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1、主编：何雪明主编：何雪明 等等湖北工业大学机械工程学院湖北工业大学机械工程学院华中科技大学出版社 2006年9月版1第一章第一章 绪论绪论1.1 数控技术的产生及特点数控技术的产生及特点n1.1.1 数控技术的产生数控技术的产生n 上世纪上世纪40年代以来，生产力迅速发展，人们要加工的年代以来，生产力迅速发展，人们要加工的零件越来越多，零件形状也越来越复杂，原来用自动零件越来越多，零件形状也越来越复杂，原来用自动专用机床和仿形机床去满足要求现在显得力不从心。专用机床和仿形机床去满足要求现在显得力不从心。因此：因此：n灵活、通用、高精度、高效率的灵活、通用、高精度、高效率的“柔性柔性”自动化生产
2、技术自动化生产技术-数控技术应运而生数控技术应运而生2n 1948年美国年美国Persons受军方委托研制直升机受军方委托研制直升机叶片轮廓检验样板的机床。他们与叶片轮廓检验样板的机床。他们与MIT 合作，合作，提出用计算机控制机床加工复杂曲线的新理念，提出用计算机控制机床加工复杂曲线的新理念，并于并于1952年研制出第一台立式年研制出第一台立式数控铣床数控铣床。1955年实现该机床的产业化。年实现该机床的产业化。n 由于该机床采用的是先进的数字控制技术，由于该机床采用的是先进的数字控制技术，具有普通机床和专用机床无法比拟的优点，故具有普通机床和专用机床无法比拟的优点，故数控技术具有强大的生命
3、力。从此，数控技术数控技术具有强大的生命力。从此，数控技术在世界各地得到了迅速的发展。在世界各地得到了迅速的发展。31.1.2 数控加工的特点数控加工的特点n1. 可以可以 加工具有复杂型面的工件加工具有复杂型面的工件 n2.加工精度高，质量稳定加工精度高，质量稳定n3. 生产效率高生产效率高n4.改善劳动条件改善劳动条件n5.有利于生产过程的现代化：有利于生产过程的现代化： 生产管理的现代化生产管理的现代化n CAD/CAM的基础的基础n 数控加工的对象数控加工的对象n1.几何形状复杂的工件几何形状复杂的工件 2. 新产品的工件新产品的工件n3. 精度及表面粗糙度要求高的工件精度及表面粗糙度
4、要求高的工件 4.需要多道工序的工件需要多道工序的工件n5.原材料特别贵重的工件原材料特别贵重的工件41.2数控机床特点及分类数控机床特点及分类n1.2.1数控机床特点数控机床特点n适应性：强适应性：强（对象（对象.发展发展.CAD、CAM、FMS、CIMS）n自动化：优自动化：优n质量：质量： 好好n效率：效率： 高高n 缺点：要求高素质的操作员缺点：要求高素质的操作员n （掌握了数控技术，招聘较易）（掌握了数控技术，招聘较易）51.2 数控系统的组成及分类数控系统的组成及分类n1.2.1 数控技术的基本概念数控技术的基本概念n 数控技术，简称数控（数控技术，简称数控（Numerical C
5、ontrol）是利用）是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。现在又称为计算机数控（现在又称为计算机数控（computer numerical control， CNC）nCNC有三种含义有三种含义 1.代表一种控制技术代表一种控制技术n 2.代表一种控制系统的实体代表一种控制系统的实体n 3.代表一种控制装置代表一种控制装置61.2.2 数控系统的构成数控系统的构成n数控系统的构成如下图所示：数控系统的构成如下图所示：信息载体信息载体信息载体信息载体键盘键盘如步进电机等工作台如编码器和如编码器和光栅光栅71.2.3 数控基本原
6、理数控基本原理n在进行数控加工之前，要预先编制加工程序清单：在进行数控加工之前，要预先编制加工程序清单：n 1.确定工件的加工工序及加工所用刀具和切削速度确定工件的加工工序及加工所用刀具和切削速度n 2.确定工件的轮廓衔接点确定工件的轮廓衔接点n 3.确定起刀和收刀的位置以及坐标原点的位置确定起刀和收刀的位置以及坐标原点的位置n 按规定的语句格式写出数控指令集，将指令集输入到按规定的语句格式写出数控指令集，将指令集输入到数控装置里进行处理（译码，运算等），通过驱动电数控装置里进行处理（译码，运算等），通过驱动电路把信号放大，驱动伺服电机输出角位移及角速度，路把信号放大，驱动伺服电机输出角位移及
7、角速度，又通过执行部件转换成工作台的直线位移以实现进给又通过执行部件转换成工作台的直线位移以实现进给n另外，数控装置还要通过另外，数控装置还要通过PLC控制强电部件以进行一控制强电部件以进行一些辅助性工作，如些辅助性工作，如 ：照明，冷却。排屑等：照明，冷却。排屑等81.2.4数控系统的分类数控系统的分类n1.2.4 按控制系统的特点分类按控制系统的特点分类n1.点位控制系统。如数控钻床、冲床等点位控制系统。如数控钻床、冲床等n2.直线控制系统。如平面铣床、数控磨床直线控制系统。如平面铣床、数控磨床 数控车床数控车床n3.轮廓控制系统。轮廓控制系统。3维加工机床（中心）维加工机床（中心）9n1
8、.2.2.2 按伺服系统的类型按伺服系统的类型n1.开环控制系统开环控制系统n2.半闭环控制系统半闭环控制系统n3.闭环控制系统闭环控制系统10n1.2.2.4按功能水平分类：按功能水平分类：n 低档：分辨率：低档：分辨率：10mn 进给速度：进给速度：8-15m/minn 进给类型：开环，步进电机进给类型：开环，步进电机n 联动轴数：联动轴数：2-3n 主主CPU：8位位(通信、显示、通信、显示、PLC)n 中档：分辨率中档：分辨率 1 mn 半闭环系统控制半闭环系统控制n 高档：高档： 分辨率分辨率 0.1 mn 闭环系统控制闭环系统控制n 5轴以上联动轴以上联动111.3数控技术的发展数
9、控技术的发展1.3.1 机床数控系统的发展介绍机床数控系统的发展介绍1952年年 Persons与麻省理工学院试制第与麻省理工学院试制第1台数控机床其电路是电子管台数控机床其电路是电子管1955年年 美国空军和麻省理工学院合作，研制成功美国空军和麻省理工学院合作，研制成功APT语言语言1954年年 第第1台工业用数控机床有台工业用数控机床有Bendix公司研制成功（加工中心）公司研制成功（加工中心）1967 柔性加工中心柔性加工中心FMS(英国英国)1970 小型计算机数控加工中心小型计算机数控加工中心CNC, 多机床控制系统多机床控制系统DNC1973 微处理器数控机床微处理器数控机床CIM
10、S1980 数控装置可以人机对话、动态图形显示的智能数控机床数控装置可以人机对话、动态图形显示的智能数控机床FMC 柔性制造单元柔性制造单元12n 其中，其中，80年代提出的计算机集成制造年代提出的计算机集成制造CIMSCIMS的概念的概念值得一提：企业生产的各个环节值得一提：企业生产的各个环节从市场分析、产品从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个不可分设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个不可分割的整体。整个生产过程实质上是一个数据的采集、割的整体。整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理过程，最终形成的产品可以看成是传递和加工处理过程，最终形成的产品可以看成是
11、数数据的物质表现。数控机床是这个过程的节点据的物质表现。数控机床是这个过程的节点13我国发展数控的过程我国发展数控的过程n1958年开始研究数控技术（电子管）年开始研究数控技术（电子管）n1965年开始研究晶体管数控系统年开始研究晶体管数控系统n70年代研制成功数控非园齿轮插齿机及立式数年代研制成功数控非园齿轮插齿机及立式数控铣床控铣床n80年代以来，引进技术与自行研制相结合，我年代以来，引进技术与自行研制相结合，我国的数控技术得到明显的进步（国的数控技术得到明显的进步（FANUC系统比系统比较广泛）。现在我国多家机床厂均能生产较广泛）。现在我国多家机床厂均能生产5坐标坐标联动的数控机床。联动
12、的数控机床。n n我国数控技术与先进国家的差距正在缩小我国数控技术与先进国家的差距正在缩小。141.3.2 数控系统的发展趋势数控系统的发展趋势 1.3.2.1 数控系统数控系统 1. 模块化、小型化模块化、小型化 2. 大容量存储器、大容量大容量存储器、大容量PLC。使机床能长时间工作。使机床能长时间工作。 3. 配有多种接口配有多种接口 （FMS,CIMS)形成通信网络形成通信网络 4. 可靠性高可靠性高 (自诊断、自排除）自诊断、自排除） 5. 经济、使用方便经济、使用方便 151.3.2.1机床结构的发展机床结构的发展n1.提高机床的刚度：基于一个道理，即任何物提高机床的刚度：基于一个
13、道理，即任何物体在受力时均会变形，这种变形会导致加工的体在受力时均会变形，这种变形会导致加工的误差。误差。n2.提高主轴的转速：转速较高时加工精度也较提高主轴的转速：转速较高时加工精度也较高高n3.提高机床的精度：机床提高机床的精度：机床主轴主轴的跳动导致加工的跳动导致加工的误差。的误差。n4.扩充机床的加工范围：组合机床扩充机床的加工范围：组合机床161.3.2.2 编制程序系统编制程序系统n1.简化编程：简化编程：G代码编程讲究格式，定义。且可代码编程讲究格式，定义。且可读性很差。改进有：固定循环、子程序读性很差。改进有：固定循环、子程序n2.集成化编程：与集成化编程：与CIMS或或CAD系统集成系统集成n3.智能化编程：图形自动编程（所见即所得）智能化编程：图形自动编程（所见即所得）例如，例如，MASERCAM,PRO/E,SOLIDEAGE,CAXA,n 开目开目CAD等等。等等。17
