模块一数控机床概述

1、数控机床原理与结构数控机床原理与结构主讲：陈红英主讲：陈红英机电系机电系 数控教研室数控教研室模块一 数控机床概述数控技术的发展趋势31数控机床的分类与特点2数控机床的产生与发展 教学目标（教学目标（Objectives） 了解数控机床的产生与发展 熟悉数控机床的特点及分类 清楚数控技术将来的发展方向1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 1.1.1 社会需求背景从工业化革命（瓦特 蒸汽机）以来人们实现机械加工自动化的手段： 1、自动机床(automatic machine tool )(automatic machine tool ) 2、组合机床(modular machine

2、tool )(modular machine tool ) 1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1.1.1 社会需求背景从工业化革命（瓦特 蒸汽机）以来人们实现机械加工自动化的手段： 3、专用自动生产线(automatic production line) (automatic production line) 这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度，这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度，提高了劳动生产率，促进了制造业地发展。但它也存在提高了劳动生产率，促进了制造业地发展。但它也存在固有的缺点：固有的缺点： 初始投资大初始投资大 准备周期长准备周期长 产品类型变更

3、困难产品类型变更困难1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 市场竞争日趋激烈市场竞争日趋激烈 产品更新换代加快产品更新换代加快 大批量产品越来越少，小批量产品生产的大批量产品越来越少，小批量产品生产的比重越来越大比重越来越大迫切需要一种精度高、柔性好加工设备来满迫切需要一种精度高、柔性好加工设备来满足上述需求。足上述需求。 加之加之The effects of World War The effects of World War II were significant in II were significant in the development of NC the develo

4、pment of NC machinery. (Courtesy U.S. machinery. (Courtesy U.S. Air Force.)Air Force.)19481948年，年，（二战期间）美国空军二战期间）美国空军后勤司令部与后勤司令部与美国帕森美国帕森斯斯（ParsonsParsons）公司在研制加工直升）公司在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓用检查样板的机螺旋桨叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出计算机控制机机床时，首先提出计算机控制机床的设想，在麻省理工学院（床的设想，在麻省理工学院（MITMIT）的协助下，于的协助下，于19521952年研制成功了年研制成功了世界上第一

5、台三坐标直线插补且世界上第一台三坐标直线插补且连续控制的立式数控铣床。连续控制的立式数控铣床。1.1.2 1.1.2 诞生的时代背景诞生的时代背景1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展当时的数控装置采用的是电子管元件。当时的数控装置采用的是电子管元件。The Servo Mechanism Laboratory at MIT. (Courtesy MIT Musem Library.)麻省理工学院伺服机构实验室 The first NC machine producing identical parts. (Courtesy MIT Musem Library.)1.1 数控机床的产

6、生与发展数控机床的产生与发展1.1 数控机床的产生数控机床的产生原中捷友谊厂生产中国第一台数控机床原中捷友谊厂生产中国第一台数控机床 我国于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1.1.3 数控技术的发展阶段1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工 数控系统采用电子管元件1958年 采用晶体管和印制板电路1965年 出现小规模集成电路1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置1974年 以微处理为核心的数控系统 1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展自

7、数控机床产生至今，随着科技，特别是微电子技术、计算机技术自数控机床产生至今，随着科技，特别是微电子技术、计算机技术的进步而不断发展，其数控系统的发展主要表现在以下几个阶段：的进步而不断发展，其数控系统的发展主要表现在以下几个阶段：NCNC系统的发展经历的五代系统的发展经历的五代第一代：第一代： 电子管时代电子管时代第二代：第二代： 晶体管时代晶体管时代第三代：第三代： 小规模集成电路时代小规模集成电路时代第四代：第四代： 小型计算机时代小型计算机时代第五代：第五代： 微处理器时代微处理器时代1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 伺伺 服服 驱驱 动动 技技 术术 传传 感感 器器

8、技技 术术 软软 件件 技技 术术 信信 息息 技技 术术数控机床所覆盖的技术领域 自自 动动 控控 制制 技技 术术1.2 数控机床的分类数控机床的分类1.2.1 1.2.1 按加工工艺方法分类按加工工艺方法分类1 1、普通数控机床、普通数控机床与普通机床的区别：加工复杂形状的零件与普通机床的区别：加工复杂形状的零件2 2、数控加工中心、数控加工中心数控加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床。数控加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床。与一般数控机床的区别：与一般数控机床的区别：u减少机床台数，便于管理。减少机床台数，便于管理。v减少定位误差减少定位误差w工序集中，减少辅助时间，提高

9、生产率工序集中，减少辅助时间，提高生产率x减少专用工夹具数量减少专用工夹具数量1.2 数控机床的分类数控机床的分类3 3、多坐标数控机床、多坐标数控机床4 4、计算机群控（、计算机群控（DNCDNC） 读带机通用计算机接口装置数控装置1机床1数控装置2数控装置m机床2机床m存储装置CRT显示及打印机特点：数控装置控制的轴数较多，机床结构也比较复杂。特点：数控装置控制的轴数较多，机床结构也比较复杂。1.2 数控机床的分类数控机床的分类五五轴轴数数控控铣铣床床1.2 数控机床的分类数控机床的分类1.2.2 按控制运动方式分类特点：u数控装置只能控制点与点的精确定位 v两相关位置之间的移动是先快后慢

10、 w使用于钻床、冲床、坐标镗床ZYX1、点位控制数控机床1.2 数控机床的分类数控机床的分类数控摇臂钻床坐标镗床2、直线控制数控机床特点：u控制两相关点的位置，还要控制两相关点之间的 移动速度和路线 v路线由与各个轴线平行的直线段组成 w使用于简易数控车、数控镗铣床、数控加工中心1.2 数控机床的分类数控机床的分类数控车龙门刨床1.2 数控机床的分类数控机床的分类3、轮廓控制数控机床特点：u数控装置能够同时对两个或两个以上的坐标 轴进行连续控制 v加工复杂形状零件 w使用于数控车床、数控铣床、数控磨床1.2 数控机床的分类数控机床的分类1.2 数控机床的分类数控机床的分类1.2.3 按伺服系统

11、的不同分类1、开环数控机床特点：u没有位置检测反馈和校正控制装置 v数控装置发出信号的流程是单向的 w速度和加工精度低，其精度取决于伺服系统 的性能 x成本低，适用于中、小型数控机床 数控装置数控装置驱动电路驱动电路步进电动机步进电动机工作台工作台指令脉冲指令脉冲齿轮箱齿轮箱1.2 数控机床的分类数控机床的分类2、闭环数控机床 特点：ue=0，工作台停止 v检测工作台直线位移（检测元件：感应同步器、光栅） w驱动元件：宽调速直流或交流伺服电机 x加工精度高，但结构复杂，造价高，调试维修困难 适用于精度要求高的大型和精密机床 数控装置数控装置位置比较位置比较 电路电路 伺服伺服电动机电动机工作台

12、工作台指令脉冲指令脉冲齿轮箱齿轮箱速度控制速度控制 电路电路 测量装置测量装置检测元件检测元件测速元件测速元件1.2 数控机床的分类数控机床的分类3、半闭环数控机床特点：特点：uu检测丝杠或电动机轴旋转角位移检测丝杠或电动机轴旋转角位移 vv角位移检测元件：旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等角位移检测元件：旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等 ww精度低于闭环系统精度低于闭环系统 xx系统调试较容易，稳定性也较好系统调试较容易，稳定性也较好 数控装置数控装置位置比较位置比较 电路电路 伺服伺服电动机电动机工作台工作台指令脉冲指令脉冲齿轮箱齿轮箱速度控制速度控制 电路电路 测量装置测量装置检测元件检测

13、元件测速元件测速元件1.2 数控机床的分类数控机床的分类1.2.4 按所用数控装置类型分类1 1、硬件式数控机床（、硬件式数控机床（NCNC机床）机床）组成：晶体管和集成电路组成：晶体管和集成电路特点：通用性、灵活性差，制造周期长、成本高特点：通用性、灵活性差，制造周期长、成本高2 2、软件式数控机床（、软件式数控机床（CNCCNC机床）机床）组成：采用小型或微型计算机，加上通用或专用大规模组成：采用小型或微型计算机，加上通用或专用大规模 集成电路集成电路特点：很高柔性特点：很高柔性1.2 数控机床的分类数控机床的分类1.2.5 按加工方式分类1 1、金属切削类数控机床、金属切削类数控机床 1

14、 1）数控车床（）数控车床（NC LatheNC Lathe）。）。 2 2）数控铣床（）数控铣床（NC Milling MachineNC Milling Machine）。）。 3 3）加工中心（）加工中心（Machine CenterMachine Center）。）。 4 4）数控钻床（）数控钻床（NC Drilling MachineNC Drilling Machine）。）。 5 5）数控镗床（）数控镗床（NC Boring MachineNC Boring Machine）。）。 6 6）数控齿轮加工机床（）数控齿轮加工机床（NC Gear Holling MachineNC

15、Gear Holling Machine）。）。 7 7）数控平面磨床（）数控平面磨床（ NC Surface Grinding MachineNC Surface Grinding Machine）。）。1.2 数控机床的分类数控机床的分类4 4、其它类型数控机床、其它类型数控机床2 2、金属成型类数控机床、金属成型类数控机床1 1）数控电火花加工机床（）数控电火花加工机床（NC Diesinking Electric NC Diesinking Electric Discharge MachineDischarge Machine）。）。2 2）数控线切割机床（）数控线切割机床（NC Wi

16、re Electric Discharge NC Wire Electric Discharge MachineMachine）。）。3 3）数控激光加工机床（）数控激光加工机床（NC Laser Beam MachineNC Laser Beam Machine）。）。3 3、数控特种加工机床、数控特种加工机床1.2 数控机床的分类数控机床的分类数控剪板机数控剪板机1.2 数控机床的分类数控机床的分类1.3.1 1.3.1 数控机床的特点数控机床的特点1、加工精度高u脉冲当量v误差可由闭环系统加以控制w制造精度能保证x避免操作者的人为误差2、对加工对象改型的适应性强u加工对象v利用特殊指令实

17、现加工w改型x为单件、小批量生产提供便利1.3 数控机床的特点数控机床的特点1.3 数控机床的特点数控机床的特点3、加工生产率高u主轴转速和进给量的范围大 节省机动时间v移动部件的快速移动和定位均采用加速与减速措施 快进、快退和定位时间少w更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床 节省停机安装调整时间x加工精度比较稳定 检验时间短工序的复合化 减少半成品周转时间零件的加工时间=机动时间+辅助时间4、减轻操作者的劳动强度5、良好的经济效益u使用数控机床节省划线工时v不需要手工制造模型、凸轮、钻模板及其它工夹具 节省工艺装备费用w加工精度稳定 减少废品率x一机多用减少厂房面积减少建厂投资成本6、有利

18、于现代化管理1.3 数控机床的特点数控机床的特点二、数控机床的不足1、提高了起始阶段的投资2、增加了电子设备的维护3、对操作人员的技术水平要求较高三、数控机床的应用范围1、单件、多品种、小批量的生产零件2、形状复杂，加工精度较高的零件3、需进行多种工序集中加工的零件4、价格昂贵、不允许报废的零件5、需要频繁改型的零件6、新产品的试制零件7、需要最少生产周期的急需件1.3 数控机床的特点数控机床的特点1 1、运行高速化、加工高精化、运行高速化、加工高精化1.4 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势2 2、功能复合化功能复合化3 3、控制智能化、控制智能化4 4、体系开放化、体系开放化5 5、驱动并联化、驱动并联化6 6、交互网络化、交互网络化1.4 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势1 1） 镗铣钻复合镗铣钻复合加工中心、五面加工中心（加工中心、五面加工中心（AT