控机向着多位的微处理机化发展； 数控装置向着集成化和智能化的方向发展； 数控系统采用模块化结构； 数控编程更加图形化和自动化； 数控系统更加可靠和宜人化。,从数控机床的结构方面看： 驱动装置
11、正向着交流和数字化的方向发展； 机床床体部分的设计和制造不断选用新的材料； 加工刀具等辅助材料引人注目。,1.6.3 我国数控技术的发展概况 1958年开始并试制成功第一台电子管数控机床； 1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功； 从20世纪80年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术； 主要品牌：华中数控、蓝天数控、广州数控、南京华兴、众为兴数控、北京凯恩帝数控系统等； 2000年提出开放式数控系统技术规范。,习 题,一、填空题 1、数控机床是用数字化代码来控制的相对运动，从而完成零件的加工。 2、数控机床一般由、测量装置、和五个部分组成。
12、3、相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移量叫作 （一般用来表示）。它影响着数控机床的伺服控制精度。 4、按照机床的运动轨迹，数控机床可分为三种类型：、 和 。,5、数控机床的按照有无检测反馈装置分为和 两种类型。 6、数控机床坐标系的确定：X、Y、Z的正向是工件尺寸增加的方向，通常平行于主轴的轴线为坐标，坐标方向是水平的，并且平行于工件装卡面，而向坐标是按照右手笛卡尔坐标系来确定的。,二、单项选择题 1、世界上第一台数控机床是（ ）年试制成功的。 A. 1951 B. 1952 C. 1954 D. 1958 2、下面哪个部分是数控机床的核心部分？ （ ） A. 控制介质 B. 数控装置 C. 伺服系统 D. 测量装置 3、将数控系统分为一般数控机床、数控加工中心机床、多坐标数控机床，是按照下面哪种分类方法进行分类的？ （ ） A. 工艺用途 B. 工艺路线 C. 有无检测装置 D. 是否计算机控制,三、问答题 1、数控机床一般由哪几个部分组成？ 2、数控机床的坐标系是怎样规定的？ 3、什么叫脉冲当量？数控机床常用的脉冲当量是多少？它影响着数控机床的什么性能？ 四、名词解释 1、右手直角笛卡尔坐标系 2、开环控制数控机床 3、硬线数控 4、脉冲当量 5、数控系统：,
