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1、数控机床 （Numerical Control Machine Tools ）,教师：马海燕,1.1 定义,数控技术（Numerical Control Technology） 数控系统（Numerical Control System） 计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ） 数控机床（Numerical Control Machine Tools）,1.1.1 数控技术,利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。 具体实现：数控机床、三坐标测量仪、机器人、绘图仪、折弯机、弯管机、切割机（线、火焰、激光）等。,1.1.2 数控系统,用来实
2、现数字信息控制的硬件和软件的整体。 核心：数控装置。 用计算机进行控制的称为计算机数控系统。,1.1.3 数控机床,采用数控技术进行控制的机床。 采用的技术： 计算机技术 自动控制技术 精密测量技术 机床设计技术,1.2 NC发展历史,1、产生背景 单件、小批量、复杂型面（图） 高效率、高精度、高自动化 2、发展过程 1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一台三座标数控机床。 1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。 从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的五代。,NC机床发展经历,第一代：1955年 NC系统以电子管组成，体积大，功耗大。
3、 第二代：1959年 NC系统以晶体管组成，广泛采用印刷电路板。 第三代：1965年 NC系统采用小规模集成电路作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。 以上三代NC系统，由于其数控功能均由硬件实现，故历史上又称其为“硬线NC”,NC机床发展经历,第四代：1970年 NC系统采用大规模集成电路，其部分功能由软件实现，它具有价格低，可靠性高和功能多等特点。 第五代：1974年 NC系统以微处理器为核心，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上的机电一体化成为可能。,NC机床发展经历,第五代又可分为六个发展阶段： 1974年：系统采用CRT显示，大容量磁泡存储器，可编程接口
4、和遥控接口等。 1979年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，自诊断功能。 1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度补偿功能。 1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机进入实用阶段。 1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系统。 1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC系统的开发周期日益缩短。它是数控技术发展的又一个里程碑。,1.3 NC机床特点,柔性高（能适应不同零件的自动加工） 效率高 精度高 质量稳定 有利于生产管理,1.4 NC机床控制原理及组成,1.4.1 NC机床控制原理,数控系统实质上是完成了手工加工中
5、操作者的部分工作 数控程序 几何信息：刀具、工件的相对运动 工艺信息：主运动和进给运动的速度、切深等 辅助信息：主运动变速、刀具更换、冷却液启/停、工件夹紧/松开,1.4.2 NC机床的组成,1.5 NC机床分类,1.5.1 按运动轨迹分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制数控机床 1.5.2 按伺服系统分类 开环 半闭环 闭环,点位控制数控机床,用于加工平面内的孔系，如数控钻床、数控镗床、数控冲床、印刷电路板钻孔机、三坐标测量机等,直线控制数控机床,平面轮廓加工数控机床 空间轮廓加工数控机床 三坐标控制两坐标联动机床使用“行切法”进行加工 三坐标联动加工 四坐标联动加工 五坐标联
6、动加工 注：五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况,轮廓控制数控机床,平面轮廓加工数控机床,行切法加工空间轮廓,三坐标联动加工,四坐标联动加工,重型燃机、汽轮机等的叶片制造,叶片制造,五轴五联动加工中心,开环,半闭环,闭环,按功能水平分类,高级型数控系统 普及型数控系统 经济型数控系统,表1.1 数控系统的功能分类,存在的问题及主要技术指标,问题： 造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受； 调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员; 对编程人员的技术水平要求较高。 数控装置的主要技术指标 控制轴数和联动轴数 脉冲当量（控制分辨率） 定位精度和重复精度 行程 主轴
7、转速和调节范围 进给速度和调节范围,准备功能（G功能） 辅助功能（M功能） 自动加减速功能 开关量接口,数控机床的应用范围,数控机床对刀具的要求,精度较高、寿命高、尺寸稳定、变化小； 快速换刀； 刀柄应为标准系列； 能很好地控制切屑的折断、卷曲和排出； 具有很好的可冷却性能。,数控技术的发展趋势,高速高精度 智能化 应用自适应控制技术 自动编程技术 具有故障自动诊断功能 应用模式识别技术 开放式数控系统 基于网络的数控系统 提高数控系统的可靠性 数字制造,大型立式数控车床,立式铣削加工中心,卧式双转塔数控车床,数控加工中心,锥度电火花线切割机床,数控刀具,组合式刀具及刀杆,数控车削刀具组成,数
8、控铣削刀具组成,立式加工中心加工叶轮,被加工出的各种工件,在车削加工中心上进行铣削,第一代数控机床,效率高,效率（p）与单件工时（t）相关 p=1/t t=t加工+t辅助 t加工 机床功率大，可提供更大的进给、切深；无极调速，进给速度范围广，可找到合适的速度；复杂型面零件加工。 t辅助 辅助设备：自动换刀、准备工作台；可实现工序集中,精度高,机床本身的制造精度高 采用数字量控制，不受零件形状复杂程度影响 采用补偿机制 间隙补偿（齿轮侧隙、丝杠螺母副间隙等） 刀具磨损补偿,质量稳定,加工按照数控程序进行，人为影响小 记忆能力 操作水平 责任心,有利于生产管理,能准确计划零件的加工工时 简化检验工
9、作 减轻了工夹具、半成品的管理工作 减少了因误操作而出废品及损坏刀具的可能,输入/输出装置,作用 输入：数控程序、加工与控制数据、机床参数 输出：坐标轴位置、检测开关的状态 装置 键盘、显示器、光电阅读机、磁带机、软盘驱动器,数控装置（MCU）,组成：输入/输出接口线路、控制器、运算器、存储器 作用：将输入装置输入的数据，通过内部逻辑电路或控制软件进行编辑、运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各部分进行规定的动作,伺服驱动,作用 根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移 组成 伺服放大器（驱动器、伺服单元） 伺服驱动装置（电机）,机械部件,组成 主运动部件 进给运动部件 辅助装置 刀库、换刀机械手（加工中心特有的） 与普通机床类似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且其传动和变速系统要便于实现自动化控制,
