第一章数控机床概述

1、现代数控技术现代数控技术现代数控技术1现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术2现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术3第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术4第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术5第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术6第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控

2、技术现代数控技术7 机床 I/O 电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数 控装 置操作面板PLC计算机数控系统计算机数控系统机机 床床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术8B A C KS P A C EC T RLIN SC RT A BA L T0S H IF T ZE N D WH OM E TP gDn OP gUp JR S T E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABE S C1 4 彩 色显

3、 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转 主轴停 主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关 刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010 090增量倍率1000101001坐标轴选择Z YX第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术9第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术10第一章 数控机床

4、概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术11第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术12PLC、机床机床I/O电路和装置电路和装置PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软控制，它由硬件和软件组成；件组成；机床机床I/O电路和装置：实现电路和装置：实现I/O控制的执行部件控制的执行部件(由继由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；电器、电磁阀、行程开

5、关、接触器等组成的逻辑电路；功能：功能：接受接受CNC的的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床侧的接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给信号，送给CNC装置，经其处理装置，经其处理后，输出指令控制后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。系统的工作状态和机床的动作。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术13q机床：数控机床的主体，是实现制造加工的机床：数控机床的主体，是实现制造

6、加工的执行部件。执行部件。q组成：由主运动部件、进给运动部件（工作组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统交换系统 工件自动交换系统）和辅助装置工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。（如排屑装置等）。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术14数控机床的确具有普通机床所不具备的许多优数控机床的确具有普通机床所不具备的许多优点点，而且它的应用范围还在不断扩大，但是在目前而

7、且它的应用范围还在不断扩大，但是在目前还不能完全取代普通机床，也就是说，还不能完全取代普通机床，也就是说，它不能以最它不能以最经济的方式来解决加工制造中所有问题。经济的方式来解决加工制造中所有问题。为了更好为了更好地说明这个问题，有必要先初步了解一下采用数控地说明这个问题，有必要先初步了解一下采用数控机床加工的优缺点。机床加工的优缺点。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术15q自动化程度高，可以减轻工人的体力劳动强度自动化程度高，可以减轻工人的体力劳动强度 q加工的零件一致性好，质量稳定加工的零件一致性好，质量稳定 q生产效

8、率较高生产效率较高q便于产品研制便于产品研制 q便于实现计算机辅助制造便于实现计算机辅助制造 。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术16q任何事物都是两重性。数控加工虽有上任何事物都是两重性。数控加工虽有上 述各种优点，但同时在某些方面也存在不述各种优点，但同时在某些方面也存在不足之处：足之处：单位加工成本较高单位加工成本较高 。只适宜于多品种小批量或中批量生产（占机械加只适宜于多品种小批量或中批量生产（占机械加工总量工总量70%80%）加工中的调整相对复杂加工中的调整相对复杂 维修难度大维修难度大第一章 数控机床概述下午5

9、时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术17第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术18第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术19第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术20第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术21第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数

10、控技术现代数控技术现代数控技术22第一章 数控机床概述电机电机机械执行部件机械执行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插补指令插补指令脉冲频率脉冲频率f脉冲个数脉冲个数n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术23第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术24位置控制调节器位置控制调节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械

11、执行部件CNC插补插补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术25第一章 数控机床概述现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术26全闭环数控系统全闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。直接对运动部件的实际位置进行检测。第一章 数控机床概述位置控制调节器位置控制调节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单元检测与反馈单元位置控制单元位置控制单元

12、速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插补插补指令指令实际位实际位置反馈置反馈实际速实际速度反馈度反馈下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术27从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙。具有很高的位置控制精度。误差、间隙。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都的不稳定，使闭环系统的

13、设计、安装和调试都相当困难。相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术28第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术29第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术301955年年 NC系统以系统以组成，组成，体积大，功耗大。体积大，功耗大。1

14、959年年 NC系统以系统以组成，组成，广泛采用印刷电路板。广泛采用印刷电路板。1965年年 NC系统采用系统采用作为硬件，其特点是体积小，功耗低，作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。可靠性进一步提高。以上三代以上三代NCNC系统，由于其数控功能均由系统，由于其数控功能均由硬件实现，故历史上又称其为硬件实现，故历史上又称其为第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术311970年年 NC系统采用系统采用取代取代专用计算机，其部分功能由软件实现，它具有专用计算机，其部分功能由软件实现，它具有价格低，可靠性高和功能多等

15、特点。价格低，可靠性高和功能多等特点。1974年年 NC系统以系统以，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上的机电一体化成为可能。这一代现真正意义上的机电一体化成为可能。这一代又可分为六个发展阶段：又可分为六个发展阶段：第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术321974年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，自诊断功能。自诊断功能。1979年：系统采用年：系统采用CRT显示，超大规模集成电路显示，超大规模集成电路(VLIC)，大容

16、量磁泡存储器，可编程接口和遥控接大容量磁泡存储器，可编程接口和遥控接口等。口等。1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度补偿功能。补偿功能。1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机进入实用阶段。进入实用阶段。1988年：采用高性能年：采用高性能32位机为主机的主从结构系统。位机为主机的主从结构系统。1994年：基于年：基于PC的的NC系统诞生，使系统诞生，使NC系统的研发系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC系统的开系统的开发周期日益缩短。它是数控技术发展

17、的又一个里程发周期日益缩短。它是数控技术发展的又一个里程碑。碑。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术33进入二十世纪九十进入二十世纪九十年代以来，随着国际上年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采发展，数控技术不断采用计算机、控制理论等用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，领域的最新技术成就，使其朝着下述方向发展使其朝着下述方向发展第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术34运行高速化、加工高精化运行高速化、加工高精化

18、 速度和精度速度和精度是数控设备的两个重要指是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。等方面都有了更高的要求。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术35使进给率、主轴转速、刀具使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。且具有高加（减）速

19、率。 进给率高速化：进给率高速化：在分辨率为在分辨率为1 m时，时，Fmax=240m/min。在在Fmax下可获得复杂型面的精确加工；下可获得复杂型面的精确加工；在程序段长度为在程序段长度为1mm时，时，Fmax=30m/min，并并且具有且具有1.5g的加减速率；的加减速率；第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术36主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴电机的转子轴就是主轴部件。 主轴最高转速达主轴最高转速达200000r/min。 主轴转

20、速的最高加（减）速为主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需即仅需1.8秒即可秒即可从从0提速到提速到15000r/min。换刀速度换刀速度 0.9秒（刀到刀）秒（刀到刀） 2.8秒（切削到切削）秒（切削到切削）工作台（托盘）交换速度工作台（托盘）交换速度 6.3秒。秒。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术37q加工高精化：加工高精化：提高机械设备的制造和装配提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。差补偿技术。提高提高CNC系统控制精度：系统控制精度：采

21、用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，控制单位精细化，采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上本交流伺服电机已有装上106 脉冲脉冲/转的内藏位置检测转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到器，其位置检测精度能达到0.01 m/脉冲）；脉冲）；位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术38 采用反向

22、间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术补偿等技术; 设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少误差减少6080。三井精机的。三井精机的JidicH5D型超型超精密卧式加工中心的定位精度为精密卧式加工中心的定位精度为0.1 m。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术39由于计算机技术的不断进步，促进了由于计算机技术的不断进步，促进了数

23、控技术水平的提高，数控装置、进给伺数控技术水平的提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高，使得现代的数控设备在新的技随之提高，使得现代的数控设备在新的技术水平下，可同时具备运行高速化、加工术水平下，可同时具备运行高速化、加工高精化的性能。高精化的性能。第一章 数控机床概述下午5时20分现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术现代数控技术40复合化是指在一台设备能实现多种工艺手复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。段加工的方法。镗铣钻复合镗铣钻复合加工中心加工中心、五面加工中心五面加工中心，主轴立主轴立卧转换）；卧转换