数控技术的发展与应用

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1、第八章数控技术的发展与应用第一节数控技术的基本概念世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业，促使制造业跨入一个新的发展阶段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽车、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽车、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控技术在制造业的扩展与延伸所产生的辐射作用和波及效果，足以给机械制造业的产业结构

2、、产品结构、制造方式及管理模式等带来深刻的变化。一、数控技术、数控系统与数控装备数控技术是数字控制(NumericalControl，NC)技术的简称，是一种用数字化的信息(数字、字母和符号)对某一工作过程进行可编程自动控制的技术。数控系统(数字控制系统)是指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成系统。它是数控技术的载体。数字控制系统中的信息是数字量，它有如下特点：1．可用不同的字长表示不同精度的信息。2．具有强大的算术运算和逻辑运算处理能力。3．通过编程可方便地实现各种控制功能，因而具有很高的柔性。由于数字控制系统具有上述优点，故

3、被广泛应用于机械装备。的点位和运动轨迹控制，其中轨迹控制是数控机床和工业机器人等数控装备的主要控制内容。最初的数字控制系统是由数字逻辑电路构成的，因而称之为硬线数控系统。随着数字计算机技术的发展，硬线数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控(ComputerNumericalControl，CNC)系统，即以计算机为信息处理核心的数控系统。相对于硬线数控系统而言，CNC系统的控制功能主要由软件实现，并可处理逻辑电路难以处理的复杂运算功能，因而具有较高的柔性和更高的性能。数控机床是指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。具体地说，凡

4、是将刀具相对于工件的运动轨迹和相关的工艺信息用代码进行编程，然后送入数控系统经过数字运算、处理，并通过高性能的驱动单元控制机床的刀具与工件的相对运动，257加工出所需工件的一类机床即为数控机床。数控装备是指应用数控技术对工作机械的工作过程进行控制的装备。数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴产业的渗透而形成的机电一体化产品，其特点是高精度、高效率、高柔性和高超的信息处理和传输能力。当然，数控技术应用最早、最成功的应用行业是制造业，最典型的代表是数控机床和机器人。现在，数控技术已广泛应用于国民经济各行业(如轻工、农业、能

5、源、交通、材料、医疗、环保、信息和国防工业等)的生产装备和成套技术装备。例如制造行业(加工中心、工业机器人等)、医疗诊断治疗设备(CT机、γ刀治疗机等)、电子制造行业(键合机、光刻机等)、轻工行业(多色印刷机、木工机械等)都是各行业典型的数控装备。二、计算机数控(CNC)系统计算机数控(CNC)系统主要由图8-1所示的虚线框中的几个部分组成，双点画线框中为数控系统的控制对象，这里以数控机床为例进行说明。图8-1数控系统的组成1．操作面板操作面板是操作人员与数控机床(系统)进行交互的工具。一方面，操作人员可以通过操作面板对数控机床(系统

6、)进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，另一方面，操作人员也可以通过它了解或查询数控机床(系统)的运行状态。操作面板主要由按钮站、状态灯、按键阵列(功能与计算机键盘一样)和显示器等部分组成，如图8-2所示。2．输入输出设备输人输出设备是CNC系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。数控机258床常用的控制介质和输入输出设备见表8-1。表8-l控制介质与输入输出设备控制介质输入设备输出设备穿孔

7、纸带纸带阅读机纸带穿孔机磁带磁带机磁盘磁盘驱动器图8-2操作面板此外，现代数控系统一般都可采用通信方式实现CNC系统与外部设备问的信息交换，这种信息交换方式是实现DNC、FMS和CIMS等的基本技术。目前在数控机床上常采用的通信方式有：——串行通信(RS232等串口)。——自动控制专用接口和规范(DNC方式，专用接口卡等)。——网络技术(Internet，LAN等)。3．计算机数控(CNC)装置(或CNC单元)计算机数控(CNC)装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序进行相应的处理(如运动轨迹插补计算、机床输入

8、输出处理等)，然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，加工出需要的零件。所有这些工作由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作。CNC装置主要由计算机系统、位置控制