1、鬣學(xué)章的和要求：數(shù)控機(jī)床概述使學(xué)生掌握數(shù)控、計(jì)算機(jī)數(shù)控，數(shù)控機(jī)床等基本概念，了解數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，數(shù)控裝置的主要技術(shù)指標(biāo)，掌握數(shù)控機(jī)床的組成與分類以及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及其技術(shù)水平。重點(diǎn)：數(shù)字控制的基本概念。數(shù)控機(jī)床的組成及分類。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。難點(diǎn)：數(shù)控機(jī)床的控制原理和組成。思考題：1-1.名詞解釋：數(shù)字控制、數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)位控制系統(tǒng)、輪廓控制系統(tǒng)、開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)1-2.NC機(jī)床由哪兒部分組成，試用框圖表示各部分之間的關(guān)系。1-3.試從控制精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性三方面，比較開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)劣？1-4.從NC系統(tǒng)、聯(lián)動軸數(shù)、伺服系統(tǒng)、機(jī)床來看，NCa床各分為幾類

2、，它們各用于什么場合？1-5.NC機(jī)床適用于加工哪些類型零件，不適用于哪些類型的零件，為什么？第一章數(shù)控機(jī)床概述內(nèi)容提要：本章主要介紹數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床等的基本概念；數(shù)控機(jī)床的組成與各部分介紹；數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)；數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類；數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍；數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、及發(fā)展；與數(shù)控技術(shù)發(fā)展相關(guān)的新技術(shù)。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床簡介a) 自從本世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)創(chuàng)立以來，它給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。b) 現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)已成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)，現(xiàn)代的CAD/CAMFMSf口CIMS敏捷制造和智能制造等，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上；c) 數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)

3、率必不可少的物質(zhì)手段；d) 是國家的戰(zhàn)略技術(shù)：東芝事件、考克斯報(bào)告！e) 基于它的相關(guān)產(chǎn)業(yè)是體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)；f) 專家們預(yù)言：二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競爭，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競爭。數(shù)字控制與數(shù)控技術(shù)：1、數(shù)字控制(NumericalControlNC)是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程(如加工、測量、裝配等)進(jìn)行可編程控制的自動化方法。2、數(shù)控技術(shù)(NumericalControlTechnology)采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)。3、數(shù)控機(jī)床(NumericalControlMachineTools)是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自

4、動控制的一類機(jī)床。它數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。4、數(shù)控系統(tǒng)(NumericalControlSystem)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(ComputerNumericalControlCNC)以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成與各部分介紹數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機(jī)床的組成T測量妊苴操作面板輸入輸出設(shè)岳計(jì)售機(jī)數(shù)控裝苴床韓助控制機(jī)構(gòu)工進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)赧主運(yùn)動機(jī)構(gòu)1、操作面板a、它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具。b、組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器；。c、它是數(shù)控機(jī)床特有部件2、控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備a、控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介b、輸入輸出設(shè)備是C

5、N雷統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC（統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。c、數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備下表控制介質(zhì)輸入設(shè)備輸入設(shè)備穿孔紙帶紙帶閱讀機(jī)紙帶穿孔機(jī)磁帶磁帶機(jī)或錄音機(jī)磁盤磁盤驅(qū)動器通訊現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通訊方式進(jìn)行信息交換的能力。它們是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM）集成、FM麗CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有：a、串行通訊（RS-232等串口）、b、自動控制專用接口和規(guī)范（DNC式，MA用J、議等）c、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet,L

6、AN等）。3、CNCH置（CNC單元）a、組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。b、作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等），所有這些工作是由CNCI置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。CNC裝置是CNC（統(tǒng)的核心4、伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置a、伺服單元和驅(qū)動裝置主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給電機(jī)b、測量裝置位置和速度測量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。c、作用保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)N

7、Cg置指令：進(jìn)給運(yùn)動指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動（速度和位置控制）。主軸運(yùn)動指令，實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動（速度控制）5、PLC機(jī)床I/O電路和裝置a、PLC（ProgrammableLogicController）:用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成；b、機(jī)床I/O電路和裝置：實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件（由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路；c、功能：接受CNC勺MS、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動作接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號，送給CNCg置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC1統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動作。6

8、、機(jī)床a、機(jī)床：數(shù)控機(jī)床的主體，是實(shí)現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。b、組成：由主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂腥缦绿攸c(diǎn)：1、能適應(yīng)不同零件的自動加工；2、生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定；3、能高效優(yōu)質(zhì)完成復(fù)雜型面零件的加工；4、工序集中，一機(jī)多用；5、數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類一、數(shù)控裝置的工作過程CNCg置的工作是在硬件的支持下執(zhí)行軟件的過程。下面簡要說明CNCI

9、置的工作情況。1、程序輸入將編寫好的數(shù)控加工程序輸入給CNCg置的方式有：紙帶閱讀機(jī)輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入、通訊接口輸入及連接上一級計(jì)算機(jī)的DNC（DirectNumericalControl）接口輸入。CNC裝置在輸入過程中還要完成校驗(yàn)和代碼轉(zhuǎn)換等工作，輸入的全部信息都放到CNCg置的內(nèi)部存儲器中。2、譯碼在輸入的工件加工程序中含有工件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線、圓弧等）、加工速度（F代碼）及其它輔助功能（MS、T）信息等,譯碼程序以一個(gè)程序段為單位，按一定規(guī)則將這些信息翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識別的數(shù)據(jù)形式，并以約定的格式存放在指定的內(nèi)存區(qū)間。3、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速

10、度計(jì)算以及輔助功能處理。刀具半徑補(bǔ)償是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化成刀具中心軌跡，編程員只需按零件輪廓軌跡編程，減輕了工作量。速度計(jì)算是解決該加工程序段以什么樣的速度運(yùn)動的問題。編程所給的進(jìn)給速度是合成速度，速度計(jì)算是根據(jù)合成速度來計(jì)算各坐標(biāo)運(yùn)動方向的分速度。另外對機(jī)床允許的最低速度和最高速度的限制進(jìn)行判斷并處理。輔助功能諸如換刀、主軸啟停、切削液開關(guān)等一些開關(guān)量信號也在此程序中處理。輔助功能處理的主要工作是識別標(biāo)志，在程序執(zhí)行時(shí)發(fā)出信號，讓機(jī)床相應(yīng)部件執(zhí)行這些動作。4、插補(bǔ)插補(bǔ)的任務(wù)是通過插補(bǔ)計(jì)算程序在已知有限信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作，即在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)。5、位置控制它的主要

11、任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電動機(jī)，進(jìn)而控制工作臺或刀具的位移。6、輸入/輸出（I/O）處理控制I/O處理主要處理CN蹤統(tǒng)和機(jī)床之間的來往信號的輸入和輸出控制。7、顯示CNC1統(tǒng)的顯示主要是為操作者提供方便，通常有：零件程序顯示、參數(shù)設(shè)置、刀具位置顯示、機(jī)床狀態(tài)顯示、報(bào)警顯示、刀具加工軌跡動態(tài)模擬顯示以及在線編程時(shí)的圖形顯示等8、診斷主要是指CN琮統(tǒng)利用內(nèi)裝診斷程序進(jìn)行自診斷，主要有啟動診斷和在線診斷。啟動診斷是指CNC1統(tǒng)每次從通電開始進(jìn)入正常的運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)中，系統(tǒng)相應(yīng)的內(nèi)診斷程序通過掃描自動檢查系統(tǒng)硬件、軟件及有關(guān)外設(shè)是否正常。只有當(dāng)

12、檢查的每個(gè)項(xiàng)目都確認(rèn)正確無誤之后，整個(gè)系統(tǒng)才能進(jìn)入正常的準(zhǔn)備狀態(tài)。否則，CN蹤統(tǒng)將通過報(bào)警方式指出故障的信息，此時(shí)，啟動診斷過程不能結(jié)束，系統(tǒng)不能投入運(yùn)行。在線診斷程序是指在系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)中，由系統(tǒng)相應(yīng)的內(nèi)裝診斷程序，通過定時(shí)中斷周期掃描檢查CNC1統(tǒng)本身以及各外設(shè)。只要系統(tǒng)不停電，在線診斷就不會停止。二、數(shù)控機(jī)床的分類：數(shù)控機(jī)床的種類很多，從不同角度對其進(jìn)行考查，就有不同的分類方法，通常有以下幾種不同的分類方法：1、按工藝用途分類切削加工類：數(shù)控鏈銃床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、FMC?。成型加工類：數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)等。特種加工類：數(shù)控線切割機(jī)、電火花加工機(jī)

13、、激光加工機(jī)等。其它類型：數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測量機(jī)、機(jī)器人等。2、按控制功能分類點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動；對軌跡不作控制要求；運(yùn)動過程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏈床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)。輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制（連續(xù)控制）系統(tǒng)：具有控制幾個(gè)進(jìn)給軸同時(shí)諧調(diào)運(yùn)動（坐標(biāo)聯(lián)動），使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動，在運(yùn)動過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銃床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機(jī)床。現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。3、按聯(lián)動軸數(shù)分類2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（

14、空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面）。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。4、按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。工作臺開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置？進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的性能和精度。般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動元件這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用一般用于

15、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)工炸臺詞眼電機(jī)街輪利間服放大器檢測裝置半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動裝置（常用伺服電機(jī)）或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運(yùn)動部件的實(shí)際位置。半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。CNC工作臺半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，直接對運(yùn)動部件的實(shí)

16、際位置進(jìn)行檢測。從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏈銃床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。第三節(jié)第五節(jié)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的確具有普通機(jī)床所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)。而且它的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，但是在目前還不能完全取代普通機(jī)床，也就是說，它不能以最經(jīng)濟(jì)的方式來解決加工制造中所有問題。為了更好地說明這個(gè)問題，有必要先初步了解一下采用數(shù)控機(jī)床加工的優(yōu)缺點(diǎn)。1、數(shù)控加工的優(yōu)點(diǎn)(1)自動

17、化程度高，可以減輕工人的體力勞動強(qiáng)度(2)加工的零件一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定(3)生產(chǎn)效率較高(4)便于產(chǎn)品研制(5)便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造2、數(shù)控加工的缺點(diǎn)任何事物都是兩重性。數(shù)控加工雖有上述各種優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在某些方面也存在不足之處：(1)單位加工成本較高。(2)只適宜于多品種小批量或中批量生產(chǎn)(占機(jī)械加工總量70%80%(3)加工中的調(diào)整相對復(fù)雜(4)維修難度大3、數(shù)控加工的適應(yīng)性根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及國內(nèi)外大量應(yīng)用實(shí)踐，一般可按適應(yīng)程度將零件分為下列三類：(1)最適應(yīng)類對于下述零件，首先應(yīng)考慮能不能把它們加工出來，即要著重考慮可能性問題。只要有可能，可先不要過多地去考慮生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)上是否合理，都

18、應(yīng)把對其進(jìn)行數(shù)控加工作為優(yōu)選方案。a、形狀復(fù)雜：加工精度要求高，用通用機(jī)床無法加工或雖然能加工但很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件；b、用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件；c、具有難測量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件；d、必須在一次裝夾中合并完成銃、鏈、鉤、錢或攻絲等多工序的零件。(2)較適應(yīng)類這類零件在分析其可加工性以后，還要在提高生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)效益方面作全面衡量，一般可把它們作為數(shù)控加工的主要選擇對象。a、在通用機(jī)床上加工時(shí)極易受人為因素(如：情緒波動、體力強(qiáng)弱、技術(shù)水平高低等)干擾，零件價(jià)值又高，一旦質(zhì)量失控便造成重大經(jīng)濟(jì)損失的零件；b、在通用機(jī)床上加工時(shí)必須制造復(fù)雜專用工裝

19、的零件；c、需要多次更改設(shè)計(jì)后才能定型的零件；d、在通用機(jī)床上加工需要作長時(shí)間調(diào)整的零件；e、用通用機(jī)床加工時(shí)，生產(chǎn)率很低或體力勞動強(qiáng)度很大的零件。(3)不適應(yīng)類下述一類零件采用數(shù)控加工后，在生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)性方面一般無明顯改善，還可能弄巧成拙或得不償失，故此類零件一般不應(yīng)作為數(shù)控加工的選擇對象。a、生產(chǎn)批量大的零件（當(dāng)然不排除其中個(gè)別工序用數(shù)控機(jī)床加工）；b、裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件；c、加工余量很不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上無在線檢測系統(tǒng)可自動調(diào)整零件坐標(biāo)位置的；d、必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。根據(jù)上述數(shù)控加工的適應(yīng)性，我們就可以根據(jù)所擁有的數(shù)控機(jī)床來選擇加工對象，或根據(jù)

20、零件類型來考慮哪些應(yīng)該先安排數(shù)控加工，或從技術(shù)改造角度考慮，是否要投資添置數(shù)控機(jī)床。第六節(jié)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及發(fā)展一、產(chǎn)生背景1、數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在動力：市場競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，大批量產(chǎn)品越來越少，小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的比重越來越大，迫切需要一種精度高、柔性好加工設(shè)備來滿足上述需求。2、數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ):電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展則為NC機(jī)床的進(jìn)步提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)正是在這種背景下誕生和發(fā)展起來的。它的產(chǎn)生給自動化技術(shù)帶來了新的概念，推動了加工自動化技術(shù)的發(fā)展。二、發(fā)展沿革a、1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一臺三座標(biāo)數(shù)控機(jī)床。b

21、、1955年，第一臺工業(yè)用數(shù)控機(jī)床由美國Bendix公司生產(chǎn)出來c、從1952年至今,NC機(jī)床按NC系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的五代。第一代：1955年NC系統(tǒng)以電子管組成，體積大，功耗大。第二代：1959年NC系統(tǒng)以晶體管組成，廣泛采用印刷電路板。第三代：1965年NC系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點(diǎn)是體積小，功耗低，可靠性進(jìn)一步提高。以上三代NC系統(tǒng)，由于其數(shù)控功能均由硬件實(shí)現(xiàn)，故歷史上又稱其為“硬線NC；第四代：1970年NC系統(tǒng)采用小型計(jì)算機(jī)取代專用計(jì)算機(jī)，其部分功能由軟件實(shí)現(xiàn)，它具有價(jià)格低，可靠性高和功能多等特點(diǎn)第五代：1974年NC系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價(jià)格進(jìn)一步降低，體積進(jìn)一步縮小

22、，使實(shí)現(xiàn)真正意義上的機(jī)電一體化成為可能。這一代又可分為六個(gè)發(fā)展階段：1974年：系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示，自診斷功能。1979年：系統(tǒng)采用CRTS示，VLIC,大容量磁泡存儲器，可編程接口和遙控接口等。1981年：具有人機(jī)對話、動態(tài)圖形顯示、實(shí)時(shí)精度補(bǔ)償功能。1986年：數(shù)字伺服控制誕生，大慣量的交直流電機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段。1988年：采用高性能32位機(jī)為主機(jī)的主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。1994年：基于PC的NC系統(tǒng)誕生，使NC系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)入了開放型、柔性化的新時(shí)代，新型NC系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮短。它是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的又一個(gè)里程碑。稱為第六代三、我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展：1958年起步“六五”（19811

23、985年）引進(jìn)國外技術(shù)“七五”（19861990年）消化吸收“八五”（19911995年）科技攻關(guān)“九五”（19962000年）產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)我國目前的數(shù)控技術(shù)已達(dá)到第六代第六代的優(yōu)勢：a、元器件集成度最高，可靠性好，性能高b、技術(shù)進(jìn)步快升級換代容易c、提供了開放式的基礎(chǔ)可供利用的軟硬件豐富，數(shù)控功能得到相應(yīng)擴(kuò)展d、對數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家來說，可擁有性能良好、種類繁多的開發(fā)工具和環(huán)境四、發(fā)展趨勢進(jìn)入九十年代以來，隨著國際上計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著下述方向發(fā)展a、運(yùn)行高速化b、加工高精化c、功能復(fù)合d、控制智能化e、體系開放化f、驅(qū)動并聯(lián)化

24、g、交互網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行高速化、加工高精化速度和精度是數(shù)控設(shè)備的兩個(gè)重要指標(biāo)，它們是數(shù)控技術(shù)永恒追求的目標(biāo)。因?yàn)樗苯雨P(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。新一代數(shù)控設(shè)備在運(yùn)行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。運(yùn)行高速化：使進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、刀具交換速度、托盤交換速度實(shí)現(xiàn)高速化，并且具有局加（減）速率。進(jìn)給率高速化：在分辨率為1mm寸，F(xiàn)max=240m/min在Fmax下可獲得復(fù)雜型面的精確加工；在程序段長度為1mmi寸，F(xiàn)max=30m/min并且具有1.5g的加減速率;主軸高速化：采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），即主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件。主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)r/min。主軸轉(zhuǎn)速的最高加（減）速為1.

25、0g,即僅需1.8秒即可從0提速到15000r/min。換刀速度0.9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）工作臺（托盤）交換速度6.3秒。加工高精化：提高機(jī)械設(shè)備的制造和裝配精度；提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用誤差補(bǔ)償技術(shù)。提高CNC（統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC空制單位精細(xì)化，采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機(jī)已有裝上106脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，具位置檢測精度能達(dá)到0.01mm/!永沖）；位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)設(shè)備的熱變形誤差補(bǔ)償和空間誤

26、差的綜合補(bǔ)償技術(shù)。研究結(jié)果表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60%80%。三井精機(jī)的JidicH5D型超精密臥式加工中心的定位精度為土0.1mm由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了數(shù)控技術(shù)水平的提高，數(shù)控裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置的性能也隨之提高，使得現(xiàn)代的數(shù)控設(shè)備在新的技術(shù)水平下，可同時(shí)具備運(yùn)行高速化、加工高精化的性能。功能復(fù)合化復(fù)合化是指在一臺設(shè)備能實(shí)現(xiàn)多種工藝手段加工的方法。鏈銃鉆復(fù)合一加工中心（AT。、五面加工中心（ATC主軸立臥轉(zhuǎn)換）；車銃復(fù)合一車削中心（AT。動力刀頭）；銃鎮(zhèn)鉆車復(fù)合一復(fù)合加工中心（AT。可自動裝卸車刀架）；銃錘鉆磨復(fù)合一復(fù)合加工中心（AT。動力

27、磨頭）；可更換主軸箱的數(shù)控機(jī)床一組合加工中心；控制智能化隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，并為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化發(fā)展需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度不斷提高，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識別，以辯識出刀具的受力、磨損以及破損狀態(tài)，機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)；并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)修調(diào)加工參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及設(shè)備運(yùn)行的安全性。加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇將工藝專家或技工的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)

28、造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的。采用經(jīng)過優(yōu)化的加工參數(shù)編制的加工程序，可使加工系統(tǒng)始終處于較合理和較經(jīng)濟(jì)的工作狀O智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù)智能故障診斷技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法(AI、ESANh#),實(shí)現(xiàn)故障快速準(zhǔn)確定位的技術(shù)。智能故障自修復(fù)技術(shù)：指能根據(jù)診斷確定故障原因和部位，以自動排除故障或指導(dǎo)故障的排除技術(shù)。智能自修復(fù)技術(shù)集故障自診斷、故障自排除、自恢復(fù)、自調(diào)節(jié)于一體，并貫穿于加工過程的整個(gè)生命周期。智能故障診斷技術(shù)在有些日本、美國公司生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)中已有應(yīng)用，

29、基本上都是應(yīng)用專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。智能化自修復(fù)技術(shù)還在研究之中。智能化交流伺服驅(qū)動裝置目前已開始研究能自動識別負(fù)載，并自動調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動裝置能自動識別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，并自動對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行。智能4M數(shù)控系統(tǒng)在制造過程中，加工、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量(Measurement)建模(Modelling)、力口工(Manufacturing)、機(jī)器操作(Manipulator)四者(即4M融合在一個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作一體化

30、的4M智能系統(tǒng)。體系開放化定義(IEEE):具有在不同的工作平臺上均能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行互操作的系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)構(gòu)件(軟件和硬件)具有標(biāo)準(zhǔn)化(Standardization)與多樣化(Diversification)和互換性(Interchangeability)的特征允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的；開放體系結(jié)構(gòu)CNC勺優(yōu)點(diǎn)a、向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計(jì)和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能

31、與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；b、標(biāo)準(zhǔn)化的人機(jī)界面：標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，方便用戶使用，降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動消耗c、向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)充能力、提供可供選擇的硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求，給用戶提供一個(gè)方法，從低級控制器開始，逐步提高，直到達(dá)到所要求的性能為止。另外用戶自身的技術(shù)訣竅能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品；可減少產(chǎn)品品種，便于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本，增強(qiáng)市場供應(yīng)能力和競爭能力。國內(nèi)外開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究進(jìn)展美國：NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)和OMAC(OpenMod

32、ularArchitectureController)計(jì)劃歐共體：OSACAOpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)計(jì)戈U日本：OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)計(jì)戈ij華中I型一一基于IPC的CNCM放體系結(jié)構(gòu)航天I型CNC型統(tǒng)一一基于PC的多機(jī)CNO放體系結(jié)構(gòu)驅(qū)動并聯(lián)化并聯(lián)加工中心(又稱6條腿數(shù)控機(jī)床、虛軸機(jī)床)是數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破。圈赤曜屈鼻越相亍急困特點(diǎn)并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)器人與傳統(tǒng)加工技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物；由于它沒有傳統(tǒng)機(jī)床所必需的床身、立柱、導(dǎo)軌等制約機(jī)床性

33、能提高的結(jié)構(gòu)，具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。交互網(wǎng)絡(luò)化支持網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，既滿足單機(jī)需要，又能滿足FMCFMSCIMS對基層設(shè)備集成要求的數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是形成“全球制造”的基礎(chǔ)單元。a、網(wǎng)絡(luò)資源共享b、數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程（網(wǎng)絡(luò)）控制。c、數(shù)控機(jī)床故障的遠(yuǎn)程（網(wǎng)絡(luò)）診斷。d、數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程（網(wǎng)絡(luò)）培訓(xùn)與教學(xué)（網(wǎng)絡(luò)數(shù)控）第七節(jié)與數(shù)控技術(shù)發(fā)展相關(guān)的新技術(shù)1、柔性制造單元（FMC-FlexibleManufacturingCell）一般由12臺數(shù)控機(jī)床與物料傳送裝置組成，有獨(dú)立的工件儲存站和單元控制系統(tǒng)，能在機(jī)床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實(shí)現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生應(yīng)用。2、柔性制造系統(tǒng)（FMS-FlexibleManufacturingSystem）定義：由數(shù)控加工設(shè)備、物流貯運(yùn)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動化制造系統(tǒng)，包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變