精密机床概念讲座

1、一、精密数控机床概述一、精密数控机床概述1.11.1 精密数控机床的概念精密数控机床的概念1.21.2 精密数控机床的重要性精密数控机床的重要性1.31.3 精密数控机床的与数控加工中心的分类精密数控机床的与数控加工中心的分类1.4 1.4 数控机床发展历程、市场规模及增长性数控机床发展历程、市场规模及增长性1.5 1.5 中国机床行业市场预测及展望中国机床行业市场预测及展望1、数控机床概念、数控机床概念 机床（英文名称：machine tool）是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加

2、工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。精密数控加工技术精密数控加工技术数控技术数控技术机床机床数控系统数控系统外围技术外围技术基础件基础件配套件配套件数控装置数控装置驱动系统驱动系统位置反馈位置反馈系统系统刀具系统刀具系统编程技术编程技术管理技术管理技术床身床身立柱立柱工作台工作台刀架刀架刀库刀库丝杠丝杠导轨导轨硬件硬件软件软件伺服系统伺服系统电动机电动机光栅光栅光电编码器光电编码器磁栅磁栅感应同步器感应同步器测速发电机测速发电机旋转变压器旋转变压器刀片刀片刀杆

3、刀杆编程机编程机编程系统编程系统PLC CPU RAM ROM 接口接口控制软件控制软件顺序程序顺序程序步进电动机步进电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机普通机床与数控机床普通机床与数控机床普通车床数控车床普通机床普通机床具有手动加工和机动加工功能，加工过程全部由人工干预。主传动和进给传动一般采用三相交流异步电动机，由变速箱实现多极变速以满足工艺要求，机床传动链长。加工过程中，必须由人工不断地进行测量，保证工件的加工精度。普通机床与数控机床普通机床与数控机床数控机床数控机床具有手动加工（电手轮）、机动加工和控制程序自动加工功能，加工过程一般不需人工干预。具有CRT屏幕显示功能，自动报

4、警显示功能。普通机床不具备此功能。主传动和进给传动采用直流或交流无级调速伺服电动机一般没有主轴变速箱和进给变速箱，传动链短。普通机床与数控机床普通机床与数控机床数控机床数控机床具有工件测量系统。加工过程中不需进行工件尺寸的人工测量。CNC机床与普通机床最显著的区别当加工对象（工件）改变，CNC机床只需改变加工程序（应用软件），而不需对机床做较大的调整，就能加工出各种不同的工件。普通机床与数控机床普通机床与数控机床2、精密数控机床的重要性、精密数控机床的重要性u数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；u是国家的战略技术;u基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；

5、u专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争；应用于汽车、航天、军工等行业.案例：揭秘日本东芝公司与克格勃的潜艇秘密交易 1983年早春的一个深夜，由苏联海运公司开到日本的万吨货轮“老共产党员”号，从日本芝浦码头出港，运走了数十箱“九余度推进器电脑工作母机”的部件。按照日本人的说法，苏联人购买这些母机的用途，除了使潜艇的推进性能改善之外，还能使当时正在建造中的新型航空母舰的推进器得到改进。这就是轰动一时的“东芝公司违反巴统输出事件”。这次事件的后果是严重的：美国海军第一次丧失了对苏联海军舰艇的水声探测优势，直到今天，美国海军仍没有绝对把握去发现新型的俄罗斯潜艇。 东芝赚钱

6、东芝赚钱 苏联获利苏联获利 勃列口涅夫统治后期，苏联在农、业和居民消费品方面的生产陷入困境，政府每年都要从扑不充裕的外汇储备中拿出相当一部分用于进口粮食。l978年，受寒流影响，苏联的粮食产量锐减，不得不严格限制其他进口项日，以保证进口粮食所需的资金，工业机械设备的进口几乎全部停止。当时，日本是苏联主要的工业设备提供者，日本数十家公司驻莫斯科的代表，无不为获得出口合同四处奔走。 东芝赚钱东芝赚钱 苏联获利苏联获利 日本东芝公司为了开拓苏联这个巨大的市场，于1980年派了几名高级职员，在莫斯科召开酒会，跟苏联的政府官员套交情，设法获得订单。在这次酒会上，苏联技术机械进口公司的副总裁奥西波夫悄悄告

7、诉主持酒会的东芝职员：“苏联正需要一种大型船舶推进器的工作母机。东芝是制造工业机械的行家，相信这种工作母机在日本已经可以生产了。” 东芝赚钱东芝赚钱 苏联获利苏联获利 奥西波夫的来头很大，他实际上就是日本公司驻苏联代表处人员口中的“K帮”人物(“K帮”是苏联国家安全委员会克格勃的代称)。在莫斯科搞贸易的人都知道，奥西波夫是有权批准任何贸易协定的重要人物，他的话具有绝对的权威，哪家公司如果违抗了他的意愿，它在莫斯科甚至苏联的业务就得宣告终止。 东芝赚钱东芝赚钱 苏联获利苏联获利 酒会还没结束，一份加急电传就被迅速发回东京东芝公司总部：“火速寻找加工螺旋桨推进器的工作母机!”几天后，东芝公司产品部

8、的高级职员就携带着拥有最新技术的“九余度推进器电脑工作母机”的各种数据及结构蓝图飞往莫斯科。 东芝赚钱东芝赚钱 苏联获利苏联获利 日本公司驻莫斯科的业务代表们都有一句口头禅：“杀价，杀价，再杀价，还你两成是奇迹，五成成交是常事。”在东芝公司和苏联就这种工作母机讨价还价的过程中，东芝总部认为这笔交易风险太大，特意打电报指示其驻莫斯科的商业代表，如果苏方杀价太狠，则无须达成交易。 东芝赚钱东芝赚钱 苏联获利苏联获利 东芝公司的报价是每部母机lO亿日元(按当时汇率，约为500万美元)，苏方的反应非常意外，他们要一次购头4部母机，并超量购买配件，而杀价的幅度却破天荒地仅为两成。东芝公司的代表虽然差点高

9、兴得笑出来，表面却还是不肯同意苏方的价格。为了增加谈判的筹码，东芝公司的职员说：“除了我们东芝，任何资本主义国家都不可能有此种胆量!”据说，这是东芝在对苏贸易中惟一次吊苏联人的胃口。 东芝赚钱东芝赚钱 苏联获利苏联获利 最后，交易以87折成交，东芝都不相信，4部工作母机能卖到35亿日元。然而，这场交易中真正得利的还是苏联：也们得到的产品是不能以价格来衡量的。因为这些技术的应用在海军舰艇方面使北约和美国一下子失去了原有的优势。 苏日联手苏日联手 借道挪威借道挪威 在当时冷战的背景下，对社会主义国家的出口，要受到“巴黎统筹委员会”(简称“巴统”，由除冰岛以外的北约国家与日本等国组成)的限制。“九余

10、度推进器电脑工作母机”在当时属于最先进的工业技术产品，苏联根本无法自行设计制造。由于该设备可用于加工军用舰艇的螺旋桨，大大减少舰艇的噪音，明显属于被“巴黎统筹委员会”禁止向苏联出口的机械设备。 苏日联手苏日联手 借道挪威借道挪威 东芝和克格勃都非常清楚这种限制，因此，在商业谈判完成后，双方就开始考虑，如何把电脑工作母机顺利运往苏联。 莫斯科很快指示，把挪威作为转运地。东芝先将工作母机出口到挪威，挪威也是北约国家，这样做不违反“巴统”规定。实际上，挪威早就向苏联提供了火炮自动瞄准计算机，而这种计算机也是“巴统”严格禁止向苏联出口的。可见，苏联和挪威之间早就建立了送交特殊货物的秘密渠道。 苏日联手

11、苏日联手 借道挪威借道挪威 根据合同，东芝公司必须负责4部母机的安装、调试，直到正常运转。同时，还要训练苏方的技术人员，直到他们能完全操作为止。苏方扣下l0的价款，直到东芝完成合同所规定的条款后才给付这笔尾款。但苏联军方后来临时改变主意，只要求东芝公司安装两台机械，剩下的两部坚持由他们自己的技术人员来处理。3、数控机床的分类、数控机床的分类按工具与工件的相对运动轨迹分类点位控制点位控制、直线控制直线控制、轮廓控制轮廓控制按伺服机构的控制方式分类开环控制开环控制、闭环控制闭环控制、半闭环控制半闭环控制按加工方式分类 分类分类点位控制系统点位控制系统这类控制方式只要求控制刀具从一点移到另一点的准确

12、位置，而对运动轨迹原则上不加控制。数控机床在刀具移动的过程中，并不进行切削加工，而是作快速空行程的定位运动。属于点位控制的数控机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。数控机床的分类（数控机床的分类（1）点位控制系统点位控制系统在从点1到点2的轨迹中，刀具不切削。因此可以从任意选择的方向接近点2。现在图示的是2种可能的路径。数控机床的分类（数控机床的分类（1）直线控制系统直线控制系统这类控制方式除了控制点与点之间的准确位置外，还要保证被控制的两点间移动的轨迹是一条直线而且移动的速度是给定的。在两点间移动时，刀具切削材料，进行加工。一般的简易数控系统均属于直线控制系统。数控机床的分类（数控

13、机床的分类（1）直线控制系统直线控制系统必须沿着平行于某一坐标轴方向，或沿着与坐标轴成45度的直线。在这个例子中，显示的是关于铣削的一个直线控制系统。工件的a-b-c外形被加工。注意数控机床的分类（数控机床的分类（1）轮廓控制系统轮廓控制系统该系统能对刀具相对零件的运动轨迹进行连续控制，以加工任意斜率的直线、圆弧、抛物线或其它函数关系的曲线。刀具以一定的进给速度运动的同时，进行加工。数控铣床、功能完善的数控车床、数控凸轮磨床等均采用。数控机床的分类（数控机床的分类（1）轮廓控制系统轮廓控制系统 装置系统一般都是两坐标或两坐标以上的多坐标联动控制系统，装置系统一般都是两坐标或两坐标以上的多坐标联

14、动控制系统，其功能齐全，可加工任意形状的曲线或型腔，如平板凸轮。其功能齐全，可加工任意形状的曲线或型腔，如平板凸轮。二轴三轴五轴四轴数控机床的分类（数控机床的分类（1）伺服系统伺服系统伺服系统又称伺服机构。伺服系统又称伺服机构。作用：作用：把来自数控装置的信号转换为机床移动把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动。部件的运动。其性能是决定机床的加其性能是决定机床的加工精度、表面质量和生工精度、表面质量和生产效率的主要因素之一。产效率的主要因素之一。数控机床的分类（数控机床的分类（2）开环伺服系统开环伺服系统通常通常不带位置测量元件不带位置测量元件，伺服驱动元件为步进电机。，伺服驱动元件为步

15、进电机。对实际传动机构的动作情况不进行检查，没有被控制对象对实际传动机构的动作情况不进行检查，没有被控制对象的反馈值，指令发送出去不再反馈回来，称为的反馈值，指令发送出去不再反馈回来，称为开环控制开环控制。优点优点是结构简单，调试容易，价格便宜。但是控制精度和是结构简单，调试容易，价格便宜。但是控制精度和运动速度受到限制。运动速度受到限制。数控机床的分类（数控机床的分类（2）闭环伺服系统闭环伺服系统必须必须具备测量元件具备测量元件。直接在移动工作台上安装直线位移检测装置如光栅、磁尺、直接在移动工作台上安装直线位移检测装置如光栅、磁尺、感应同步器等，检测出来的反馈信号与输入指令相比较，用比较感应

16、同步器等，检测出来的反馈信号与输入指令相比较，用比较的差值进行控制，直至差值消除时停止，这叫的差值进行控制，直至差值消除时停止，这叫闭环控制闭环控制。优点优点是控制精度高，但是安装、调试和维护比较复杂，而且是控制精度高，但是安装、调试和维护比较复杂，而且价格昂贵。价格昂贵。数控机床的分类（数控机床的分类（2）半闭环伺服系统半闭环伺服系统对工作台的实际位置不进行检查测量，而是通过与伺服电对工作台的实际位置不进行检查测量，而是通过与伺服电机（执行单元）有机联系的测量元件（如测速电机、光电编码机（执行单元）有机联系的测量元件（如测速电机、光电编码器等）检测出伺服电机的转角，间接推算出工作台实际位移量

17、，器等）检测出伺服电机的转角，间接推算出工作台实际位移量，用此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。用此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于检测的不是工作台的位移，所以称之为由于检测的不是工作台的位移，所以称之为半闭环半闭环。半闭环精度没有闭环高，但调试却比闭环容易。半闭环精度没有闭环高，但调试却比闭环容易。数控机床的分类（数控机床的分类（2）按加工方式进行数控机床的分类按加工方式进行数控机床的分类金属切削类机床车、加工中心、钻、磨、镗。车、加工中心、钻、磨、镗。金属成型类机床数控折弯机、数控回转头压力机数控折弯机、数控回转头压力机数控特种加工机床数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控

18、线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床数控激光切割机床其他类型数控三坐标测量机数控三坐标测量机分类分类数控机床的分类（数控机床的分类（3）数控机床分类表数控机床分类表数控机床的种类数控机床的种类数控电加工机床数控电加工机床数控金属成型机床数控金属成型机床印刷电路基板、多孔零件印刷电路基板、多孔零件数控车床数控车床加工中心机床加工中心机床数控铣床数控铣床数控钻床数控钻床数控镗床数控镗床数控磨床数控磨床控制系统类别控制系统类别点位、直线控制点位、直线控制轮廓控制轮廓控制点位、直线控制点位、直线控制开环、半闭环、闭环开环、半闭环、闭环特殊用途的轮廓控制特殊用途的轮廓控制点位、直线控制点位、

19、直线控制轮廓控制轮廓控制点位控制点位控制开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环、闭环开环、半闭环、闭环开环、半闭环、闭环开环、半闭环、闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环闭环闭环闭环、半闭环闭环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环点位、直线控制点位、直线控制点位、直线控制点位、直线控制轮廓控制轮廓控制轮廓控制轮廓控制执行机构类别执行机构类别加工对象类别加工对象类别没锥度、圆弧的轴没锥度、圆弧的轴有锥度、圆弧的轴有锥度、圆弧的轴齿轮箱、框架等箱体齿轮箱、框架等箱体飞机零件的轮廓加工飞机零件的轮廓加工箱体箱体平面轮廓

20、的凸轮、样板、平面轮廓的凸轮、样板、冲模、压、铸模冲模、压、铸模箱体箱体精密箱体精密箱体凸轮、轧辊、冲模凸轮、轧辊、冲模模具模具冲压，板材、弯管等冲压，板材、弯管等数控机床的分类数控机床的分类数控车床数控车床具有仿形功能的加工中心具有仿形功能的加工中心数控钻削中心数控钻削中心卧式铣镗床卧式铣镗床龙门式平面磨床龙门式平面磨床五轴五联动数控镗铣床五轴五联动数控镗铣床三坐标测量仪三坐标测量仪加工中心的基本概念加工中心的基本概念 加工中心的含义 加工中心的基本结构 加工中心的种类 加工中心的发展动向加工中心加工中心加工中心：由机械设备与数控系统组成的适用于复杂由机械设备与数控系统组成的适用于复杂零件加

21、工的高效自动化机床。零件加工的高效自动化机床。 这种机床可装若干把刀具，能自动更换刀具，能在工件这种机床可装若干把刀具，能自动更换刀具，能在工件一次装卡中自动完成多种工序如铣、镗、钻、扩、铰、锪、一次装卡中自动完成多种工序如铣、镗、钻、扩、铰、锪、攻螺纹等。攻螺纹等。 镗铣类加工中心镗铣类加工中心以镗为主，又称为以镗为主，又称为“自动换刀数控镗自动换刀数控镗铣床铣床” 铣镗类加工中心铣镗类加工中心以铣为主以铣为主 钻铣类加工中心钻铣类加工中心以钻为主以钻为主世界第一台加工中心 19581958年，美国年，美国K&TK&T公司公司Machining CenterMachining

22、 Center加工中心的基本概念加工中心的基本概念车削加工中心立式加工中心加工中心的基本结构加工中心的基本结构CNCCNC数控系统数控系统 中央处理器：存储器、运算器、控制器、总线中央处理器：存储器、运算器、控制器、总线输入、输出接口输入、输出接口伺服系统伺服系统机械本体机械本体加工中心的基本概念加工中心的基本概念机械本体机械本体结构简单、精度高、结构刚性好、对可靠性要求高。结构简单、精度高、结构刚性好、对可靠性要求高。具有对零件进行多工序加工的能力，具有一套具有对零件进行多工序加工的能力，具有一套自动换自动换刀装置刀装置。加工中心的基本概念加工中心的基本概念自动换刀装置自动换刀装置u自动换刀

23、装置的主要组成：自动换刀装置的主要组成：刀库、机械手、驱动刀库、机械手、驱动机构等。机构等。u各不相同：各不相同：换刀过程、选刀方式、刀库机构、机换刀过程、选刀方式、刀库机构、机械手类型。械手类型。u相同：相同：由电机或液压或气动机构驱动刀库和机械由电机或液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与更换。手实现刀具的选择与更换。加工中心的发展动向加工中心的发展动向提高主轴转速提高主轴转速提高进给速度提高进给速度缩短辅助时间缩短辅助时间提高加工精度提高加工精度缩短非加工时间缩短非加工时间提高自动化程度提高自动化程度特殊功能附件特殊功能附件加工中心的基本概念加工中心的基本概念4、数控机床的发展历

24、程、市场、数控机床的发展历程、市场规模及增长性规模及增长性u数控机床发展历程u数控机床优点、适用范围u市场规模及增长性数控机床发展历程数控机床发展历程 1952年美国麻省理工学院研制成数控铣床后，随着电子技术、计算机技术、自动控制技术和精密测量技术的发展，以集成电路的集成度为推动力，先后经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、小型计算机（CNC）和微型机（MNC）数控系统等5个发展阶段。数控机床发展历程数控机床发展历程 进入21世纪，国家实施振兴装备制造业的战略，在国家的政策支持的推动和市场需求的拉动下，机床产品需求旺盛，使中国机床行业迅速发展。 自2002年开始，中国成为世界机床消费第一大国、

25、机床进口第一大国，国产机床所占比逐年提升。 中国机床行业基本格局为低端产品产能过剩，中高端数控机床依赖进口。 普通机床向经济型数控机床升级已经不能满足产业的发展，需求将向精密、高效、专用、大型等中高端和大型数控机床倾斜。l 中国机床产值的M/Sl 机床数控化比率来源：机床工具行业协会数控机床的优点数控机床的优点对加工对象改型的适应性强。加工精度高。加工生产率高。减轻劳动强度、改善劳动条件。能加工复杂型面。有利于生产管理的现代化。可向更高级的制造系统发展。数控机床的适用范围数控机床的适用范围多品种小批量零件。结构形状复杂，精度要求较高的零件。需要频繁改形的零件。价格昂贵，不允许报废的关键零件。需要最小生产周