数控第1章(0)

三、计算机数字控制(CNC)
CNC数控又称为软线数控，是70年代初出现的新型 数控系统。与使用专用计算机的NC数控(也称为硬线数控) 的不同之处在于：它的数控装置使用的是一台小型通用 计算机。用这种小型通用计算机去控制某一特定对象时， 要靠事先存放在存储器里的系统程序。系统程序事先编 好由纸带输入计算机，CNC系统靠它来实现数控机床的 控制逻辑，改变系统程序就改变了控制逻辑。系统程序 属于计算机的软件，而普通数控系统的控制逻辑是由专 用计算机中固定接线的硬件结构实现的，专用计算机连 好后就难以再改变。

作用： 接受数控装置的输出
驱动与放大 实现电→机转换


4、机床
由于数控机床在加工过程中切削用量大、连续加工发热多， 并且在加工过程中工件精度不能人为进行补偿，因此与传统的 手动机床相比，数控机床的外部造型、整体布局、传动系统与 刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。 这些变化的目的是为了更充分发挥数控机床的特点
加工中心
工业机器人
随行工作台
数控机床组成
一、数控机床的组成
Z轴伺服电 机 变频主轴 控制电柜 数控系统及其 操作面板
行程开关
机床本体
x-y数控拖板
二、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）
1952年的第一代—电子管计算机组成的数控系统； 1959年的第二代—晶体管计算机组成的数控系统； 1965年的第三代—小规模的集成电路计算机组成的数控系统。
计算机数控（CNC）阶段
这一阶段从1970年开始至今。1970年研制成功大规模 集成电路，并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算 机，其运算速度比五、六十年代的计算机有了大幅度的提 高。比专门搭成的专用计算机成本低，可靠性高。于是，小 型计算机被用作数控系统的核心部件，从此进入了计算机数 控（CNC）阶段。
数控（NC）阶段(1952—1970年)
早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据 处理影响不大，但它不能适应机床实时控制的要求。 人们不得不采用数字逻辑电路，搭成机床专用计算机 作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD—WIRED NC）, 简称为数控（NC）。
随着电子元器件的发展，这个阶段又历经三代:
数控机床编程及 应用
生产线的基本组成——机床
CA6140
CA6140X数显车床
老式 机床
C3163-1 转塔式六角车床
CAK6150D数控 车床
S1-378车削加工中心
数控 机床
激光切割机
闭 环 全 数 控 电 火 花 小 孔 加 工 机
定义
数控（NC——Numerical Control) 也就是数字控制，在机床领域是指用数字化信号 对机床运动、加工过程进行控制的一种方法 数控机床（NC Machine) 是一种采用了数控技术的机床，或者说是一种装 备了数控系统的机床 是综合应用了微电子、计算机、自动控制、自动 检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来的全新 型机床 计算机数控（CNC——Computer Numerical Control)
一个明显的优点——具有良好的“柔性”
四、直接数字控制(DNC)
DNC亦称为计算机群控系统。它可理解为用一台计 算机直接管理和控制一群数控机床的系统 DNC系统分为间接型群控系统和直接型群控系统两 大类
1．间接型群控系统 间接型群控系统是在已有的一些单台数控机床的 基础上，配上电子计算机联成一个群控系统．通用计 算机中存储的各机床的加工程序通过接口装置直接送 到机床群中每台机床的数控装置中去，而不需要再经 过读带机
六、柔性制造系统(FMS)
FMS系统是一种适用于多品种、大中小批量生产的 自动化生产方式，主要由计算机辅助设计，生产系统、 数控机床、智能机器人、全自动化输送系统和自动化仓 库组成 。全部生产过程由一台中央计算机进行生产的调 度，若干台控制计算机进行工位控制，组成一个各种制 造单元相对独立而又便于灵活调节，适应性很强的制造 系统，这种系统称为柔性制造系统(FMS——Flexible Manufacturing System)
产生的时间：
世界上第一台数字控制机床(简称数控机床)是为满足航 空工业加工复杂零件的需要而产生的。1948年，美国巴森兹 公司(Parsons Co.)在研制加工直升飞机叶片轮廓检查用样板 的机床时，提出了数控机床的初步设想。后来，受空军委托 与麻省理工学院(MIT)合作开始了将三坐标铣床数控化的研 究工作。1952年，研制出了世界上第一台数控机床，这是 一台直线插补连续控制的三坐标铣床，使用的是电子管元 件：
卧 式 加 工 中 心 为了进一步提高加工精度和生 产效率，在普通数控机床基础上发 展了数控加工中心机床。它是一种 具有刀具迅速交换机能的复合数控 机床，又称为自动换刀数控机床。 它将数控铣床、数控镗床、数控钻 床的功能组合起来，再附加一个自 动换刀装置和一个有一定容量的刀 库。这样就可以进行多道工序的连 续加工。 一台数控加工中心机床加工箱体类零件时相当于5台普 通数控机床的加工效率
五、自适应控制(AC)
电脑控制电火花成型机
数控电火花线切割机床
数控机床在加工零件时是严格按照事先编制好的程序 进行的。在编制程序时，大量难以考虑周到的参数变化影 响着机床性能的充分发挥，也往往使加工过程偏离了最佳 状态。数控机床的自适应控制就是在加工过程中不断检查 某些代表加工状态的参数，例如切削力、切削温度等，及 时对主轴转速和进给速度等参数进行校正，使数控机床保 持在最佳切削状态。 自适应控制在数控机床中应用较普遍，并在数控磨床、 数控线切割机床和数控电火花成型机床中取得较好效果。 这些机床采用自适应控制后，在提高生产效率、延长刀具 使用寿命和改善表面质量等方面均有明显效果
测量装置(位置\速度)
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
控 制 信 号
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.
3. 伺服系统：数控机床的动力装置

伺服机构的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动， 使机床工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符 合图纸要求的零件。由于伺服机构是将数字信号转化为位移量的环节，因 此它的精度、动态响应是决定数控机床的加工、表面质量和生产率的主要 因素。相对于每一个脉冲信号，机床移动部件的位移量称为脉冲当量，一 般用δ表示。常用的脉冲当量为δ＝0.01mm／p、δ＝0.005mm／p及δ＝ 0.001m/p。 伺服机构一般包括驱动装置和执行机构两大部分，目前大都采用直流伺 服电机或交流伺服电机作为执行机构。因为这些电机均带有光电编码器等 位置检测元件和测速发电机等速度检测元件。多数的执行机构由相应的驱 动装置来驱动
CNC系统构成
伺服驱动系统
主 轴 动 作
程 序
操 作 面 板
CNC装置
主轴伺服 单元
主轴 驱动装置
主轴电机
控制软件 (软件功能)
可编程控 制器
PLC
M.S.T\辅助指令信号Fra bibliotek机 床
完成开关动作
完成进给动作
输 入 输 出 设 备
硬件电路 (硬件功能)
进给伺服单 元
信号转换\放大
进给 驱动装置
进给电机 电→机
采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基 本数控功能
数控机床的历史
一、数控机床的产生
产生的历史背景： 复杂、精密、小批、多变
科学技术的迅速发展，对机械产品提出了高精度、 高复杂性的要求，而且产品改型频繁。 宇航、造船、武器生产等工业部门，需要加工的 零件多具有精度高、形状复杂、批量小、经常变动等 特点。使用普通机床加工这些零件，不仅劳动强度大、 效率低，而且难以保证精度，有些零件甚至无法加工。
网络通讯(RS232、DNC、TCP/IP）
同步孔或中导孔
信息孔
运动方向


2. 数控装置（NC)___数控机床大脑
数控装置是数控机床的中枢。普通数控机床的数控装置一般由输 入装置、控制器、运算器和输出装置四部分组成

作用：☻ 数控机床核心部件（战略物资、东芝事件） ☻ 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
二、自动程序编制
程序编制可以由人工来完成，即所谓手工编程。对 于简单零件的加工程序，可以用手工编程。但对于复杂 的零件，特别是一些复杂的曲面零件，用手工编程十分 繁杂，工作量大，不仅容易出错，而且难于查找，不得 不求助于通用计算机，即所谓的自动编程。 自动编程的要点是：采用简单、习用的语言去描述 工件的几何形状与加工过程，由计算机接受、翻译，并 根据指定的要求进行分段和计算，最后处理成数控机床 适用的加工纸带。 国外成熟的自动编程语言系统是美国的APT系统， 它在1955年完成模型后不断改进，目前已发展到APTⅣ 系统。
2．直接型群控系统
在直接型群控系统中，每台机床不再装设普通的 数控装置．只有由伺服控制驱动电路和操作盘所组成 的机床控制器．数控机床的插补运算等功能完全由计 算机承担，而计算机又通过接口直接控制各机床。因 此，DNC系统实际上具有CNC系统的功能和优点，同 时还能对生产组织、技术状态等方面进行管理，从而 提高机床的生产率
计算机数控阶段也经历了三代:
1970年第四代—小型计算机数控系统； 1974年第五代—微处理器组成的数控系统 1990年第六代—基于PC的数控系统 。
数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的发展，只是发展 到了第五代以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低，价格极 为昂贵，应用很不方便等极为关键的问题，因此即使在工业发达 国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在上世纪的七十年 代末、八十年代初以后的事情，也就是说 数控技术经过了近三十 年的发展才走向普及应用．我国数控技术起步于20世纪50年代末期， 经历了初期的封闭式开发阶段。