第一章 数控机床的产生与发展历史

1、第一章绪论,课程简介,数控机床的特点及组成,各类典型数控系统,机床电气控制系统,数控机床安装与调试,数控机床的维护与保养,数控机床的故障诊断与维修,教学方法与考核方式,课堂教学实训基地教学自学,考试平时成绩作业课堂提问,教学方法,考核方式,内容提要,一、数控机床的产生与发展历史二、数控机床的加工功能三、数控技术发展趋势,第一节数控机床的产生与发展历史,一、数控机床产生的背景,5.第五代：微处理器时代,1.第一代：电子管时代,2.第二代：晶体管时代,3.第三代：小规模集成电路时代,4.第四代：小型计算机时代,二、数控系统的发展经历的五代,第一节数控机床的产生与发展历史,三、数控技术覆盖领域,1.

2、机械制造技术2.自动控制技术3.伺服驱动技术4.传感器技术5.软件技术6.信息技术,1.美国数控发展史,2.德国数控发展史,3.日本数控发展史,4.我国的现状,第一节数控机床的产生与发展历史,四、数控机床发展强国及我国的数控技术发展史,第二节数控机床的加工功能,一、数控车床的加工功能,第二节数控机床的加工功能,二、数控铣床的加工功能,1.叶轮,第二节数控机床的加工功能,二、数控铣床的加工功能,2.箱体,第二节数控机床的加工功能,二、数控铣床的加工功能,3.异形件,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,1.端面铣削,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,2.攻丝,

3、第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,3.镗孔,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,4.钻孔,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,5.内外螺纹加工,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,6.特殊程序加工,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,7.铣内孔槽,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,8.铣曲面,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,9.铣曲线,第二节数控机床的加工功能,三、数控加工中心的加工功能,10.铣箱体,1.车铣加工演示2.FANUC0M数控铣演示,第二节数控机床

4、的加工功能,四、数控机床的加工功能演示,第三节数控技术发展趋势,一、运行高速化,1.进给率2.主轴转速3.刀具交换速4.托盘交换速度5.加/减速率,高速加工中心进给速度可达100m/min,第三节数控技术发展趋势,一、运行高速化,1.进给率,2.主轴转速,(1)主轴最高转速达60000r/min。(2)主轴转速的最高加（减）速为1.0g，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。,例如：速度可达到6.3秒,第三节数控技术发展趋势,一、运行高速化,3.刀具交换速,4.托盘交换速度,例如：刀到刀的速度0.9秒;切削到切削的速度2.8秒。,1.设备的制造和装配精度2.系统的控制精度3.误差补

5、偿技术,第三节数控技术发展趋势,二、加工高精化,(1)高速插补技术(2)高分辨率位置检测装置(3)伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法,2.提高CNC系统控制精度,第三节数控技术发展趋势,二、加工高精化,(1)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;(2)设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。,3.采用误差补偿技术,备注：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6080。,第三节数控技术发展趋势,二、加工高精化,在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。,1.概念,2.举例,镗铣钻复合,加工中心（ATC）,铣镗钻磨复合,复合加工中心(ATC，动力磨头),可换

6、主轴箱的数控机床,组合加工中心,第三节数控技术发展趋势,三、功能复合化,1.加工过程自适应控制技术2.加工参数的智能优化与选择3.智能故障诊断与自修复技术4.智能化交流伺服驱动装置5.智能4M数控系统,第三节数控技术发展趋势,四、控制智能化,1.加工过程自适应控制技术,(1)概念,实时修调,(2)举例,MiracleFuzzy,模糊逻辑的自适应控制器,日本牧野电火花NC系统,专家系统,Mandelli公司数控系统,可编程功率自适应控制功能,第三节数控技术发展趋势,四、控制智能化,1)带自学习功能的神经网络电火花加工专家系统;2)日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工智能式自动编程功能。,2

7、.加工参数的智能优化与选择,(1)涵义,(2)举例,构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”,第三节数控技术发展趋势,四、控制智能化,(1)智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法（AI、ES、ANN等），实现故障快速准确定位的技术。,3.智能故障诊断与自修复技术,(2)智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。,第三节数控技术发展趋势,四、控制智能化,自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。,4.智能化交流伺服驱动装置,第三节数控技术发展趋势,四、控制智能化,在制造

8、过程中，将测量(Measurement)、建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者（即4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作一体化的4M智能系统。,5.智能4M数控系统,第三节数控技术发展趋势,五、体系开放化,(1)标准化/多样化/互换性(2)可移植的和透明的(3)实现系统“积木式”的集成,1.定义,在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。,2.特点,3.优点,(1)向未来技术开放(2)标准化的人机界面(3)向用户特殊要求开放,第三节数控技术发展趋势,五、体系开放化,

9、(1)美国1)NGC(TheNextGenerationWork-station/MachineController)2)OMAC(OpenModularArchitectureController)计划(2)欧共体OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)计划,4.国内外开放式数控系统的研究,第三节数控技术发展趋势,五、体系开放化,(3)日本OSEC(OpenSystemEnvironmentforController)计划;(4)中国1)华中I型：基于IPC的CNC开放体系结构;2)航天I型CNC系统：基于PC的多机CNC开放体系结构。,4.国内外开放式数控系统的研究,第三节数控技术发展趋势,五、体系开放化,并联机床,第三节数控技术发展趋势,六、驱动并联化,并联机床视频,第三节数控技术发展趋势,六、驱动并联化,1.结构,并联机床视频,(1)并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物;(2)由于它没有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约机床性能提高的结构;(3)具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。,第三节数控技术发展趋势,六、驱动并联化,2.特点,1.网络资源共享2.数控机床的远程（网络）监视、控制3.数控机床的远程（网络）培训与教学4.数控装备的数字