数控教育讲习一学习教案

1、会计学1数控教育数控教育(jioy)讲习一讲习一第一页，共76页。发发展展(f(fzhzhn) n) 机械加工工艺机械加工工艺(gngy)(gngy)过过程的自动化程的自动化 质量质量(zhling)(zhling)对产品对产品 生产率生产率 要求要求越来越越来越高高解决的重要措施之一解决的重要措施之一一、数控机床的产生一、数控机床的产生科学技术科学技术 社会生社会生产产第1页/共76页第二页，共76页。大批量大批量 生产生产 采用采用“刚性刚性(n xn)”(n xn)”自动化自动化 设备设备小批量小批量 生产生产 采用采用(ciyng)“(ciyng)“柔性柔性”自动化自动化 设备设备数字

2、控制机床等灵活通用的、能适应产数字控制机床等灵活通用的、能适应产品品(chnpn)(chnpn)频繁变化的柔性自动化机频繁变化的柔性自动化机床床设备设备自动机床、组合机床、专用自自动机床、组合机床、专用自动线等刚性自动化机床动线等刚性自动化机床设备设备第2页/共76页第三页，共76页。将加工过程所需的各种操作将加工过程所需的各种操作(cozu)(cozu)（如主（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代

3、码表示，代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁带）将数字信息通过控制介质（如穿孔纸带或磁带）将数字信息送入专用的或通用送入专用的或通用(tngyng)(tngyng)的计算机，计算机的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。动加工出所需要的工件。数控机床数控机床(sh kn (sh kn j chun):j chun):第3页/共76页第四页，共76页。世界上第一台数控机床是数控镗铣加工世界上第一台数控机床是数控镗铣加工中心机床，产

4、生于中心机床，产生于2020世纪世纪4040年代。年代。19481948年由美国帕森斯（年由美国帕森斯（Parsons Co.Parsons Co.）公司提出利用公司提出利用(lyng)(lyng)电子计算机控制电子计算机控制机床加工复杂曲线样板。机床加工复杂曲线样板。19521952年由美国军方和麻省理工学院（年由美国军方和麻省理工学院（MITMIT）研制出了第一台三坐标立式数控）研制出了第一台三坐标立式数控铣床。铣床。第4页/共76页第五页，共76页。答答: :四个步骤四个步骤(bzhu):(bzhu):二、数控机床的组成和工作二、数控机床的组成和工作(gngzu)(gngzu)原理原理首

5、先了解首先了解(lioji)(lioji)一下在数控机床上一下在数控机床上加工零件通常需要几个步骤加工零件通常需要几个步骤第5页/共76页第六页，共76页。2)2)根据程序单，制作穿孔带。根据程序单，制作穿孔带。3)3)通过阅读装置将穿孔带的代码逐段输入到数控装通过阅读装置将穿孔带的代码逐段输入到数控装置。置。4)4)数控装置将代码进行译码，寄存和运算之后，向数控装置将代码进行译码，寄存和运算之后，向机床伺服机构发出讯号，以驱动机床的各个运动机床伺服机构发出讯号，以驱动机床的各个运动部件，并控制其它必要的辅助操作，如变速、开部件，并控制其它必要的辅助操作，如变速、开关关(kigun)(kigu

6、n)冷却液、松夹工件及刀具转位等，冷却液、松夹工件及刀具转位等，最后加工出合格的零件。最后加工出合格的零件。1 1）根据加工零件的图纸与工艺方案，）根据加工零件的图纸与工艺方案，用规定的代码用规定的代码(di m)(di m)和程序格式编和程序格式编写程序单。写程序单。第6页/共76页第七页，共76页。图示的机床组成方式图示的机床组成方式(fngsh)(fngsh)为为 - -开环系统开环系统程序程序(chngx)(chngx)载体载体数控装置数控装置(zhungzh)(zhungzh)伺服系统伺服系统机床部分机床部分测量装置测量装置检测检测反馈反馈机床上加虚线部分的测量装机床上加虚线部分的测

7、量装置后机床组成方式为置后机床组成方式为 -闭环系统闭环系统可以将机床所得到的检测结可以将机床所得到的检测结果再反馈到数控装置中去。果再反馈到数控装置中去。由此，可知数控机床通常由四部分组成。由此，可知数控机床通常由四部分组成。第7页/共76页第八页，共76页。程序程序(chngx)(chngx)载体载体输入输入(shr)(shr)装置装置数控数控装置装置(zhungzh)(zhungzh)伺服驱动伺服驱动系统系统强电控制强电控制装置装置检测检测装置装置机床（主运动、机床（主运动、进给运动、进给运动、辅助操作）辅助操作）具体而言，数控机床的基本组成如下图所示：第8页/共76页第九页，共76页。

8、常用的控制常用的控制(kngzh)(kngzh)介质有：穿孔带、穿孔介质有：穿孔带、穿孔卡、磁带。卡、磁带。使用最多的是八位使用最多的是八位(b wi)(b wi)标准穿孔带（如图所标准穿孔带（如图所示）。示）。1 1、程序、程序(chngx)(chngx)载体载体人要对数控机床进行控制必须人要对数控机床进行控制必须 在人与机在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即媒介物即 -程序载体（又称控制介质）。程序载体（又称控制介质）。第9页/共76页第十页，共76页。输入装置的作用就是程序载体上的数控代码信息输入装置的作用就是程序载体上的数控代码信息转换为

9、相应的电脉冲信号传送至数控装置的内存转换为相应的电脉冲信号传送至数控装置的内存储器。储器。输入装置最早使用光电阅读机阅读穿孔带；输入装置最早使用光电阅读机阅读穿孔带；以后大量使用磁记录原理的磁带机和软盘驱动器以后大量使用磁记录原理的磁带机和软盘驱动器；还有通过数控装置控制面板上的输入键，按工作还有通过数控装置控制面板上的输入键，按工作的程序清单用手工的程序清单用手工(shugng)(shugng)方式直接输入内存方式直接输入内存储器；储器；也可以用通信方式由计算机直接传送给数控装置也可以用通信方式由计算机直接传送给数控装置。2 2、输入、输入(shr)(shr)装置装置第10页/共76页第十一

10、页，共76页。阅读装置阅读装置(zhungzh)(zhungzh)分为机械式和光分为机械式和光电式两种。电式两种。如图，光电穿如图，光电穿孔带阅读机的孔带阅读机的原理是：用红原理是：用红外光敏元件外光敏元件(yunjin)(yunjin)识识别穿孔带上每别穿孔带上每排孔的代码，排孔的代码，将孔的排列图将孔的排列图案转换为电信案转换为电信号送数控装置号送数控装置第11页/共76页第十二页，共76页。输入装置：接受输入装置：接受由穿孔由穿孔(chunkng)(chunkng)带阅带阅读机输出的代码读机输出的代码，经过识别与译，经过识别与译码之后分别输送码之后分别输送到个相应的寄存到个相应的寄存器，

11、这些指令与器，这些指令与数据将作为控制数据将作为控制器与运算器的原器与运算器的原始数据。始数据。3 3、数控装置、数控装置(zhungzh):(zhungzh):是数控机床的中是数控机床的中心环节心环节第12页/共76页第十三页，共76页。控制器：接受输控制器：接受输入装置的指令，入装置的指令，根据指令控制运根据指令控制运算器与输出装置算器与输出装置，以实现对机床，以实现对机床的各种操作的各种操作(cozu)(cozu)（如主（如主轴的变速或冷却轴的变速或冷却液的开关）以及液的开关）以及控制整机的工作控制整机的工作循环。循环。第13页/共76页第十四页，共76页。运算器：接受控制运算器：接受控

12、制器的指令，将输入器的指令，将输入装置送来的数据进装置送来的数据进行某种运算，并不行某种运算，并不断地向输出装置送断地向输出装置送出运算结果出运算结果(ji (ji gu)gu)，使伺服系统，使伺服系统执行所要求的运动执行所要求的运动。第14页/共76页第十五页，共76页。输出装置：根据输出装置：根据控制器的指令将控制器的指令将运算器送来的计运算器送来的计算结果输送到伺算结果输送到伺服系统，经过功服系统，经过功率的放大，驱动率的放大，驱动相应的坐标轴，相应的坐标轴，使机床完成刀具使机床完成刀具相对工件相对工件(gngjin)(gngjin)的运的运动。动。第15页/共76页第十六页，共76页。

13、4 4、强电、强电(qin din)(qin din)控制控制装置装置主要功能是接受数控装置所控制的内置式可主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器（编程控制器（PLCPLC）输出的主轴变速、换向、）输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择和更换，分度工作启动或停止，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件台的转位和锁紧，工件(gngjin)(gngjin)的夹紧或的夹紧或松开，切削液的开或关等辅助操作的信号，松开，切削液的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，诸如经功率放大直接驱动相应的执行元件，诸如接触器、电磁阀等，接触器、电磁阀等，从而事先数控机床在

14、加工过程中的全部自动从而事先数控机床在加工过程中的全部自动操作。操作。第16页/共76页第十七页，共76页。伺服系统包括伺服系统包括(boku):(boku):驱动装置、执行部件两驱动装置、执行部件两大系统。大系统。常用伺服系统有常用伺服系统有: :功率步进电动机，直流伺服功率步进电动机，直流伺服电动机，交流电动机，交流(jioli)(jioli)伺服电动机等伺服电动机等伺服系统与脉冲编码器的组合构成了较理想的伺服系统与脉冲编码器的组合构成了较理想的半闭环伺服系统，已经被广泛采用。半闭环伺服系统，已经被广泛采用。5 5、伺服系统：是数控机床的最后、伺服系统：是数控机床的最后(zuhu)(zuh

15、u)环节环节伺服系统接受来自数控装置的指令信息伺服系统接受来自数控装置的指令信息，严格按照指令信息的要求带动机床的，严格按照指令信息的要求带动机床的移动部件，以加工出符合图纸要求的零移动部件，以加工出符合图纸要求的零件。件。第17页/共76页第十八页，共76页。通常对数控机床设计在机床的精度通常对数控机床设计在机床的精度(jn d)(jn d)、静刚度、动刚度和热刚度等方面提出了更高、静刚度、动刚度和热刚度等方面提出了更高的要求，而传动链则要求尽可能简单。的要求，而传动链则要求尽可能简单。目的是为了目的是为了(wi le)(wi le)满足数控技术的要求和从分满足数控技术的要求和从分发挥数控机

16、床的特点。发挥数控机床的特点。6 6、机、机 床床与传统的机床相比，数控机床的外部造型、整与传统的机床相比，数控机床的外部造型、整体布局，传动系统、支撑系统、排屑系统与刀体布局，传动系统、支撑系统、排屑系统与刀具系统的部件结构以及操作机构具系统的部件结构以及操作机构(jgu)(jgu)等方等方面都已发生了很大的变化。面都已发生了很大的变化。第18页/共76页第十九页，共76页。第一节第一节 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的基本概念的基本概念第二节第二节 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的的分类与应用分类与应用第三

17、节第三节 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的的发展发展第一章第一章 概论概论将机床数字控制向机电一体化方向发展。高等院校机制工艺的学生必须学好这门课。本次课主要介绍：数控机床的概论的第二部分。希望同学们认真学习！第19页/共76页第二十页，共76页。一、按工艺一、按工艺(gngy)(gngy)用途分类用途分类二、按运动方式二、按运动方式(fngsh)(fngsh)分类分类三、按控制方式三、按控制方式(fngsh)(fngsh)分类分类四、数控机床的精度与应用范围四、数控机床的精度与应用范围第一章第二节数控机床的分类第一章第二节数控机床的分类与应用与应用通

18、常可以按三种不同的角度分类：通常可以按三种不同的角度分类：第20页/共76页第二十一页，共76页。2 2、属于非金属切削、属于非金属切削(qixio)(qixio)机床的数控冲床、压机床的数控冲床、压力机、弯管机、折弯机、线切割机床、焊接机、火力机、弯管机、折弯机、线切割机床、焊接机、火焰切割机、等离子切割机、激光切割机和高压水切焰切割机、等离子切割机、激光切割机和高压水切割机等。割机等。一、按工艺用途一、按工艺用途(yngt)(yngt)分类分类3 3、在非加工设备中大量采用的有自动装配、在非加工设备中大量采用的有自动装配(zhungpi)(zhungpi)机、多坐标测量机、自动绘图机和工业

19、机器人等。机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。1 1、最普通的数控机床使钻床、车床、镗床、磨床与齿、最普通的数控机床使钻床、车床、镗床、磨床与齿轮加工机等金属切削类机床。轮加工机等金属切削类机床。它们都适用于单件、小批量和多品种的零件加工，具有它们都适用于单件、小批量和多品种的零件加工，具有很好的加工尺寸和一致性、很高的生产率和自动化程度很好的加工尺寸和一致性、很高的生产率和自动化程度。第21页/共76页第二十二页，共76页。4 4、加工中心、加工中心(zhngxn)(zhngxn)机床是带有刀库机床是带有刀库和自动换刀装置的数控镗铣床。和自动换刀装置的数控镗铣床。它的出现打破了一台机

20、床只能进行一种加它的出现打破了一台机床只能进行一种加工工(ji gng)(ji gng)的传统概念。的传统概念。由于有效地避免了多次装夹造成的定位误由于有效地避免了多次装夹造成的定位误差，且减少了机床的台数和占地面积，极差，且减少了机床的台数和占地面积，极大地提高了生产率和加工大地提高了生产率和加工(ji gng)(ji gng)自动自动化程度。化程度。五面体加工中心机床五面体加工中心机床(jchung)(jchung)可以在一次装夹中完成可以在一次装夹中完成除安装面以外箱体类所有表面的加工。除安装面以外箱体类所有表面的加工。车削加工中心可以在一次装夹中完成回转体零件的所有车削加工中心可以在一

21、次装夹中完成回转体零件的所有加工工序（包括车削内外表面、铣平面、铣槽、钻孔和加工工序（包括车削内外表面、铣平面、铣槽、钻孔和攻螺纹等工序）。攻螺纹等工序）。第22页/共76页第二十三页，共76页。二、按运动二、按运动(yndng)(yndng)方式分类方式分类最典型最典型(dinxng)(dinxng)的点的点位控制数控机床有数控位控制数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、钻床、数控坐标镗床、数控点焊机和数控弯管数控点焊机和数控弯管机。机。a a、点位控制、点位控制(kngzh)(kngzh)特点是机床移动部件只能实现一个位置特点是机床移动部件只能实现一个位置到另一个位置的精确移动，在移动和定到另

22、一个位置的精确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，机床移动部位过程中不进行任何加工，机床移动部件的运动路线并不影响加工的孔距精度件的运动路线并不影响加工的孔距精度。第23页/共76页第二十四页，共76页。特点是能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行特点是能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制控制(kngzh)(kngzh)，它不仅能控制，它不仅能控制(kngzh)(kngzh)机床移机床移动部件的起点和终点坐标，而且要控制动部件的起点和终点坐标，而且要控制(kngzh)(kngzh)整个加工过程每一点的速度与位移量整个加工过程每一点的速度与位移量。由于智能作简单由于智能作简单的直线运动，因

23、的直线运动，因此不能实现任意此不能实现任意的轮廓轨迹的轮廓轨迹(guj)(guj)加工。加工。b b、点位直线、点位直线(zhxin)(zhxin)控制控制系统系统第24页/共76页第二十五页，共76页。特点是能够对两个或两个以上的坐标同时进行控特点是能够对两个或两个以上的坐标同时进行控制，它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐制，它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且要控制整个标，而且要控制整个(zhngg)(zhngg)加工过程每一点加工过程每一点的速度和位移量，即要控制移动轨迹，将工件加的速度和位移量，即要控制移动轨迹，将工件加工成一定的轮廓形状。工成一定的轮廓形状。轮廓控制轮廓

24、控制(kngzh)(kngzh)需要在需要在加工过程中不断进行多坐标加工过程中不断进行多坐标轴之间的插补运算，实现相轴之间的插补运算，实现相应的速度和位移控制应的速度和位移控制(kngzh)(kngzh)。轮廓控制轮廓控制(kngzh)(kngzh)包含了包含了点位和点位直线控制点位和点位直线控制(kngzh)(kngzh)。c c、轮廓控制、轮廓控制(kngzh)(kngzh)，又称连，又称连续控制续控制(kngzh)(kngzh)第25页/共76页第二十六页，共76页。三、按控制方式三、按控制方式(fngsh)(fngsh)分类分类a a、开环控制系统、开环控制系统(kn zh x (kn

25、 zh x tn)tn)不带反馈不带反馈(fnku)(fnku)装置装置第26页/共76页第二十七页，共76页。丝杠上装有角位移检测丝杠上装有角位移检测(jin c)(jin c)装置装置b b、半闭环控制系统、半闭环控制系统(xtng)(xtng)第27页/共76页第二十八页，共76页。机床移动部件位置上直接装有直线检测机床移动部件位置上直接装有直线检测(jin (jin c)c)装置装置c c、闭环控制系统、闭环控制系统(xtng)(xtng)第28页/共76页第二十九页，共76页。第一节第一节 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的基本概念的基本概念第

26、二节第二节 数控机床的分类数控机床的分类(fn li)(fn li)与应用与应用第三节第三节 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的的发展发展第一章第一章 概论概论将机床数字控制向机电一体化方向发展。高等院校机制工艺的学生必须学好这门课。本次课主要介绍：数控机床的概论的第二部分。希望同学们认真学习！第29页/共76页第三十页，共76页。数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)是综合应用了微电子、计算机是综合应用了微电子、计算机、自动检测及精密机械等多学科的最新技术成果而发展起来的、自动检测及精密机械等多学科的最新技术成果而发展

27、起来的完全新型的机床，标志着机械制造业进入了数字化的时代。完全新型的机床，标志着机械制造业进入了数字化的时代。数控系统经历了从硬件数控到计算机数控两个数控系统经历了从硬件数控到计算机数控两个(lin (lin )阶段；阶段；从电子管到基于个人计算机平台的数控六代的发展；从电子管到基于个人计算机平台的数控六代的发展；控制轴数已由单轴的点位控制，两轴联动发展到五轴以控制轴数已由单轴的点位控制，两轴联动发展到五轴以上联动。上联动。数控机床正向高速数控机床正向高速(o s)(o s)化、高精度化和高智能化方向发展化、高精度化和高智能化方向发展，数控系统必须能够高速，数控系统必须能够高速(o s)(o

28、s)计算和处理伺服系统的位移计算和处理伺服系统的位移量并做出快速相应。量并做出快速相应。第一章第三节第一章第三节数控机床的发展第30页/共76页第三十一页，共76页。一、机床一、机床(jchung)(jchung)结构的发展结构的发展二、数控系统的发展二、数控系统的发展(fzhn)(fzhn)三、伺服系统执行机构的发展三、伺服系统执行机构的发展(fzhn)(fzhn)四、自适应控制的应用四、自适应控制的应用五、以数控机床为基础的自动化生产系统五、以数控机床为基础的自动化生产系统本节内容安排如下：本节内容安排如下：第31页/共76页第三十二页，共76页。6060年代初，年代初，在一般机床的在一般

29、机床的基础上又开发基础上又开发了数控机床加了数控机床加工工(ji gng)(ji gng)中心机床，如中心机床，如图。图。一、机床一、机床(jchung)(jchung)结构的发展结构的发展6060年代年代(nindi)(nindi)之前，普遍采用一之前，普遍采用一般机床。般机床。第32页/共76页第三十三页，共76页。如图所示如图所示为带两个为带两个交换交换(jiohun(jiohun) )工作台的工作台的卧式镗铣卧式镗铣加工中心加工中心机床。机床。第33页/共76页第三十四页，共76页。如图，它的如图，它的设计思想是设计思想是为了在一次为了在一次装夹中完成装夹中完成除了安装底除了安装底面以

30、外面以外(ywi)(ywi)的所的所有表面和精有表面和精密孔系加工密孔系加工。2020世纪世纪7070年代后期在数控加工年代后期在数控加工(ji gng)(ji gng)中心中心机床的基础上又发展了五面体加工机床的基础上又发展了五面体加工(ji gng)(ji gng)中心中心第34页/共76页第三十五页，共76页。如图所如图所示即为示即为可调整可调整轴线位轴线位置置(wi (wi zhi)zhi)的的万能主万能主轴部件轴部件。上图中，其主轴部件可以自动上图中，其主轴部件可以自动(zdng)(zdng)更换为立式或卧更换为立式或卧式布局，以满足工件不同表面的加工需要。式布局，以满足工件不同表面

31、的加工需要。第35页/共76页第三十六页，共76页。带有工业机带有工业机器人和工件交器人和工件交换系统的车削换系统的车削加工中心和带加工中心和带有工件交换系有工件交换系统的数控齿轮统的数控齿轮(chln)(chln)加工加工机床已被广泛机床已被广泛采用，如图所采用，如图所示。示。在数控加工中心出现以后，加工工序的进一步集中在数控加工中心出现以后，加工工序的进一步集中，仍然，仍然(rngrn)(rngrn)是数控机床发展的趋势。是数控机床发展的趋势。第36页/共76页第三十七页，共76页。六杆数控机床六杆数控机床(sh kn j (sh kn j chun)chun)（又称虚（又称虚拟轴机床）是

32、拟轴机床）是2020世世纪最具革命性的机纪最具革命性的机床运动结构的突破床运动结构的突破，如图所示。，如图所示。在计算机数控多轴联动技术和复杂坐标快速变换运算在计算机数控多轴联动技术和复杂坐标快速变换运算方法发展的基础上，方法发展的基础上，2020世纪世纪6060年代出现的年代出现的StewartStewart平平台概念，到台概念，到2020世纪世纪9090年代初应用在数控机床年代初应用在数控机床(sh (sh kn j chun)kn j chun)上成为可能。上成为可能。第37页/共76页第三十八页，共76页。第38页/共76页第三十九页，共76页。六杆数控机床既有采用滚珠六杆数控机床既有

33、采用滚珠(gnzh)(gnzh)丝杠丝杠驱动，又有采用滚珠驱动，又有采用滚珠(gnzh)(gnzh)螺母驱动。螺母驱动。六杆数控机床的关键技术之一是六对球面支承的设计与六杆数控机床的关键技术之一是六对球面支承的设计与制造，球面支承将对运动平台的运动精度和定位精度产制造，球面支承将对运动平台的运动精度和定位精度产生直接影响生直接影响(yngxing)(yngxing)。六杆数控机床采用运动聚合原理，改变传统的机床结构六杆数控机床采用运动聚合原理，改变传统的机床结构和布局。和布局。六杆数控机床还避免了传统机床的几何结构误差，六杆六杆数控机床还避免了传统机床的几何结构误差，六杆结构使误差平均化，因而

34、能够达到很高的重复定位精度结构使误差平均化，因而能够达到很高的重复定位精度。六杆数控机床的结构较简单，而且由六套完全相同的功六杆数控机床的结构较简单，而且由六套完全相同的功能部件构成，使成本下降。能部件构成，使成本下降。第39页/共76页第四十页，共76页。7070年代出现由一台计算机直接控制几台数控机年代出现由一台计算机直接控制几台数控机床的加工过程的控制方式床的加工过程的控制方式(fngsh)(fngsh)，形成所谓，形成所谓计算机直接控制系统计算机直接控制系统(DNC)(DNC)。在此基础上发展成为由几台数控机床组成的、有工件在此基础上发展成为由几台数控机床组成的、有工件自动运输系统和其

35、它自动运输系统和其它(qt)(qt)管理功能的柔性制造系统（管理功能的柔性制造系统（FMCFMC）。）。二、数控系统的发展二、数控系统的发展(fzhn)(fzhn)数控装置采用的元器件：最初为电子管后来为半导体数控装置采用的元器件：最初为电子管后来为半导体晶体管今天为超大规模集成电路晶体管今天为超大规模集成电路目前，数控系统大都采用多个（目前，数控系统大都采用多个（CPUCPU）组）组成的计算机作为数控装置（成的计算机作为数控装置（CNCCNC）的核心。）的核心。第40页/共76页第四十一页，共76页。7070年代年代(nindi)(nindi)，美国盖梯茨公司首先研制成，美国盖梯茨公司首先研

36、制成功了大惯量直流伺服电机即通常指的宽调速直流功了大惯量直流伺服电机即通常指的宽调速直流伺服电机。伺服电机。8080年代初期由美国通用电气公司研制成功了采年代初期由美国通用电气公司研制成功了采用用(ciyng)(ciyng)鼠笼式异步交流伺服电机的交流伺鼠笼式异步交流伺服电机的交流伺服系统。服系统。8686年之后推出并采用了数字年之后推出并采用了数字(shz)(shz)伺服系统伺服系统的数控机床。数字的数控机床。数字(shz)(shz)伺服系统的出现初伺服系统的出现初进了高进度数控机床的发展。进了高进度数控机床的发展。三、伺服系统执行机构的发展三、伺服系统执行机构的发展6060年代初期与中期，

37、欧美一些国家采用液压伺服系年代初期与中期，欧美一些国家采用液压伺服系统。（这种液压系统与传统的伺服电机相比，响应统。（这种液压系统与传统的伺服电机相比，响应时间短，驱动部件的外形尺寸小。）时间短，驱动部件的外形尺寸小。）第41页/共76页第四十二页，共76页。四、自适应控制的应用四、自适应控制的应用(yngyng)(yngyng)自适应控制技术是自控技术的一个分支自适应控制技术是自控技术的一个分支。数控机床采用自适应控制之后。数控机床采用自适应控制之后(zhhu)(zhhu)，在提高生产效率、延长刀具，在提高生产效率、延长刀具使用寿命和改善表面质量等方面均有明使用寿命和改善表面质量等方面均有明

38、显效果。显效果。第42页/共76页第四十三页，共76页。五、以数控机床为基础五、以数控机床为基础的自动化生产的自动化生产(shngchn)(shngchn)系统系统1 1、计算机直接、计算机直接(zhji)(zhji)数控（数控（DNCDNC）即使用一台计算机为数台数控机床进行自即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接送给动编程，编程结果直接送给(sn i)(sn i)各各台数控机床的数控箱。台数控机床的数控箱。也称为计算机群控系统也称为计算机群控系统第43页/共76页第四十四页，共76页。FMSFMS是一种在批量加工条件下高柔性是一种在批量加工条件下高柔性和高自动化程度的制造

39、系统。和高自动化程度的制造系统。其特点：其特点：采用采用DNCDNC控制方式，控制方式，采用交换工作台或工业机器人，采用交换工作台或工业机器人，各台机床间有工件自动输送各台机床间有工件自动输送(sh (sh sn)sn)系统，系统，配有管理信息系统，配有管理信息系统，具有动态平衡的功能，具有动态平衡的功能，能进行最佳化调度。能进行最佳化调度。2 2、柔性制造系统（、柔性制造系统（FMSFMS）第44页/共76页第四十五页，共76页。第45页/共76页第四十六页，共76页。第46页/共76页第四十七页，共76页。CIMSCIMS的核心是一个的核心是一个(y )(y )公用的数据库公用的数据库，对

40、信息进行存储与管理，并与各计算机，对信息进行存储与管理，并与各计算机系统进行通讯。同时它需要：系统进行通讯。同时它需要：CAD/CAMCAD/CAM系统系统(xtng)(xtng)CAP/CACCAP/CAC系统系统(xtng)(xtng)加工自动化系统加工自动化系统(xtng)(xtng)3 3、计算机集成、计算机集成(j chn)(j chn)制造系统（制造系统（CIMSCIMS）第47页/共76页第四十八页，共76页。五轴联动数控机床图例五轴联动数控机床图例MazakMazak柔性制造系统图例柔性制造系统图例MazakMazak板材加工柔性生产板材加工柔性生产(shngchn)(shng

41、chn)系统系统图例图例自动加工生产自动加工生产(shngchn)(shngchn)线图例线图例第48页/共76页第四十九页，共76页。第二节第二节 数控机床主传动系统及主轴数控机床主传动系统及主轴(zhzhu)(zhzhu)部件部件第三节第三节 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的的进给系统进给系统第四节第四节 数控机床数控机床(sh kn j (sh kn j chun)chun)回转工作台回转工作台第五节第五节 数控加工使用的刀具及自动换刀系统数控加工使用的刀具及自动换刀系统第六节第六节 数控加工用辅助装置数控加工用辅助装置第二章第二章 数控机床的结

42、数控机床的结构构第一节第一节 数控机床的结构要求数控机床的结构要求第49页/共76页第五十页，共76页。一、一、 模块化和机电一体化模块化和机电一体化二、二、 提高机床的静、动刚度提高机床的静、动刚度三、三、 减少机床的热变形减少机床的热变形四、四、 减少运动件的摩擦减少运动件的摩擦(mc)(mc)和消除传动间隙和消除传动间隙五、五、 提高机床的寿命和精度保持性提高机床的寿命和精度保持性六、六、 减少辅助时间，改善操作性减少辅助时间，改善操作性第二章第一节数控机床第二章第一节数控机床(sh kn j (sh kn j chun)chun)的结构要求的结构要求第50页/共76页第五十一页，共76

43、页。而专用型数控机床而专用型数控机床(jchung)(jchung)对某具体的零件虽然对某具体的零件虽然具有良好的经济性，但它限制了加工对象的品种变具有良好的经济性，但它限制了加工对象的品种变化，使生产柔性下降。化，使生产柔性下降。模块化设计思想正是为解决上述矛盾而提出的，它模块化设计思想正是为解决上述矛盾而提出的，它具有灵活的机床具有灵活的机床(jchung)(jchung)配置。配置。通用型数控机床虽然能够很好地满足各类用通用型数控机床虽然能够很好地满足各类用户的需求，但由于机床的功能过于齐全户的需求，但由于机床的功能过于齐全(qqun)(qqun)，使售价提高，用户不得不为多余，使售价提

44、高，用户不得不为多余的功能承担额外的费用，成本的上升必然会的功能承担额外的费用，成本的上升必然会削弱产品在市场上的竞争力；削弱产品在市场上的竞争力；一 、 模 块 化 和 机 电一 、 模 块 化 和 机 电(jdin)(jdin)一体化一体化第51页/共76页第五十二页，共76页。如果把各个部件如果把各个部件(bjin)(bjin)的基本单元作为基础，按不的基本单元作为基础，按不同功能、规格和价格设计成多种模块，用户可以按需同功能、规格和价格设计成多种模块，用户可以按需要选择最合理的功能模块配置成整机。要选择最合理的功能模块配置成整机。这不仅能降低数控机床的设计和制造成本，而且能缩这不仅能降

45、低数控机床的设计和制造成本，而且能缩短设计和制造周期，最终赢得市场。短设计和制造周期，最终赢得市场。数控机床的机电一体化是对总体设计和结构设计提出数控机床的机电一体化是对总体设计和结构设计提出的重要要求。的重要要求。它是指在整个数控机床功能的实现以及总体布局方面它是指在整个数控机床功能的实现以及总体布局方面必须综合考虑机械和电气两方面的有机结合。必须综合考虑机械和电气两方面的有机结合。数控机床通常由床身、立柱、主轴数控机床通常由床身、立柱、主轴(zhzhu)(zhzhu)箱、工作台、刀架系统及箱、工作台、刀架系统及电气总成等部件组成。电气总成等部件组成。第52页/共76页第五十三页，共76页。

46、由于数控机床由于数控机床(jchung)(jchung)是由程序控制加工的，由是由程序控制加工的，由机床机床(jchung)(jchung)床身、导轨、工作台、刀架和主轴床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱的几何精度与变形所产生的定位误差取决于它们箱的几何精度与变形所产生的定位误差取决于它们的结构刚度。的结构刚度。为了提高数控机床为了提高数控机床(jchung)(jchung)主轴的刚度，除了经主轴的刚度，除了经常采用三支承结构以外，还可选用刚性很好的双列常采用三支承结构以外，还可选用刚性很好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴

47、向变形。轴的径向和轴向变形。加强肋板的结构对机床加强肋板的结构对机床(jchung)(jchung)大件的刚度有明大件的刚度有明显的影响。显的影响。二、提高机床二、提高机床(jchung)(jchung)的静的静、动刚度、动刚度第53页/共76页第五十四页，共76页。如图为方形截面如图为方形截面(jimin)(jimin)立柱加强肋板类型立柱加强肋板类型示意图。示意图。下表给出了立柱下表给出了立柱(l zh)(l zh)在加肋前后的静刚度的比值。在加肋前后的静刚度的比值。第54页/共76页第五十五页，共76页。如图，在大型数控机床中，利用重块平衡如图，在大型数控机床中，利用重块平衡结构减少移动

48、载荷给机床的变形带来的对结构减少移动载荷给机床的变形带来的对横梁横梁(hn lin)(hn lin)变形的影响。变形的影响。也可以把横梁也可以把横梁(hn lin)(hn lin)的导轨加工成的导轨加工成中凸形抵消变形。中凸形抵消变形。第55页/共76页第五十六页，共76页。刀架是数控车床的薄弱环节，为了能够进行稳定刀架是数控车床的薄弱环节，为了能够进行稳定的重切削，需提高的重切削，需提高(t go)(t go)刀架刚度。刀架刚度。除了注意转台大小和刀具数的合理设计外，还应除了注意转台大小和刀具数的合理设计外，还应尽可能减小尽可能减小a/ba/b的数值。的数值。在刀具在刀具(doj)(doj)

49、外伸量一定的情况下，增大刀架底座的外伸量一定的情况下，增大刀架底座的尺寸是提高刚度的有效途径。尺寸是提高刚度的有效途径。第56页/共76页第五十七页，共76页。提高机床各部件提高机床各部件(bjin)(bjin)的接触刚度能够增加的接触刚度能够增加机床的承载能力，采用刮研的方法可以增加单机床的承载能力，采用刮研的方法可以增加单位面积上的接触点。位面积上的接触点。在结合面之间施加足够大的预加载荷也能够增在结合面之间施加足够大的预加载荷也能够增加接触面积，提高接触刚度。加接触面积，提高接触刚度。数控机床的主运动功率比同类型普通机床的主运动数控机床的主运动功率比同类型普通机床的主运动功率大得多，在保

50、证静刚度功率大得多，在保证静刚度(n d)(n d)的前提下，还的前提下，还必须提高其动刚度必须提高其动刚度(n d)(n d)。切削中的振动不仅直接影响工件的加工精度和表面切削中的振动不仅直接影响工件的加工精度和表面质量，还会降低刀具寿命，甚至使加工无法继续。质量，还会降低刀具寿命，甚至使加工无法继续。第57页/共76页第五十八页，共76页。改善动态特性改善动态特性(txng)(txng)的方法主要是：提的方法主要是：提高系统的静刚度、增加阻尼以及调整构件高系统的静刚度、增加阻尼以及调整构件的质量和自身频率。的质量和自身频率。钢板的焊接结构既可以增加钢板的焊接结构既可以增加(zngji)(z

51、ngji)静刚度，减小结静刚度，减小结构质量，又可以增加构质量，又可以增加(zngji)(zngji)构件本身的阻尼。构件本身的阻尼。封砂铸件有利于振动的衰减，提高抗振性。封砂铸件有利于振动的衰减，提高抗振性。设计机床构件时，还可以通过调整质量来改变系统的设计机床构件时，还可以通过调整质量来改变系统的自振频率。自振频率。数控机床中的旋转零部件应尽可能进行良好的动平衡数控机床中的旋转零部件应尽可能进行良好的动平衡，以减少强迫振动源；，以减少强迫振动源；或用弹性材料将振源隔离，以减少振源对机床的影响或用弹性材料将振源隔离，以减少振源对机床的影响。第58页/共76页第五十九页，共76页。数控机床在内

52、外热源的影响下，各部件将发数控机床在内外热源的影响下，各部件将发生不同程度生不同程度(chngd)(chngd)的热变形，使工件与刀的热变形，使工件与刀具之间的相对运动关系遭到破坏，也使机床具之间的相对运动关系遭到破坏，也使机床精度下降。精度下降。机床热变形产生的主要原因是热源及机床各部分的温差。机床热变形产生的主要原因是热源及机床各部分的温差。热源通常热源通常(tngchng)(tngchng)包括加工中的切屑、运转的电动机包括加工中的切屑、运转的电动机、液压系统、传动件的摩擦以及机床外部的热辐射等。、液压系统、传动件的摩擦以及机床外部的热辐射等。机床零件的材料、结构、形状和尺寸的不一致也是

53、产生热机床零件的材料、结构、形状和尺寸的不一致也是产生热变形的重要因素。变形的重要因素。三、减少机床三、减少机床(jchung)(jchung)的热变形的热变形第59页/共76页第六十页，共76页。如 图如 图 a a ， 主 轴 箱 内 的 传 动 件 所 产 生， 主 轴 箱 内 的 传 动 件 所 产 生(chnshng)(chnshng)的热量使立柱向上变形，产生的热量使立柱向上变形，产生(chnshng)(chnshng)偏差偏差Y1Y1。如图如图b b，在液压油泵及其它传动元件发热的，在液压油泵及其它传动元件发热的影响影响(yngxing)(yngxing)下，床身沿纵向产生中间下

54、，床身沿纵向产生中间凸起的变形。凸起的变形。第60页/共76页第六十一页，共76页。如图如图c c，床身纵向的伸长，床身纵向的伸长(shn chn)(shn chn)使使支承丝杠的轴承向左移动，产生偏差支承丝杠的轴承向左移动，产生偏差X X。如图如图d d，由于电动机所产生，由于电动机所产生(chnshng)(chnshng)热热量，使立柱倾斜，造成偏差量，使立柱倾斜，造成偏差Y2 Y2 。第61页/共76页第六十二页，共76页。1 1、减少发热：、减少发热：机床内部发热是产生机床内部发热是产生(chnshng)(chnshng)热变形热变形的主要热源，应当尽可能地将热源从主的主要热源，应当尽

55、可能地将热源从主机中分离出去。机中分离出去。主轴部件上采用精密滚动轴承；进行油污润滑；还可采用主轴部件上采用精密滚动轴承；进行油污润滑；还可采用静压轴承；避免适用摩擦离合器。静压轴承；避免适用摩擦离合器。加工时的切屑是一个热源，可以在工作台或导轨上装设隔加工时的切屑是一个热源，可以在工作台或导轨上装设隔热板；适用切屑液时控制切屑液的温度。热板；适用切屑液时控制切屑液的温度。润滑油在传动件之间流过，带走摩擦热，所以需要将油池润滑油在传动件之间流过，带走摩擦热，所以需要将油池移出机床，或对油池进行温度控制。移出机床，或对油池进行温度控制。液压油泵液压油泵(yubng)(yubng)及其油池也是机床

56、上的又一热源，需及其油池也是机床上的又一热源，需选择合理的供油量；供油量变化的系统采用变量泵。选择合理的供油量；供油量变化的系统采用变量泵。减少减少(jinsho)(jinsho)机床热变形的措机床热变形的措施有：施有：第62页/共76页第六十三页，共76页。2 2、控制温升：、控制温升：在减少在减少(jinsho)(jinsho)热源之后，还必须通过良热源之后，还必须通过良好 的 散 热 和 冷 却 来 控 制 温 升 ， 以 减 少好 的 散 热 和 冷 却 来 控 制 温 升 ， 以 减 少(jinsho)(jinsho)热源影响。热源影响。一种方法是在机床的发热部位进行强制冷却。但制一

57、种方法是在机床的发热部位进行强制冷却。但制冷系统的冷却能力必须适当。冷系统的冷却能力必须适当。方法二是，在机床低温部分通过加热的方法，使机方法二是，在机床低温部分通过加热的方法，使机床各点的温度床各点的温度(wnd)(wnd)趋于一致。趋于一致。第63页/共76页第六十四页，共76页。3 3、改善机床结构：、改善机床结构：机床结构对热变形机床结构对热变形(bin xng)(bin xng)也有很大影也有很大影响。响。数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)过去采用的单立柱结构过去采用的单立柱结构有可能被双立柱结构所代替。有可能被双立柱结构所代替。对于数控车床的主

58、轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在对于数控车床的主轴箱，应尽量使主轴的热变形发生在刀具切入的垂直方向上。刀具切入的垂直方向上。如图。减小主如图。减小主轴中心轴中心(zhngxn)(zhngxn)与与主轴箱底面的主轴箱底面的距离（尺寸距离（尺寸H H）可以减少热变可以减少热变形的总量。形的总量。第64页/共76页第六十五页，共76页。对于数控机床中的滚珠丝杠，可以对于数控机床中的滚珠丝杠，可以(ky)(ky)用预拉的方法减少丝杠的热变形。用预拉的方法减少丝杠的热变形。该方法是在加工滚珠丝杠时，使螺距略小于名义值该方法是在加工滚珠丝杠时，使螺距略小于名义值，装配时对丝杠进行，装配时对丝杠进行(jnx

59、ng)(jnxng)预拉伸，使其螺距预拉伸，使其螺距达到名义值。达到名义值。当丝杠工作而受热时，丝杠中的拉应力补偿了热应当丝杠工作而受热时，丝杠中的拉应力补偿了热应力，既减少了热伸长的影响，又提高了丝杠的刚度力，既减少了热伸长的影响，又提高了丝杠的刚度。另外，还可以根据测量结果，由数控系统发出补偿另外，还可以根据测量结果，由数控系统发出补偿脉冲加以修正。脉冲加以修正。第65页/共76页第六十六页，共76页。也可以采用也可以采用(ciyng)(ciyng)特殊的调节元件消除特殊的调节元件消除热位移，如图。热位移，如图。第66页/共76页第六十七页，共76页。第二节第二节 数控机床主传动系统及主轴

60、数控机床主传动系统及主轴(zhzhu)(zhzhu)部件部件第三节第三节 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的进给系统的进给系统第四节第四节 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)回转工作台回转工作台第五节第五节 数控加工使用的刀具及自动换刀系统数控加工使用的刀具及自动换刀系统第六节第六节 数控加工用辅助装置数控加工用辅助装置第二章第二章 数控机床的结构数控机床的结构第一节第一节 数控机床的结构要求数控机床的结构要求第67页/共76页第六十八页，共76页。一、一、 数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn