数控机床第1章

课程情况总体简介授课学时：课程性质：课程任务：1.掌握数控机床的基本原理和基础知识；2.熟悉数控机床的基本结构和工作机理；3.具备数控加工手工编程能力和正确使用数控设备的能力；4.培养选用或设计组成数控机床的计算机数控系统的能力。机械设计制造与自动化专业的一门主干专业技术课，是一门实践性、综合性很强的课程。64学时数控机床简介四川仪表工业学校王小梅数控机床的产生与发展：

（一）

产生：

1、传统的生产方法已满足不了生产需求

1)

单件小批量生产——占70%，一般用试切法，技术水平要求高，劳动强度大，精度不高，无法实现自动化。如：普通车、铣、刨、磨床等

2)

工艺流水作业——调整法加工，生产率提高，精度提高，成本低，品种多，采用组合机床，多机床配合，环节出现问题，生产停滞。

3)

自动机床：用凸轮控制，适于生产简单工件，且改型困难

2、社会的需求

1)

品种多样化

2)

零件精度和形状复杂程度不断提高

3)

生产品种的频繁换型

3、技术上的可行性

1)

电子计算机的发明

2)

电子技术的发展

a、

现代控制理论的发展

b、

各种功能优越件的产生

c、

大规模集成电路的出现

3)

新颖机械结构的出现

a、

滚珠丝杠—代替普通丝杠，动作更灵活，间隙更小，精度提高

b、

滚动导轨—代替滑动导轨，移动灵活，克服爬行和前冲现象

4)

机床动态特性的研究成果

使机床的刚度更好，主轴转速更高，抗振性提高

数控机床简介1.1概述数控技术是在复杂轮廓的航空零件和成型模具的制造的需要的基础上发展起来的。

1952年，麻省理工学院和Parsons公司研制成功第一台数控机床在MIT，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了制造自动化的发展。1.1概述

科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数字控制(NumericalControl，简称NC或数控)机床，就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。一、数控机床概述什么是数控：数字程序控制简称数控NC，通常用数控指令控制机械运动。什么是数控机床：采用数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

什么是加工中心：一般认为具备快速换刀机构的数控机床称为加工中心。数控车床图片数控车床返回立式数控铣床图片卧式数控铣床返回数控磨床图片返回立式加工中心1.1.1数控机床的基本概念数字控制（NC，numericalcontrol）用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法（GB8129-87）；

数控系统：实现数控技术的机电控制设备；是实现数字控制的装置。1.1.1数控机床的基本概念计算机数控系统(ComputerNumericalControl，简称CNC)现代数控系统是采用微处理器中的系统程序(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联接成为计算机数控(ComputerNumericalToo1)系统，简称CNC系统。具有CNC系统的机床称为CNC机床1.1.1数控机床的基本概念数控机床（NumerialControlMachineTool)是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，或者说是装备了数控系统的机床。它是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是数控技术与机床相结合的产物。1.1.1数控机床的基本概念数控编程编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验1.1.2数控机床的基本原理过程用数控机床加工零件时，首先应将加工零件的几何信息和工艺信息编制成加工程序，由输入装置送入数控系统，经过数控系统的处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具和工件及其它辅助运动装置严格按要求运动。数控机床加工零件过程如图所示。1.1.2数控机床的基本原理过程数控机床的基本原理过程1.1.2数控机床的基本原理过程选择并确定需要进行数控加工的零件及内容；进行数控加工工艺设计；对零件图形进行必要的数学处理；编写加工程序(自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序—加工程序)；按程序单制作控制介质；手动输入或通讯输入对程序进行校验和修改；试运行；刀路模拟首件试加工与现场问题处理；数控加工工艺技术文件的编写与存档。数控加工过程1.1.3数控机床的基本组成1.1.3数控机床的基本组成1）控制介质控制介质是将零件加工信息传送到数控装置中去的信息载体1.1.3数控机床的基本组成2）数控系统

是数控机床的核心，通常是一台具有专用系统软件的微型计算机，它由输入输出接口线路、控制运算器和存储器等构成。它接受控制介质上的数字化信息，经过控制软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。1.1.3数控机床的基本组成3）伺服系统

伺服系统是数控机床的执行机构。是由驱动装置（伺服驱动电路等、是伺服电机的动力源）和执行部件（伺服电机）两大部分组成。它接受数控装置的指令信息，并按指令信息的要求控制执行部件的进给速度、方向和位移，以加工出符合图样要求的零件。伺服精度和动态响应是影响数控机床的加工精度、表面质量和生产效率的重要因素之一。

1.1.3数控机床的基本组成4）反馈系统

测量元件将数控机床各坐标轴的位移指令值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与设定值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的信息指令1.1.3数控机床的基本组成5）辅助装置装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的主运动换向、变速、启停、刀具的选择和更换，以及其它辅助装置动作等指令信号，经过必要的编译、逻辑判别和运算，经过功率放大后直接驱动相应的电器，带动机床的机械部件、液压装置、气动装置等辅助装置完成指令规定的动作。1.1.3数控机床的基本组成6）机床本体

与传统的机床相比较，数控机床本体仍然由主传动装置、进给传动装置、床身及工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床本体的整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统等的结构以及操纵机构发生了很大的改变,这种变化的目的是为了满足数控机床高精度、高速度、高效率以及高柔性的要求。1.1.3数控机床的基本组成1.2数控机床的分类1.2.1按工艺用途分类1.金属切削类数控机床：数车、数铣等2.金属成型类数控机床：挤、冲、拉压等3.数控特种加工数控机床：线切割、电火花4.其它类型的数控机床：三坐标测量仪1.2.2按功能水平分类高级型普通型经济型

性能类别 CPU位数 联动轴数分辨率(um进给速度显示(m/min) 显示高级型 32 5 <0.1 >24三维动态普及型 26 3 0.1~1010~24字符/图形经济型 8 <3 <10 <10 字符1.2.3按伺服系统分类1．开环控制数控机床1.2.3按伺服系统分类2．闭环控制数控机床1.2.3按伺服系统分类

3．半闭环控制数控机床（混合式）3．半闭环控制数控机床1.2.3按伺服系统分类

4、混合控制数控机床开环和闭环相结合1.2.4按运动轨迹分类（一）按控制轨迹的特点分类

1.点位控制数控机床：数控钻床、镗床、冲床（进给过程中不加工）

2.直线控制数控机床：简易的数控车床、镗床

（进给过程中可以加工）

3.轮廓控制数控机床：两轴至五轴联动机床（可以加工非直线轮廓）1.2.4按运动轨迹分类1.3数控机床的发展历程和发展方向1.3.1数控机床的发展历程

1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。

1952年的第一代——电子管数控机床

1959年的第二代——晶体管数控机床

1965年的第三代——集成电路数控机床

1970年的第四代——小型计算机数控机床

1974年的第五代——微型计算机数控系统

1990年的第六代——基于PC的数控机床。1.3数控机床的发展历程和发展方向最新一代的数控机床：并联机床（又称6条腿数控机床、并联运动学机器人、虚轴机床）是数控机床在结构上取得的重大突破。1994年，在美国芝加哥国际机床展览会(IMTS’94)上，美国Giddings＆Lewis公司首次展出了Variax型并联运动机床，引起各国机床研究单位和生产厂家的重视。它是一台以Stewart平台为基础的5坐标立式加工中心，标志着机床设计开始采用并联机构，是机床结构重大改革的里程碑。1.3数控机床的发展历程和发展方向并联机床并联机床并联机床1.3.2数控机床发发展方向1．高速度高精度化（1）提高切削速度，不但可以提高加工效率、而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。（2）.精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品