數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)

數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)數(shù)控機(jī)床認(rèn)識(shí)項(xiàng)目項(xiàng)目一數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生項(xiàng)目二數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)項(xiàng)目三數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成與工作原理項(xiàng)目四數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床拓展項(xiàng)目項(xiàng)目一數(shù)控加工地位項(xiàng)目二數(shù)控機(jī)床發(fā)展方向第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

數(shù)控機(jī)床認(rèn)識(shí)項(xiàng)目模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)項(xiàng)目一數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

1.原因—社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展（軍備競賽的產(chǎn)物）

2.目的—解決單件、中小批量精密復(fù)雜零件的加工問題

3.時(shí)間—1948195219581959

第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五模塊一數(shù)控機(jī)床基本知識(shí)－NC機(jī)床認(rèn)識(shí)項(xiàng)目項(xiàng)目一數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的研制是為了為美國空軍用整塊材料而不是將材料鉚接或焊接起來制造飛機(jī)上的大型零部件

1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。

1949年，該公司在美國麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機(jī)床研究，

1952年試制成功第一臺(tái)由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)。

利用傳統(tǒng)工藝，如利用模塊或模板來加工，不僅耗時(shí)，而且成本昂貴，工藝復(fù)雜，由于大型零件的外輪廓尺寸容易利用數(shù)學(xué)函數(shù)式來表達(dá)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)一套控制系統(tǒng)來加工零件,并保證其精度。1959年第一臺(tái)加工中心誕生。第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五模塊一數(shù)控機(jī)床基本知識(shí)－NC機(jī)床認(rèn)識(shí)項(xiàng)目項(xiàng)目一數(shù)控機(jī)床的基本概念NC

數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（NumericalControl—NC），是利用數(shù)字化信息對機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。(2)CNC由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此，也可以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（ComputerizedNumericalControl—CNC）。(3)數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息控制的硬件和軟件的整體(4)數(shù)控裝置（NumericalController）數(shù)控系統(tǒng)的核心。第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)我國第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)1.用于復(fù)雜零件加工，加工精度和尺寸重復(fù)精度高,加工質(zhì)量穩(wěn)定性好

2.柔性好，通用性強(qiáng)

3.易于實(shí)現(xiàn)多功能、高復(fù)雜程度的控制

4.加工生產(chǎn)率高

5.減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善勞動(dòng)條件

6.可靠性高,經(jīng)濟(jì)性好

7.有利于向高級(jí)制造系統(tǒng)發(fā)展

數(shù)控機(jī)床的不足之處：投資大、使用費(fèi)用高，維修維護(hù)難度大以及對技術(shù)人員的技術(shù)水平要求較高。項(xiàng)目二數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)及工作原理一、數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)1.批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件；多品種小批量生產(chǎn)的零件用通用機(jī)床加工時(shí)，要求設(shè)計(jì)制造復(fù)雜的專用工裝或需很長調(diào)整時(shí)間。圖1-3表示了通用機(jī)床、專用機(jī)床和數(shù)控機(jī)床加工批量與成本的關(guān)系。從圖中可以看出，在多品種、中小批量生產(chǎn)情況下，采用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)成本更為合理。

2.幾何形狀復(fù)雜的零件；幾何形狀復(fù)雜的零件特別是形狀復(fù)雜、加工精度要求高或用數(shù)學(xué)方法定義的復(fù)雜曲線、曲面輪廓。從圖1-2中可以看出，數(shù)控機(jī)床非常適合加工形狀復(fù)雜的零件。

3.貴重的、不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件；

4.必須嚴(yán)格控制公差的零件。

5.需要全部檢驗(yàn)的零件；

6.試制件。（也可采用快速成形機(jī)）二、數(shù)控機(jī)床的適用范圍

第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)三、數(shù)控機(jī)床加工的不足之處

數(shù)控加工的不足之處

（1）數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，加工成本高，提高了起始階段的投資。

（2）技術(shù)復(fù)雜，增加了電子設(shè)備的維護(hù)，維修困難。

（3）對工藝和編程要求較高，加工中難以調(diào)整，對操作人員的技術(shù)水平要求較高。第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)

圖1-2各種機(jī)床的使用范圍

圖1-3各種機(jī)床的加工批量與成本的關(guān)系

第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床基本知識(shí)－構(gòu)成與工作原理

項(xiàng)目三數(shù)控機(jī)床的工作原理及構(gòu)成零件加工程序程序載體輸入裝置數(shù)控裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置輔助控制裝置檢測反饋裝置機(jī)床本體加工圖紙注：機(jī)床本體：機(jī)床主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)動(dòng)加工零件第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床基本知識(shí)－構(gòu)成與工作原理

第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床基本知識(shí)－構(gòu)成與工作原理

在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，要事先根據(jù)零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和刀具參數(shù)，再按規(guī)定編寫零件數(shù)控加工程序，然后通過手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI）方式或與計(jì)算機(jī)通訊等方式將數(shù)控加工程序送到數(shù)控系統(tǒng)，在數(shù)控系統(tǒng)控制軟件的支持下，經(jīng)過分析處理與計(jì)算后發(fā)出相應(yīng)的指令，通過伺服系統(tǒng)使機(jī)床按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而控制機(jī)床進(jìn)行零件的自動(dòng)加工。下面通過介紹數(shù)控機(jī)床的組成對這一過程進(jìn)行說明。第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床基本知識(shí)－構(gòu)成與工作原理項(xiàng)目三數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成操作面板2.控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備3.通訊4.CNC裝置(CNC單元)5.伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測量裝置6.PLC(ProgrammableLogicController)、機(jī)床I/O電路和裝置7.機(jī)床第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類

一、按加工工藝分

二、按控制刀具與工件相對運(yùn)動(dòng)方式分

三、按伺服裝置的功能水平分類

四、按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分

五、按控制系統(tǒng)的功能水平分類項(xiàng)目四數(shù)控機(jī)床的分類第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（一）

第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（一）

立式綜合切削中心機(jī)

臥式綜合切削中心機(jī)

第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（一）

盤型刀具庫鏈條型刀具庫有臂式的換刀臂第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（一）

第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五問題1、NC、CNC含義如何？2、按加工工藝分?jǐn)?shù)控機(jī)床分為哪幾類？第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（二）

二、按控制刀具與工件相對運(yùn)動(dòng)方式分1.點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床2.點(diǎn)位-直線控制的數(shù)控機(jī)床3.輪廓控制的數(shù)控機(jī)床第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（二）

1.點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)（PositioningControl）

僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動(dòng)；對軌跡不作控制要求；運(yùn)動(dòng)過程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)。第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（二）

2.點(diǎn)位-直線控制的數(shù)控機(jī)床（Straight-lineControl）不但要求實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動(dòng)；控制刀具或機(jī)床工作臺(tái)以給定速度,沿平行于某一坐標(biāo)軸方向，或沿著與坐標(biāo)軸成一定角度的斜線方向，由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng)并進(jìn)行切削加工。適用范圍：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控車床、加工中心等。一般情況下這些數(shù)控機(jī)床有兩到三個(gè)可控軸，但同時(shí)控制軸數(shù)只有一個(gè)。第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（二）

3.輪廓控制的數(shù)控機(jī)床（ContourControl）

具有控制幾個(gè)進(jìn)給軸同時(shí)諧調(diào)運(yùn)動(dòng)(坐標(biāo)聯(lián)動(dòng))，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面零件的機(jī)床?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（三）

三、按伺服裝置的功能水平分類

按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為1開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)2閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為（1）全閉環(huán)（2）半閉環(huán)開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（三）三、按伺服裝置的功能水平分類

1.開環(huán)控制系統(tǒng)（OpenLoopControl）

系統(tǒng)沒有位置反饋元件，通常用功率步進(jìn)電機(jī)或電液伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。精度主要取決于伺服元件和機(jī)床傳動(dòng)元件的精度、剛度和動(dòng)態(tài)特性。特點(diǎn)：系統(tǒng)簡單，調(diào)試維修方便，工作穩(wěn)定，成本較低，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)，無位置速度反饋，控制精度較低第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（三）2.閉環(huán)控制系統(tǒng)（ClosedLoopControl）

在機(jī)床移動(dòng)部件上裝有位置檢測裝置，用偏差進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)精確定位。精度主要取決于測量元件的精度。

優(yōu)點(diǎn)：精度高，采用交流或直流伺服驅(qū)動(dòng)及伺服電機(jī)，有直線位移、速度檢測裝置，價(jià)格貴，調(diào)試?yán)щy主要用于：精度要求較高的機(jī)床。第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（三）3.半閉環(huán)控制系統(tǒng)（Semi-closedLoopControl）

位置檢測裝置安裝在傳動(dòng)絲杠的端部，間接測量執(zhí)行部件的實(shí)際位置。

特點(diǎn)：精度介于開環(huán)與閉環(huán)之間，調(diào)試方便，穩(wěn)定性好，應(yīng)用較廣。精度較高，采用交流或直流伺服驅(qū)動(dòng)及伺服電機(jī)，有角位移、角速度檢測裝置，結(jié)構(gòu)緊湊。第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（四）四、按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分2軸聯(lián)動(dòng)（平面曲線）3軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面）5軸聯(lián)動(dòng)及6軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面，端銑刀）。

聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。

第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)－分類（五）五、按控制系統(tǒng)的功能水平分類控制系統(tǒng)功能高檔中檔低檔（經(jīng)濟(jì)型）主軸功能無級(jí)變速、C軸功能機(jī)械變速分辯率0.1μm1μm10μm進(jìn)給速度15~100m/min15~24m/min8~15m/min伺服驅(qū)動(dòng)閉環(huán)半閉環(huán)開環(huán)電機(jī)交、直流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2~4軸或2~5軸2~3軸通信功能MAP，聯(lián)網(wǎng)功能RS232C、RS485無顯示功能三維圖形彩顯CRT圖形顯示數(shù)碼或CRT字符內(nèi)裝PLC有有無主CPU32位或64位16位或32位8位第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)數(shù)控機(jī)床拓展項(xiàng)目工業(yè)化國家經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的50%（日本）至68%（美國）是由制造業(yè)創(chuàng)造的，制造業(yè)對發(fā)展國家經(jīng)濟(jì)有決定性的影響，而發(fā)展機(jī)床業(yè)是發(fā)展制造業(yè)的根本。

數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造業(yè)的主流設(shè)備，是體現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)水平、現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)工藝水平的重要標(biāo)志，是關(guān)系國計(jì)民生、國防尖端建設(shè)的戰(zhàn)略物資。當(dāng)年的“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”都與此有關(guān)。

項(xiàng)目一數(shù)控加工地位第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)數(shù)控機(jī)床拓展項(xiàng)目“東芝事件”（1）東芝賺錢蘇聯(lián)獲利（2）蘇日聯(lián)手借道挪威

1987年5月27日，日本警視廳逮捕了日本東芝機(jī)械公司鑄造部部長林隆二和機(jī)床事業(yè)部部長谷村弘明。東芝機(jī)械公司曾與挪威康士堡公司合謀，非法向前蘇聯(lián)出口大型銑床等高技術(shù)產(chǎn)品，林隆二和谷村弘明被指控在這起高科技走私案中負(fù)有直接責(zé)任。此案引起國際輿論一片嘩然，這就是冷戰(zhàn)期間對西方國家安全危害最大的軍用敏感高科技走私案件之一,克格勃從日本成功走私了一批高科技產(chǎn)品，大大降低了潛艇噪音，使美國海軍難以追蹤，美國海軍第一次喪失對蘇聯(lián)海軍艦艇的水聲探測優(yōu)勢，直到今天，美國海軍仍沒有絕對把握去發(fā)現(xiàn)新型的俄羅斯?jié)撏А?/p>

數(shù)控加工地位