课题一　入门知识

学习目标

1.了解数控技术的基本概念、功能、工作原理及数控机床的结构组成。

2.通过本课题学习，理解数控车床的工作流程，掌握数控机床文明生产及安全技术。

相关知识

1.数控加工技术应用

数控技术，简称数控（Numerical Control）。它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（NC）机床。数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多科学交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。

数控（NC）是数字控制（Numerical Control）的英文简称。它是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。其技术涉及多个领域：①机械制造技术；②信息处理、加工、传输技术；③自动控制技术；④伺服驱动技术；⑤传感器技术；⑥软件技术等。

CNC（计算机数控）是Compute Numerical Control的英文简称。它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术是用计算机按事先存储的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设操作时序的逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置使输入操作指令的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电动机或液压执行元件带动设备运行。

DNC（直接数控）是Direct Numerical Control的英文简称。它是用电子计算机对具有数控装置的机床群直接进行联机控制和管理。直接数控又称群控，控制的机床由几台至几十台。直接数控是在数控（NC）和计算机数控（CNC）基础上发展起来的。

微机数控（MNC）是微型计算机数控（Micro computer Numerical Control）的英文简称。它是指使用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控装置。

数控机床（Numerical Controled Machine Tool），是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

2.数控技术工作原理及工作流程

（1）工作原理

数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品，是精密机械和自动化技术的综合体。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，并通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，并按图样要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

（2）数控车床工作流程

①首先根据数控车床零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。

②用规定的数控车床程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。

③将数控车床加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。

④通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，可通过计算机的串行通信接口直接传输到数控单元（MCU）。

⑤数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行命令。

⑥数控车床伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。

3.数控技术的发展趋势

从目前国际上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面：

（1）性能发展方向

速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速、高精度、高效化已大大提高。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已能达到纳米级（0.01μm）。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精度加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电动机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。

（2）功能发展方向

用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前lnternet、虚拟实现、科学技术可视化及多媒体低昂技术也对用户界面提出了更高的要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维色彩立体动态图显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

（3）体系结构的发展

采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示器具有科技含量高、质量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互联技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互联长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。

4.文明生产及安全技术

开机前，应当遵守以下操作规程：

①穿戴好劳保用品，不要戴手套操作机床。

②详细阅读机床的使用说明书，在未熟悉机床操作前，切勿随意动机床，以免发生安全事故。

③操作前必须熟知每个按钮的作用以及操作注意事项。

④注意机床各个部位警示牌上所警示的内容。

⑤按照机床说明书要求加装润滑油、液压油、切削液，接通外接气源。

⑥机床周围的工具要摆放整齐，以便于拿放。

⑦加工前必须关上机床的防护门。

在加工操作中，应当遵守以下操作规程：

①文明生产，精力集中，杜绝酗酒和疲劳操作；禁止打闹、闲谈、睡觉和任意离开岗位。

②机床在通电状态时，操作者千万不要打开和接触机床上标示有闪电符号的、装有强电装置的部位，以防被电伤。

③注意检查工件和刀具是否装夹正确、可靠；在刀具装夹完毕后，应当采用手动方式进行试切。

④机床运转过程中，不要清除切屑，要避免用手接触机床运动部件。

⑤清除切屑时，要使用一定的工具，应当注意不要被切屑划破手脚。

⑥要测量工件时，必须在机床停止状态下进行。

⑦在打雷时，不要开机床。因为雷击时的瞬时高电压和大电流易冲击机床，可导致模块被烧坏或丢失改变数据，造成不必要的损失。

工作结束后，应当遵守以下操作规程：

①如实填写好交接班记录，发现问题要及时反映。

②要打扫干净工作场地，擦拭干净机床，应注意保持机床及控制设备的清洁。

③切断系统电源，关好门窗后才能离开。

5.数控车床实训特点

①自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督机床运行。但是，由于数控机床的技术含量高，操作者的脑力劳动强度相应提高。

②加工零件精度高、质量稳定。数控机床定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之细心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。

③生产效率高。数控机床加工是能在一次装夹中加工多个表面，一般只需检测首件，所以可以省去普通机床加工时的部分中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。

④便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，只需要通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。

⑤可向更高级的制造系统发展。数控机床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。

⑥初始投资较大。这是由数控机床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成的。

⑦维修要求高。数控机床是技术密集型机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。

操作实训

现场参观实习工件和生产产品。

思想与练习

1.写出数控车床安全操作规程。

2.简述数控车床的发展方向。