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1、返回课件首页,课程的性质：院级平台课 课程的特点：实用性、综合性 技术范围复盖：(1)机械制造工艺及设备；(2)计算机技术：(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术 教 师：胡占齐（13933660163）、杨莉、王加春、陈继刚； 办公室： 参考教材：胡占齐 杨莉：机床数控技术机工出版社 王永章：机床数控技术高教出版社,“数控技术及应用”课程简介,第一节 数控技术的基本概念,一、 数控与数控机床 1基本概念 数字控制（NC，numerical control） 用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法（GB8129-87）； 数控系统：实现数控技术的机电控制设备；
2、数控机床：装备了数控系统的机床。 1952年，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了制造自动化的发展。 1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。,返回课件首页,The first successful N/C machine, funded by the Air Force, was demonstrated by the Massachusetts Institute of Technology in 1952. It was a “retrofitted“ Cincinnati milling machine (Figure 1.15).
3、 It had the ability to coordinate the axis motions to machine a complex surface. The first “commercial“ N/C machines were shown at the 1955 National Machine Tool Show.,各种类型数控机床,2用数控机床加工一个零件的过程见图1-1。 零件图 数控系统 机床,用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后
4、驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。,基本概念： 数控系统（NC system）、 数控装置 NCU 和计算机数控CNC， 数控系统的功能：读入载体上的数字信息，经过译码、数据处理、插补运算和位置控制，控制机床运动。 数控系统由数控装置和伺服系统两部分组成。 以计算机为数控装置构成的数控系统成为计算机数控系统。,二、数控机床的特点 优点 1 能够加工复杂曲面； 2 加工精度高、质量稳定； 3 适应性强，生产效率高（减少辅助时间）； 4 减轻操作者的劳动强度、操作简单； 5 有利于生产管理的现代化（工时计
5、算准确）； 有故障诊断和监控能力； 对操作者技术水平要求低。 问题： 1造价较高； 2调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员； 3对编程人员的技术水平要求较高。 本课程的目的： 1选择机床选； 2使用数控机床用； 3设计数控机床做。,三、数控机床的选择 （一）什么时候选择数控机床？,（二）选择什么样的数控机床？ 数控机床的性能指标反映了数控机床的基本性能，是选择数控系统的主要依据，概括起来如下： 1控制轴数和联动轴数根据加工要求选 2脉冲当量（控制分辨率）根据加工精度选 3定位精度和重复精度根据加工加工精度 4行程 根据工件尺寸选 5主轴转速和调节范围根据切削用量选 6进给速度和调节范围根据切
6、削用量选 7准备功能（G功能） 根据机床功能选 8辅助功能（M功能）根据机床功能选 9. 自动加减速功能 根据工作台质量和速度选 10. 开关量接口 根据所连接的电器元件选,以上性能指标可以作为选择数控装置时参考，随着数控技术的发展，数控装置的性能指标也在不断地丰富和提高。一般来说，性能越高的数控装置，价格也越贵，所以对用户来说并不一定一味地追求高性能，而应该根据自己的实际需要，综合考虑性能和价格，作出最经济实用的选择。,第二节 数控机床的组成与分类,一、 数控机床的组成 下图是数控机床的逻辑组成框图。数控机床一般由输入输出设备、数控装置、主轴和进给伺服单元、PLC及其接口电路和机床本体等几部
7、分组成。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。 1 输入/输出设备和操作面板 2 数控装置 3 伺服单元和伺服电机 4 可编程逻辑控制器(PLC)及接口电路 5 机床本体 6 测量装置,数控机床的逻辑组成,数控机床物理结构与逻辑结构比较,同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上有区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自动换刀装置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成，如图所示。,右：SIEMENS802D- 下：FANUC 系列 150i M,第一章 概述,二、数控机床的分类 目前，数控机床的品种齐全，规格繁多
8、。为了研究的方便起见，可以从不同的角度对数控机床进行分类，常见的有以下几种分类方法：,（一）按控制轨迹的特点分类 1. 点位控制数控机床 （进给过程中不加工） 2. 直线控制数控机床 （进给过程中可以加工） 3. 轮廓控制数控机床 （可以加工非直线轮廓）,图1-6 点位控制（进给过程中不加工）,图1-7 直线与轮廓控制（进给过程中可以加工）,（二）按伺服系统的类型分类 1 开环控制数控机床,2 闭环控制 数控机床,3 半闭环控制 数控机床,表1.1 数控系统的功能分类,（三）按功能水平分类 1. 高级型数控系统 2. 普及型数控系统 3. 经济型数控系统,一、 数控技术与数控机床的产生与发展
9、数控技术是机械技术和计算机控制技术的结合的产物，因此计算机技术的每一点进步都在推动数控技术向前发展。 1 电子管，1952，Parsons Corp.,MIT,美空军后勤司令部合作，第一台 立式铣床； 2 晶体管、印刷电路，1959，晶体管元件的出现使电子设备的体积大大减小，数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板，K&T开发第一台加工中心 MILWAUKEE-MATIC。 3 小规模集成电路,1965,由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，这是第三代数控系统。1967英国最初的FMS. 4 通用小型计算机,1970，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作
10、为数控装置的数控系统，特征为许多数控功能由软件完成,被人们成为第四代数控系统， 5 微处理器，1974，开始出现的以微处理器为核心的数控系统被人们誉为第五代数控系统，近30年来，装备微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛应用。 6 基于PC（PC-BASED）,1990 .基于PC开发式数控系统。,第三节 数控技术的发展,二、中国的数控技术与数控机床 1958年起步。“六五”、“七五”引进技术、消化吸收；“八五”国产化；“九五”产业化；“十五”高精尖、重大数控装备关键技术、数控系统和关键零部件开发；“十一五”高档数控系统国产化。 现达到1500多个品种，年生产能力40000 2000年的
11、统计数据 数控机床厂家：100 数控系统厂家：50 数控机床配套厂家：300 年产量：14053台 数控机床品种：1300 产量数控化率：8%（95年 3.6%） 2。2003年产量36000台，产值295亿元。 3。2003年19月，海关统计机床进口297482.6万美元，出口26630.8万美元 4。2004年9月，数控机床产量5.2万台，国产数控机床国内占有率27,7 存在问题：（中国机械工业联合会科技部，2005/3） 缺少关键功能部件生产厂家和社会配套体系； 中高档数控系统发展缓慢； 中高档数控机床的技术水平与国外有较大差距。,5。重要数控机床生产厂家： 北京一机床 五坐标数控螺旋桨
12、铣床，加工直径达6米，可加工10万吨级远洋海轮用螺旋桨叶轮面； 武汉重型机床厂 数控立车，可加工30万KW水轮机，直径达16米，精度0.02mm。 常州机床厂 五轴联动机床；秦川机床厂 六轴五联动全数控螺旋齿锥齿轮切齿机。 北京机电院 定位精度+-3um 立式加工中心；宁江机床厂+-8um卧式加工中心。 6 国产数控系统有： 中国东方数控公司，航天数控，华中等开发的华中、中华、航天和蓝天；上海开通数控技术有限公司KT；北京凯恩帝的KND系列数控系统、广州数控设备厂的GSK系列数控系统。,三、数控技术的发展趋势 1 高速高精度,提高切削速度，不但可以提高加工效率、而且还可提高零件的表面加工质量和
13、精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。 90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速15000100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。 依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到5000米8000米/分以上；主轴转数在30000转/分(有的高达10万转
14、/分)以上；工作台的移动速度：（进给速度），在分辨率为1微米时，在100米/分（有的到200米/分）以上，在分辨率为0.1微米时，在24米/分以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12米/分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。,随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。 当前，机械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高
15、了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级（0.001微米），主轴回转精度要求达到0.010.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。 精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要， 近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从35m，提高到11.5m,加工精度的变化,Ra Vf Vc 25 0.10 10000 2500 Ra 20 0.08 8000 2000 15 0.06 6000 1500 Vf Vc 10 0.04 4000 1000 5 0.02 2000 5000 1993 1994 1995 1996 1997 年度 Ra
