数控机床原理与结构分析-第2章-数控机床组成课件

第二章数控机床组成12/24/20221第二章数控机床组成12/19/202212.1．数控机床的组成分类2.2．数控机床的电气控制系统2.3．国内外数控机床的现状2.4．数控机床的发展趋势复习与思考题12/24/202222.1．数控机床的组成分类12/19/202222.1．数控机床的组成分类数控机床是一个装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。

2.1.1．数控机床的控制技术2.1.2．数控机床组成2.1.3．数控机床的分类12/24/202232.1．数控机床的组成分类数控机床是一个装有程序控制系统的机2.1.1．数控机床的控制技术数控机床种类繁多，有钻铣镗床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了数控技术进行控制的机床统称NC机床。带有自动刀具交换装置（AutomaticToolchange－ATC）的数控机床（带有回转刀架的数控车床除外）称为加工中心（MachineCenter－MC）。它通过刀具的自动交换，可以一次装夹完成多工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率；减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度。在加工中心的基础上，通过增加多工作台（托盘）自动交换装置（AutoPalletchanger－APC）以及其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元（FlexibleManufacturingCell－FMC）。12/24/202242.1.1．数控机床的控制技术数控机床种类繁多，有钻铣镗床类在FMC和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem－FMS）。为了适应市场需求多变的形势，对现代制造业来说，不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化。将这些要求综合，构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统（computerIntegratedManufacturingsystem－CIMS）,CIMS将一个工厂的生产、经营活动进行了有机的集成，实现了更高效益、更高柔性的智能化生产，是当今自动化制造技术发展的最高阶段。12/24/20225在FMC和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人2.1.2．数控机床组成图2－1数控加工过程示意图1．数控机床加工零件的过程12/24/202262.1.2．数控机床组成图2－1数控加工过程示意图1．数2．数控机床的组成12/24/202272．数控机床的组成12/19/202272.1.3．数控机床的分类1．按工艺用途分类（1）金属切削类数控机床（2）金属成型类数控机床（3）特种加工及其它类型数控机床12/24/202282.1.3．数控机床的分类1．按工艺用途分类12/19/2012/24/2022912/19/20229

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全功能数控铣床图2－3d

高速数控铣床12/24/202210图2－3c

全功能数控铣床图2－3d

高速数控

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立式数控铣床图2－3f

立式加工中心12/24/202211图2－3e

立式数控铣床图2－3f

立式加工中心1图2－4a数控液压板料折弯机12/24/202212图2－4a数控液压板料折弯机12/19/202212图2－4b数控弯管机12/24/202213图2－4b数控弯管机12/19/202213图2－4c数控冲模回转头压力机12/24/202214图2－4c数控冲模回转头压力机12/19/202214

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数控线切割机床图2－5b

数控电火花线切割机床12/24/202215图2－5a

数控线切割机床图2－5b

数控电火花线切割图2－5c数控激光切割机12/24/202216图2－5c数控激光切割机12/19/202216图2－5d数控等离子切割机12/24/202217图2－5d数控等离子切割机12/19/202217

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数控三坐标测量机图2－5f柔性三坐标测量臂12/24/202218图2－5e

数控三坐标测量机图2－5f柔性三2．如果以数控系统的特征进行分类时，可将数控机床分成三大类：（1）点位控制的数控机床（2）直线控制数控机床（3）轮廓控制的数控机床①平面轮廓加工的数控机床②空间轮廓加工的数控机床12/24/2022192．如果以数控系统的特征进行分类时，可将数控机床分成三大类：3．按伺服系统的类型分类根据有无检测反馈元件及其检测装置，机床的伺服系统可分为开环伺服、闭环伺服和半闭环伺服。（1）开环控制数控机床（2）闭环控制数控机床（3）半闭环控制数控机床12/24/2022203．按伺服系统的类型分类12/19/20222012/24/20222112/19/2022214．按照功能水平分类对于按数控功能的水平分类方法，目前尚无明确定义，因此，涵义也不十分清楚。这种分类方法没有一个确切定义，但可以给人们一个清晰的一般水平概念，可将数控机床分为高、中、低档三类。数控机床水平高低由主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平决定。下列几个方面可作为评价数控机床档次的参考条件。12/24/2022224．按照功能水平分类12/19/20222212/24/20222312/19/2022232.2．数控机床的电气控制系统2.2.1．数控系统的电气控制2.2.2．数控机床的电气控制12/24/2022242.2．数控机床的电气控制系统2.2.1．数控系统的电气控制2.2.1．数控系统的电气控制1．数控系统的电源控制12/24/2022252.2.1．数控系统的电气控制1．数控系统的电源控制12/图2－17机床连接框图2．数控系统的连接12/24/202226图2－17机床连接框图2．数控系统的连接12/19/202.2.2．数控机床的电气控制12/24/2022272.2.2．数控机床的电气控制12/19/20222712/24/20222812/19/202228图2－18TK1640强电回路12/24/202229图2－18TK1640强电回路12/19/202229图2－19TK1640电源回路12/24/202230图2－19TK1640电源回路12/19/202230图2－20TK1640交流控制回路图12/24/202231图2－20TK1640交流控制回路图12/19/2022图2－21TK1640直流控制回路图12/24/202232图2－21TK1640直流控制回路图12/19/20222.3．国内外数控机床的现状2.3.1．国外数控机床的发展与现状2.3.2．我国数控机床的现状12/24/2022332.3．国内外数控机床的现状12/19/2022332.3.1．国外数控机床的发展与现状1949年作为这一方案的主要承包者的帕尔森斯公司，正式接受美空军委托，在麻省理工学院伺服机构试验室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）的协助下，开始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床（CincinnatiHydromel)，这便是数控的第一代。12/24/2022342.3.1．国外数控机床的发展与现状1949年作为这一方案1953年，美空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编程的研究，这就是创制APT(AutomaticallyProgrammedTools）自动编程系统的开始。1955年，美空军花费巨额经费订购了大约100台数控机床，此后两年，数控机床在美国进入迅速发展阶段，市场上出现了商品化数控机床。1958年，美国克耐·杜列克公司（Kearney&TrekkerCo.）在世界上首先研制成功带自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。1959年，计算机行业研制出晶体管元器件，因而数控装置中广泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入第二代数控。同时美国航空工业协会（AIA）和麻省理工学院发展APT程序语言。12/24/2022351953年，美空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编1960年以后，点位控制机床在美国得到迅速发展，数控技术不仅在机床上得到了实际应用，而且逐步推广到冲压机、绕线机、焊接机、火焰切割机、包装机和坐标测量机等，在程序编制方面，已由手工编程逐步发展到采用计算机自动编程。除了APT数控语言外，又发展了许多自动编程语言。从1960年开始，德国、日本等先进工业国家都陆续开发、生产及使用了数控机床。1965年，出现了小规模集成电路。由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代。以上三代，都是采用专用控制计算机的硬逻辑数控系统。装有这类数控系统的机床为普通数控机床（简称NC机床）。12/24/2022361960年以后，点位控制机床在美国得到迅速发展，数控技术不1967年，英国首先把几台数控机床联接成具有柔性的加工系统，这就是最初的FMS（FlexibleManufacturingsystem－柔性制造系统）。之后，美、欧、日也相继进行开发与应用．随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。小型计算机开始取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现。这样组成的数控系统称为计算机数控系统（CNC）。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了这种系统，称为第四代数控。而由计算机直接对许多机床进行控制的控制系统，称为直接数控系统（DNC）。12/24/2022371967年，英国首先把几台数控机床联接成具有柔性的加工系统1970年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器。1974年美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统。近20年来，微处理机数控系统的数控机床得到了飞速发展和广泛应用，这就是第五代数控系统（MNC）。80年代初，国际上又出现了柔性制造单元FMC(FlexibleManufacturingcell）。FMC和FMS被认为是实现CIMS(computerIntegratedManufacturingsystem－计算机集成制造系统）的必经阶段和基础。12/24/2022381970年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器。1972.3.2．我国数控机床的现状我国数控机床的现状可以从应用和生产两个方面来看，在“七五”与“八五”两个五年计划期间、数控机床的水平与产量均有令人瞩目的提高。“九五”及“十五”期间更有明显地增长，2007年，我国生产数控机床将达到100000多台，比2000年的14000台增长723.1％，高精度机床和大型机床也分别增长了192％和147.18％，而1992年数控机床只有4200多台。10多年间，我国数控机床增长了20倍，在数控机床的品种看，普及型数控机床所占比例从1992年的10％增长到2006年的38.2％。现在，我国已建立了以中、低档数控机床为主的产业体系，一些较高档次的数控系统，如5轴联动的数控系统、分辨率为0.01μm的高精度车床用数控系统、数字仿型的数控系统、为柔性制造单元配套的数控系统，也陆续开发出来，并制造出样机。12/24/2022392.3.2．我国数控机床的现状我国数控机床的现状可以从应用和2.4．数控机床的发展趋势2.4.1．高速、高效、高精度与高可靠性2.4.2．复合化、多轴化、柔性化、网络化、智能化与绿色化2.4.3．新型功能部件2.4.4．重视新技术标准、规范的建立12/24/2022402.4．数控机床的发展趋势12/19/202240复习思考题12/24/202241复习思考题12/19/202241第二章数控机床组成12/24/202242第二章数控机床组成12/19/202212.1．数控机床的组成分类2.2．数控机床的电气控制系统2.3．国内外数控机床的现状2.4．数控机床的发展趋势复习与思考题12/24/2022432.1．数控机床的组成分类12/19/202222.1．数控机床的组成分类数控机床是一个装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。

2.1.1．数控机床的控制技术2.1.2．数控机床组成2.1.3．数控机床的分类12/24/2022442.1．数控机床的组成分类数控机床是一个装有程序控制系统的机2.1.1．数控机床的控制技术数控机床种类繁多，有钻铣镗床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了数控技术进行控制的机床统称NC机床。带有自动刀具交换装置（AutomaticToolchange－ATC）的数控机床（带有回转刀架的数控车床除外）称为加工中心（MachineCenter－MC）。它通过刀具的自动交换，可以一次装夹完成多工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率；减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度。在加工中心的基础上，通过增加多工作台（托盘）自动交换装置（AutoPalletchanger－APC）以及其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元（FlexibleManufacturingCell－FMC）。12/24/2022452.1.1．数控机床的控制技术数控机床种类繁多，有钻铣镗床类在FMC和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem－FMS）。为了适应市场需求多变的形势，对现代制造业来说，不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化。将这些要求综合，构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统（computerIntegratedManufacturingsystem－CIMS）,CIMS将一个工厂的生产、经营活动进行了有机的集成，实现了更高效益、更高柔性的智能化生产，是当今自动化制造技术发展的最高阶段。12/24/202246在FMC和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人2.1.2．数控机床组成图2－1数控加工过程示意图1．数控机床加工零件的过程12/24/2022472.1.2．数控机床组成图2－1数控加工过程示意图1．数2．数控机床的组成12/24/2022482．数控机床的组成12/19/202272.1.3．数控机床的分类1．按工艺用途分类（1）金属切削类数控机床（2）金属成型类数控机床（3）特种加工及其它类型数控机床12/24/2022492.1.3．数控机床的分类1．按工艺用途分类12/19/2012/24/20225012/19/20229

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高速数控铣床12/24/202251图2－3c

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高速数控

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立式加工中心12/24/202252图2－3e

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立式加工中心1图2－4a数控液压板料折弯机12/24/202253图2－4a数控液压板料折弯机12/19/202212图2－4b数控弯管机12/24/202254图2－4b数控弯管机12/19/202213图2－4c数控冲模回转头压力机12/24/202255图2－4c数控冲模回转头压力机12/19/202214

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数控电火花线切割机床12/24/202256图2－5a

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数控电火花线切割图2－5c数控激光切割机12/24/202257图2－5c数控激光切割机12/19/202216图2－5d数控等离子切割机12/24/202258图2－5d数控等离子切割机12/19/202217

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数控三坐标测量机图2－5f柔性三坐标测量臂12/24/202259图2－5e

数控三坐标测量机图2－5f柔性三2．如果以数控系统的特征进行分类时，可将数控机床分成三大类：（1）点位控制的数控机床（2）直线控制数控机床（3）轮廓控制的数控机床①平面轮廓加工的数控机床②空间轮廓加工的数控机床12/24/2022602．如果以数控系统的特征进行分类时，可将数控机床分成三大类：3．按伺服系统的类型分类根据有无检测反馈元件及其检测装置，机床的伺服系统可分为开环伺服、闭环伺服和半闭环伺服。（1）开环控制数控机床（2）闭环控制数控机床（3）半闭环控制数控机床12/24/2022613．按伺服系统的类型分类12/19/20222012/24/20226212/19/2022214．按照功能水平分类对于按数控功能的水平分类方法，目前尚无明确定义，因此，涵义也不十分清楚。这种分类方法没有一个确切定义，但可以给人们一个清晰的一般水平概念，可将数控机床分为高、中、低档三类。数控机床水平高低由主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平决定。下列几个方面可作为评价数控机床档次的参考条件。12/24/2022634．按照功能水平分类12/19/20222212/24/20226412/19/2022232.2．数控机床的电气控制系统2.2.1．数控系统的电气控制2.2.2．数控机床的电气控制12/24/2022652.2．数控机床的电气控制系统2.2.1．数控系统的电气控制2.2.1．数控系统的电气控制1．数控系统的电源控制12/24/2022662.2.1．数控系统的电气控制1．数控系统的电源控制12/图2－17机床连接框图2．数控系统的连接12/24/202267图2－17机床连接框图2．数控系统的连接12/19/202.2.2．数控机床的电气控制12/24/2022682.2.2．数控机床的电气控制12/19/20222712/24/20226912/19/202228图2－18TK1640强电回路12/24/202270图2－18TK1640强电回路12/19/202229图2－19TK1640电源回路12/24/202271图2－19TK1640电源回路12/19/202230图2－20TK1640交流控制回路图12/24/202272图2－20TK1640交流控制回路图12/19/2022图2－21TK1640直流控制回路图12/24/202273图2－21TK1640直流控制回路图12/19/20222.3．国内外数控机床的现状2.3.1．国外数控机床的发展与现状2.3.2．我国数控机床的现状12/24/2022742.3．国内外数控机床的现状12/19/2022332.3.1．国外数控机床的发展与现状1949年作为这一方案的主要承包者的帕尔森斯公司，正式接受美空军委托，在麻省理工学院伺服机构试验室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）的协助下，开始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床（CincinnatiHydromel)，这便是数控的第一代。12/24/2022752.3.1．国外数控机床的发展与现状1949年作为这一方案1953年，美空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编程的研究，这就是创制APT(AutomaticallyProgrammedTools）自动编程系统的开始。1955年，美空军花费巨额经费订购了大约100台数控机床，此后两年，数控机床在美国进入迅速发展阶段，市场上出现了商品化数控机床。1958年，美国克耐·杜列克公司（Kearney&TrekkerCo.）在世界上首先研制成功带自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。1959年，计算机行业研制出晶体管元器件，因而数控装置中广泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入第二代数控。同时美国航空工业协会（AIA）和麻省理工学院发展APT程序语言。12/24/2022761953年，美空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编1960年以后，点位控制机床在美国得到迅速发展，数控技术不仅在机床上得到了实际应用，而且逐步推广到冲压机、绕线机、焊接机、火焰切割机、包装机和坐标测量机等，在程序编制方面，已由手工编程逐步发展到采用计算机自动编程。除了APT数控语言外，又发展了许多自动编程语言。从1960年开始，德国、日本等先进工业国家都陆续开发、生产及使用了数控机床。1965年，出现了小规模集成电路。由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代。以上三代，都是采用专用控制计算机的硬逻辑数控系统。装有这类数控系统的机床为普通数控机床（简称NC机床）。12/24/2022771960年以后，点位控制机床在美国得到迅速发展，数控技术不1967年，英国首先把几台数控机床联接成具有柔性的加工系统，这就是最初的FMS（FlexibleManufacturingsystem－柔性制造系统）。之后，美、欧、日也相继进行开发与应用．随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。小型