数控机床概论课件.ppt

1、1第一章概论 第一章 概论1.1数控技术的发展过程数控技术的发展过程 1.2数控机床的基本组成及工作原理数控机床的基本组成及工作原理 1.3数控技术的分类数控技术的分类 1.4数控技术的特点数控技术的特点 1第一章概论 1.1数控技术的发展过程数控技术的发展过程 1.1.11.1.1数控机床的出现和发展数控机床的出现和发展 数控是近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动控制技术，简称NC机床。1952年，世界第一台数控机床诞生。1959年，晶体管问世，数控系统跨入了第二代。1959年3月，开发了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。1965年，使数控系统发展到了第三代。1第一章概论 1

2、.1.21.1.2我国数控机床的发展概况我国数控机床的发展概况 我国从1958年开始研制数控机床。1966年我国诞生了第一台用于直线-圆弧插补的晶体管数控系统是第二代数控系统。1970年，集成电路数控系统制造成功，标志着我国进入了第三代数控系统制造阶段。1986-1990以后，我国主要发展高档数控机床。1第一章概论 1.1.31.1.3数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势1.数控系统发展趋势（1）新一代数控系统采用开放式体系结构 开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使数控系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而且也

3、为用户的二次开发带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，既可通过升档或剪裁构成各种档次的数控系统，又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统，开发生产周期大大缩短。1第一章概论（2）新一代数控系统控制性能大大提高 数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装

4、置，能自动识别负载并自动优化调整参数。总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化加工技术水平不断提高。1第一章概论 2.数控机床发展趋势（1）高速、高效；高精度；高可靠性高速、高效：高速、高效：机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，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。高精度：高精度：从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（10nm），其应用范

5、围日趋广泛。高可靠性：高可靠性：是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。1第一章概论（2）模块化、专门化与个性化；智能化；柔性化和集成化模块化、专门化与个性化：模块化、专门化与个性化：机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年来特别明显的发展趋势。智能化：智能化：智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定

6、模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；柔性化和集成化：柔性化和集成化：柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。1第一章概论（3）开放性 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。（4）出现新一代数控加工工艺与设备 为适应制造自动化的发展，向FMC、FMS和CIMS提供基础设备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而

7、且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能；围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破；以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统。1第一章概论 1.2数控机床的基本组成及工作原理数控机床的基本组成及工作原理 1.2.11.2.1数控机床的组成数控机床的组成 数控机床由加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈系统、机床等几部分组成。1第一章概论 1.2.21.2.

8、2数控机床的工作原理数控机床的工作原理 数控机床与普通机床相比较，其工作原理的不同之处就在于数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的。数控机床加工零件，首先要将被加工零件的图样及工艺信息数字化，用规定的代码和程序格式编写加工程序，然后将所编写的指令输入到机床的数控装置中，数控装置再将程序进行翻译、运算后，向机床的各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床的各个运动部件完成所需的辅助运动，最后加工出合格零件。数控机床工作原理图1第一章概论 1.3数控技术的分类数控技术的分类 1.3.11.3.1按控制系统功能分类按控制系统功能分类 1.点位控制的数控机床 点位控制数控机床的特点是刀具相对

9、于工件的移动过程，不进行切削加工，对定位过程中的运动轨迹没有严格要求，仅要求实现从一个坐标点到另一个坐标点的精确定位。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。1第一章概论 2 2直线控制的数控机床 直线控制数控机床的特点不仅要求有准确的定位功能，还要控制两相关点之间的移动速度和轨迹。采用这类控制的有数控铣床、数控车床和数控磨床等。3.轮廓控制的数控机床 轮廓控制其特点是能同时控制两个或两个以上的坐标轴进行加工控制。它不仅控制起点和终点坐标，而且要控制整个加工过程中每一个点的坐标和速度，即控制刀具运动轨迹，将工件加工成一定的轮廓形状。直线控制加工示意图轮廓控制加工示意图1第一章概论

10、1.3.21.3.2按加工方式分类按加工方式分类 1.一般的数控机床普通数控机床一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床，如数控铣床、数控车床、数控钻床、数控磨床与数控齿轮加工机床等。普通数控机床在自动化程度上还不够完善，刀具的更换与零件的装夹仍需人工来完成。2.加工中心（带刀库的数控机床）加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能组合在一起，零件在一次装夹后，可以将其大部分加工面进行铣、镗、钻、扩、铰及攻螺纹等多工序加工。由于加工中心能有效地避免由于多次安装造成的定位误差，所以它适用于产品更换频繁、零件形状复杂、精度要求高、生产批量不

11、大而生产周期短的产品。1第一章概论 1.3.31.3.3按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类 1.开环控制数控机床 开环控制系统的特点是不带反馈检测装置。这种数控机床主要使用步进电机。数控装置经过控制运算发出脉冲信号，每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。开环控制系统图1第一章概论 2.闭环控制系统闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置。是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才停止移动，达到精确定位的控制系统。

12、闭环控制系统图1第一章概论 3.半闭环控制系统半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到差值消除为止的控制系统。半闭环控制系统图1第一章概论 1.3.41.3.4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分，有两种分法，一种是把数控机床分为高、中、低档数控机床。按数控系统的功能水平分类的另一种分法是将数控机床分为经济型、普及型和高档型数控机床。1第一章概论 1.4数控技术的特点数控技术的特

13、点 1.4.11.4.1数控机床的加工特点数控机床的加工特点 1.适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件 2.加工精度高，产品质量稳定 3.自动化程度高，劳动强度低 4.生产效率高 5.良好的经济效益 6.有利于生产管理的现代化1第一章概论 1.4.21.4.2数控机床的使用特点数控机床的使用特点 1.对操作维修人员的技术水平要求较高2.对夹具和刀具的要求较高单件生成时，一般采用通用夹具，成批量生成时，为节省加工时间，应采用专用夹具，而且夹具应该定位可靠，能自动夹紧或松开工件，具有良好的排屑、冷却结构。3.数控机床的应用范围（1）多品种、小批量生产的零件（2）形状结构比较复杂的零件（3）需要频繁改型的零件（4）价格昂贵、不允许报废的关键零件（5）需要最短周期的急需零件（6）批量较大、精度要求高的零件