数控机床的产生和发展

第一章概论一、数控机床的产生和发展（一）产生：随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。

第一台数控机床是1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制的三坐标数控铣床，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，可用于加工复杂曲面零件。数控机床的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规摸集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型机算机（1974年）等五代数控系统。（二）数控机床的发展趋势1高速化：采用高速的32位以上的微处理器，可提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速、高精加工。日本产的FANUC15系统开发出64位CPU系统，能达到最小移动单位0.1um时，最大进给速度为100m/min。2多功能化3智能化：引进了自适应控制技术.自适应控制（AdaptiveControl，简称AC）技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削过程达到并维持最佳状态的技术。4高精度化：通过减少数控系统误差和采用补偿技术可提高数控机床的加工精度。5高可靠性：通过提高数控系统的硬件质量，采用模块化、标准化和通用化来提高其可靠性。二、数控技术的基本概念1数字控制（NumericalControl)，简称NC，它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床称作数控机床。2NC机床：早期的数控机床的NC装置是由各种逻辑元件、记忆元件组成随机逻辑电路由硬件来实现数控功能，称作硬件数控，用这种技术实现的数控机床称作NC机床。3CNC机床：现代数控系统采用微处理器或专用微机的数控系统（ComputerNumericalControl）由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，这样的机床称作CNC机床。三、数控机床的组成及工作原理1工作原理图纸存储介质数控装置输入输出CNC装置伺服驱动装置伺服系统执行机构切削驱动装置机床主体检测装置2组成（1）程序的存储介质（纸带、磁带或磁盘等）（2）输入输出装置（3）数控装置（是数控机床的核心，接受脉冲信号经过译码、运算和逻辑处理将指令信息输出给伺服系统，使设备按轨定的动作执行）（4）伺服装置（是数控机床执行机构的驱动部件，作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床执行部件的运动）（5）检测反馈装置（作用是对机床的实际运动速度、方向、位移量以及加工状态加以检测并将结果反馈给数控装置，计算出与指令位移之间的偏差并发出纠正误差指令）（6）机床主体（是加工运动的实际机械部件，主要包括主运动部件、进给运动执行部件如工作台、拖板、刀架，和支承部件如床身、立柱等，还有冷却、润滑、转位部件、夹紧、换刀机械手等辅助装置。3数控系统的主要功能（1）多坐标控制（多轴联动）（2）准备功能（G功能）（3）实现多种函数的插补（直线、圆弧、抛物线等）（4）代码转换（EIA/ISO代码转换、英制/公制转换、绝对值/增量值转换等）（5）固定循环加工（6）指定进给速度（7）指定主轴转速（8）辅助功能：指定主轴的起、停、反向，冷却系统的开、关等。（9）刀具选择功能（10）各种补偿功能：如刀具半径、刀具长度补偿等。（11）字符图形在显示器(CRT)上的显示（12）故障的诊断及显示、与外部设备的连网及通信。（13）存储加工程序，人机对话、程序的输入、编辑及修改。4数数控机机床的的特点点数控机机床与与普通通机床床相比比，具具有以以下特特点：：１）适适应性性强适适应应性是是指数数控机机床随随生产产对象象变化化而变变化的的适应应能力力。２）精精度高高工工作过过程不不需要要人工工干预预，而而是自自动工工作的的，且且通过过实时时检测测装置置来修修正或或补偿偿以获获得更更高的的精度度。３）效效率高高数数控机机床可可以采采用较较大的的切削削用量量，而而且具具有自自动换换速、、自动动换刀刀和其其他辅辅助操操作自自动化化的功功能。。４）减减轻劳劳动强强度、、改善善劳动动条件件。５）有有利于于生产产管理理的现现代化化。四、数数控机机床的的分类类1按工工业用用途分分类（1））数控控车床床（NCLathe）（2））数控控铣床床(NCMillingMachine)（3））数控控钻床床(NCDrillingMachine)(4)数控控镗床床(NCBoringMachine)（5））数控控齿轮轮加工工机床床(NCGearingHoldingMachine)（6））数控控平面面磨床床(NCSurfaceGrindingMachine)（7）数控控外圆磨床床(NCExternalCylindricalGrindingMachine)（8）数控控轮廓磨床床(NCContourGrindingMachine)（9）数控控工具磨床床(NCToolGrindingMachine)（10）数数控坐标磨磨床(NCJigGrindingMachine)（11）数数控电火花花加工机床床(NCDieselingElectricDischargeMachine)（12）数数控线切割割机床(NCWireDischargeMachine)（13）数数控激光加加工机床(NCLaserBeamMachine)（14）数数控冲床(NCPunchingPress)（（15）加工中中心(MachineCenter)（16）数数控超声波波加工机床床NCUltrasonicMachine)（17）其其他（如三三坐标测量量机等）2按运动动方式分类类（1）点位位控制系统统（PositioningControl）只控制制刀具从一一点到另一一点的位置置，而不控控制移动轨轨迹，在移移动过程中中刀具不进进行切削加加工。刀具的三种种路径（1）（2）（3）XYZ（2）直线线控制系统统（Straight-lineControl）是是控制刀具具或机床工工作台以给给定的速度度，沿平行行于某一坐坐标轴方向向，由一个个位置到另另一个位置置的精确移移动，并且且在移动过过程中进行行直线切削削加工。（3）轮廓廓控制系统统（ContourControl）是对两两个或两个个以上的坐坐标轴同时时进行连续续控制，并并能对机床床移动部件件的位移和和速度进行行严格的控控制，即要要控制加工工的轨迹，，加工出要要求的轮廓廓。其运动动轨迹是任任意斜率的的直线、圆圆弧、螺旋旋线等。3按控制制方式分类类（1）开环控制（（OpenLoopControl）即不不带位置测测量元件，，数控装置置根据控制制介质上的的指令信号号，经控制制运算发出出指令脉冲冲，使伺服服驱动元件件转过一定定的角度，，并通过传传动齿轮、、滚珠丝杠杠螺母副，，使执行机机构（如工工作台）移移动或转动动。特点是没有有来自位置置测量元件件的反馈信信号，对执执行机构的的动作情况况不进行检检查，指令令流向为单单向，控制制精度较低低。开环控制驱动装置工作台数控装置控制介质指令脉冲伺服电机齿轮箱（2）闭环控制（（ClosedLoopControl））是将位置置检测装置置安装于机机床运动部部件上，加加工中将测测量到的实实际位置值值反馈。另另外通过与与伺服电机机刚性连接接的测速元元件，随时时实测驱动动电动机的的转速，得得到速度反反馈信号，，并与速度度指令信号号相比较，，其比较的的差值对伺伺服电动机机的转速随随时进行校校正，直至至实现移动动部件工作作台的最终终精确定位位。闭环控制测速元器件件位移指令位移反馈速度反馈位置检测装装置工作台（3）半闭环控制制（Semi-ClosedLoopControl）是将将位置检测测装置安装装于驱动电电动机轴端端或安装于于传动丝杠杠端部，间间接地测量量移动部件件（工作台台）的实际际位置或位位移。半闭环控制制测速元器件件位移指令位移反馈速度反馈位置检测装装置工作台五、主要数数控机床介介绍1数控车车床：机床床主体包括括主轴、溜溜板、刀架架等。数控控系统包括括电显示器器（CRT）、控制制面板、强强电控制系系统。2数控铣铣床：适于于加工三维维复杂曲面面。3加工中中心：即具具有自动刀刀具交换装装置，并能能进行多种种工序加工工的数控机机床。4数控钻钻床：主要要完成钻孔孔、功丝功功能，同时时也可以完完成简单的的铣削功能能，刀库可可以存放多多种刀具。。5数控磨磨床：主要要用在高精精度、高硬硬度加工表表面。6数控电电火花成形形机床：是是利用两个个不同极性性的电极在在绝缘液体体中产生放放电现象，，去除材料料进而完成成加工。7数控线线切割机床床：工作原原理与电火火花成形机机床一样，，其电极是是电极丝，，加工液一一般采用去去离子水。。六、先进制制造系统简简介（其核核心是生产产加工设备备的数控化化、柔性化化和精密化化）1柔性制制造系统（（FMS））根根据自自动化程度度及功能可可分为三类类：（1））单机机数控控加工工：是是用一一台数数控机机床或或加工工中心心加工工机械械零件件。（2））柔性加加工单单元（（FlexibleMachiningCell））是一一种人人的参参与减减到最最小时时，能能连续续地对对同一一零件件族内内不同同的零零件进进行自自动化化加工工（包包括工工件、、刀具具、废废屑等等在单单元内内部的的运输输和交交换））的最最小加加工单单元。。（3））柔性性制造造系统统（FlexibleManufacturingSystem）是是由加加工系系统（（由一一组数数控机机床和和其他他自动动化工工艺设设备，，如清清洗机机、成成品实实验机机、喷喷漆机机等组组成））、物物料自自动储储运系系统和和信息息控制制系统统三者者相结结合，，由中中央计计算机机管理理使之之自动动运转转的制制造系系统。。2计计算机机集成成制造造系统统（ComputerIntegratedManufacturingSystem））CIMS的的构成成可以以分以以下几几个部部分：：（1））设计计过程程（（2）加加工制制造过过程（3））计算算机辅辅助生生产管管理（（4）集集成方方法及及技术术思考题题：1、数数控控机床床由哪哪几部部分组组成？？简述述数控控机床床各组组成部部分的的作用用。2、、什么么是数数字控控制、、柔性性制造造单元元（FMC）、、直接接数控控（DNC）？？3、什什么