1、绪论：绪论：数控机床的发展与分类数控机床的发展与分类1.1946年世界上诞生了第一台电子计算机。2.第一台计算机诞生6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。1952在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统的机床产生了质的变化。数控（数控（NCNC）阶段）阶段(1952(1952 19701970年年)早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响不大，早期的计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响不大，但它不能适应机床实时控制的要求。但它不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路，搭成机床专用计算机作为数控系统，被人们不得不采用数字逻辑电路，搭成机床专用
2、计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（称为硬件连接数控（HARDHARD WIRED NCWIRED NC）,简称为数控（简称为数控（NCNC）。）。随着电子元器件的发展，这个阶段又历经三代随着电子元器件的发展，这个阶段又历经三代:19521952年的第一代电子管计算机组成的数控系统；电子管计算机组成的数控系统；19591959年的第二代晶体管计算机组成的数控系统；晶体管计算机组成的数控系统；19651965年的第三代小规模的集成电路计算机组成的数控系统。小规模的集成电路计算机组成的数控系统。计算机数控（计算机数控（CNCCNC）阶段）阶段 这一阶段从这一阶段从19701970年开始至今。年
3、开始至今。19701970年研制成功大规模集成年研制成功大规模集成电路，并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算机，其电路，并将其用于通用小型计算机。此时的小型计算机，其运算速度比五、六十年代的计算机有了大幅度的提高。比专运算速度比五、六十年代的计算机有了大幅度的提高。比专门搭成的专用计算机成本低，可靠性高。于是，小型计算机门搭成的专用计算机成本低，可靠性高。于是，小型计算机被用作数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（被用作数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNCCNC）阶段。阶段。计算机数控阶段也经历了三代计算机数控阶段也经历了三代:1970 1970年第四代年第四代 小型计算机
4、数控系统；小型计算机数控系统；19741974年第五代年第五代 微处理器组成的数控系统微处理器组成的数控系统 19901990年第六代年第六代 基于基于PCPC的数控系统的数控系统 。数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了数控系统可靠性低，价格极为昂贵，应用很决了数控系统可靠性低，价格极为昂贵，应用很不方便等极为关键的问题，因此即使在工业发达不方便等极为关键的问题，因此即使在工业发达国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在国家，数控机床大规模地得到应用和普及也是在上世
5、纪的七十年代末、八十年代初以后的事情上世纪的七十年代末、八十年代初以后的事情 ，也就是说也就是说 数控技术经过了近三十年的发展才走向数控技术经过了近三十年的发展才走向普及应用。普及应用。计算机数控（计算机数控（CNCCNC）阶段）阶段1 1 高速、高精加工高速、高精加工2 2 数控系统具有多轴控制、多轴联动和复合加工的控制功能数控系统具有多轴控制、多轴联动和复合加工的控制功能 3 3 数控系统开放化、智能化和网络化数控系统开放化、智能化和网络化 数字控制机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床，它是数控技术的典型应用。数控系统是实现数字控制的装置，计算机数控系统是以计算机为
6、核心的数控系统。计算机数控系统的组成如图所示。计算机数控系统组成框图液晶显示器MDI键盘“急停”按钮功能键机床控制面板MCP）软驱单元软驱单元 软驱单元提供3.5”软盘驱动器、RS232接口、PC键盘接口、以太网接口。需要通过转接线与HNC-21 数控装置连接使用。XS5：RS232 转接口 XS2：PC 键盘转接口 XS4：软驱转接口 XS3：以太网转接口 软驱 XS5：RS232 接口 XS2：PC 键盘接口 XS3：以太网接口 前视图 后视图 软驱）手持单元手持单元 手持单元提供急停按钮、使能按钮、工作指示灯、坐标选择（OFF、X、Y、Z、4）、倍率选择（X1、X10、X100）及手摇脉
7、冲发生器。图 5 手持单元接口图 XP8（DB25）（头针座孔）伺服单元分为:主轴伺服 进给伺服 分别用来控制主轴电动机和进给电动机。伺服单元接收来自CNC装置的进给指令，这些指令经变换和放大后通过驱动装置转变成执行部件进给的速度、方向、位移。驱动装置将伺服单元的输出变为机械运动，它与伺服单元一起是数控装置和机床传动部件间的联系环节，它们有的带动工作台，有的带动刀具，通过几个轴的综合联动,使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，没有轨迹上的具体要求，它接受CNC装置的控制代码M(辅助功能)、S(主轴转速)、T(选刀、
8、换刀)等顺序动作信息，对其进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开、关等一些辅助动作；它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往CNC装置，用于加工过程的控制。机床本体即数控机床的机械部件，包括:主运动部件;给进运动执行部件（工作台、拖板及其传动部件）;支承部件（床身立柱等）.辅助装置:具有冷却、润滑、转位和夹紧等功能的装置。加工中心类的数控机床还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件。数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但是由于数控机床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工要求，其机械部件
9、在精度、刚度、抗震性等方面要求更高。因此，近年来来设计数控机床时采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。1 1、按机床的运动轨迹分类、按机床的运动轨迹分类 1 1）点位控制数控系统点位控制数控系统 2 2）直线切削数控系统直线切削数控系统 3 3）连续切削数控系统连续切削数控系统2 2、按进给伺服系统的类型分类、按进给伺服系统的类型分类1 1）开环数控系统）开环数控系统 2 2）半闭环数控系统）半闭环数控系统 3 3）全闭环数控系统）全闭环数控系统 3 3、按数控系统功能水平分类、按数控系统功能水平分类1）经济型数控系统又称简易数控系统）经济型数控系统又称简易数控系统2）普及
10、型又称全功能数控系统）普及型又称全功能数控系统3）高档型数控系统）高档型数控系统3 3、按数控系统功能水平分类、按数控系统功能水平分类3 3、按数控系统功能水平分类、按数控系统功能水平分类 1）金属切削类机床。如数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等。2）金属成型类机床。如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。3）数控特种加工机床。如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床等。4）其他类型的数控机床。如火焰切割机、数控三坐标测量机等。4.按加工方式分类按加工方式分类1 1）FANUCFANUC公司创建于公司创建于19561956年；年；2 2）19591
11、959年首先推出步进电机；年首先推出步进电机；3 3）7070年代，一方面从年代，一方面从GettesGettes公司引进直流伺服电机制造技术，公司引进直流伺服电机制造技术，一方面与西门子合作，学习其先进的硬件技术；一方面与西门子合作，学习其先进的硬件技术；4 4）19761976年成功开发出年成功开发出5 5系统；后与西门子联合开发出系统；后与西门子联合开发出7 7系统。系统。(从这时，从这时，FANUCFANUC成为世界上最大的专业数控生产厂家成为世界上最大的专业数控生产厂家)四、常用数控系统简介四、常用数控系统简介1、FANUC数控系统简介数控系统简介1 1）F0F0；2 2）F10F1
12、0F11F11F12F12、F15F15、F16F16、F18F18；3 3）F00F00F100F100110 110 120120150150。F00F00F100F100110 110 120120150150系列是在系列是在F0F01010111112121515的基础上加了的基础上加了MMCMMC功能，即功能，即CNCCNC、PMCPMC、MMCMMC三位三位一体的一体的CNCCNC。FANUC公司目前生产的公司目前生产的CNC装置：装置：F0 F0系列是系列是2020世纪世纪8080年代中后期开发的产品。年代中后期开发的产品。是中国市场上销售量最大的一种系统（是中国市场上销售量最大
13、的一种系统（F0CF0C系列，系列，F0DF0D系系列），产品目标是体积小、价格低列），产品目标是体积小、价格低.其中其中F0F0MC/TCMC/TC是其代表是其代表性产品，性产品，F0F0MDMD和和F0F0TDTD为为F0F0MAMA和和F0F0TATA的简化版的简化版（经济型）。（经济型）。硬件结构采用了传统的结构方式硬件结构采用了传统的结构方式:即在主板上插有存储器板、即在主板上插有存储器板、I/OI/O板、轴控制模块以及电源单板、轴控制模块以及电源单元。其主板较其他系列主板要小得多，因此，在结构上显得较元。其主板较其他系列主板要小得多，因此，在结构上显得较紧凑，体积小紧凑，体积小F0
14、系统（系统（1985年）年）F0F0系列为多微处理器系列为多微处理器CNCCNC系统：系统：F0AF0A系列主系列主CPUCPU为为8018680186，F0BF0B系列的主系列的主CPUCPU为为8028680286，F0CF0C系列的主系列的主CPUCPU为为80386.80386.内置可编程控制器（内置可编程控制器（PLCPLC）的）的CPUCPU为为80868086F0F0可以配套使用可以配套使用FANUC SFANUC S系列、系列、系列、系列、CC系列、系列、系列系列等数字式交流伺服驱动系统，无漂移影响，可以实现高速、等数字式交流伺服驱动系统，无漂移影响，可以实现高速、高精控制高精
15、控制采用了高性能的固定软件与菜单操作的软功能面板，可以采用了高性能的固定软件与菜单操作的软功能面板，可以进行简单的人机对话式编程进行简单的人机对话式编程具有多种自诊断功能，以便于维修具有多种自诊断功能，以便于维修F0iF0i系统采用总线技术，增加了网络功能，并采用系统采用总线技术，增加了网络功能，并采用了了“闪存闪存”（FLASH ROMFLASH ROM）。系统可以通过）。系统可以通过Remote bufferRemote buffer接口与接口与PCPC相连，由相连，由PCPC机控制加工，机控制加工，实现信息传递，系统间也可以通过实现信息传递，系统间也可以通过I/O LinkI/O Lin
16、k总线进总线进行相连行相连F0 MateF0 Mate是是F0F0系列的派生产品，与系列的派生产品，与F0F0相比是结构相比是结构更为紧凑的经济型更为紧凑的经济型CNCCNC装置装置 F15 F151616181816i16i18i18i系列系统有：系列系统有：F F151516161818；F F15i15i16i16i18i18i；FSFS150150160160180180、F160iF160i180i180i。该系列系统是专门为工厂自动化设计的数控系统，是目前国际上工艺与性该系列系统是专门为工厂自动化设计的数控系统，是目前国际上工艺与性能最先进的数控系统之一，在美国、日本、欧洲的制造业
17、中已普遍使用。能最先进的数控系统之一，在美国、日本、欧洲的制造业中已普遍使用。系统的硬件与微电子技术发展同步，采用了超大规模集成芯片：系统的硬件与微电子技术发展同步，采用了超大规模集成芯片：CPUCPU可以是可以是8048680486或或PENTIUMPENTIUM系列处理器，带系列处理器，带6464位位RISCRISC芯片等芯片等FANUC151618系统系统F1618系统的总体结构图系统的总体结构图 CNCI/O单元单元强电回路强电回路传感器传感器/线圈线圈电源电源变压器变压器电源电源主计算机主计算机伺服驱动伺服驱动主轴驱动主轴驱动主轴电动机主轴电动机伺服电动机伺服电动机操作面板接口操作面
18、板接口机床操作面板机床操作面板MDI/CRT单元单元I/O接口接口I/O设备设备手轮手轮 日本日本FANUCFANUC最新的高档控制器，是当前配置最高的数控系统。最新的高档控制器，是当前配置最高的数控系统。特点：特点：1.1.最大控制系统为最大控制系统为1010个系统（通道）；个系统（通道）；2.2.最多轴数和最多轴数和 最大主轴配置为最大主轴配置为4040轴：轴：其中进给轴其中进给轴 3232轴，主轴为轴，主轴为8 8轴；轴；最大同时控制轴数为最大同时控制轴数为2424轴轴/系统；系统；3.3.最大最大PMCPMC系统数为系统数为3 3个系统：个系统：最大最大I/OI/O点数为点数为4096
19、4096点点/4096/4096点，点，PMCPMC基本指令速度为基本指令速度为25ns25ns。4.4.最大可预读程序段为最大可预读程序段为10001000段。段。FANUC30i-MODEL ASINUMERIK 3SINUMERIK 38 8810810820820850850805805840840系列等。系列等。2、SIEMENS数控系统简介数控系统简介SINUMERIK的的CNC数控装置主要有：数控装置主要有：SIEMENS 810SIEMENS 810820820是西门子公司是西门子公司2020世纪世纪8080年代中年代中期开发的期开发的CNCCNC、PLCPLC一体型控制系统，
20、它适合于普通车、一体型控制系统，它适合于普通车、铣、磨床的控制，系统结构简单、体积小、可靠性高，铣、磨床的控制，系统结构简单、体积小、可靠性高，在在8080年代末、年代末、9090年代初的数控机床厂上使用较广。年代初的数控机床厂上使用较广。810810与与820820的区别仅在于显示器：的区别仅在于显示器：810810为为9in9in单色显示，系统电源为单色显示，系统电源为24V24V；820820为为12in12in单色或彩色显示，系统电源为交流单色或彩色显示，系统电源为交流220V220V；其余硬件、软件部分完全一致其余硬件、软件部分完全一致SIEMENS 810820系统系统810810
21、820820最大可控制最大可控制6 6轴轴（其中允许有（其中允许有2 2个作为主轴控制），个作为主轴控制），3 3轴联动轴联动系统由电源、显示器、系统由电源、显示器、CPUCPU板、存储器（板、存储器（MEMMEMEPROMEPROMRAMRAM）板、）板、I/OI/O板、接口板、显示控制板、接口板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。硬件采用了较多板、位控板、机箱等硬件组成。硬件采用了较多LSILSI（大规模集成电路）和专用集成电路（大规模集成电路）和专用集成电路主主CPUCPU采用采用8018680186PLCPLC最大最大128128点输入点输入6464点输出，用户程序容量点输出，用户程
22、序容量12KB12KB，PLCPLC采用采用STEP5STEP5语言编程语言编程SIEMENS 802SIEMENS 802系列系统包括：系列系统包括：802S802SSeSeSbase lineSbase line；802C802CCeCeCbase lineCbase line；802D802D等型号。等型号。它是西门子公司它是西门子公司2020世纪世纪9090年代末开发的集年代末开发的集CNCCNC、PLCPLC于一体的于一体的经济型控制系统。近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大经济型控制系统。近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大量的使用。量的使用。802802系列数控系统的
23、共同特点是结构简单、体积小、可靠性较系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性较高。高。SIEMENS 802系列系统系列系统 1)1)华中华中1 1型型 2)2)华中华中20002000 3)3)世纪星系列：世纪星系列：(1)hnc-21(1)hnc-21 (2)hnc-22 (2)hnc-22 (3)hnc-18/19 (3)hnc-18/193、华中数控系统、华中数控系统数控装置型号编号说明：数控装置型号编号说明：H HN NC C -2 21 1 M M C C -0 08 8 F F 0 08 8 世纪星系列 经济型数控装置 应用类型 M：铣削类 T：车削类 进给轴控制接口类型
24、 C：串口，用于本公司HSV-11系列伺服单元 D：脉冲，用于脉冲式伺服或步进驱动单元 A：模拟，用于模拟电压控制的伺服单元 F：全功能，拥有以上全部功能 内存容量 单位：MB 存储器类型 F：Flash电子盘 H：IDE硬盘 存储器容量 单位：电子盘MB 硬 盘-GB 采用先进的开放式体系结构；采用先进的开放式体系结构；嵌入式工业嵌入式工业PCPC机；机；配置配置7.77.7或或.7.7彩色液晶显示屏彩色液晶显示屏;故障诊断与报警故障诊断与报警;多种形式的图形加工轨迹显示和仿真；多种形式的图形加工轨迹显示和仿真；集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、
25、内嵌式内嵌式PLCPLC接口于一体；接口于一体；可自由选配各种类型的脉冲接口、模拟接口交可自由选配各种类型的脉冲接口、模拟接口交流伺服单元或步进电机驱动器流伺服单元或步进电机驱动器；华中数控 内部已提供标准车床或铣床控制的内部已提供标准车床或铣床控制的PLCPLC程序，程序，用户也可自行编制用户也可自行编制PLCPLC程序；程序；采用国际标准采用国际标准G G代码编程，与各种流行，代码编程，与各种流行，直接加工高达直接加工高达2GB 2GB 的的G G 代码程序；代码程序；具有直线、圆弧、螺纹切削、刀具补偿、宏程序等功能；具有直线、圆弧、螺纹切削、刀具补偿、宏程序等功能；支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNCDNC、以、以太网等程序交换功能；太网等程序交换功能；反向间隙和单双向螺距误差补偿功能有效提高加工精度反向间隙和单双向螺距误差补偿功能有效提高加工精度
