第1章数控加工概述

第1章数控加工概述
•四、开放式数控系统简介
•（一）开放式数控系统的定义 • 符合系统规范的应用系统，可以运行在多个销售商的 不同平台上，可以与其他系统的应用程序进行互操作，并且 能够给用户提供一致性的人机交互方式。 •（二）开放式数控系统的特点 •（1）相互操作性 •（2）可移植性 •（3）可缩放性 •（4）相互替代性
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• 我国1958年开始研制数控机床，但没有取得实质性的成 果。20世纪80年代前期，我国在引进国外先进的数控技术的 基础上，加强了数控机床的研究和数控机床的生产，使我国 的数控机床进入小批量生产的商品化时代。通过“七五”数 控技术攻关和“八五”数控系统攻关，大大推进了我国数控 机床的发展。目前我国已有自主版权的数控系统，并能生产 门类齐全的各种数控机床，有些企业实施了FMS和CIMS工程， 数控机床及其加工技术进入了实用阶段。
• 数控线切割机床
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第四节 数控机床的控制系统
一、数控机床控制系统的硬件组成 控制系统的硬件主要包括：微机基本系统、人
机界面接口、通信接口、进给轴位置控制接口、主 轴控制接口以及辅助功能控制接口等部分。
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（一）微机基本系统
微机基本系统是数控机床的控制核心。其主要部分是一台 计算机。主要用于将加工程序编译成计算机可识别的信息，然 后进行处理和存储。
•二、柔性制造单元（FMC）
• 柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell，简称FMC）， 是由一或两台数控加工中心和自动上下料装置组成，它是实现单 工序或双工序加工的可变加工单元，是最简单的柔性制造系统。
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•三、柔性制造系统（FMS）
• FMS目前尚无统一定义。在我国有关标准中，对FMS的定义为： 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS）是由数 控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系 统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅 速进行调整，以适宜于多品种、中小批量生产。
• 闭环控制数控机床在其移动部件上直接装有直线位置检测装置， 将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的位移值进行比较， 用差值进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，实现移 动部件的精确定位。
•闭环控制系统框图
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•3．半闭环控制数控机床
• 半闭环控制数控机床的位置检测元件安装在伺服电机上， 通过测量伺服电机的角位移间接计算出机床工作台等执行部件 的实际位置（或位移），反馈到计算机数控装置中进行位置比 较，用比较的差值进行控制。
(b) 直线控制
(c) 轮廓控制
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（二）按伺服控制方式分
主要有开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半 闭环控制数控机床。
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•1．开环控制数控机床
• 开环控制数控机床没有检测反馈装置，数控装置 发出的指令信号是单方向传送的。
•开环控制系统框图
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•2．闭环控制数控机床
• 数控电火花线切割加 工是利用作为负极的电极 丝（钼丝或铜丝）和作为 正极的工件之间脉冲性火 花放电的腐蚀作用来对工 件进行加工的一种方法。 在加工中，电极丝相对于 工件的运动轨迹由数控程 序控制，实现数控加工。
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• 数控电火花 线切割机床按其 走丝速度分为快 速走丝和慢速走 丝线切割机床两 大类。
4.插补：数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹， 使刀具运动轨迹以一定精度逼近给定线段的过程。
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•
a)直线插补
•插补
b)Байду номын сангаас弧插补
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第二节 数控机床的组成及分类
一、数控机床的组成
数控机床一般由输入输出设备、数控装置、操作面板、进 给伺服系统、主轴驱动系统、可编程控制器（PLC）、位置检 测装置及其接口电路和机床本体等部分组成，如图所示。
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•二、数控加工技术的发展方向
• • 1. 高速化 • 2. 高精度化 • 3. 高柔性化 • 4. 复合化 • 5. 网络化 • 6. 智能化
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第六节 以数控机床为基础的生产自动化技术
• 采用单台数控机床实现单工序柔性自动化加 工，对生产率的提高还是有限的，必须发挥生产 线和整个制造系统的效能，为此出现了分布式数 字控制（DNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性 制 造 系 统 （ FMS ） 和 计 算 机 集 成 制 造 系 统 （CIMS）。
•数控机床的组成
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二、数控机床的分类
目前数控机床的品种、规格繁多，功能各异， 通常可按下列几种方法进行分类。
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（一）按控制的运动轨迹分
根据数控机床刀具与工件相对运动轨迹的类型，可 将数控机床划分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种 类型。如下图所示：
•(a) 点位控制
用途：一般情况下，在数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。对 于有特殊要求的数控铣床，还可以加进一个回转的A坐标或C坐标， 即增加一个数控分度头或数控回转工作台，这时机床的数控系统为四 坐标的数控系统，可用来加工螺旋槽、叶片等立体曲面零件。 与普通铣床比数控铣床的特点如下： （1）加工精度高。 （2）加工质量稳定可靠。 （3）对零件加工的适应性强、灵活性好。 （4）生产自动化程度高，操作者劳动强度低。 （5）生产效率高。 （6）适合加工复杂形状或精度要求高的中小批量零件。
•半闭环控制系统框图
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（三）按工艺用途分 按其工艺用途可分为四大类。 1.金属切削类 2.金属成形类 3.特种加工类 4.测量绘图类
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（四）按数控系统的功能水平分 按照数控系统的功能水平，数控机床可以分为
三种类型。 1.经济型 2. 普及型 3. 高档型
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（二）加工中心的的分类
1.按加工方式分类
（1）车削中心 （2）铣削加工中心 2.按机床主要结构分类 （1）立式 （2）卧式 （3）龙门式 （4）复合式 3.按换刀形式分类 （1）转塔刀库加工中心 （2）无机械手的加工中心 （3）带刀库、机械手的加工中心
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四、数控线切割机床
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•一、分布式数字控制（DNC）
• 分布式数字控制（Distributed Numerical Control，简称 DNC），原来称直接数字控制（Direct Numerical Control），是 用一台计算机直接控制数台数控机床，形成分级连接和控制的制 造系统，因此称为分布式数字控制系统更为合适，也称群控系统。 中央计算机主要对多台数控系统进行数控加工程序和有关数据的 分配，并分时监控各台数控系统的运行，会进一步提高数控机床 的生产率。
第三节 常见数控机床简介
一、数控车床
（一）数控车床的组成 如图所示：数控
车床由主轴箱、刀架、 进给传动系统、床身、 液压系统、冷却系统、 润滑系统等部分组成。
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（二）数控车床的特点
数控车床与普通卧式车床相比具有以下几个特点： （1）精度高。 （2）效率高。 （3）高柔性。 （4）可靠性高。 （5）工艺能力强。
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•二、数控机床的工作原理
•数控加工原理如下图所示：
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三、数控加工的定义 数控加工是指在数控机床上对工件进行
自动加工的一种工艺方法。
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四、数控加工的特点
（1）柔性自动化，具有广泛的适应性。 （2）精度高，质量稳定。 （3）生产效率高。 （4）能实现复杂零件的加工。 （5）减轻劳动强度，改善劳动条件。 （6）有利于现代化生产与管理。
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第五节 数控加工技术的发展
•一、数控加工技术的发展历程 • 1949年，美国帕森斯公司与麻省理工学院合作，开始 了铣床的数控化研制工作，于1952年研制成功了世界上第一 台能进行三轴控制的立式数控铣床。 • 1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定 切削路线，即可生成NC程序的自动编程语言。 • 1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库， 能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、攻 螺纹等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种 类——加工中心。
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（二）数控铣床的分类
数控铣床通常按其主轴位置的不同分为下面三类： （1）立式数控铣床 （2）卧式数控铣床 （3）立卧两用式数控铣床
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三、加工中心
（一）加工中心的特点
（1）具有刀库和自动换刀装置。 （2）带有自动摆角的主轴。 （3）有的加工中心带有自动交换工作台。
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三、典型数控系统
•（一）日本FANUC系列数控系统
•
FANUC公司生产的CNC产品主要有0系列、1X系列。
•（二）德国SIEMENS公司的数控系统
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SIEMENS数控系统常用的有
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SINUMERIK810,820T/M/G,840D/T,802D等几种。
•（三）华中数控系统HNC • HNC是武汉华中数控研制开发的国产型数控系统。 已开发和应用的产品有HNC－1和HNC－2000两个系列， 共计16种型号。 •
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• DNC(直接数控)技术始于20世纪60年代末期。它是使 用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及数控 加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。DNC群控技 术是FMS柔性制造技术的基础。随着DNC数控技术的发展， 数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元。 • 20世纪80年代，出现了包括市场分析、生产决策、产 品设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制 的计算机集成制造系统CIMS。其中，数控机床是CIMS的 基础。
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（三）数控车床的分类
1.按数控系统的功能分 （1）经济型数控车床。 （2）全功能型数控车床。 （3）FMC车床。 2.按主轴的配置形式分 （1）卧式数控车床。 （2）立式数控车床。 3.按轴数分 （1）两轴 （2）四轴（双刀架）
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二、数控铣床
（一）数控铣床的用途及特点
第1章数控加工概述
2020/11/25
第1章数控加工概述
第一节 数控加工的概念
一、数字控制与数控机床 数字控制（Numerical Control)，是用数字化信号对机
床运行及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控 （NC）。
数控机床（ Numerical Control Machine Tools)是一种装 有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有特定 代码或其他符号编码指令规定的程序。
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• 1967年英国首次将多台数控机床、无人化搬运小车和自 动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统，这就是柔性制 造系统FMS。 • 1974年微处理器开始用于机床的数控系统中，从此 CNC(计算机数控系统)软线数控技术随着计算机技术的发展得 以快速发展。 • 1976年美国Lockhead公司开始使用图像编程。利用 CAD(计算机辅助设计)绘出加工零件的模型，在显示器上“指 点”被加工的部位，输入所需的工艺参数，即可由计算机自 动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。
数控机床的初始投资及维护费用较高，对操作与 管理人员的素质要求较高。
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五、数控加工常用术语
1.数控机床的可控轴数：指机床数控系统可控制的、 按加工要求运动的坐标轴数目。
2.数控机床的联动轴数：指机床数控系统可同时控制 的、按加工要求运动的坐标轴数目。
3.脉冲当量：数控装置每发出一个脉冲信号使机床移 动部件产生的位移量。
（二）接口
1.人机界面接口 2.通信接口 3.进给轴位置控制接口 4.主轴控制接口 5.辅助功能控制接口
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二、数控机床控制系统的软件组成及功能
控制系统软件由许多功能模块组成。其中加工程序译码、 预处理计算、插补运算与位置伺服四个功能模块主要实现位置 控制。另外还有一些模块，其功能可从它们的名称反映出来， 如系统管理功能，加工程序输入与存储模块，S（主轴）、T （刀具）、M（辅助）功能处理与数据输入/输出模块，显示 服务模块，加工程序编辑模块，手动自动模块，手动数据输入 功能模块，系统监视与故障诊断模块等。