第一章 数控车床简介

数控机床主讲：戚永裕一、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。数控车床简介第一台数控机床是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。1、高速化与高精度化

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。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品的质量，特别是在超高速切削、超精密加工技术的实施中，它对机床各坐标轴的位移速度和定位精度都提出了更高的要求；另外，这两项技术指标又是相互制约的，即要求位移速度越高，定位精度就越难提高。二、数控机床的发展趋势为实现更高速度、更高精度的指标，目前主要在下述几个方面采取措施进行研究：（1）数控系统：数控系统采用位数、频率更高的微处理器，以提高系统的基本运算速度。（2）伺服交流伺服系统：全数字交流伺服系统，大大提高了系统的定位精度、进给速度。所谓数字伺服系统，是指伺服系统中的控制信息用数字量来处理。随着数字信号微处理器速度的大幅度提高，伺服系统的信息处理可完全用软件来完成，这就是所谓的“数字伺服”。（3）机床静、动摩擦的非线性补偿控制技术：机械动、静摩擦的非线性会导致机床爬行。除了在机械结构上采取措施降低摩擦外，新型的数控伺服系统还具有自动补偿机械系统静、动摩擦非线性的控制功能。（4）高速大功率电主轴的应用：在超高速加工中，对机床主轴转速提出了极高的要求（10000～75000r/min），传统的齿轮变速主传动系统已不能适应其要求。（5）配置高速、功能强的内装式可编程控制器：提高可编程控制器的运行速度，可满足数控机床高速加工的速度要求。新型的PLC具有专用的CPU，基本指令执行时间可达0.2us/步，编程步数达到16000步以上。利用PLC的高速处理功能，是CNC与PLC之间有机地结合起来，以满足数控机床运行中的各种实时控制要求。（6）采用高性能和可靠的新型功能部件——电滚珠丝杠：它是伺服电机与滚珠丝杠的集成，具有减少传动环节、结构紧凑等优点，可以大大简化数控机床的结构。2、多功能化：（1）数控机床采用一机多能，以最大限度地提高设备设备的利用率。（2）前台加工、后台编辑的后台功能，以充分提高其工作效率和机床利用率。（3）具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通讯口、DNC功能外，还具有网络功能。DNC是DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl英文一词的缩写,中文意思：直接数字控制/分布式控制。DNC最早是指分布式数控系统（DistributedNumericalControl），其含义是用一台大型计算机同时控制几台数控机床。后来随着科学技术的进步，数控系统由NC（NumericalControl）发展为CNC（ComputerNumericalControl计算机数控系统），每一台数控机床由一台计算机（CNC系统）来控制,所以过去的DNC概念已失去意义。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