第一部分 数控机床概述

1、第一部分 数控机床概述第1页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院第一部分 数控机床概述基本要求：掌握数控技术的基本概念；数控机床的基本组成、工作原理、特点、分类及应用范围。了解数控技术与数控加工技术的现状和发展趋势。重点与难点：数控机床的组成、工作原理、分类及应用范围。第2页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院卧式数控车床第3页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院立式数控车床第4页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院双刀架数控车床第5页，共48页，2022年，5月20日，8点

2、51分，星期日机电工程学院立式数控铣床第6页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院卧式数控铣床第7页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院龙门数控铣床第8页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院立式加工中心第9页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院卧式加工中心第10页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院电火花线切割机床第11页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院电火花机床第12页，共48页，2022年，5月20日，8点51

3、分，星期日机电工程学院数控加工地位 工业化国家经济总产值的50%（日本）至68%（美国）是由制造业创造的，制造业对发展国家经济有决定性的影响，而发展机床业是发展制造业的根本。 数控机床是典型的机电一体化产品，是现代制造业的主流设备，是体现现代机床技术水平、现代机械制造业工艺水平的重要标志，是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。当年的“东芝事件” 与此有关。第13页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院 东芝事件 日本东芝公司卖给前苏联巨型数控加工机床，该机床加工出来的螺旋桨提高了前苏联航空母舰的速度，大幅度地降低了前苏联潜艇的螺旋桨推进器在水下发出的噪声，大大提高

4、了苏方潜艇的隐密性，增加近距离对美方舰艇发动突然袭击的可能性。第14页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院 美国对日本东芝公司十分恼火。1987年6月30日美国参议院通过一项“制裁东芝机械公司的法案”，禁止这家公司在五年内向美国出口任何产品。 在美国的压力下，东芝公司董事长和总经理被迫辞职。当时的日本首相及防卫厅厅长还向美国政府道歉，表明日本将加强对各公司出口的检查，保证不再发生类似事件。这就是曾经轰动一时的所谓“东芝事件”。第15页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院 “高档数控机床与基础制造装备重大专项指南”于2009年2月中旬发

5、布，这意味着16个国家科技重大专项当中最后实施的一个专项即将启动。 这一重大专项主要瞄准航空航天、船舶、汽车和发电设备四大行业。专项确立的目标是，到2020年这四大行业所需要的高档数控机床与基础制造装备80%以上要立足国内生产。分析人士认为，高端数控机床对进口产品具有较大的替代潜力。 第16页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院数控加工人才市场需求与数控加工有关的工作岗位： 1）数控机床操作 2）数控加工工艺设计及程序编制3）数控机床管理与维修4）数控加工生产组织管理5）销售及技术服务第17页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院社会急

6、需的数控加工人才类型：1）机床操作2）工艺设计与编程，维修3）机床操作、工艺设计与编程、维修及数控改造、管理金领银领蓝领第18页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院济南2012第十五届国际机床模具展览会济南国际会展中心（高新区）2011年3月13日第19页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院第十二届中国国际机床展览会（CIMT2011）北京 新中国国际展览中心2011年4月1116日欧洲EMO 德国汉诺威美国IMTS 芝加哥日本JIMTOF 东京第20页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院第一节 数控机床

7、的产生与发展 1.1.1 数控机床的产生 定义：数字控制技术，简称数控（Numerical Control ,NC）用数字化信号进行控制的一种自动化加工技术。 数控机床，利用数控技术，按照事先编好的程序实现动作的机床。第21页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院 帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。 1959年，美国克耐杜列克公司（Keaney & Trecker）首次成功开发了加工中心（Machining Center） 。第一节 数控机床的产生与发展 第22页，共48页，2022年，5月20日，8点5

8、1分，星期日机电工程学院第1代：1952年1959年采用电子管元件构成的专用数控装置。第2代：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第3代：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第4代：从1970年开始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：从1974年开始采用微型计算机控制的系统。第6代： 1990年第六代-基于PC数控装置。 1.1.2 数控机床的发展历程第一节 数控机床的产生与发展 第23页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院我国数控技术起步于20世纪50年代末期，经历了发展初期的封闭式发展阶段，“六五”、“七五”

9、 期间的消化吸收和引进技术阶段，“八五” 期间国产化体系阶段，以及“九五”期间产业化阶段，现基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。 第一节 数控机床的产生与发展 第24页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院 1.1.3 数控机床的发展趋势高速、高效化 主轴转数在30000转/分以上；工作台的移动速度，在分辨率为1微米时，在100米/分以上，在分辨率为0.1微米时，在24米/分以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12米/分。 高精度化 达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精

10、度进入纳米级（0.001微米），主轴回转精度要求达到0.010.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。 高可靠性 当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上，驱动装置达30000小时以上。 第一节 数控机床的产生与发展 第25页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院多功能化智能化小型化有更高的通信功能具有开放性第一节 数控机床的产生与发展 第26页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院1.2.1 数控机床的工作原理输入装置输出装置计算机数控装置PLC主轴控制单元主轴机床伺服电机速度控制单元工作台位置检

11、测反馈装置 第二节数控机床的加工原理和组成第27页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院数控机床工作原理： 通过把数字化了的刀具移动轨迹信息（CNC加工程序），传入数控机床的数控装置，经过译码、运算，指挥执行机构（伺服电机带动的主轴和工作台）控制刀具与工件相对运动，从而加工出符合编程设计要求的零件。第二节数控机床的加工原理和组成第28页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院在数控机床上加工零件通常经过以下几个步骤：1、根据加工零件中所规定的零件的形状、尺寸、材料及技术要求等，制定工件加工的工艺过程，用 规定的代码和程序格式编写程序单，并把

12、它记录在载体上；2、把程序通过输入装置输入到CNC单元中去；3、CNC单元将输入的程序经过处理之后，向机床各个坐标的伺服系统发出信号；4、伺服系统根据CNC单元发出的信号，驱动机床的运动部件，并控制必要的辅助操作；5、检测机床的运动，并通过反馈装置反馈给CNC单元，以减小加工误差。第二节数控机床的加工原理和组成第29页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院1.2.2 数控机床的组成 程序载体、输入装置、CNC 单元、伺服系统、位置反馈系统和机床本体构成。第二节数控机床的加工原理和组成第30页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院1.规格指

13、标：指数控机床的基本能力指标 行程范围：机床允许的加工空间 工作台面尺寸：机床安装工件的最大范围 承载能力：机床能加工零件的最大重量 控制轴数和联动轴数: 控制轴数：机床数控装置能够控制的进给轴数目联动轴数：机床数控装置同时控制的进给轴数目1.3.1 数控机床的主要性能指标第三节数控加工的特点及性能指标第31页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院2.5轴联动：两个轴是同时、连续控制，第三轴是间歇控制3轴联动：三个坐标轴X、Y、Z是同时插补，是三维连续控制5轴联动：三个坐标轴X、Y、Z，与工作台的回转、刀具的摆动同时联动（或是与两轴的数控转台联动，或刀具做两个方向的

14、摆动）2.5轴数控机床加工3轴数控铣床曲面加工5轴联动数控加工第三节数控加工的特点及性能指标第32页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院2.精度指标:机床的移动部件沿某一坐标轴运动时实际值与给定值的接近程度同一台数控机床上应用相同程序、相同代码加工一批零件所得到结果的一致性分度工作台在分度时指令要求回转的角度值和实际回转的角度值的差值机床移动部件位置精度第三节数控加工的特点及性能指标定位精度：重复定位精度：分度精度：第33页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院3.性能指标：最大主轴转速:最高快移速度和最高进给速度:最高快移速度指进给轴

15、在非加工状态下的最高移动速度最高进给速度指进给轴在加工状态下的最高移动速度主轴所能达到的最高转速， 是影响零件表面加工质量、生产率、刀具寿命的主要因素第三节数控加工的特点及性能指标第34页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院可以测量的最小增量（对测量系统而言）可以控制的最小位移增量（对控制系统而言）脉冲当量： 分辨率： 数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量。例：0.001mm脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。分辨率与脉冲当量:第三节数控加工的特点及性能指标第35页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学

16、院1.4.1按工艺用途分类 1. 切削机床类 如数控车床、铣床、镗床、钻床和加工中心等。 2.成型机床类 如数控冲压机、弯管机、折弯机等。3.特种加工机床类 如数控电火花、线切割、激光加工机床等。4.其它机床类 如数控等离子切割、火焰切割、点焊机 、三坐标测量机等。第四节数控机床的分类第36页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院1.4.2 按运动方式分类 1.点位控制数控机床图1.2 点位控制钻孔加工示意图工件刀具特点：只要求保证点与点之间的准确定位，即只控制行程的终点坐标值。而对点与点之间刀具所移动的轨迹不加控制。在移动过程中，刀具不进行切削，采用机床设定的最高

17、进给速度进行定位运动，接近终点需要低速趋近。如：钻床、冲床。第四节数控机床的分类第37页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院图1.3点位直线控制切削加工 2.直线控制数控机床 特点：除了控制点与点之间的准确定位外, 还要保证刀具在被控制的两点之间的运动轨迹是平行于进给轴的一条直线，且在运动过程中，刀具按给定的进给速度进行切削。第四节数控机床的分类第38页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院3.轮廓控制数控机床工件刀具图1.4轮廓控制数控机床的加工示意图特点：能同时对两个或两个以上坐标方向的运动进行连续控制，不仅要控制起点、终点坐标的准

18、确性，而且对每瞬时的位移和速度进行严格的不间断的控制，具有这种控制系统的数控机床可以加工曲线和曲面。如：具有两坐标或两坐标以上联动的数控铣床、车床、磨床和加工中心等。第四节数控机床的分类第39页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院1.4.3按控制方式分类 1.开环伺服系统数控机床减速器数控装置控制电路步进电机工作台输入图1.5开环控制系统框图第四节数控机床的分类第40页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院2.闭环伺服系统数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.6闭环控制系统框图位置检测元件速度检测元件速度反馈位置反馈第四节数控

19、机床的分类第41页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院3.半闭环伺服系统数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.7半闭环控制系统框图速度检测元件速度反馈位置反馈转角检测元件第四节数控机床的分类第42页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院1.5.1FANUC公司的主要数控系统 1高可靠性的power Mate 0系列2普及型CNC0-D系列3全功能型的0-C系列4高性/价比的0i系列5具有网络功能CNC16i/18i/21i系列6、个性化CNC16/18/160/180系列第五节典型数控系统简介第43页，共48页，2022年，5月20日，8点51分，星期日机电工程学院1.5.2SIEMENS公司的主要数控系统 1SINUMERIK 802S/C 2SINUMERIK 802D3SINUMERIK 810D4SINUMER