数控编程与操作 第2版 课件 第一章-数控机床的概述

数控技术系列课程数控编程与操作第一章

数控机床的概述本章导学学习目标了解数控机床的产生、发展、我国历程与未来趋势；掌握数控基本概念、系统组成；理解数控加工特点及应用范围。1数控机床的发展过程及其发展趋势产生·两阶段六代·我国历程·三大趋势2数控机床的概念与组成基本概念·加工过程·系统组成3数控机床的加工特点及应用六大特点·应用范围·习题巩固数控编程与操作·第一章

数控机床的概述本章导学教材配套课件·机械工业出版社02/24制造业与数控技术国民经济支柱产业创造价值、生产物质财富，为各行业提供装备。高新技术集成微电子、计算机、信息处理、自动检测与控制。现代制造的重要基础柔性化、自动化、集成化、智能化。数控编程与操作·第一章

数控机床的概述本章导学教材配套课件·机械工业出版社03/2404/24第一节1数控机床的发展过程及其发展趋势产生·两阶段六代·我国历程·高速/智能/开放数控机床的产生世界第一台数控铣床1952制造技术的重大突破1949合作研发美国吉斯汀·路易斯公司与美国麻省理工学院合作，开始数控铣床研究。1952试制成功世界上第一台数控铣床试制成功，标志数控加工时代开始。1957正式投入使用数控铣床开始正式生产并投入使用。数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社05/24数控机床发展过程总览两阶段数控（NC）阶段→计算机数控（CNC）阶段六代产品电子管→晶体管→集成电路→小型机→微型机→基于PCNC阶段CNC阶段第一代1952电子管第二代1959晶体管第三代1965集成电路第四代1970小型机第五代1974微型机第六代1990基于PC数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社06/24NC阶段（1952–1970）阶段特征早期计算机运算速度低，只能用数字逻辑电路“搭”成机床专用计算机。硬件连接数控11952第一代—电子管数控机床体积庞大，价格昂贵。21959第二代—晶体管数控机床体积大为缩小，成本下降，可靠性仍较差。31965第三代—集成电路数控机床体积小、功率消耗少、可靠性提高。数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社07/24CNC阶段（1970至今）41970第四代—小型计算机数控机床开始自动化，精度高。51974第五代—微型计算机数控机床行人机对话式自动编制程序，在线监测。61990第六代—基于PC的数控机床系统维护方便，易于实现网络化制造。阶段特征1970年通用小型计算机出现并批量生产，被移植为数控系统核心。从此数控系统进入计算机数控阶段，软件取代大量硬件逻辑。数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社08/24我国数控机床发展历程1958首台数控铣床北京第一机床厂与清华大学合作试制成功。1970XK5040商品化北京第一机床厂小批量生产并推向市场。1975CSK6163商品化沈阳第一机床厂数控车床真正进入商品化。80s引入日本FANUC技术我国数控机床进入小批量生产商品化时代。21c五轴联动技术成熟产量持续增长，数控化率提高，技术水平提升。数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社09/24数控机床发展趋势总览高速高效高速主轴·高速进给·高切削用量高精度微米→亚微米→纳米级高可靠性MTBF大于3000h乃至更高模块化/智能化自适应·自动编程·智能诊断柔性化/集成化FMS→FA→CIMS网络化制造开放性体系结构向开放式发展数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社10/24高速·高效·高精度·高可靠高速/高效高速主轴（15000–100000r/min）、快进60–120m/min、切削进给高达60m/min。高精度从微米级→亚微米级→纳米级（<10nm）；超精密切削、磨削、研磨抛光。高可靠性数控系统MTBF须大于3000h；数控装置、主轴及驱动等MTBF须大于10万h。数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社11/24模块化·智能化·柔性化·集成化1模块化/专门化/个性化机床结构模块化，数控功能专门化，性价比显著提高。2智能化•自适应控制、工艺参数自动生成•自动识别负载、自整定•智能自动编程、智能诊断与监控3柔性化/集成化点（单机）→

线（FMS）→

面（FA）→

体（CIMS）。发展方向数控单机/加工中心FMC→FMS→FTL→FML独立制造岛FACIMS/分布式网络集成数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社12/24开放性体系结构为什么需要开放？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，数控机床体系结构必须向开放式发展。联网与数据共享方便与CAD/CAM/CAPP/MTS联结，向信息集成发展。模块化扩展第三方功能、用户二次开发、软硬件接口标准化。易于维护升级降低对单一厂商依赖，生命周期成本更低。数控编程与操作·第一章

数控机床的概述第一节

数控机床的发展过程及其发展趋势教材配套课件·机械工业出版社13/24第二节2数控机床的概念与组成本节聚焦三件事：基本概念·加工过程·系统组成·掌握数控/数控机床/数控技术/数控加工的精确定义·熟悉零件加工的完整工艺流程与五步闭环·理解系统组成的五大模块及其作用学习目标理解数控及数控机床的精确定义掌握零件加工的完整工艺流程熟悉系统组成的五大模块及其作用14/24四个核心概念：数控·数控机床·数控技术·数控加工1数控(NumericalControl,NC)采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的方法。2数控机床(NCMachineTool)装备了计算机数控系统的机床，简称CNC机床。3数控技术(NCTechnology)用数字信号对位移/角度/速度等机械量进行控制的技术。机械加工现代化的重要基础与关键技术4数控加工(NCManufacturing)采用数字信息定义零件加工过程，并控制机床自动运行。高效率·高精度·高柔性数控机床的基本概念第二节

数控机床的概念与组成教材配套课件·机械工业出版社15/24图1-1数控机床加工零件的过程（来自教材原文）加工程序的五步闭环①工艺分析依据零件图样确定加工方案、工艺参数与位移数据。工序起点②编写程序按规定代码/格式编写程序单，或用软件直接生成程序文件。③输入/传输面板手工输入或串行通信，把程序送入数控单元（MCU）。送入数控单元④路径模拟进行刀具路径模拟与试运行，验证轨迹。⑤运行加工通过正确操作机床，完成零件加工。数控机床加工零件的过程第二节

数控机床的概念与组成教材配套课件·机械工业出版社16/24图1-2数控机床的组成（来自教材原文）数控机床=数控系统+机床本体提示：输入输出装置、CNC装置、伺服系统三者合称计算机数控系统；驱动装置、检测装置、辅助控制装置归入数控系统；机床本体为机械部分。①输入/输出装置键盘手工/RS232C/网络机床与外部设备的接口②CNC装置编译·运算·逻辑处理数控机床的中枢③驱动+检测功率放大后驱动执行机构检测装置形成反馈闭环④机床本体主轴/进给/床身/工作台+液压润滑冷却系统数控机床的组成第二节

数控机床的概念与组成教材配套课件·机械工业出版社17/24输入/输出装置机床与外部设备的接口三种输入方式·键盘手工输入·RS232C串口·网络通信两种读入策略①边读入边加工读一段执行一段（早期常用）②一次全部读入存储器（推荐）避免加工与读取冲突CNC装置数控机床的中枢：编译→运算→逻辑处理→输出指令CNC装置的三大核心动作1编译指令码、数据分解为内部信号2运算刀具轨迹插补→轴位移3逻辑处理处理报警、互锁、辅助开关量输入/输出装置与CNC装置第二节

数控机床的概念与组成教材配套课件·机械工业出版社18/24从指令到执行的最后一公里1驱动装置接收数控装置的指令，经功率放大后驱动机床移动部件，使零件按图样加工。构成：控制器（含功率放大器）+执行机构主流：直流/交流

伺服电动机2检测装置（反馈）检测各坐标轴的实际位移量，经反馈系统送回数控装置，与设定值比较校正。作用：保证位移跟随指令闭环控制的核心环节3辅助控制（PLC）接收CNC的开关量指令，编译→逻辑判别→功率放大→驱动电器动作。典型动作：主轴变速/换向/启停；刀具选择/交换；冷却润滑启停广泛采用PLC作数控机床辅助控制4机床本体与传统机床结构相似，是实现加工动作的机械载体。主要组成：主轴传动·进给传动·床身·工作台辅助运动·液压气动·润滑·冷却伺服系统·检测·辅助控制·机床本体第二节

数控机床的概念与组成教材配套课件·机械工业出版社19/24第三节3数控机床的加工特点及应用本节聚焦两件事：加工特点·应用范围·加工特点：6大优势（适应性强/精度高/效率高/自动化/经济效益/管理现代化）·应用范围：6类最适宜数控加工的零件学习目标掌握数控机床加工的六大特点识别最适宜数控加工的零件类型20/24六大加工优势数控机床在实际加工中相对传统机床的六项核心优势1加工对象适应性强改型零件只需重新编制程序，无需制造/更换大量工具夹具量具。2加工精度高脉冲当量达0.001mm（1μm），反向间隙与丝杠误差由系统补偿。3生产效率高有效减少在线加工与辅助时间；大切削量强力切削；快进快退定位。4自动化程度高自动连续完成操作；劳动强度减轻、劳动条件改善。5良好的经济效益单件、小批生产下节省工装费用、辅助工时，降低废品率。6利于现代化管理简化检验和工夹具管理；准确计算工时，利于生产管理现代化。注意：数控机床也有不利的一面（如起始投资高、维护要求高、对操作人员技术水平要求高等）。数控机床的加工特点第三节

数控机床的加工特点及应用教材配套课件·机械工业出版社21/24最适宜数控加工的6类零件数控加工在制造业中并非万能，需要根据零件特征判断是否"值得"用数控机床加工。判断思路形状复杂、精度要求高、工装要求高、价值高、小批量、多工序联合——任一条件成立即可优先选择数控加工。1形状复杂·精度高如用数学方法定义的复杂曲线、曲面轮廓；加工精度要求高的零件。2公差带小·互换性高要求精确复制的零件。3需要复杂工装的零件用普通机床加工时需设计制造复杂专用工装，或需很长调整时间的零件。4价值高的零件单件价值高的零件，废品损失大。5小批量生产