【正文】 mm 降低至 0. 003 mm ，精密加工己由 3 181。m 。m 。m ，重復(fù)定位誤差為 177。加工 中心的定位誤差為 177。 41 數(shù)控 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) Huazhong Univ. of Sci. Tech. ? 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 趨勢(shì) （ 2） 加工高精 化 機(jī)床 不僅要具有很高的幾何精度，還必須具有很 高的 運(yùn)動(dòng)軌跡精度 。 高速 加工能否 實(shí)現(xiàn)僅 取決于 設(shè)備 、 機(jī)床 、刀具、夾具和數(shù)控系統(tǒng)以及 編程技術(shù)等 。m 時(shí)，最大快速移動(dòng)速度 可達(dá) 240 m/min 。 機(jī)床 主軸轉(zhuǎn)速 己 由 8 000 12 000 r/min 提高到 100000 r/min。 （ 15）通信功能 指 數(shù)控系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能 。 （ 14） 自診斷功能 指 數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位的功能。 39 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 Huazhong Univ. of Sci. Tech. ? 數(shù)控系統(tǒng)的 功能 （ 12） 固定循環(huán) 功能 將實(shí)現(xiàn)典型動(dòng)作 （如鉆孔、鍾孔等） 的 程序預(yù)先編好并存儲(chǔ)在系統(tǒng)內(nèi)存中，用代碼進(jìn)行指定，加 工時(shí)調(diào)用這類(lèi)己成為固定循環(huán)指令的 代碼 。 3） 非線(xiàn)性 誤差補(bǔ)償 對(duì) 諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤 差以及由刀具磨損所引起的加工誤差，外界干擾產(chǎn)生的隨機(jī)誤差等，采用人工智能、 專(zhuān)家系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行建模，利用模型實(shí)施的智能補(bǔ)償 。 38 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 Huazhong Univ. of Sci. Tech. ? 數(shù)控系統(tǒng)的 功能 （ 10） 補(bǔ)償 功能 2） 傳動(dòng)鏈誤差補(bǔ)償傳動(dòng)鏈 誤差補(bǔ)償 包括 螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償 功能。 刀具 幾何 尺寸 （ 刀具 的半徑和 長(zhǎng)度 ） ，供 刀具補(bǔ)償功能使用 ； 刀具壽命 （ 時(shí)間壽命 ） ， 當(dāng)某刀具的時(shí)間壽命到期時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)將提示用戶(hù)更換刀具； 另外，數(shù)控系統(tǒng)都具有 T 功能即刀具號(hào)管理功能，它用于標(biāo)識(shí)刀庫(kù)中的刀具和自動(dòng) 選擇加工刀具。 4） C 軸控制 實(shí)現(xiàn) 主軸周向定位于任意 位置 5）切削倍率（進(jìn)給修調(diào)率）控制 可 實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時(shí) 修調(diào)切削速度的功能，即通過(guò)面板的倍率波段開(kāi)關(guān)在 0到 200% 之間對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)修調(diào)。 （ 7） 主軸 功能 1）主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）控制 指 實(shí)現(xiàn)刀具切削點(diǎn)切削速度 的控制功能，刀具切削點(diǎn)切削速度的單位為 m/min 。 36 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 Huazhong Univ. of Sci. Tech. ? 數(shù)控系統(tǒng)的 功能 （ 6） 自動(dòng)加減速度 功 能 直線(xiàn) 加減速、指數(shù)加減速、拋物線(xiàn) 加減速 、鼓形加減速。 3）進(jìn)給倍率（進(jìn)給修調(diào)率 ） 控制 通過(guò) 該功能可實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時(shí)修調(diào)進(jìn)給速度， 即通過(guò)面板的倍率波段開(kāi)關(guān)在 0到 200% 之間對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)修調(diào) 。 2 ）同步進(jìn)給速度控制 可 實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn)給速度 的同步 ，同步進(jìn)給速度的單位為 mm/r 。 分辨率 一般為 0. 000 001到 0. 01 mm ，在編程時(shí)，所有 編程尺寸都應(yīng)轉(zhuǎn)換成與最小設(shè)定單位相應(yīng)的數(shù)值。 2） 表示內(nèi)部運(yùn)算的最小設(shè)定單位，稱(chēng)為內(nèi)部脈沖當(dāng)量，比外部脈沖當(dāng)量小得 多。對(duì)測(cè)量系統(tǒng) 而言 ， 是 可以測(cè)量的最小增量；對(duì)控制系統(tǒng)而言，分辨率是可以控制的最小位移增量，是 數(shù)控 系統(tǒng)重要精度 指標(biāo) 。 （ 3） 插補(bǔ) 功能 數(shù)控 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件輪廓（平面或空間）加工軌跡運(yùn)算的功能，反映 數(shù)控 機(jī)床加工輪廓的能力，其實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，關(guān)系到系統(tǒng)能否高速運(yùn)行 。 聯(lián)動(dòng)控制 的軸數(shù)越多，數(shù)控系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。 （ 1） 控制功能 即 數(shù)控系統(tǒng)控制和聯(lián)動(dòng)控制進(jìn)給軸的功能。 換 刀速度和工作臺(tái)交換速度也是影響生產(chǎn)效率的 性能 指標(biāo)。 2） 最高快移速度和最高進(jìn)給 速度 指進(jìn) 給軸在非加工狀態(tài)下 的最高移動(dòng)速度，最高進(jìn)給速度是指進(jìn)給軸在加工狀態(tài)下的最高移動(dòng) 速度 。 （ 3） 性能指標(biāo) 1） 最高主軸轉(zhuǎn)速和最大 加速度 指 主軸所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn) 速，是影響零件表面加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及刀具壽命的主要因素之一，尤其是對(duì)有色 金屬的精加工。 4）回零 精度 指 數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸達(dá)到規(guī)定的零點(diǎn)的精度，其 誤差稱(chēng)為 回零誤差 。 30 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 Huazhong Univ. of Sci. Tech. ? 數(shù)控機(jī)床的主要指標(biāo) （ 2） 精度 指標(biāo) 3） 分 度 精度 指 分度工作臺(tái)在分度時(shí)要求的理論回轉(zhuǎn)角度值和 實(shí)際 回轉(zhuǎn)角度值的差值 。 重復(fù) 定位精度受伺服系統(tǒng) 特性 、進(jìn)給傳動(dòng)環(huán)節(jié)的間隙與剛性及摩擦特性等因素的 影響 。定位誤差將直接影響零件加工的精度。 29 數(shù)控技術(shù)的基本概念 Huazhong Univ. of Sci. Tech. ? 數(shù)控機(jī)床的主要指標(biāo) （ 2） 精度 指標(biāo) 1） 定位 精度 指 數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)等移動(dòng)部件在確定的終點(diǎn)所達(dá)到 的實(shí)際位置精度，其誤差稱(chēng)為定位誤差 。 聯(lián)動(dòng) 軸數(shù) 是指數(shù)控機(jī)床控制多個(gè)進(jìn)給軸，使它們按零件輪廓規(guī)定 的規(guī)律 運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸數(shù)目，它反映數(shù)控機(jī)床的曲面加工 能力 。 28 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 Huazhong Univ. of Sci. Tech. ? 數(shù)控機(jī)床的主要指標(biāo) （ 1） 規(guī)格 指標(biāo) 5） 控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸 數(shù) 控制 軸數(shù) 指 機(jī)床數(shù)控裝置能夠控 制的進(jìn)給軸數(shù)，現(xiàn)在也有數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家認(rèn)為控制軸數(shù)包括所有的運(yùn)動(dòng)軸，即進(jìn)給 軸、主軸、刀庫(kù) 軸 。 2 ）工作臺(tái)面 尺寸 反映 該機(jī)床安裝工件大小的最大范圍，通常 應(yīng)選擇比最大加工工件稍大一點(diǎn)的 臺(tái)面 。 3）不適用 類(lèi) 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） ； 加工 余量很不穩(wěn)定，且與其對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床上元可自動(dòng)調(diào)整零件坐標(biāo)位 置的在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的零件 ； 必須 用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的 零件 。 25 Huazhong Univ. of Sci. Tech. 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 ? 數(shù)控加工特點(diǎn)及應(yīng)用 范圍 （ 3） 數(shù)控加工的 適用范圍 1）最適用 類(lèi) 用 數(shù)學(xué)模型描述的形狀復(fù)雜的曲線(xiàn)或由面輪廓零 件，其加工精度要求高 ； 具有 難測(cè)量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開(kāi)敞內(nèi)腔的殼體或 盒型零件 ； 必須 在一次裝夾中合并完成鏡、錘、媳、錢(qián)或攻絲等多道工序的零件 。 數(shù)控 復(fù)合機(jī)床 ， 實(shí)現(xiàn)一 機(jī)多 用 ， 大大 減少工序之間的運(yùn)輸、測(cè)量和裝夾等輔助時(shí)間， 節(jié)省占 地面積，帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益 。 23 Huazhong Univ. of Sci. Tech. 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 ? 數(shù)控加工特點(diǎn)及應(yīng)用 范圍 （ 2） 數(shù)控加工的 特點(diǎn) 3） 有利于提高產(chǎn)品 質(zhì)量 數(shù)控 機(jī)床本身的精度較高，加上利用軟件進(jìn)行 精度補(bǔ)償 ，可 使機(jī)床在保持較高精度的同時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，而且機(jī)床是根據(jù)預(yù)先編制好的 程序自動(dòng) 進(jìn)行加工的，可以避免人為的誤差，使加工質(zhì)量穩(wěn)定 。 22 Huazhong Univ. of Sci. Tech. 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 ? 數(shù)控加工特點(diǎn)及應(yīng)用 范圍 （ 1） 數(shù)控加工與傳統(tǒng) 加工 普通機(jī)床 ： 操作 者可按照工序卡的要求，不斷改變刀具與 工件 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和加工參數(shù)（如位置、速度等）進(jìn)行切削加工，從而得到所需要的合 格零件 。 2 ）脈沖接口數(shù)控 系統(tǒng) 脈沖接口數(shù)控系統(tǒng)以脈沖串的方式控制伺服驅(qū)動(dòng)器的速度和位置 。 Open CNC 、 PA8000 NT 及華中 數(shù)控的 HNC 21。 21 Huazhong Univ. of Sci. Tech. 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 ? 數(shù)控 系統(tǒng) 的 分類(lèi) 4） 全軟件型開(kāi)放式數(shù)控 系統(tǒng) 可以 在基于 Windows 、 Linux 的平臺(tái)上，利用該類(lèi)系統(tǒng)開(kāi)放的計(jì)算機(jī)數(shù)控內(nèi)核開(kāi)發(fā)所需 的各種功能，構(gòu)成各種類(lèi)型的高性能數(shù)控系統(tǒng) 。 4） 全軟件型開(kāi)放式數(shù)控 系統(tǒng) 一 種最新開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，它給用戶(hù) 提供了 最大的選擇空間，具有較強(qiáng)的靈活性 。 開(kāi)放的 函數(shù)庫(kù)可供用戶(hù)在 Windows 平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。 20 Huazhong Univ. of Sci. Tech. 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 ? 數(shù)控 系統(tǒng) 的 分類(lèi) 3） “NC 嵌入 PC”結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式數(shù)控 系統(tǒng) 由 開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制卡和 PC機(jī)構(gòu) 成。這類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大、價(jià)格 昂貴 。 2） “PC 嵌入 NC”結(jié)構(gòu)的數(shù)控 系統(tǒng) 數(shù)控 系統(tǒng)制造商在既不愿放棄多年來(lái)積累的 數(shù)控技術(shù)資隙，又想利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源的情況下而開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。 目前占領(lǐng) 著數(shù)控系統(tǒng)的大部分 市場(chǎng) ， 市場(chǎng) 份額正逐漸減小 。 19 Huazhong Univ. of Sci. Tech. 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 ? 數(shù)控 系統(tǒng) 的 分類(lèi) （ 4） 按數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 分類(lèi) 1）傳統(tǒng)封閉式數(shù)控 系統(tǒng) 盡管 可以由用戶(hù)開(kāi)發(fā)人機(jī)界面，但必須使用專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)工具。 4）實(shí)現(xiàn)功能的復(fù)合化、控制的智能化，實(shí)現(xiàn)多軸、多通道、多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)及誤差補(bǔ) 償，自適應(yīng)控制等智能化功能將不斷完善。 2 ） 插補(bǔ)周期達(dá)到亞毫秒數(shù)量級(jí)，電流環(huán)控制周期逼近微秒數(shù)量級(jí) 。 主要 適用于 高檔鏡床、加工 中心、復(fù)合機(jī)床等，可滿(mǎn)足航空航天、軍工、通信、汽車(chē)、船舶等領(lǐng)域的重要、關(guān)鍵零件 的加工需求。 17 Huazhong Univ. of Sci. Tech. 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 ? 數(shù)控 系統(tǒng) 的 分類(lèi) （ 3）按 數(shù)控系統(tǒng)功能水平 分類(lèi) 3） 高檔型數(shù)控 系統(tǒng) 實(shí)施 高速、高精、柔性、復(fù)合加工控制，采用 32到 64 位中央處 理器、薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （ TFT） 液晶顯示和三維動(dòng)態(tài)圖形顯示，有網(wǎng)絡(luò)功能 ；還 具備專(zhuān)用高級(jí)編程軟件，可進(jìn)行 空間 曲面 加 工、復(fù)合加工；由 數(shù)字式交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) ，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)在 五軸以上 ，主軸轉(zhuǎn)速 在 10000 r/min 以上，快速移動(dòng)速度在 40 m/min 以上；分辨率小于 0. 1 。 2） 普及型數(shù)控 系統(tǒng) 采用 半閉環(huán)控制 、圖形彩色顯示，有 RS232 或直接數(shù)控（ DNC) 通信功能，由 交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) ，控制軸數(shù)在 三軸以上（三軸聯(lián)動(dòng)）， 主軸轉(zhuǎn)速在 10000 r/min 左右，快速移動(dòng)速度一般為 24到 40 m/min ，定位誤差為 mm ， 有 人機(jī)對(duì)話(huà)、通信、聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控等功能，能達(dá)到大部分機(jī)械工業(yè)的精密、高效加 工要求 。 主要 用于 精度要求很高的鍾鏡床、超精車(chē)床、超精磨床以及較 大型的數(shù)控機(jī)床等。 從 理論上講，該系統(tǒng)可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量， 具有 很高的位置控制精度，但由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間 隙都是非線(xiàn)性的，很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定 ，因此 閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有 相當(dāng)?shù)碾y度 。 精度 比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)好，比閉環(huán)系統(tǒng)差，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào) 試方便等 特點(diǎn) 。 在 位置環(huán)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)的誤差可得 到某種程度的糾正，但位置環(huán)外的各環(huán)節(jié)如絲杠的螺距誤差無(wú)法消除。 14 Huazhong Univ. of Sci. Tech. 數(shù)控 技術(shù)的基本概念 ? 數(shù)控 系統(tǒng) 的 分