第1章 绪论

主要内容 数字控制技术 数控机床的发展与构成 数控机床的分类 数控机床的特点

1. 1 数字控制技术 数字控制简称数控( Numerical Control , NC) , 采用数字指令自动控制机械的动作, 控制位置、角度和速度等机械量, 也包括温度、压力、流量等物理量。 数字控制技术正朝着以下几个方向发展。 继续向具有开放式体系结构的数控系统发展 向高速化、高精度和高自动化发展 向智能化方向发展 向网络化发展

1. 2 数控机床的发展与构成 随着科学技术和社会生产的不断发展, 对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。为此, 许多企业采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线。

1. 2. 1 数控机床的发展过程 我国数控机床的发展晚于国外，过程大致如下： 开始研制 实用化阶段 目前 1958 年 60 年代中期 1952 年, 美国泊森斯公司( Pa rsons ) 和麻省理工学院(MIT ) 合作, 研制成功了世界上第一台以数字计算机原理为基础的数字控制三坐标铣床, 开创了机械加工自动化的新纪元。1955 年, 数字控制机床进入实用化阶段, 在复杂曲面的加工中发挥了重要的作用。 1958 年 60 年代中期 品种、数量、质量各方面成熟

1. 2. 2 数控机床的基本组成及工作原理 点击各部件可查看相关工作原理 加工程序 机 床 输入装置 伺服系统 辅助控制装置 数控系统 反馈系统 点击各部件可查看相关工作原理

数控机床品种规格繁多, 据不完全统计, 已有400 多个品种 1. 3 数控机床的分类 按加工工艺方法分类 按控制系统功能特点分 按伺服系统的特点分类 按控制系统的功能水平分类 数控机床品种规格繁多, 据不完全统计, 已有400 多个品种

1. 3. 1 按加工工艺方法分类 加工工艺方法 一般数控机床 加工中心机床 + 数控车床、铣床 镗床、钻床、磨床 齿轮加工机床等 普通数控机床 + 刀库和自动换刀装置 减少占地面积 缩短了辅助时间 提高了生产率和质量 1952 年, 美国泊森斯公司( Pa rsons ) 和麻省理工学院(MIT ) 合作, 研制成功了世界上第一台以数字计算机原理为基础的数字控制三坐标铣床, 开创了机械加工自动化的新纪元。1955 年, 数字控制机床进入实用化阶段, 在复杂曲面的加工中发挥了重要的作用。 精度一致性 较高的生产率 自动化程度

1. 3. 2 按加工工艺方法分类 点位控制数控机床 点位直线控制数控机床 控制系统功能 轮廓控制数控机床 1. 3. 2 按加工工艺方法分类 点位控制数控机床 机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位, 在移动和定位过程中不能进行任何加工 机床移动部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动定位, 而且能够实现平行坐标轴方向的直线切削加工运动 控制系统功能 点位直线控制数控机床 能够对两个或两个以上坐标轴同时进行切削加工控制,它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标, 而且要控制整个加工过程中每一点的速度和位移 轮廓控制数控机床

1. 3. 3 按加工工艺方法分类 开环控制数控机床 半闭环控制数控机床 伺服系统特点 闭环控制数控机床 1. 3. 3 按加工工艺方法分类 开环控制数控机床 其控制系统不带反馈装置, 通常使用功率步进电动机为伺服执行机构 在开环控制数控机床的传动丝杠上装有角位移检测装置, 通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置中去 伺服系统特点 半闭环控制数控机床 闭环控制数控机床 在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置, 将测量到的实际位移值反馈到数控装置中, 实现移动部件的精确运动和定位

1. 3. 4 按控制系统的功能水平分类 可把数控机床分为高、中、低档(经济型) 三种，指标如下 主轴功能 主CPU 分辨率和进给速度 1. 3. 4 按控制系统的功能水平分类 可把数控机床分为高、中、低档(经济型) 三种，指标如下 主轴功能 主CPU 分辨率和进给速度 内装PLC 伺服进给类型 Title in here 显示功能 联动轴数 通信功能

1. 4 数控机床的特点 加工特点 主要内容 使用特点 应用范围

1. 4. 1 数控机床的加工特点 加工精度高 对加工对象的适应性强 自动化程度高, 劳动强度低 生产效率高 良好的经济效益 1. 4. 1 数控机床的加工特点 加工精度高 对加工对象的适应性强 自动化程度高, 劳动强度低 生产效率高 良好的经济效益 有利于现代化管理

1. 4. 2 数控机床的使用特点 数控机床对操作维修人员的要求 数控机床对夹具和刀具的要求 ①具有一定的工艺知识和普通机床的操作经验 1. 4. 2 数控机床的使用特点 数控机床对操作维修人员的要求 数控机床对夹具和刀具的要求 ①具有一定的工艺知识和普通机床的操作经验 ②熟悉数控机床的结构特点、工作原理 ③能够熟练编制程序 ①较高的精度、耐用度, 几何尺寸稳定、变化小 ②刀具能实现机外预调、快速换刀, 加工高精度孔时经试切确定其尺寸 ③刀具应具有柄部标准系列 ④ 很好地控制切屑的折断、卷曲和排出 ⑤ 具有良好的可冷却性能。

1. 4. 3 数控机床的应用范围 科学选择 多品种小批量生产的零件 批量较大的精度要求高的零件 形状结构比较复杂的零件 需要频繁改型的零件 1. 4. 3 数控机床的应用范围 多品种小批量生产的零件 形状结构比较复杂的零件 批量较大的精度要求高的零件 科学选择 需要频繁改型的零件 需要最少周期的急需零件 价值昂贵, 不允许报废的关键零件

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数控机床工作时, 不需要工人直接去操作机床, 要对数控机床进行控制, 必须编制加工程序, 加工程序上存储着加工零件所需的全部操作信息和刀具相对工件的位移信息等。加工程序可存储在控制介质( 也称信息载体) 上, 常用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。 点击此处返回

点击此处返回 输入装置的作用是将控制介质( 信息载体) 上的数控代码变成相应的电脉冲信号, 传递并存入数控系统内。 根据控制介质的不同, 输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器。数控加工程序也可通过键盘, 用手工方式( MDI 方式) 直接输入数控系统, 或者将数控加工程序由编程计算机用通信方式传送到数控系统中。 点击此处返回

数控系统是数控机床的中枢, 它由输入输出接口线路、控制器、运算器和存储器四大部分组成, 这种由专用电路组成的专用计算机数控系统俗称硬件数控(NC)。现在一般采用通用小型计算机或微型计算机作为数控装置, 这种数控系统称计算机数控系统(CNC) , 又称软件数控。 数控系统接受输入装置送来的脉冲信息, 经过数控系统的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后, 输出各种信息和指令, 控制机床的各个部分, 进行规定的有序的动作。 点击此处返回

伺服系统接受来自数控装置的指令信息, 经功率放大后, 严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件, 以加工出符合图样要求的零件。因此, 它的伺服精度和动态响应是影响数控机床的加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。 伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。 点击此处返回

辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的主运动换向、变速、启停、刀具的选择和交换, 以及其他辅助装置动作等指令信号, 经过必要的编译、逻辑判别和运算,经功率放大后直接驱动相应的电器, 带动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成指令规定的动作。 点击此处返回

测量元件将数控机床各坐标轴的位移指令值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中, 数控装置对反馈回来的实际位移值与设定值进行比较, 并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。 点击此处返回

与传统的机床相比较, 数控机床本体仍然由主传动装置、进给传动装置、床身及工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床的整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点。 点击此处返回