【正文】 3,5,6,7 等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī)等制造技術(shù)，以及引進(jìn)美國 GE 公司的 MCI 系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，德國西門子 VS 系列可控硅調(diào)速裝置，并進(jìn)行了商品化生產(chǎn) .這些系統(tǒng)可靠性高，功能齊全。 1985 年，我國數(shù)控機(jī)床的品種有了新的發(fā)展。許多技術(shù)復(fù)雜的大型數(shù)控機(jī)床，重型數(shù)控機(jī)床都相繼研制出來。這個(gè)時(shí)期，我國在引進(jìn)，消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量開發(fā)工作。 我國的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過 “六五 ”， “七五 ”， “八五 ”，到 “九五 ”的 近 20 年的發(fā)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)，生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。具有中國特色濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，有了較大的提高。 目前我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠有 100 多家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)有 300余家，產(chǎn)品品種包括八大類 2021 種以上?！熬盼濉?期間數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段，數(shù)控機(jī)床新開發(fā)品種 300 余種，已有一定的覆蓋面。 三、 研究方法與手段 為完成此任務(wù)，首先必須確立符合中國國情的發(fā)展道路。 四、 方法可行性及條件 以科技創(chuàng)新為先導(dǎo)、在商品化上狠下工夫、 將管理和營銷作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn) 大力加強(qiáng)技術(shù)支持和服務(wù)、 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度、 堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路 。美國、德國、韓國等國家已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化發(fā)展的高技術(shù)密集時(shí)代與微電子時(shí)代，鋼鐵、機(jī)械、化工等重工業(yè)正逐漸向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。 未來 10 年將是中國機(jī)械行業(yè)發(fā)展最佳時(shí)期。因此，在未來10 年中，隨著中國重化工業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)，中國企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品技術(shù)、質(zhì)量等都將得到大幅提升，國產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)品國際競爭力增強(qiáng)，逐步替代進(jìn)口，并加速出口。 6 坐標(biāo)系的原點(diǎn) 9 29 致 謝 30 1 第 一 章 數(shù)控機(jī)床概述 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷史 立幟機(jī)床網(wǎng) 20 世紀(jì)中期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，給自動(dòng)化技術(shù)帶來了新的概念，用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制，推動(dòng)了機(jī)床自動(dòng)化的發(fā)展。他們?cè)谥圃祜w機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 機(jī)翼時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并考慮到刀具直徑對(duì)加工路線的影響，使得加工精度達(dá)到 177。），達(dá)到了當(dāng)時(shí)的最高水平。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 在此以后，從 1960 年開 始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床。 然而，由于當(dāng)時(shí)的數(shù)控系統(tǒng)采用的是電子管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業(yè)沒有得到推廣使用。因?yàn)辄c(diǎn)位控制的數(shù)控系統(tǒng)比起輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)要簡單得多。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展中，值得一提的是加工中心。這種產(chǎn)品最初是在 1959年 3 月，由美國卡耐 TreckerCorp.）開發(fā)出來的。它可縮短機(jī)床上零件的裝卸時(shí)間和更換刀具的時(shí)間。 1967 年，英國首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是所謂的柔性制造系統(tǒng)（ FlexibleManufacturingSystem——FMS）之后，美、歐、日等也相繼進(jìn)行開發(fā)及應(yīng)用。 2 80 年代，國際上出現(xiàn)了 1～ 4 臺(tái)加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝 卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元（ FlexibleManufacturingCell——FMC）。 目前， FMS 也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領(lǐng)域擴(kuò)展，從中小批量加工向大批量加工發(fā)展。除手工裝夾毛坯外，其余全部加工過程都可由數(shù)控機(jī)床自動(dòng)完成。數(shù)控加工減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件；省去了劃線、多次裝夾定位、檢測等工序及其輔助操作，有效地提高了生產(chǎn)效率。改變加工對(duì)象時(shí)，除了更換刀具和解決毛坯裝夾方式外，只需重新編程即可，不需要作其他任何復(fù)雜的調(diào)整，從而縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。加工尺寸精度在 ～ 0 .01 mm 之間，不受零件復(fù)雜程度的影響。 (4) 易于建立與計(jì)算機(jī)間的通信聯(lián)絡(luò)，容易實(shí)現(xiàn)群控。 數(shù)控機(jī)床的工作原理 當(dāng)我們使用機(jī)床加工零件時(shí)，通常都需要對(duì)機(jī)床的各種動(dòng)作進(jìn)行控制，一是控制動(dòng)作的先后次序，二是控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的位移量。采用自動(dòng)機(jī)床和仿形機(jī)床加工時(shí)，上述 操作和運(yùn)動(dòng)參數(shù)則是通過設(shè)計(jì)好的凸輪、靠模和擋塊等裝置以模擬量的形式來控制的，它們雖能加工比較復(fù)雜的零件，且有一定的靈活性和通用性，但是零件的加工精度受凸輪、靠模制造精度的影響，而且工序準(zhǔn)備時(shí)間也很長。當(dāng)更換加工對(duì)象時(shí)，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機(jī)床，即可由數(shù)控裝置代替人的大腦和雙手的大部分功 能，控制加工的全過程，制造出任意復(fù)雜的零件。 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)字控制機(jī)床 (Numerical Control Machine Tools)簡稱數(shù)控機(jī)床，這是一種將數(shù)字計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來。 數(shù)控機(jī)床的組成 : 數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。 1．加工程序載體 數(shù)控機(jī)床 工作時(shí)，不需要工人直接去操作機(jī)床，要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制，必須編制加工程序。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲(chǔ)在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤等，通過數(shù)控機(jī)床的輸入裝置，將程序信息輸入到 CNC 單元?，F(xiàn)代數(shù)控裝置均采用 CNC(Computer Numerical Control)形式，這種 CNC 裝置一般使用多個(gè)微處理器，以程序化的 軟件形式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，因此又稱軟件數(shù)控 (Software NC)。因此，數(shù)控裝置主要由輸入、處理和輸出三個(gè)基本部分構(gòu)成。 （ 1）輸入裝置 將數(shù)控指令輸入給數(shù)控裝置，根據(jù)程序載體的不同，相應(yīng)有不同的輸入裝置。 1）紙帶輸入方式。 2） MDI 手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式。 在控制裝置編輯狀態(tài) (EDIT)下，用軟件輸入加工程序，并存入控制裝置的存儲(chǔ)器中，這種輸入方法可重復(fù)使用程序。 在具有會(huì)話編程功能的數(shù)控裝置上，可按照顯示器上提示的問題，選擇不同的菜單，用人機(jī)對(duì)話的方法，輸入有關(guān)的尺寸數(shù)字，就可自動(dòng)生成加工程序。把零件程序保存在上級(jí)計(jì)算機(jī)中， CNC系統(tǒng)一邊加工一邊接收來自計(jì)算機(jī)的后續(xù)程序段。 4 （ 2）信息處理 輸入裝置將加工信息傳給 CNC 單元，編譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的信息，由信息處理部分按照控制程序的規(guī)定，逐步存儲(chǔ)并進(jìn)行處理后，通過輸出單元 發(fā)出位置和速度指令給伺服系統(tǒng)和主運(yùn)動(dòng)控制部分。數(shù)據(jù)處理程序還包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算及輔助功能的處理等。輸出裝置根據(jù)控制器的命令接受運(yùn)算器的輸出脈沖，并把它送到各坐標(biāo)的伺服控制系統(tǒng)，經(jīng)過功率放大，驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，從而控制機(jī)床按規(guī)定要求運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、整形處理后，轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運(yùn)動(dòng)。 伺服系統(tǒng)包 括驅(qū)動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)是常用的驅(qū)動(dòng)裝置。 4．機(jī)床主體 機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體。它是在數(shù)控機(jī)床上自動(dòng)地完成各種切削加工的機(jī)械部分。通常用提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度、增加阻尼、調(diào)整結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和固有頻率等方法來提高機(jī)床主機(jī)的剛度和抗震性，使機(jī)床主體能適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)自動(dòng)地進(jìn)行切削加工的需要。 （ 2）廣泛采用高性能的主軸伺服驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置，使數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)鏈縮短，簡化了機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 5．?dāng)?shù)控機(jī)床的輔助裝置 輔助裝置是保證充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動(dòng)、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和數(shù)控分度頭，防護(hù)，照明等各種輔助裝置。盡管這些 數(shù)控 機(jī)床在加工工藝方法上存在 很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和 自動(dòng)化 程度。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通 數(shù)控 機(jī)床的 自動(dòng)化 程度和生產(chǎn)效率。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少 了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 3．板材加工類 數(shù)控 機(jī)床常見的應(yīng)用于金屬板材加工的 數(shù)控 機(jī)床有 數(shù)控 壓力機(jī)、 數(shù)控 剪板機(jī)和 數(shù)控 折彎機(jī)等 。 二、按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類 1．點(diǎn)位控制 數(shù)控 機(jī)床點(diǎn)位控制 數(shù)控 機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過程中不進(jìn)行任何加工?？梢詭讉€(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各個(gè)坐標(biāo)單獨(dú)依次運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)位控制 數(shù)控 機(jī)床的 數(shù)控 裝置稱為點(diǎn)位 數(shù)控 裝置。直線控制的簡易 數(shù)控 車床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。現(xiàn)代組合機(jī)床采用 數(shù)控 進(jìn)給 伺服 系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制 數(shù)控 機(jī)床。 3．輪 廓控制 數(shù)控 機(jī)床輪廓控制 數(shù)控 機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運(yùn)動(dòng)軌跡能滿足零件輪廓的要求。常用的 數(shù)控 車床、 數(shù)控 銑床、 數(shù)控 磨床就是典型的輪廓控制 數(shù)控 機(jī)床。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位 /直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 數(shù)控 裝置都具有輪廓控制功能。 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定 在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，通常使用直角坐標(biāo)系來描述刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 7 (1)刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的原則。為編程方便，一律規(guī)定為工件固定，刀具運(yùn)動(dòng)。同時(shí)規(guī)定了分別平行于 X、 Y、 Z 軸的第一組附加軸為 U、 V、 W；第二組附加軸為 P、 Q、 R。旋轉(zhuǎn)軸的原點(diǎn)一般定在水平面上。 坐標(biāo)系的原點(diǎn) 機(jī)床的一個(gè)重要的坐標(biāo)系統(tǒng)是機(jī)床坐標(biāo)系，這個(gè)坐標(biāo)系 是通過機(jī)床返回參考點(diǎn)的操作建立起來的坐標(biāo)系，在機(jī)床上是一個(gè)固定點(diǎn)。該參數(shù)為 0 時(shí)，機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)是同一個(gè)點(diǎn)。 G53是非模態(tài)指令，只在當(dāng)前程序段起作用。 8 插補(bǔ)器可分為硬 件插補(bǔ)器、軟件插補(bǔ)器及硬件、軟件結(jié)合插補(bǔ)器。 插補(bǔ)方法根據(jù)系統(tǒng)輸出到伺服驅(qū)動(dòng)裝置的信號(hào)不同，可分為基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)，著重對(duì)兩種方法的特點(diǎn)進(jìn)行比較。 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)。 由用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)第一象限的直線引伸到其它象限，有兩種方法：分別處理法和坐標(biāo)變換法。 數(shù)據(jù)采樣法直線插補(bǔ) G1 直線插補(bǔ)指的是刀架以直線的形狀移動(dòng) (以達(dá)到切削的目的 ).當(dāng)然移動(dòng)的速度就是切削速度 . 也就是刀架從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 B 點(diǎn)位置的一 種方式和過程 .而兩點(diǎn)之間移動(dòng)的過程有多種舉個(gè)例從 A 點(diǎn) (坐標(biāo) )移動(dòng)到 B 點(diǎn) ( ) :1 可以先走到 C 點(diǎn) ()再到 B 點(diǎn) .2 先走到 D 點(diǎn) ( )再到 B 點(diǎn) ,3 就是按 A 點(diǎn)直接到 B 點(diǎn)的直線的方式移動(dòng) . 4 可以先走到 F 點(diǎn) ( )再到 B 點(diǎn) 等 G1 的移動(dòng)方式就是第三種 . G0 為快速定位方式 ,與 G1 的移動(dòng)方式不同的地方在于 :只要刀架從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 B 點(diǎn)即可 ,不管移動(dòng)過程用何種方式 ,對(duì)于機(jī)器來說一般定位類似如第四種 .即根據(jù)各軸電機(jī)的速度 ,兩軸一 起按各自的速度走 ,假設(shè)兩電機(jī)速度一樣的話就出現(xiàn)了上例說的第 4 種情況 ,因?yàn)?X 是直徑 ,半徑距離只有 25 數(shù)據(jù)采樣法圓弧插補(bǔ) G02 為順時(shí)針插補(bǔ)， G03 為逆時(shí)針插補(bǔ)，在 XY 平面中，格式如下： G02/G03 X_ Y_ I_ K_ F_或 G02/G03 X_ Y_ R_ F_，其中 X、 Y 為圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)， I、 J 為圓弧起點(diǎn)到圓心在 X、 Y 軸上的增量值， R 為圓弧半徑， F 為進(jìn)給量。 R 為正值； q180176。 當(dāng)有 I、 K 為零時(shí)，就可以省略；無論 G90 還是 G91 方式， I、 J、 K 都按相對(duì)坐標(biāo)編程；圓弧插補(bǔ)時(shí)，不能用刀補(bǔ)指令 G41/G42。mdash。 直線插補(bǔ)指令 G01 ——數(shù)控銑床編程 9 書寫格式： G01 X____ Y____ Z____ F____ X、 Y：目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo) F：進(jìn)給速度 編程實(shí)例： 絕對(duì)值方式編程： G01 X40. Y30. F300 增量值方式編程： G91 G01 X30. Y20. F300 第 三 章 數(shù)控機(jī)床的基本指令 車削加工編程一般包含 X 和 Z 坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)及繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角坐標(biāo) C 。 指令格式 ： G00 X(U) Z(W)