数控机床概述课件

该教学领域的位置数控机床前后教学领域机械制造基础MASTERCAM机械加工工艺学数控机床数控加工工艺课程设计数控机床操作中级工实训数控机床操作高级工实训前教学领域后教学领域本教学领域第1章数控机床概述1.1数控机床的产生和发展1.2数控机床的特点1.3数控机床的分类1.4数控机床的基本原理和坐标系1.5数控机床的主要性能指标图0.1倾斜式导轨数控车床图0.2立式数控铣床图0.3简易数控铣床图0.4立式加工中心图0.5卧式加工中心图0.6工业机器人

图0.7六杆MC

图0.8六杆MC示意图图0.9CIMS车间布局示意图产生的背景1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一台三座标数控机床。1955年，第一台工业用数控铣床由美国Bendix公司生产出来。1959年，第一台加工中心由美国K&T公司开发出来。1.1数控机床的产生和发展

数控机床在我国1958年我国开始研制第一台数控铣床（清华大学）。1966年我国研制成功晶体管NC系统，并生产出了数控线切割机床、数控铣床等80年代，主要靠引进。90年代，主要靠摸索前进。2K年后，发展较快，目前已有FMS和CIMS。数控机床的产生的内在根源数控技术产生的内在动力：市场竞争日趋激烈，产品更新换代加快，大批量产品越来越少，小批量产品生产的比重越来越大，迫切需要一种精度高、柔性好加工设备来满足上述需求。数控技术产生的技术基础：电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了坚实的技术基础。数控机床的产生给生产自动化技术带来了全新的概念，推动了加工自动化技术的发展。数控机床的产生的意义数控机床的产生使带有复杂曲面的零件的自动化加工得以实现（如螺旋桨叶片、模具）。机床数控的产生，使生产容易实现：复杂多变零件的加工，而且加工精度高，一致性好，生产效率高，能够大大减轻工人的劳动强度，因此很快受到了人们的关注。数控技术----是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控系统----就是采用数控技术实现数字控制的一整套装置和设备。数控机床----就是装备有数控系统，采用数控技术控制的机床。常见的数控机床有：数控车床、数控铣床、数控加工中心等。数控技术与数控机床（概念）数控机床的发展

数控机床发展到今天，完全依赖于数控系统的发展，大致可划分为6代。

第1代数控：1952～1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）；

第2代数控：1959～1964年采用晶体管电路的NC装置；

第3代数控：1965～1970年采用小、中规模集成电路的NC装置；第4代数控：1971～1974年采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）；

第5代数控：自1974年开始采用微型电子计算机控制的系统（MNC）；第6代数控：90年代以来采用基于PC机控制的开放式系统。1.2数控机床的特点

与普通机床相比，数控机床具有以下（加工）特点：（优点）

1.加工精度高（好）2.生产柔性大（多）3.劳动强度低（省）4.生产效率高（快）5.经济效益好（省）6.管理现代化（快）注：加工特点各书表达略有不同。数控加工的缺点数控机床虽有上述各种优点，同时也存在不足之处：

初期投资较高，附件备件昂贵不适于大批量生产（占机械加工总量20%-30%）加工前的调整相对复杂

电子系统维修难度大1.3数控机床的分类

1.3.1按工艺用途分类按工艺用途不同，可将数控机床分成以下几类：（1）单工序数控机床。(如：铣、钻、镗、磨等)（2）加工中心。(如：立式MC、卧式MC等)（3）特种加工数控机床。(如：线切割、电火花等)（4）其他类型的数控设备。(如：数控折弯、冲裁等)1.3.2按运动轨迹分类1.点位控制数控机床这类数控机床的特点是在刀具相对于工件的移动过程中不进行切削加工，只要求刀具从一点移动到另一点并准确定位，而对运动的速度和轨迹没有严格的要求。如图1.1所示，刀具从A点到B点可以走①、②或③中的任意一条路经。图1.1点位控制切削加工2.直线控制数控机床这类数控机床不仅要控制机床刀具从一点移动到另一点，而且要沿直线轨迹（一般与某一坐标轴平行或成45°角）以一定速度移动，移动过程中可进行切削加工，加工示例如图1.2所示。图1.2直线控制切削加工

3.轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够控制机床刀具或工件沿直线、圆弧或抛物线等曲线轨迹移动，移动过程中可进行切削加工，移动速度根据工艺要求由编程确定，可实现曲线或者曲面轮廓加工，加工示例如图1.3所示。

图1.3轮廓控制切削加工4.控制轴数和联动轴数多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动，称为多轴联动。按照联动轴数，可分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动和多轴联动数控机床，如图1.4所示。图1.4不同联动轴数所能加工的型面(a)二轴联动；(b)二轴半联动；(c)三轴联动图1.5五轴联动铣削曲面零件图1.6六轴加工中心坐标示意图1.3.3按伺服系统的控制方式分类按伺服系统的控制方式不同可将数控机床分为开环控制、闭环控制和半闭环控制数控机床。1.开环控制数控机床这类数控机床的运动部件没有位置检测反馈装置，采用步进电动机驱动，如图1.7所示。图1.7开环控制数控机床结构2.闭环控制数控机床这类数控机床的运动部件上安装有位置测量反馈装置，由直流或交流伺服电动机驱动，如图1.8所示。图1.8闭环控制数控机床结构3.半闭环控制数控机床将位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位移，与数控装置中的指令位移量相比较，实现差值控制，构成如图1.9所示的半闭环控制。图1.9半闭环控制数控机床结构图混合环控制前述分类归纳如下分类机床名称按加工工艺方法1.金属切削类数控机床2.特种加工类数控机床3.板材加工类数控机床按控制运动方式1.点位控制数控机床2.点位直线控制数控机床3.轮廓控制数控机床按驱动装置特点1.开环控制数控机床2.半闭环控制数控机床3.闭环控制数控机床4.混合控制数控机床1.3.4按功能水平分类按照功能水平，可以将数控机床分为低（经济型）、中、高三档。这种分类方法的界线是相对的，不同时期的划分标准会有所不同。就目前的发展水平来看，不同档次数控机床的功能和指标如表1.1所示。表1.1各档次数控机床的功能和指标各类数控机床适宜的加工对象数控机床的种类数控车床加工中心机床数控铣床数控钻床数控镗床数控磨床数控电加工机床数控金属成型机床控制系统类别点位、直线控制轮廓控制点位、直线控制开环、半闭环、闭环特殊用途的轮廓控制点位、直线控制轮廓控制点位控制开环、半闭环开环、半闭环、闭环开环、半闭环、闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环闭环闭环、半闭环开环、半闭环开环、半闭环点位、直线控制点位、直线控制轮廓控制轮廓控制执行机构类别加工对象类别没锥度、圆弧的轴有锥度、圆弧的轴齿轮箱、框架等箱体飞机零件的轮廓加工箱体平面轮廓的凸轮、样板、冲模，压、铸模印刷电路基板、多孔零件箱体精密箱体凸轮、轧辊、冲模模具冲压，板材、弯管等1.4数控机床的基本原理和坐标系

1.4.1数控机床的基本原理1.数控机床的工作过程数控机床是用数字信息进行控制的机床。它用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、速度等信息记录在程序介质上，然后送入数控系统经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件。其基本过程如图1.10所示。图1.10数控加工过程示意图2.数控机床的组成如图1.11所示，数控机床由机床本体、数控系统和伺服驱动系统几部分组成。1）机床本体机床本体是数控机床的主体，由基础件(如床身、底座)和运动件(如工作台、主轴箱等)组成。图1.11数控机床的组成与普通机床相比，数控机床本体具有以下特点：a.采用了高性能主轴部件及传动系统，机械传动结构简单。b.机械结构具有较高刚度和耐磨性，热变形小。c.更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠、静压导轨、滚动导轨等。2）数控系统数控系统是数控机床的控制核心，用来输入、存储零件加工程序，并根据零件加工程序进行计算、插补等处理，发出各种控制信号，控制机床各部件的动作，完成零件加工过程的控制。3）伺服驱动系统伺服驱动装置的作用是把来自数控装置的输出信号进行功率放大，通过执行元件（如步进电动机、伺服电动机等）和机械传动机构，使机床的运动部件带动刀具相对于工件按规定的轨迹和速度运动，实现零件加工。数控机床的组成1.

主轴系統2.

传动测量系統3.

数控装置4.

伺服控制器6.

控制软件(控制介质)5.

机床本体数控机床的组成控制介质：存储程序数控装置：处理程序 发出命令伺服系统：接受命令 执行命令机床数控技术的组成数控技术机床数控系统外围技术基础件配套件数控装置驱动系统位置反馈系统刀具系统编程技术管理技术床身立柱工作台刀架刀库丝杠导轨硬件软件伺服系统电动机光栅光电编码器磁栅感应同步器测速发电机旋转变压器激光刀片刀杆编程机编程系统PLCCPURAMROM接口控制软件顺序程序步进电动机直流电动机交流电动机1.4.2数控机床的坐标系

该标准规定，数控机床采用右手直角笛卡尔坐标系，如图1.12所示。基本直角坐标轴X、Y、Z三者的关系及其正方向按右手定则判定，围绕X、Y、Z各轴作旋转运动的轴A、B、C三者的正方向按右螺旋法则判定。 机床的运动：是指刀具和工件之间的相对运动，一律假定工件是静止的，刀具在坐标系内相对于工件运动坐标轴轴名代号备注线性坐标轴XYZ第一组：优先UVW第二组：其次PQR第三组：最后旋转坐标轴ABC第一组：优先D，E第二组：其次图1.12右手直角笛卡尔坐标系标准还规定，增大工件与刀具之间距离（即增大工件尺寸）的方向为正方向；

Z轴----为平行于机床主轴的坐标轴，如果机床有一系列主轴，则选尽可能垂直于工件装卡面的主要轴为Z轴；X轴----为水平或者平行于工件装卡平面的轴；Y轴----根据右手定则和右螺旋法则确定。其余各轴亦如此。

图1.13和图1.14所示为卧式车床和立式铣床的坐标系。图1.13卧式车床坐标系图1.14立式铣床坐标系1.5数控机床的主要性能指标主要从：运动性能、精度、轴数来衡量1.5.1数控机床的运动性能指标（1）主轴转速。（2）进给速度。