數控原理與系統陜西科技大學機電學院張強第一章緒論第一節基本概念一、數控系統的基本概念普通機床的工作過程數控機床的工作過程數字控制（NumericalControl，NC）——采用數字化信息對各種生產過程進行自動控制，一般指對機床軌跡和狀態實行控制。數控技術——采用數字控制的方法對某一工作過程實現自動控制的技術。數控機床——是采用數字控制技術對機床的加工過程進行自動控制的一類機床：將機床的各種動作、工件的形狀、尺寸以及機床的其它功能用一些數字代碼表示，把這些數字代碼通過信息載體輸入給數控系統，數控系統經過一系列運算，發出相應的動作指令，自動地控制機床的刀具與工件的相對運動，從而加工出所需要的工件。數控機床主要由程序介質、數控裝置、伺服系統、機床主體等四部分組成。計算機數控系統的組成二、數控系統中的有關約定1、數控機床的坐標系標準數控機床坐標系采用右手直角笛卡爾坐標系。運動方向的規定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標軸的正方向。（1）Z坐標軸的確定平行于主軸軸線的坐標軸即為Z坐標。（2）X坐標軸的確定X坐標平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內，且垂直于Z軸。（3）Y坐標軸的確定

在確定X、Z坐標的正方向后，按照右手直角坐標系來確定Y坐標的方向。工件做旋轉運動的機床，取平行于橫向導軌的方向（工件徑向）為刀具運動的X方向。刀具做旋轉運動的機床，Z坐標水平時，沿刀具主軸后端向工件看時，+X運動方向指向右方；Z坐標垂直時，面對刀具主軸向立柱看時，+X運動方向指向右方。對于沒有回轉軸或沒有回轉工件的機床，X軸平行于主要切削方向，且以該方向為正方向。2、機床原點和參考點機床原點在機床上設置的一個固定點（機床坐標系原點）。它在機床裝配調試時即確定下來。機床參考點用于對機床運動進行檢測、控制的固定位置點。機床參考點的位置是由機床廠在每個進給軸上用限位開關精確調整好的，坐標值已輸入數控系統中。

三、數控系統的分類1、按數控機床運動軌跡分類點位數控系統工件刀具AB直線數控系統直線控制輪廓數控系統工件刀具輪廓控制兩軸聯動加工三軸聯動加工四軸聯動加工五軸聯動輪廓加工2、按伺服系統的控制方式分類減速器數控裝置驅動裝置工作臺輸入步進電機開環數控系統數控裝置驅動裝置伺服電機工作臺輸入位置檢測元件速度檢測元件速度反饋位置反饋閉環數控系統數控裝置控制電路伺服電機工作臺輸入速度反饋位置反饋轉角檢測元件速度檢測元件半閉環數控系統3、按數控機床工藝用途分類加工中心四、數控機床的特點及適用范圍能加工復雜型面的零件，有較強的適應性和柔性可以保證較高的加工精度，并且產品質量穩定，一致性好具有較高的生產效率可以改善生產條件，減輕勞動強度便于聯網實現現代化管理及規模大的自動化生產五、數控機床的發展過程1952年的第一代——電子管數控機床

1959年的第二代——晶體管數控機床

1965年的第三代——集成電路數控機床

1970年的第四代——小型計算機數控機床

1974年的第五代——微型計算機數控機床“六五”（1981~1985年）引進國外技術“七五”（1986~1990年）消化吸收“八五”（1991~1995年）科技攻關“九五”（1996~2000年）產業化攻關我國數控技術的發展1958年：開始進行數控機床研制（JCS-018）運行高速化加工高精化功能復合化控制智能化體系開放化驅動并聯化交互網絡化近年來，隨著國際上計算機技術突飛猛進的發展，數控技術不斷采用計算機、控制理論等領域的最新技術成就，使其朝著下述方向發展驅動桿機架

動平臺主軸電機伺服電機主軸刀具柔性夾具工件靜平臺并聯機床結構示意圖并聯機床基于PC的數控系統第二節計算機數控系統一、主要工作過程數據輸入

內部外部程序存儲器磁盤、計算機通信數控加工程序

譯碼幾何、工藝數據開關量控制PLC

刀具交換、切削液開關等

插補

同步

調節器

反饋位置處理M:電動機W:位置傳感器XYZ給定量信息流處理過程二、硬件構成普及型數控系統的硬件組成高檔數控系統的內部構成三、面板結構

數控裝置可分為中央處理單元、數控面板、機床操作面板。西門子SINUMERIK802Dsl面板組成FANUC3M數控機床操作面板四、軟件構成第三節數控機床與現代機械制造系統一、現代制造系統的類型及比較設備柔性：設備隨產品變化而加工不同零件的難易程度。工藝柔性：工藝流程不變時適應產品或原材料變化的能力；制造系統內為適應產品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。產品柔性：產品更新后，系統能夠經濟和迅速地生產出新產品的能力。維護柔性：處理故障，保障生產正常進行的能力。柔性自動化的表現生產能力柔性：當生產量改變、系統能經濟地運行的能力。擴展柔性：當生產需要的時候，可以很容易地擴展系統結構，增加模塊，構成一個更大系統的能力。運行柔性：利用不同的機器、材料、工藝流程來生產一系列產品的能力和同樣的產品，換用不同工序加工的能力。二、現代機械制造系統簡介1、柔性自動生產線

柔性自動線中的機床主要是可換主軸箱式和轉塔式加工中心。工件變換時，通過計算機控制更換各機床的主軸箱和各加工中心的數控程序，生產節拍也作相應的調整。柔性自動線的特點具有剛性自動線的絕大部分優點。當批量不是很大時，生產成本比剛性自動線低得多。當品種改變時，系統所需的調整時間又比剛性生產線少得多。2、柔性制造系統（FMS）（1）FMS的概念

柔性制造系統通常由兩臺以上數控加工設備和自動化物流系統組成，能在計算機系統的控制和管理下，對加工對象、工藝過程、工序內容和生產節拍進行自動調整的自動化制造系統。加工子系統物料儲運子系統刀具子系統質量檢驗及監控子系統運行控制子系統FMS系統的組成FMS的特點

提高了制造系統的柔性，利于多品種、中小批量生產。提高機床利用率，縮減輔助時間，利于降低生產成本?？s短生產周期，減少庫存量，利于提高市場響應能力。便于實現計算機集成生產系統。（2）FMS實例FMS－500的控制結構柔性制造單元（FMC）FMC是一個規模最小的FMS，是FMS向廉價化及小型化方向發展的一種產物。它是由1～2臺加工中心、工業機器人、數控機床及物料運送存貯設備構成，其特點是實現單機柔性化及自動化，具有適應加工多品種產品的靈活性。4、計算機集成制造系統（CIMS）（1）CIMS的內涵CIMS的提出1974年約瑟夫.哈林頓將制造企業的全部生產經營活動（市場分析、產品設計、生產制造、質量保證、經營管理等）通過數據驅動形成一個有機整體，使企業內各種活動相互協調地進行。通過計算機網絡和數據管理技術實現各單元集成。CIMS的組成產品開發和工藝設計子系統經營和管理子系統制造過程子系統實例——清華大學CIMS研究