数控机床的产生和发展趋势课件.ppt

1、第第1章数控机床概述章数控机床概述第一节数控机床的产生和发展趋势第一节数控机床的产生和发展趋势第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识第一节数控机床的产生和发展趋势第一节数控机床的产生和发展趋势数控机床的产生和发展数控机床的产生和发展数字控制机床数字控制机床(Numerically Controlled Machine Tool)，是近，是近代发展起来的一种自动控制机床，通过数字信息自动控制机床代发展起来的一种自动控制机床，通过数字信息自动控制机床的运转。数控机床的加工程序和运动变量的运转。数控机床的加工程序和运动变量(如坐标方向、位移量、如坐标方向、位移量、轴的转向和转速等轴的转向和

2、转速等)通过数控装置自动控制，同时具有自动换刀、通过数控装置自动控制，同时具有自动换刀、自动测量、自动润滑和自动冷却等功能。自动测量、自动润滑和自动冷却等功能。数控机床的发展完全依赖于数控系统的发展。自数控机床的发展完全依赖于数控系统的发展。自1952年美国研年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两个阶段和六代的发制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。展。)返回下一页第一节数控机床的产生和发展趋势第一节数控机床的产生和发展趋势数控数控(NC)阶段阶段(1952-1970年年)早期计算机的运算速度低，这虽然对当时的科学计算和数据处早期计算机的运算速度低，这虽然对当时的科

3、学计算和数据处理影响并不大，但却不能适应机床适时控制的要求。人们不得理影响并不大，但却不能适应机床适时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路不采用数字逻辑电路“搭搭”成一台机床专用计算机作为数控系成一台机床专用计算机作为数控系统，这被称为硬件连接数控统，这被称为硬件连接数控(H and-wired NC)，简称为数控，简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即:第一代数控第一代数控:1952-1959年采用电子管元件构成的专用年采用电子管元件构成的专用NC装置装置;第二代数控第二代数控:1959-1964年采用晶体管电路的年采用晶体管

4、电路的NC装置装置;第三代数控第三代数控:1965-1970年采用小、中规模集成电路的年采用小、中规模集成电路的NC装置。装置。下一页返回上一页第一节数控机床的产生和发展趋势第一节数控机床的产生和发展趋势计算机数控计算机数控(CNC)阶段阶段(1970至今至今)到到1970年，通用小型计算机已批量生产，其运算速度比年，通用小型计算机已批量生产，其运算速度比20世世纪五六十年代有了大幅度的提高，这比专门纪五六十年代有了大幅度的提高，这比专门“搭搭”成的专用成的专用计算机成本低、可靠性高，于是将它移植过来作为数控系统计算机成本低、可靠性高，于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数

5、控的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC)阶段。随着计算阶段。随着计算机技术的发展，这个阶段也经历了三代，即机技术的发展，这个阶段也经历了三代，即:第四代数控第四代数控:1970-1974年采用大规模集成电路的小型通用计年采用大规模集成电路的小型通用计算机数控系统算机数控系统;第五代数控第五代数控:1974-1990年应用微处理器的计算机数控系统年应用微处理器的计算机数控系统;第六代数控第六代数控:1990年以后，年以后，PC(个人计算机，国内习惯称微机个人计算机，国内习惯称微机)的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，

6、数控系统从此进入了基于的要求，数控系统从此进入了基于PC (PC-BASED)的时代的时代下一页上一页返回第一节数控机床的产生和发展趋势第一节数控机床的产生和发展趋势数控机床发展的趋势数控机床发展的趋势提高数控系统的智能化和可靠性提高数控系统的智能化和可靠性提高速度和精度提高速度和精度数控机床结构现代化数控机床结构现代化数控技术多功能化和综合自动化数控技术多功能化和综合自动化现在通过网络技术，数字化制造已经进入了信息高速公路现在通过网络技术，数字化制造已经进入了信息高速公路;敏敏捷制造、网络化设计与制造、虚拟制造等技术也正在全面快捷制造、网络化设计与制造、虚拟制造等技术也正在全面快速发展。速发

7、展。返回上一页第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识数控机床的分类数控机床的分类数控机床的种类很多，从不同角度出发就有不同的分类方法数控机床的种类很多，从不同角度出发就有不同的分类方法，通常有以下几种分类方法，通常有以下几种分类方法按控制功能分类按控制功能分类点位控制数控机床点位控制数控机床直线控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床下一页返回第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识按进给伺服系统类型分类按进给伺服系统类型分类按数控系统的进给伺服系统有无位置测量反馈装置可分为开按数控系统的进给伺服系统有无位置测量反馈装置可分为开环数控机床和闭环数控机床。闭

8、环数控机床根据位置测量装环数控机床和闭环数控机床。闭环数控机床根据位置测量装置安装的位置不同又可分为全闭环数控机床和半闭环数控机置安装的位置不同又可分为全闭环数控机床和半闭环数控机床两种。床两种。开环数控机床开环数控机床采用开环进给伺服系统，开环数控机床开环数控机床采用开环进给伺服系统，图图1-1所所示为开环进给伺服系统简图。由图可知，开环进给伺服系统示为开环进给伺服系统简图。由图可知，开环进给伺服系统没有位置测量反馈装置，信号流是单向的没有位置测量反馈装置，信号流是单向的(数控装置一进给系数控装置一进给系统统)，故系统稳定性好，但由于无位置反馈，相对闭环系统而，故系统稳定性好，但由于无位置反

9、馈，相对闭环系统而言，控制精度不高，其精度主要取决于伺服驭动系统和机械言，控制精度不高，其精度主要取决于伺服驭动系统和机械传动机构的性能和精度。传动机构的性能和精度。下一页上一页返回第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识半闭环数控机床半闭环数控机床采用半闭环进给伺服系统，半闭环数控机床半闭环数控机床采用半闭环进给伺服系统，图图1-2所示为半闭环进给伺服系统简图。半闭环数控系统的位所示为半闭环进给伺服系统简图。半闭环数控系统的位置检测点从驭动电动机置检测点从驭动电动机(常用交、直流伺服电动机或丝杠端引常用交、直流伺服电动机或丝杠端引出，是通过检测电动机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的出

10、，是通过检测电动机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。闭环数控机床闭环数控机床采用闭环进给伺服系统，闭环数控机床闭环数控机床采用闭环进给伺服系统，图图1-3所所示为闭环伺服系统简图。闭环进给伺服系统的位置检测点如示为闭环伺服系统简图。闭环进给伺服系统的位置检测点如图图1-3中的点画线所示，它直接对工作台的实际位置进行检测中的点画线所示，它直接对工作台的实际位置进行检测下一页上一页返回第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识按工艺用途按工艺用途(机床类型机床类型)分类分类切削加工类数控机床切削加工类数控机床成形加

11、工类数控机床成形加工类数控机床特种加工类数控机床特种加工类数控机床其他类型数控机床其他类型数控机床按数控系统的功能水平分类按数控系统的功能水平分类按数控系统的功能水平有两种分法。一种是把数控机床分为按数控系统的功能水平有两种分法。一种是把数控机床分为高、中、低档高、中、低档(经济型经济型)数控机床。这种分类方法在我国应用数控机床。这种分类方法在我国应用较普遍。目前高、中、低档的界限还没有一个统一的界定标较普遍。目前高、中、低档的界限还没有一个统一的界定标准，加之不同时期划分的标准也不同，故这种分类的指标限准，加之不同时期划分的标准也不同，故这种分类的指标限定仅供参考。高、中、低档数控系统功能水

12、平界定指标见定仅供参考。高、中、低档数控系统功能水平界定指标见表表1-1下一页上一页返回第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识另一种分类是将数控机床分为经济型另一种分类是将数控机床分为经济型(简易简易)、普及型、普及型(全功能全功能)和高档型数控机床。全功能型并不追求过多功能，以实用为和高档型数控机床。全功能型并不追求过多功能，以实用为准，也称为标准型。经济型数控机床是根据实际机床的使用准，也称为标准型。经济型数控机床是根据实际机床的使用要求合理地简化系统，降低价格。在我国，经济型数控机床要求合理地简化系统，降低价格。在我国，经济型数控机床是指装备了功能简单、价格低、使用操作方便的低

13、档数控系是指装备了功能简单、价格低、使用操作方便的低档数控系统的机床、线切割机及进行数控化改造的机床等。统的机床、线切割机及进行数控化改造的机床等。下一页上一页返回第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识数控机床的组成数控机床的组成数控机床主要由以下几个部分组成，如数控机床主要由以下几个部分组成，如图图1-4所示。所示。计算机数控装置计算机数控装置(CNC装置装置)计算机数控装置是计算机数控系统的核心，其主要作用是根计算机数控装置是计算机数控系统的核心，其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，然后输据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，然后输出控制命令到相应

14、的执行部件出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、马伙动装置和伺服单元、马伙动装置和PLC等等)，完成零件加工程序或操作者的要求。，完成零件加工程序或操作者的要求。下一页上一页返回第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驭动装置包括主轴伺服驭动装置、主轴电动机、伺服单元和驭动装置包括主轴伺服驭动装置、主轴电动机、进给伺服驭动装置及进给电动机。测量装置是指位置和速度进给伺服驭动装置及进给电动机。测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现主轴、进给速度闭环控制和进给位置闭测量装置，它是实现主轴、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制

15、的必要装置。主轴伺服系统的作用是实现零件加工的环控制的必要装置。主轴伺服系统的作用是实现零件加工的切削运动，其控制量为速度。切削运动，其控制量为速度。控制面板控制面板控制面板又称操作面板，是操作人员与数控机床控制面板又称操作面板，是操作人员与数控机床(系统系统)进行进行信息交互的工具。操作人员可以通过它对数控机床信息交互的工具。操作人员可以通过它对数控机床(系统系统)进进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，也可以行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解和查询数控机床通过它了解和查询数控机床(系统系统)的运行状态。的运行状态。下一页上一页返回第二节数控机床的基础知

16、识第二节数控机床的基础知识程序输入程序输入/输出设备输出设备程序输入程序输入/输出设备是输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交换的装系统与外部设备进行信息交换的装置，其作用是将零件加工程序输入置，其作用是将零件加工程序输入CNC系统，或将调试好的系统，或将调试好的零件加工程序通过输出进行存储。目前数控机床的程序输入零件加工程序通过输出进行存储。目前数控机床的程序输入/输出设备是磁盘和磁盘驭动器等。输出设备是磁盘和磁盘驭动器等。此外，现代数控系统还可利用通信方式进行信息交换。这种此外，现代数控系统还可利用通信方式进行信息交换。这种方式是实现方式是实现CAD(计算机辅助设计计算机辅助设计)/CA

17、M(计算机辅助制造计算机辅助制造)集集成、成、FMS(柔性制造系统柔性制造系统)和和CIMS(计算机集成制造系统计算机集成制造系统)的基的基本技术。目前在数控机床上常用的通信方式有本技术。目前在数控机床上常用的通信方式有:串行通信串行通信;自动控制专用接口自动控制专用接口;网络技术网络技术下一页上一页返回第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识PLC、机床、机床I/0(输入输入/输出输出)电路和装置电路和装置PLC是用二进制与逻辑运算来控制与顺序动作有关的是用二进制与逻辑运算来控制与顺序动作有关的I/0电路电路，它由硬件和软件组成。机床，它由硬件和软件组成。机床I/0电路和装置是用来实

18、现电路和装置是用来实现I/0控控制的执行部件，由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组制的执行部件，由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成。成。机床本体机床本体机床本体是数控系统的控制对象，是实现零件加工的执行部机床本体是数控系统的控制对象，是实现零件加工的执行部件。它主要由主运动机构件。它主要由主运动机构(主轴、主运动传动机构主轴、主运动传动机构)、进给运、进给运动部件动部件(工作台、拖板及相应的传动机构工作台、拖板及相应的传动机构)、支承件、支承件(立柱、床立柱、床身等身等)以及特殊装置、自动工作台交换以及特殊装置、自动工作台交换(APL)系统、自动刀具系统、自动刀具交换交换(ATC)系统

19、和辅助装置系统和辅助装置(如冷却、润滑、排屑、转位和夹如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等紧装置等)组成。组成。下一页上一页返回第二节数控机床的基础知识第二节数控机床的基础知识数控机床的工作原理数控机床的工作原理数控机床的工作原理如数控机床的工作原理如图图1-5所示。首先根据被加工零件的状所示。首先根据被加工零件的状态、尺寸及工艺要求等，手工或通过计算机进行零件加工的态、尺寸及工艺要求等，手工或通过计算机进行零件加工的程序编制，把加工零件所需的机床各种动作及工艺参数变成程序编制，把加工零件所需的机床各种动作及工艺参数变成数控装置所能接受的程序代码，然后经输入装置送人数控装数控装置所能接受的程序

20、代码，然后经输入装置送人数控装置。进入数控装置的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲置。进入数控装置的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲信号，有的脉冲信号传送到机床的伺服系统，经传动装置驭信号，有的脉冲信号传送到机床的伺服系统，经传动装置驭动机床有关运动部件动机床有关运动部件;有的脉冲信号则传送到可编程控制器中有的脉冲信号则传送到可编程控制器中，按顺序控制机床的其他辅助动作，如工件夹紧、松开、冷，按顺序控制机床的其他辅助动作，如工件夹紧、松开、冷却液的开闭、刀具的自动更换等。却液的开闭、刀具的自动更换等。上一页返回图图1-1开环进给伺服系统简图开环进给伺服系统简图返回图图1-2半闭环进给伺服系统简图半闭环进给伺服系统简图返回图图1-3闭环伺服系统简图闭环伺服系统简图返回表表1-1高、中、低档数控系统功能高、中、低档数控系统功能水平指标水平指标返回图图1-4数控机床的组成数控机床的组成返回图图1-5数控机床的工作原理示意图数控机床的工作原理示意图返回