数控技术的基本知识

数控技术的基本知识

教学目的：1.了解数控机床的产生背景、发展趋势及先进的制造技术。

2．熟悉数控机床加工特点和加工对象。

3．掌握数控机床的组成及种类。

重点：数控机床的结构、组成及应用

难点：数控机床的加工特点和加工对象

一、数控机床的产生与发展

（一）、数控机床的产生

1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。

1952年的第一代——电子管数控机床

1959年的第二代——晶体管数控机床

1965年的第三代——集成电路数控机床

1970年的第四代——小型计算机数控机床

1974年的第五代——微型计算机数控系统

1990年的第六代——基于PC的数控机床。

（二）、数控机床的发展趋势

1、高速度高精度化

速度和精度是数控机床的两个重要指标，直接关系到加工效率和产品的质量，为实现更高速度，更高精度的指标，目前主要从以下几点采取措施进行研究。

数控系统：采用位数，频率更高的微处理器，以提高系统的基本运算速度。目前程序中断处理时间小于1MS/1K指令。

伺服驱动系统：全数字伺服交流系统，大大提高了系统的空位粘度，进给速度。所谓数字伺服系统，指的是伺服系统中的控制信息用数字来处理它一般具有以下特征：

a)采用现代控制理论，通过计算机软件实现最佳最优的控制。

b)数字伺服系统是一种离散系统，它是由采样器和保持器两个基本环节组成的，位置，

速度，电流构成的反馈全部数字化，PID软件化。

c)数字伺服系统具有较高的动静精度，有很强的抗干扰能力。

d)系统一般配有SERCOS（串行实时通信系统）板，可实现大信息量数据的高速，无

声的传输。

机床静动摩擦的线形补偿控制技术：

机械动静磨擦的线形会导致机床的爬行。

高速大功率电主轴的应用：

在超高速加工中，对机床主轴转速提出了极高的要求（10000-75000R/MIN）传统的齿轮变速主传动系统已不能适应其要求。

配备高速，功能强的装式可编控制器PLC：

提高可编程控制器的进行速度，来满足数控机床高速加工的速度要求。

（2）多功能化、智能化、小型化

数控机床采用一机多能，以最大限度地提高设备的利用率。

前台加工，后台编辑的前后台功能，以充分提高其工作效率和机床利用率。

具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通信口，DNC功能外，还具有网络功能。

引进自式应控制技术：自适应控制AC技术的目的是要求在随机变化的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态，特性。按照给安的评价指标自动修正工作参数。

采用故障自诊断、自修复功能：利用CNC系统的装程序实现故障诊断，一旦出现故障时，立即采取停机等措施，自动使故障块脱机，接通备用模块并通过CRT进行故障报警。

刀具寿命自动检测和自动换刀功能：利用各种检测手段，对刀具和工件进行检测，发现工件超差，刀具磨损，破损等，进行及时报警，自动补偿或更换备用刀具，以保证产品质量。

引进模块识别技术：应用图象识别和声控技术，使机器自己辩识图样，按照自然语言命令进行加工。

（3）高可靠性

数控机床的可靠性一直似是用户最关心的主要指标，它取决于数控系统和各伺服系统驱动单元，为提高可靠性，目前主要采取以下几方面措施。

提高系统硬件质量。

采取硬件结构模块化、标准化、通用化方式。

增强故障自诊断、自恢复和保护功能。

二、数控机床的概念

（1）数字控制（Numerical Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。

（2）数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。

（3）数控机床（Numerical Control Machine Tools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。

（4）数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。

（5）计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系统。

（6）加工中心MC：数控机床配有刀具库和自动换刀装置就构成加工中心，它可以一次装夹并进行多工序加工。

（7）并联机床：新一代机床的发展趋势，进一步满足超精密，超高速。激光和细微加工等新工艺的高性能和高集成度的要求。以软代硬，以电代机，部件重新利用，组建机床和组合夹具一样。

三、先进制造技术

1．快速原型法（又称快速成形法）

2．虚拟制造技术

3．柔性制造系统(FMS)

4．柔性制造单元（FMC）

5．计算机集成制造系统(CIMS)

四、数控机床的基本组成和工作原理

1．数控加工的过程：

零件工艺分析：根据零件加工图样进行工艺分析确定加工方案，工艺参数和位移数

据。

编写零件的加工程序：用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单，或用自动编程软件进行CAD/CAM 工作，直接生产零件的加工程序文件。

向CNC 系统输入零件的加工程序文件：程序的输入或输出，手工编写的程序通过MDI ，软件自动生成的程序通过RS232串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元。

程序调试，刀具路径模拟：将输入到数控单元大加工程序进行试运行，、空运行，进行刀具路径模拟，检验程序能否加工合格工件。 零件加工：CNC 系统依代码向伺服系统发出指令，控制机床完成零件的加工。

图1-1 数控加工的过程

2．数控机床的组成及各部分的功能 ：

计算机数控机床由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其组成框图如图1-2所示，

图1-2 数控机床的基本组成

加工程序：数控机床与普通机床的最大区别是数控机床不需要工作人员去直接操作机床，而是按输入工件的加工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量，主轴转速等）和负责4运行加工所需的全部信息。

输入装置：输入装置的作用是将控制介质上有关加工信息传递并存人控制系统。如对应穿孔带，有光电阅读机；对应磁带，有录方机，对应磁盘，有磁盘驱动器等。 数控系统：是机床实现自动化的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要有输入装零件工艺分析

确定零件的加工要

编写零件的加工程

序

加工零件

换刀装置

NC 机床

显示刀具路径

机床控制单元（MCU ）