1、第1章 数控机床概述o1.1数控技术的发展数控技术的发展o1.2数控系统的基本概念数控系统的基本概念o1.3数控机床的分类数控机床的分类1.1数控技术的发展数控技术的发展1.1.1数控技术的产生背景数控技术的产生背景o随着科学技术和社会生产力的迅速发展，机械产品日趋复杂，社会度机械产品的质量和生产率提出了越来越高要求。在航空航天、造船、汽车、军事计算机等工业中，零件精度高、形状复杂、批量小、经常改动、加工困难、生产效率低、劳动强度大，质量难以保证。机械加工工艺过程的自动化和智能化是适应上述发展特点的重要手段。o为了解决上述问题，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化设备数控机床应运而生
2、。因此，数控机床是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。 o1949年美国空军为了能在短时间内制造出经常变更设计的火箭零件，与帕森斯公司和麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所合作，开始了三坐标铣床的数字化工作，于1952年3月公开发布了研制成功世界上第一台数控机床三坐标立式铣床，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕 。o我国于1958年也开始进行数控机床的研制工作，并取得了一定的成效，先后涌现出一批优秀的机床企业。近年来我国一批新型机床企业的崛起，先后研制出了五轴、六轴大型复合加工中心，不但突破了我国机床领域的技术瓶颈，同时也标志着我国制造业技术水平已达到了国际水平。
3、o我国从1958年开始研究数控机床。o20世纪60年代中期初与研制、开发阶段，1965年，国内开始研制晶体管数控系统。o20世纪70年代初研制出数控铣床和数控插齿机。o20世纪80年代我国先后从日本、美国等国家引进里部分数控装置和伺服系统技术，并于1981年在我国开始批量生产。 数控技术数控技术是指用数字化信号构成的控制程序对某一具体对象（如速度、位移、温度、流量等）进行控制的一门技术，简称NC（Numerical Control），它一般是指早期专用控制计算机的普通数控系统。 随着计算机技术的飞速发展，20世纪70年代初期出现了用小型及微型计算机替代专用控制计算机的软接线数控软接线数控，即计
4、算机数计算机数控系统控系统，简称CNC（Com-puterized NC）。 广义上说，凡使用数控技术的机械设备都称为数控设备数控设备。 狭义上说，数控设备是指应用数控技术来控制其自动加工过程的机床，称为数控机数控机床床。数控立式机床数控立式机床CK516数控车机床数控车机床CK6163高精度万能外圆磨床高精度万能外圆磨床o数控机床的发展阶段： 数控机床的数控系统已先后经历了两个阶段、五个时代的发展：电子管、晶体管、小规模集成电路、大规模集成电路及小型计算机、微型计算机的通用CNC系统。 其中前三代为第一阶段称为硬接线数控硬接线数控系统系统（NC系统系统），其特点是具有很多硬件电路和连接结点，
5、电路复杂，可靠性不好。 后二代为第二阶段称作软接线数控系统软接线数控系统（CNC系统系统）。1.1.2数控技术的发展数控技术的发展数控系统共经历五个发展阶段 NC的特点：o1.柔性差；o2.硬件结构复杂，成本高；o3.易出故障；o4.稳定性差；o5.插补运算速度快。CNC的特点：o1.柔性好；o2.硬件结构简化，成本低；o3. 比较容易实现多轴联动的插补及采用高精度的插补方法；o4.可靠性高；o5. 故障率低。 o6.插补运算速度较NC慢。本节作业本节作业 P7 1-1 1.2 数控系统的基本概念数控系统的基本概念 1.2.1数控系统的基本结构及作用数控系统的基本结构及作用 数控系统数控系统（
6、CNC系统）是在存储器内装有可以实现部分或全部数控功能软件的专用计算机，并配有接口电路和伺服驱动装置的系统。它由加工程序、输入输出设备、计算机数控装置、可编程控制器（PLC）、主轴控制单元及进给驱动装置等组成。o1.加工程序o2.输入输出设备o3.计算机数控装置（数控系统的核心部分数控系统的核心部分）o4.可编程控制器（可编程控制器（PLC）o5.主轴控制单元o6.进给驱动装置 4.可编程控制器（PLC） 可编程控制器（PLC）是指实现换刀、主轴启（停）及变速、零件装卸等辅助功能辅助功能（M、S、T）控制和处理的专用微机。 CNC数据经PLC处理后通过接口送至机床侧。其信号有M、S、T等功能代
7、码。 M M 功能功能： 是辅助功能，根据不同的M代码，可控制主轴的正、反转和停止，主轴齿轮箱的换挡变速，主轴准停，切削液的开、关，卡盘的夹紧、松开及换刀机械手的取刀、归刀等动作。 S S 功能：功能： 主轴转速可以用S2位代码或4位代码直接指定。在PLC中，可容易地用4位代码直接指定转速。如某数控机床主轴的最高、最低转速分别为3150r/min和20r/min，CNC送出S4位代码至PLC，将十进制数转换为二进制数后送到限位器，当S代码大于3150时，限制S为3150，当S代码小于20时，限制S为20。此数值送到D/A转换器，转换成203150r/min相对应的输出电压，作为转速指令控制主轴
8、的转速。 T T 功能功能： 数控机床通过PLC可管理刀库，进行自动刀具交换。处理的信息包括选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命和刀具刃磨次数等。数控装置硬件组成框图 1.2.2数控装置的结构数控装置的结构数控装置由硬件和软件共同组成。 数控装置的软件数控装置的软件是实现部分或全部数控功能的专用系统软件，它是对用户输入的加工程序信息进行自动处理，并对机床发出各种控制命令，或执行显示、I/O处理等功能的部分。 系统软件包括控制软件控制软件和管理软件管理软件两部分，其中控制软件控制软件主要负责译码、刀补、插补运算、速度控制和位置控制等；管理软件管理软件主要负责加工信息（数据）的输入和输出、人机
9、对话显示及诊断等任务。1.简述数控系统的组成及各部分的作用。2. 什么是可编程控制器的M、S、T辅助功能？本节作业本节作业1.3 数控机床的分类数控机床的分类1.3.1 按工艺用途分：按工艺用途分：1.普通数控机床2.数控加工中心 3.多坐标数控机床4.特种加工数控机床1.普通数控机床2.数控加工中心2.数控加工中心3.多坐标数控机床4.特种加工数控机床4.特种加工数控机床4.特种加工数控机床1.3.2 按伺服系统分按伺服系统分：1.开环控制系统2.闭环控制系统3.半闭环控制系统1.3.3 按控制的运动方式分按控制的运动方式分1.点位控制数控机床2.直线控制数控机床 3.连续轮廓控制数控机床
10、1.3.4 按功能水平的高低分按功能水平的高低分 1.经济型数控机床2.标准型数控机床 3.多功能数控机床功能低档中档高档分辨率（m）1010.1进给速度（m/min）815152415100驱动进给类型开环半闭环或闭环的直流或交流伺服系统联动轴数（轴）232435以上通信功能一般无RS-232或DNC接口可有MAP通信接口，有联网能力显示功能LED或简单的CRT较齐全的CRT显示还有三维图形显示内装PLC无有有强功能的PLC主CPU8位、16位32位以上或32位以上的多CPU 1.3.5 按加工类型分类按加工类型分类 o1）切削加工类）切削加工类 采用车、铣、镗、磨、刨、齿轮加工等各种切削工
11、艺的数控机床。 o2）成型加工类）成型加工类 采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床。 o3）特种加工类）特种加工类 主要有数控线切割机、数控电火花加工机、数控火焰切割机、数控激光加工机等。o4）其他类型）其他类型 主要有三坐标测量仪、数控装配机、数控测量机、数控绘图仪、机器人等。本节作业本节作业 P7 1-2自测题自测题1.数控机床由编程及程序载体、输入装置、由编程及程序载体、输入装置、CNC装置及强电控制装置、伺服驱动系统装置及强电控制装置、伺服驱动系统及位置检测装置、机床的机械部件及位置检测装置、机床的机械部件组成。2. CNC装置软件从功能特征来看分为控制系统控制系统、和管理系统管理系
12、统 。3.数控机床的特点具有高度柔性、具有高度柔性、 加工精度高、加工精度高、加工质量稳定可靠、生产率高、改善劳动条加工质量稳定可靠、生产率高、改善劳动条件件 、利于生产管理现代化、利于生产管理现代化 。4.数控机床的发展趋势是 （1）高速、高效；）高速、高效； （2）多功能；（）多功能；（3）智能化；（）智能化；（4）高可靠性；）高可靠性；（5）柔性化。）柔性化。5.数控机床最适用于加工结构复杂、精度高、结构复杂、精度高、多种批量尤其是单件小批量多种批量尤其是单件小批量零件。6.数控机床的验收应考虑数控系统和机床结构数控系统和机床结构部件部件两个方面。7.根据CNC装置硬件所含有的CPU多少
13、来分数控系统可分为单机系统、多机系统。单机系统、多机系统。 小知识：小知识：长度单位长度单位 光年、拍米（Pm）、兆米(Mm)、公里千米 (km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、丝米(dmm)、忽米(cmm)、微米(m)、纳米(nm)、皮米(pm)、飞米(fm)、阿米(am)等。 他们同米的换算关系换算关系如下： 1Ym=11024m（尧米） 1Zm=11021m（泽米） 1Em=11018m（艾米） 1光年=9.461015m（光年） 1Pm=11015m（拍米） 1Tm=11012m（太米） 1Gm=1109m（吉米） 1Mm=1106m（兆米） 1km=1103m （千米）
14、1hm=1102m（百米） 1dam=1101m（十米） 1dm=110(-1)m （分米） 1cm=110(-2)m （厘米） 1mm=110(-3)m （毫米） 1dmm=110(-4)m（丝米） 1cmm=110(-5)m（忽米） 1m=1 10(-6)m（微米）（微米） 1nm=110(-9)m（纳米） 1pm=110(-12)m（皮米） 1fm=110(-15)m（飞米） 1am=110(-18)m（阿米） 1zm=110(-21)m（仄米） 1ym=110(-24)m（幺米） 另外，在实际中还经常使用到的一种单位埃格埃格斯特朗斯特朗（简称埃埃，符号Å）是一个长度单位。它不是国际制单位，但是可与国际制单位进行换算，即1Å= 10(-10) 米 = 0.1纳米。它一般用于原子半径、键长和可见光的波长。譬如，原子的平均直径（由经验上的半径计算得）在0.5埃（氢）和3.8埃（铀，最重的天然元素）之间。它还被广泛应用于结构生物学。埃格斯特朗这个单位是为了纪念瑞典科学家安德斯埃格斯特朗而命名的。埃格斯特朗是光谱学的创始人之一，他为太阳光谱的辐射波长制作了谱图，以10（-10）米为单位。
