數控機床第1章

課程情況總體簡介授課學時：課程性質：課程任務：1.掌握數控機床的基本原理和基礎知識；2.熟悉數控機床的基本結構和工作機理；3.具備數控加工手工編程能力和正確使用數控設備的能力；4.培養(yǎng)選用或設計組成數控機床的計算機數控系統(tǒng)的能力。機械設計制造與自動化專業(yè)的一門主干專業(yè)技術課，是一門實踐性、綜合性很強的課程。64學時數控機床簡介四川儀表工業(yè)學校王小梅數控機床的產生與發(fā)展：

（一）

產生：

1、傳統(tǒng)的生產方法已滿足不了生產需求

1)

單件小批量生產——占70%，一般用試切法，技術水平要求高，勞動強度大，精度不高，無法實現自動化。如：普通車、銑、刨、磨床等

2)

工藝流水作業(yè)——調整法加工，生產率提高，精度提高，成本低，品種多，采用組合機床，多機床配合，環(huán)節(jié)出現問題，生產停滯。

3)

自動機床：用凸輪控制，適于生產簡單工件，且改型困難

2、社會的需求

1)

品種多樣化

2)

零件精度和形狀復雜程度不斷提高

3)

生產品種的頻繁換型

3、技術上的可行性

1)

電子計算機的發(fā)明

2)

電子技術的發(fā)展

a、

現代控制理論的發(fā)展

b、

各種功能優(yōu)越件的產生

c、

大規(guī)模集成電路的出現

3)

新穎機械結構的出現

a、

滾珠絲杠—代替普通絲杠，動作更靈活，間隙更小，精度提高

b、

滾動導軌—代替滑動導軌，移動靈活，克服爬行和前沖現象

4)

機床動態(tài)特性的研究成果

使機床的剛度更好，主軸轉速更高，抗振性提高

數控機床簡介1.1概述數控技術是在復雜輪廓的航空零件和成型模具的制造的需要的基礎上發(fā)展起來的。

1952年，麻省理工學院和Parsons公司研制成功第一臺數控機床在MIT，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了制造自動化的發(fā)展。1.1概述

科學技術和社會生產的不斷發(fā)展，對機械產品的質量和生產率提出了越來越高的要求，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適應產品頻繁變化的柔性自動化機床。數字控制(NumericalControl，簡稱NC或數控)機床，就是在這樣的背景下誕生與發(fā)展起來的。它極其有效地解決了上述一系列矛盾，為單件、小批生產的精密復雜零件提供了自動化加工手段。一、數控機床概述什么是數控：數字程序控制簡稱數控NC，通常用數控指令控制機械運動。什么是數控機床：采用數控技術的機床，或者說裝備了數控系統(tǒng)的機床。數字控制機床是用數字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數控機床。

什么是加工中心：一般認為具備快速換刀機構的數控機床稱為加工中心。數控車床圖片數控車床返回立式數控銑床圖片臥式數控銑床返回數控磨床圖片返回立式加工中心1.1.1數控機床的基本概念數字控制（NC，numericalcontrol）用數字化信息對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法（GB8129-87）；

數控系統(tǒng)：實現數控技術的機電控制設備；是實現數字控制的裝置。1.1.1數控機床的基本概念計算機數控系統(tǒng)(ComputerNumericalControl，簡稱CNC)現代數控系統(tǒng)是采用微處理器中的系統(tǒng)程序(軟件)來實現控制邏輯，實現部分或全部數控功能，并通過接口與外圍設備聯接成為計算機數控(ComputerNumericalToo1)系統(tǒng)，簡稱CNC系統(tǒng)。具有CNC系統(tǒng)的機床稱為CNC機床1.1.1數控機床的基本概念數控機床（NumerialControlMachineTool)是用數字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的機床，或者說是裝備了數控系統(tǒng)的機床。它是一種技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備，是數控技術與機床相結合的產物。1.1.1數控機床的基本概念數控編程編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數據、工藝參數（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉、冷卻液開關、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。數控機床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數學處理、編寫零件程序、程序校驗1.1.2數控機床的基本原理過程用數控機床加工零件時，首先應將加工零件的幾何信息和工藝信息編制成加工程序，由輸入裝置送入數控系統(tǒng)，經過數控系統(tǒng)的處理、運算，按各坐標軸的分量送到各軸的驅動電路，經過轉換、放大去驅動伺服電動機，帶動各軸運動，并進行反饋控制，使刀具和工件及其它輔助運動裝置嚴格按要求運動。數控機床加工零件過程如圖所示。1.1.2數控機床的基本原理過程數控機床的基本原理過程1.1.2數控機床的基本原理過程選擇并確定需要進行數控加工的零件及內容；進行數控加工工藝設計；對零件圖形進行必要的數學處理；編寫加工程序(自動編程時為源程序，由計算機自動生成目標程序—加工程序)；按程序單制作控制介質；手動輸入或通訊輸入對程序進行校驗和修改；試運行；刀路模擬首件試加工與現場問題處理；數控加工工藝技術文件的編寫與存檔。數控加工過程1.1.3數控機床的基本組成1.1.3數控機床的基本組成1）控制介質控制介質是將零件加工信息傳送到數控裝置中去的信息載體1.1.3數控機床的基本組成2）數控系統(tǒng)

是數控機床的核心，通常是一臺具有專用系統(tǒng)軟件的微型計算機，它由輸入輸出接口線路、控制運算器和存儲器等構成。它接受控制介質上的數字化信息，經過控制軟件或邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機床的各個部分，進行規(guī)定的、有序的動作。1.1.3數控機床的基本組成3）伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是數控機床的執(zhí)行機構。是由驅動裝置（伺服驅動電路等、是伺服電機的動力源）和執(zhí)行部件（伺服電機）兩大部分組成。它接受數控裝置的指令信息，并按指令信息的要求控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移，以加工出符合圖樣要求的零件。伺服精度和動態(tài)響應是影響數控機床的加工精度、表面質量和生產效率的重要因素之一。

1.1.3數控機床的基本組成4）反饋系統(tǒng)

測量元件將數控機床各坐標軸的位移指令值檢測出來并經反饋系統(tǒng)輸入到機床的數控裝置中，數控裝置對反饋回來的實際位移值與設定值進行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達到設定值所需的信息指令1.1.3數控機床的基本組成5）輔助裝置裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的主運動換向、變速、啟停、刀具的選擇和更換，以及其它輔助裝置動作等指令信號，經過必要的編譯、邏輯判別和運算，經過功率放大后直接驅動相應的電器，帶動機床的機械部件、液壓裝置、氣動裝置等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。1.1.3數控機床的基本組成6）機床本體

與傳統(tǒng)的機床相比較，數控機床本體仍然由主傳動裝置、進給傳動裝置、床身及工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數控機床本體的整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)等的結構以及操縱機構發(fā)生了很大的改變,這種變化的目的是為了滿足數控機床高精度、高速度、高效率以及高柔性的要求。1.1.3數控機床的基本組成1.2數控機床的分類1.2.1按工藝用途分類1.金屬切削類數控機床：數車、數銑等2.金屬成型類數控機床：擠、沖、拉壓等3.數控特種加工數控機床：線切割、電火花4.其它類型的數控機床：三坐標測量儀1.2.2按功能水平分類高級型普通型經濟型

性能類別 CPU位數 聯動軸數分辨率(um進給速度顯示(m/min) 顯示高級型 32 5 <0.1 >24三維動態(tài)普及型 26 3 0.1~1010~24字符/圖形經濟型 8 <3 <10 <10 字符1.2.3按伺服系統(tǒng)分類1．開環(huán)控制數控機床1.2.3按伺服系統(tǒng)分類2．閉環(huán)控制數控機床1.2.3按伺服系統(tǒng)分類

3．半閉環(huán)控制數控機床（混合式）3．半閉環(huán)控制數控機床1.2.3按伺服系統(tǒng)分類

4、混合控制數控機床開環(huán)和閉環(huán)相結合1.2.4按運動軌跡分類（一）按控制軌跡的特點分類

1.點位控制數控機床：數控鉆床、鏜床、沖床（進給過程中不加工）

2.直線控制數控機床：簡易的數控車床、鏜床

（進給過程中可以加工）

3.輪廓控制數控機床：兩軸至五軸聯動機床（可以加工非直線輪廓）1.2.4按運動軌跡分類1.3數控機床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向1.3.1數控機床的發(fā)展歷程

1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學院研制成功了世界上第一臺數控機床。半個世紀以來，數控技術得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產效率不斷提高。數控機床的發(fā)展至今已經歷了兩個階段和六代。

1952年的第一代——電子管數控機床

1959年的第二代——晶體管數控機床

1965年的第三代——集成電路數控機床

1970年的第四代——小型計算機數控機床

1974年的第五代——微型計算機數控系統(tǒng)

1990年的第六代——基于PC的數控機床。1.3數控機床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向最新一代的數控機床：并聯機床（又稱6條腿數控機床、并聯運動學機器人、虛軸機床）是數控機床在結構上取得的重大突破。1994年，在美國芝加哥國際機床展覽會(IMTS’94)上，美國Giddings＆Lewis公司首次展出了Variax型并聯運動機床，引起各國機床研究單位和生產廠家的重視。它是一臺以Stewart平臺為基礎的5坐標立式加工中心，標志著機床設計開始采用并聯機構，是機床結構重大改革的里程碑。1.3數控機床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向并聯機床并聯機床并聯機床1.3.2數控機床發(fā)發(fā)展方向1．高速度高精度化（1）提高切削速度，不但可以提高加工效率、而且還可提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業(yè)實現高效、優(yōu)質、低成本生產有廣泛的適用性。（2）.精密化是為了適應高新技術發(fā)展的需要，也是為了提高普通機電產品的性能、質量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術的發(fā)展和對機電產品