数控机床 第1章 概 述.

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1 数控机床 第1章 概 述

2 第1章 概 述 1.1 机械制造自动化的发展 1.2 数控机床的主要结构及工作过程 1.3 数控机床的分类 1.4 数控技术的发展

3 第1章 概 述 1.1 机械制造自动化的发展 技术内涵： 1）制造技术的自动化： 产品设计自动化 例 CAD、CAPP、CAM，
企业管理自动化 例 ERP， 加工自动化 例 现场总线、CNC、DNC； 质量控制过程自动化

4 第1章 概 述 2）制造系统自动化 ： CIMS FMS AM

5 第1章 概 述 1.1.1 计算机数字控制装置 （Computerized numerical control 装置 , CNC）
计算机数字控制装置 （Computerized numerical control 装置 , CNC）  1. CNC系统由软件和硬件共同完成数控任务 2. CNC 装置——数控系统核心

6 第1章 概 述 ● 主要工作： ）程序输入 2）译码 3）刀具补偿 4）速度规划

7 第1章 概 述 ● 主要工作： ）插补运算 6）位置控制 7）I/O处理 8）显示 9）诊断

8 第1章 概 述 ● CNC 装置的的主要功能与特点 1）控制功能 ） 准备功能 ）插补功能 4）固定循环功能 ）进给功能

9 第1章 概 述 1.1.2 柔性制造系统 （flexible manufacturing system, FMS） 定 义
定 义 能迅速响应市场需求而相应调整生产品种； 由若干台数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的； 根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整。

10 第1章 概 述 主要特点 级别与适用范围 组成与结构 发展趋势

11 第1章 概 述 FMS两个主要特点 1）柔性： 设备柔性 工业柔性 产品柔性 工序柔性

12 第1章 概 述 FMS两个主要特点 1）柔性： 运行柔性 批量柔性 扩展柔性 生产柔性

13 第1章 概 述 2） 自动化 目标： 降低生产成本 提高市场影响能力 提高产品质量 降低劳动强度 改善环境

14 第1章 概 述 级别与适用范围 1 . 柔性制造模块（flexible manufacturing module, FMM）
2 . 柔性制造单元 （flexible manufacturing cell, FMC）

15 第1章 概 述 级别与适用范围 3 . 柔性制造系统 （flexible manufacturing system, FMS）
4 . 柔性制造生产线 （flexible manufacturing line, FML） 5 . 柔性制造工厂 （flexible manufacturing factory, FMF）

16 第1章 概 述 组成与结构 图 1.1 FMS 的组成框图及功能特征

17 第1章 概 述 发展趋势 1) 向小型化、单元化方向发展 2) 向规模化、集成化方向发展 3) 单项技术性能与系统性能不断提高
4）重视人的因素

18 第1章 概 述 1.1.3 计算机集成制造系统 1．计算机集成制造 （computer integrated manufacturing , CIM） 概念的提出 ) 1952年第一台数控机床诞生 ) 1963年几何造型CAD系统首先在美国研制成功 ) 1967年出现了第一套柔性制造系统

19 第1章 概 述 1．计算机集成制造 （computer integrated manufacturing , CIM） 概念的提出 ) 1973年美国哈林顿博士提出计算机集成制造 ) 1992年国际标准化组织定义计算机集成制造定义 ) 我国863计划中CIMS主题

20 第1章 概 述 2．计算机集成制造系统 （computer integrated manufacturing SYSTEM, CIMS） 概念的提出 指将CIM具体应用到一个企业，按照集成思想构成的一个具体的系统，是整个制造过程信息采集、传递加工处理的过程。 图 1.2 计算机集成制造系统的逻辑关系

21 第1章 概 述 图 1.2 计算机集成制造系统的逻辑关系

22 第1章 概 述 3．计算机集成制造系统的构成与特点 构成： 图 1.3 计算机集成制造系统的构成与特点

23 第1章 概 述 图 1.3 计算机集成制造系统的构成与特点

24 第1章 概 述 3．计算机集成制造系统的构成与特点 特点： ）简化系统及其操作，使其具有赢得全球性市场的能力。 ）采用动态多变的组织结构和虚拟公司的形式，使其能快速响应市场的变化 ）采用并行工程的方法，将产片的设计、制造、销售、后勤保障和分配活动全部集成在一起。

25 第1章 概 述 3．计算机集成制造系统的构成与特点 特点： ）以用户为核心，尽可能缩短产品开发周期，提高质量、降低成本，并最大限度满足用户要求。 ）强调人的作用，强调技术、组织和人的全面集成。

26 第1章 概 述 1.2 数控机床的主要结构及工作过程

27 第1章 概 述 1.2 数控机床的主要结构及工作过程 1.2.1 主要结构 图 1.4 数控机床的主要结构

28 第1章 概 述 图 1.4 数控机床的主要结构

29 第1章 概 述 1.2.2 主要工作过程 图 1.5 数控机床的主要工作流程

30 第1章 概 述 图 1.5 数控机床的主要工作流程

31 第1章 概 述 1.3 数控机床的分类 1.3.1 按伺服控制方式分类 1）开环控制 图 1.6 开环控制系统框图

32 第1章 概 述 图 1.6 开环控制系统框图

33 第1章 概 述 1.3.1 按伺服控制方式分类 2）闭环控制系统 图 1.7 闭环控制系统框图

34 第1章 概 述 图 1.7 闭环控制系统框图

35 第1章 概 述 1.3.1 按伺服控制方式分类 3）半闭环控制系统 图 1.8 半闭环控制系统框图

36 第1章 概 述 图 1.8 半闭环控制系统框图

37 第1章 概 述 1.3.1 按伺服控制方式分类 4）复合控制系统 开环补偿型 半闭环补偿型

38 第1章 概 述 按工艺用途分类 1）  普通数控机床 自动化程度高、精度高 2）  数控加工中心 带刀库和自动接刀装置的数控机床。

39 第1章 概 述 3）  多坐标轴数控机床 可以加工复杂形状的零件，来完成需要三个以上坐标的合成才能加工的曲面形状。

40 第1章 概 述 4）数控特种加工机床 电火花加工机床 数控线切割机床 数控激光切割机床

41 第1章 概 述 1.3.3 按机床的运动轨迹分类 1） 点位控制系统
1）  点位控制系统 指机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，机床移动部件的运动路线并不影响加工的孔距精度。 图 1.9 数控钻床工作原理

42 第1章 概 述 图 1.9 数控钻床工作原理

43 第1章 概 述 举例： 数控钻床

44 第1章 概 述 举例： 数控坐标镗床

45 第1章 概 述 举例： 数控弯管机

46 第1章 概 述 2）直线控制数控机床 要求控制点的准确定位，要求控制刀具以一定的速度沿直线平行的方向进行加工。
具有主轴转速的选择与控制、切削速度与刀具的选择、循环加工等辅助功能

47 第1章 概 述 举例： 数控车床

48 第1章 概 述 举例： 数控铣床

49 第1章 概 述 3）轮廓控制数控机床 能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关的控制。 具有插补运算功能。
可以进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。

50 第1章 概 述 按数控系统功能水平分类 高、中档 全功能数控机床、标准型数控机床

51 第1章 概 述 低档： 经济型数控机床。 有单片机和步进电动机组成的数控系统。 特点：功能简单，价格低；
用途：数控车床，线切割机床及就机床设备改造等场合。

52 第1章 概 述 1.4 数控技术的发展 1.4.1 数控机床的发展历史
1）数控机床的产生 生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密、复杂，而且改型频繁，需要机床满足高性能、高精度和高自动化。

53 第1章 概 述 1）数控机床的产生 年第一台电子计算机问世，奠定了数控机床产生的基础 年产生数控机床的设想 年美国开始研制 年第一台三坐标镗铣床试制成功

54 第1章 概 述 2）数控机床的发展史 （1）硬件直接数控（NC）： 年电子管 年晶体管 年集成电路

55 第1章 概 述 2）数控机床的发展史 （2）计算机软件数控： 年小型计算机 年微处理器 基于工控PC机的通用型CNC系统 我国1958年研制了第一台数控机床

56 第1章 概 述 3）数控机床的产量情况 在数控系统不断更新换代的同时，数控机床的品种得以不断发展完善，几乎所有品种的机床都实现了数字化。

57 第1章 概 述 1.4.2 数控技术的发展趋势与研究方向 1）高精度化 数控机床制造的几何精度和机床使用的几何精度两个方面。
普通加工和精密加工的精度将提高几倍，超精度加工进入纳米时代。

58 第1章 概 述 2）高可靠性 衡量可靠性的重要的量化指标是平均无故障时间（MTBF） 数控系统的MTBF值的提高
数控机床整机的可靠性水平的提高

59 第1章 概 述 3）高柔性化 适应加工对象变化的能力。 向单元柔性化和系统柔性化发展。

60 第1章 概 述 4）复合化 工序复合化和功能复合化 车、铣、镗、钻工序集中到一台机床 冲孔、成形与激光切割复合机床 等离子加工与冲压复合机床

61 第1章 概 述 5）高速度化 提高切削速度和减少辅助时间 提高主轴转速，减少非切削时间，提高快速移动速度、缩短换刀时间及工作台交换时间。
缩短换刀时间和工作台交换时间。

62 第1章 概 述 6）设计CAD和宜人化 设计方案选择，整机的静、动态特性的分析，计算，预测和优化设计，对整机各工作部件进行动态仿真。
将功能设计与美学设计有机地结合在一起，技术与经济、文化、艺术的协调统一。

63 第1章 概 述 7）制造系统自动化 提高自动编程，自动换刀，自动上下料，自动加工
自动检测，自动监控，自动诊断，自动对刀，自动传输，自动调度，自动管理， 提高标准化和进线的适应能力，达到“无人化”管理正常生产的目标。