1、第一章第一章 数控机床的基本知识数控机床的基本知识 1.1 数控机床的基本概念数控机床的基本概念 1.2 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理 1.3 数控机床的分类数控机床的分类 1.4 数控机床的特点和应用范围数控机床的特点和应用范围 1.5 数控技术的现场和发展趋势数控技术的现场和发展趋势1.1 数控机床的基本概念数控机床的基本概念 数控机床是数字控制机床数控机床是数字控制机床(numerically controlled machine tool)的简称，亦称的简称，亦称NC机床，就是通过数字化的信息对机床的运动及其机床，就是通过数字化的信息对机床的运动及其加工过程进行控制
2、加工过程进行控制.实现要求的机械动作，自动完成加工任务的机实现要求的机械动作，自动完成加工任务的机床。床。数控机床是典型的技术密集且自动化程度很高的机电一体化加数控机床是典型的技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备，是为了满足单件、小批、多品种自动化生产的需要而研工设备，是为了满足单件、小批、多品种自动化生产的需要而研制的一种灵活、通用的能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。制的一种灵活、通用的能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定、生产效数控机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定、生产效率高、降低加工成本、改善工人劳动条件等优点。它综合
3、应用了率高、降低加工成本、改善工人劳动条件等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果。随着机床数控技术的迅速发展，数控机床在多方面的技术成果。随着机床数控技术的迅速发展，数控机床在机械制造业中的地位也越来越重要。机械制造业中的地位也越来越重要。计算机数字控制机床与计算机数字控制机床与NC系统的主要区别是该系统采用微处理系统的主要区别是该系统采用微处理器器CPU作为数控装置的核心，作为数控装置的核心，CPU的出现使数控系统的软件功能的出现使数控系统的软件功能大幅度提高。大幅度提高。返回1.2
4、 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理 1.2.1 数控机床的组成数控机床的组成 作为一类典型的机电一体化产品，数控机床主要由程序载体、作为一类典型的机电一体化产品，数控机床主要由程序载体、人机交互装置、数控装置、伺服驱动及检测装置和机床本体等部人机交互装置、数控装置、伺服驱动及检测装置和机床本体等部分组成分组成.如如图图1一一1所示。所示。1.程序载体程序载体 在数控机床上加工零件，首先要对零件图样上的几何形状、尺在数控机床上加工零件，首先要对零件图样上的几何形状、尺寸和技术条件进行工艺分析，并在此基础上确定加工顺序和走刀寸和技术条件进行工艺分析，并在此基础上确定加工顺序和走刀路
5、线，确定主运动和进给运动的工艺参数，确定加工过程中的各路线，确定主运动和进给运动的工艺参数，确定加工过程中的各种辅助操作，之后用标准格式和代码编制出零件的加工程序。要种辅助操作，之后用标准格式和代码编制出零件的加工程序。要对数控机床进行控制，就必须把加工程序、各种参数和数据等相对数控机床进行控制，就必须把加工程序、各种参数和数据等相关信息通过输入设备送到数控装置，这就需要在人机之间建立某关信息通过输入设备送到数控装置，这就需要在人机之间建立某种联系，这种联系的中介物就是控制介质，也称为程序载体，如种联系，这种联系的中介物就是控制介质，也称为程序载体，如穿孔纸带、磁盘、键盘（穿孔纸带、磁盘、键盘
6、（M DI）、手摇脉冲发生器等。）、手摇脉冲发生器等。目前常用的方法是用手动数据输入方式将加工程序输入到数控目前常用的方法是用手动数据输入方式将加工程序输入到数控装置中，也可以将加工程序存储在程序载体上。装置中，也可以将加工程序存储在程序载体上。下一页返回1.2 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理 2.人机交互装置人机交互装置 数控机床的操作人员通过人机交互装置对数控系统进行操作和数控机床的操作人员通过人机交互装置对数控系统进行操作和控制。人机交互装置的作用是：将程序载体上的数控代码信息转控制。人机交互装置的作用是：将程序载体上的数控代码信息转换成电脉冲信号传送到数控装置的内存储
7、器；对输入的加工程序换成电脉冲信号传送到数控装置的内存储器；对输入的加工程序进行编辑和调试；显示数控机床运行状态进行编辑和调试；显示数控机床运行状态;显示机床参数及坐标轴显示机床参数及坐标轴位置等。键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互装置，现位置等。键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互装置，现代数控机床可以利用机床上的显示器及键盘以手动方式输入加工代数控机床可以利用机床上的显示器及键盘以手动方式输入加工程序，也可以通过计算机用通信方式将自动编程产生的加工程序程序，也可以通过计算机用通信方式将自动编程产生的加工程序传送到数控装置。传送到数控装置。根据程序载体的不同方式，人机交互装置还可以
8、是光电阅读机、根据程序载体的不同方式，人机交互装置还可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。磁带机或软盘驱动器等。下一页返回上一页1.2 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理 3.数控装置数控装置 数控装置是一种专用计算机，是数控机床最重要的组成部分，数控装置是一种专用计算机，是数控机床最重要的组成部分，一般由中央处理器、存储器、总线和输入一般由中央处理器、存储器、总线和输入/输出接口等组成。数控输出接口等组成。数控装置的作用是将人机交互装置输入的信息，通过内部的逻辑电路装置的作用是将人机交互装置输入的信息，通过内部的逻辑电路或系统的控制软件进行译码、存储、运算和处理，将加工程序转
9、或系统的控制软件进行译码、存储、运算和处理，将加工程序转换成控制机床运动的信号和指令，以控制机床的各部件完成加工换成控制机床运动的信号和指令，以控制机床的各部件完成加工程序中规定的动作。数控装置是整个数控机床数控系统的核心，程序中规定的动作。数控装置是整个数控机床数控系统的核心，决定了机床数控系统功能的强弱。决定了机床数控系统功能的强弱。4.伺服驱动及检测装置伺服驱动及检测装置 伺服系统是由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成伺服系统是由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成的数控机床执行机构，其作用是把来自数控装置的位置信息转变的数控机床执行机构，其作用是把来自数控装置的位置信息转
10、变为各坐标轴方向的进给运动和定位运动。检测装置随时检测伺服为各坐标轴方向的进给运动和定位运动。检测装置随时检测伺服电动机或工作台的实际运动情况，进行严格的速度和位置反馈控电动机或工作台的实际运动情况，进行严格的速度和位置反馈控制。伺服驱动及检测反馈是数控机床的关键部分，其控制精度和制。伺服驱动及检测反馈是数控机床的关键部分，其控制精度和相应动态特性，对机床的工作性能、加工精度和加工效率有直接相应动态特性，对机床的工作性能、加工精度和加工效率有直接的影响。的影响。下一页返回上一页1.2 数控机床数控机床的组成和工作原理的组成和工作原理 5.机床本体机床本体 机床本体是数控机床的主体，包括机床的主
11、运动部件、执行部件机床本体是数控机床的主体，包括机床的主运动部件、执行部件以及底座、立柱、刀架、工作台等基础部件。数控机床是一种高以及底座、立柱、刀架、工作台等基础部件。数控机床是一种高精度、高生产率和高度自动化的加工机床，与普通机床相比，它精度、高生产率和高度自动化的加工机床，与普通机床相比，它应具有较高的精度和刚度、更好的抗振性和精度保持性，进给传应具有较高的精度和刚度、更好的抗振性和精度保持性，进给传动部件之间的间隙要小。动部件之间的间隙要小。所以其设计要求比通用机床更严格，加工制造要求更高。所以其设计要求比通用机床更严格，加工制造要求更高。1.2.2 数控机床的工作原理数控机床的工作原
12、理 当在普通机床上加工零件时，操作者是按照工艺设计人员事先当在普通机床上加工零件时，操作者是按照工艺设计人员事先制定好的工艺规程进行加工的。工艺规程中规定了零件加工的工制定好的工艺规程进行加工的。工艺规程中规定了零件加工的工艺路线、工序的内容、刀具的选择、切削用量等内容。在实际操艺路线、工序的内容、刀具的选择、切削用量等内容。在实际操作时，机床的启动和停止、主轴转速的改变、进给速度和进给方作时，机床的启动和停止、主轴转速的改变、进给速度和进给方向的变化等，都是由操作者手工操纵的。由于操作者的操作水平向的变化等，都是由操作者手工操纵的。由于操作者的操作水平不同等因索的影响，零件加工质量的稳定性很
13、难保证。不同等因索的影响，零件加工质量的稳定性很难保证。下一页返回上一页1.2 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理 在数控机床上加工零件则与在普通机床上的方式不同，它是按在数控机床上加工零件则与在普通机床上的方式不同，它是按照事先编写好的程序自动地进行加工。编程人员必须把加工过程照事先编写好的程序自动地进行加工。编程人员必须把加工过程中的所有动作和信息中的所有动作和信息(如主轴的转速、进给速度和方向、各坐标轴如主轴的转速、进给速度和方向、各坐标轴的运动坐标等的运动坐标等)，按照一定的顺序和格式编写在程序中，操作者无，按照一定的顺序和格式编写在程序中，操作者无法临时改变加工过程。因
14、此，编写数控加工程序比制定普通机床法临时改变加工过程。因此，编写数控加工程序比制定普通机床的加工工艺规程要复杂和细致得多。同时的加工工艺规程要复杂和细致得多。同时.由于数控机床是按编制由于数控机床是按编制好的程序自动加工的，不受操作者操作水平的影响，所以能够保好的程序自动加工的，不受操作者操作水平的影响，所以能够保证零件稳定的质量和很高的加工精度。证零件稳定的质量和很高的加工精度。图图1一一2所示是数控机床的所示是数控机床的工作原理。工作原理。1.编制加工程序编制加工程序 根据被加工零件的图样进行工艺方案设计，用手工编程或自动根据被加工零件的图样进行工艺方案设计，用手工编程或自动编程方法，将加
15、工零件所需的机床的各种动作及工艺参数等编写编程方法，将加工零件所需的机床的各种动作及工艺参数等编写成数控系统能够识别的信息代码，即加工程序。成数控系统能够识别的信息代码，即加工程序。下一页返回上一页1.2 数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理 2.加工程序的输入加工程序的输入 可以通过手动输入方式、光电读带机输入、驱动器输入或用计可以通过手动输入方式、光电读带机输入、驱动器输入或用计算机和数控机床的接口直接进行通信等方法，将所编写的零件加算机和数控机床的接口直接进行通信等方法，将所编写的零件加工程序输入数控装置。工程序输入数控装置。3.数控装置对加工程序进行译码和运算处理数控装置对
16、加工程序进行译码和运算处理 进入数控装置的信息代码经一系列的处理和运算变成脉冲信号，进入数控装置的信息代码经一系列的处理和运算变成脉冲信号，有的脉冲信号送到机床的伺服系统，经传动机构驱动机床相关部有的脉冲信号送到机床的伺服系统，经传动机构驱动机床相关部件完成对零件的切削加工；有的脉冲信号送到可编程序控制器中，件完成对零件的切削加工；有的脉冲信号送到可编程序控制器中，按顺序控制机床的其他辅助部件，从而完成零件的夹紧、松开，按顺序控制机床的其他辅助部件，从而完成零件的夹紧、松开，切削液的开闭及刀具的自动更换等动作。切削液的开闭及刀具的自动更换等动作。4.加工过程的在线检测加工过程的在线检测 机床在
17、执行加工程序的过程中，数控系统需要随时检测机床的机床在执行加工程序的过程中，数控系统需要随时检测机床的坐标轴位置、限位开关的状态等，并与程序的要求相比较，以决坐标轴位置、限位开关的状态等，并与程序的要求相比较，以决定下一步动作，直到加工出合格的零件。定下一步动作，直到加工出合格的零件。返回上一页1.3 数控机床的分类数控机床的分类 数控机床的种类繁多，根据数控机床的功能和组成不同，可以数控机床的种类繁多，根据数控机床的功能和组成不同，可以从多种角度对数控机床进行分类。从多种角度对数控机床进行分类。1.3.1 按运动方式分类按运动方式分类 1.点位控制点位控制 点位控制的特点是只控制刀具相对于工
18、件定位点的位置精度，点位控制的特点是只控制刀具相对于工件定位点的位置精度，不控制点与点之间的运动轨迹，在移动过程中刀具不进行切削，不控制点与点之间的运动轨迹，在移动过程中刀具不进行切削，如如图图1一一3所示。为了既提高生产效率又保证定位精度，机床工作所示。为了既提高生产效率又保证定位精度，机床工作台台(或刀架或刀架)移动时采用机床设定的最高进给速度移动时采用机床设定的最高进给速度快速移动，在接近终点前进行分级或连续降速，达到低速趋近定快速移动，在接近终点前进行分级或连续降速，达到低速趋近定位点，以减少因运动部件惯性引起的定位误差。最典型的点位控位点，以减少因运动部件惯性引起的定位误差。最典型的
19、点位控制数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控点焊机等。制数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控点焊机等。下一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类 2.直线控制直线控制 直线控制的特点是除了控制起点与终点之间的准确位置外，还要直线控制的特点是除了控制起点与终点之间的准确位置外，还要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线，并能控制移动求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线，并能控制移动的速度。因为这类数控机床的刀具在移动过程中要进行切削加工，的速度。因为这类数控机床的刀具在移动过程中要进行切削加工，直线控制系统的刀具切削路径只沿着平行于某一坐标轴方向运动，直线控制系统的刀具切削
20、路径只沿着平行于某一坐标轴方向运动，或者沿着与坐标轴成一定角度的斜线方向进行直线切削加工。采用或者沿着与坐标轴成一定角度的斜线方向进行直线切削加工。采用这类控制系统的机床有数控车床、数控铣床等。这类控制系统的机床有数控车床、数控铣床等。图图1一一4生所示为直生所示为直线控制应用于加工阶梯轴的数控车床。线控制应用于加工阶梯轴的数控车床。3.轮廓控制轮廓控制 轮廓控制又称连续控制。它的特点是能够对两个或两个以上的坐轮廓控制又称连续控制。它的特点是能够对两个或两个以上的坐标方向同时进行连续控制，并能对移动速度进行严格的、不间断的标方向同时进行连续控制，并能对移动速度进行严格的、不间断的控制。这类数控
21、机床需要控制刀尖整个运动轨迹，使它严格地按加控制。这类数控机床需要控制刀尖整个运动轨迹，使它严格地按加工表面的轮廓形状连续地运动，并在移动时进行切削加工，可以加工表面的轮廓形状连续地运动，并在移动时进行切削加工，可以加工任意斜率的直线、圆弧和其他函数关系曲线。采用这类控制系统工任意斜率的直线、圆弧和其他函数关系曲线。采用这类控制系统的机床有数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心及数控绘图机的机床有数控铣床、数控车床、数控磨床、加工中心及数控绘图机等。等。下一页返回上一页1.3 数控机床的分类数控机床的分类 这类数控机床绝大多数具有两坐标或两坐标以上的联动功能，不这类数控机床绝大多数具有两坐标或
22、两坐标以上的联动功能，不仅有刀具半径补偿、刀具长度补偿功能，而且还具有机床轴向运动仅有刀具半径补偿、刀具长度补偿功能，而且还具有机床轴向运动误差补偿，丝杠、齿轮的间隙补偿等一系列功能。误差补偿，丝杠、齿轮的间隙补偿等一系列功能。近年来，随着计算机技术的发展，软件功能不断完善，可以通过近年来，随着计算机技术的发展，软件功能不断完善，可以通过计算机插补软件实现多坐标联动的轮廓控制。计算机插补软件实现多坐标联动的轮廓控制。图图1一一5所示是轮廓控所示是轮廓控制数控机床加工示意图。制数控机床加工示意图。1.3.2 按工艺用途分类按工艺用途分类 按工艺用途分类，最常用的数控机床为数控钻床、数控车床、数按
23、工艺用途分类，最常用的数控机床为数控钻床、数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨床和数控齿轮加工机床等金属切削类机控铣床、数控镗床、数控磨床和数控齿轮加工机床等金属切削类机床。尽管这些机床在加工工艺方面存在着很大差异，但它们都适用床。尽管这些机床在加工工艺方面存在着很大差异，但它们都适用于单件、小批量和多品种的零件加工，具有很好的加工尺寸的一致于单件、小批量和多品种的零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度。除了金属切削加工的数控机床外，性、很高的生产率和自动化程度。除了金属切削加工的数控机床外，数控技术也大量用于冲床、压力机、弯管机、折管机、线切割机床、数控技术也大量用于
24、冲床、压力机、弯管机、折管机、线切割机床、焊接机、火焰切割机、等离子切割机、激光切割机和高压水切割机焊接机、火焰切割机、等离子切割机、激光切割机和高压水切割机等非金属切割机床。近年来在非加工设备中也大量采用数控技术，等非金属切割机床。近年来在非加工设备中也大量采用数控技术，如数控测量机、自动绘图机、装配机、工业机器人等。如数控测量机、自动绘图机、装配机、工业机器人等。下一页返回上一页1.3 数控机床的分类数控机床的分类 加工中心是一种带有自动换刀装置的数控机床，它的出现突破加工中心是一种带有自动换刀装置的数控机床，它的出现突破了一台机床只能进行一种工艺加工的传统模式。它是以工件为中了一台机床只
25、能进行一种工艺加工的传统模式。它是以工件为中心，能实现工件在一次装夹后自动地完成多种工序的加工。常见心，能实现工件在一次装夹后自动地完成多种工序的加工。常见的有以加工箱体类为主的镗铣类加工中心和几乎能够完成各种同的有以加工箱体类为主的镗铣类加工中心和几乎能够完成各种同转体类零件所有工序加工的车削中心。转体类零件所有工序加工的车削中心。1.3.3 按控制方式分类按控制方式分类 1.开环控制开环控制 开环控制是指不带位置反馈装置的控制方式。由功率步进电动开环控制是指不带位置反馈装置的控制方式。由功率步进电动机为驱动器件的运动系统是典型的开环控制。数控装置根据所要机为驱动器件的运动系统是典型的开环控
26、制。数控装置根据所要求的运动速度和位移量，向环形分配器和功率放大器输出一定频求的运动速度和位移量，向环形分配器和功率放大器输出一定频率和数量的脉冲，不断改变步进电动机各相绕组的供电状态，使率和数量的脉冲，不断改变步进电动机各相绕组的供电状态，使相应坐标轴的步进电动机转过相应的角位移，再经过机械传动链，相应坐标轴的步进电动机转过相应的角位移，再经过机械传动链，实现运动部件的直线移动或转动。运动部件的速度与位移量是由实现运动部件的直线移动或转动。运动部件的速度与位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数决定的。输入脉冲的频率和脉冲数决定的。图图1-6所示是开环控制系统的示所示是开环控制系统的示意图。意图。下
27、一页返回上一页1.3 数控机床的分类数控机床的分类 开环控制系统的特点是系统简单、调试维修方便、工作稳定、开环控制系统的特点是系统简单、调试维修方便、工作稳定、成本较低。由于开环系统的精度主要取决于伺服元件和机床传动成本较低。由于开环系统的精度主要取决于伺服元件和机床传动元件的精度、刚度和动态特性，因此它的控制精度较低。目前在元件的精度、刚度和动态特性，因此它的控制精度较低。目前在国内用于经济型数控机床以及对旧机床的改造。国内用于经济型数控机床以及对旧机床的改造。2.闭环控制闭环控制 闭环控制是在机床最终的运动部件的相应位置直接安装直线或闭环控制是在机床最终的运动部件的相应位置直接安装直线或回
28、转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。闭环控制的主要优点使运动部件严格按实际需要的位移量运动。闭环控制的主要优点是将机械传动链的全部环节都包括在闭环之内，因而从理论上说，是将机械传动链的全部环节都包括在闭环之内，因而从理论上说，闭环控制的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动闭环控制的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关。很明显其控制精度很高，这
29、就为高精度数控机床链的误差无关。很明显其控制精度很高，这就为高精度数控机床提供了技术保障。但闭环控制除了价格昂贵之外，而且对机床结提供了技术保障。但闭环控制除了价格昂贵之外，而且对机床结构及传动链还提出了严格的要求，传动链的刚度、间隙，导轨的构及传动链还提出了严格的要求，传动链的刚度、间隙，导轨的低速运动特性，以及机床结构的抗振性等因索都会增加系统调试低速运动特性，以及机床结构的抗振性等因索都会增加系统调试的困难，甚至使伺服系统产生振荡，降低了系统的稳定性。的困难，甚至使伺服系统产生振荡，降低了系统的稳定性。图图1-7所示是闭环控制系统示意图。所示是闭环控制系统示意图。下一页返回上一页1.3
30、数控机床的分类数控机床的分类 3.半闭环控制半闭环控制 半闭环控制是在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，半闭环控制是在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测运动部件的位移通过检测伺服电动机的转角间接地检测运动部件的位移(或角位移或角位移)，然后再反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值然后再反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。随着脉冲编码器的迅速发展和性能的不断完善，控制运动部件。随着脉冲编码器的迅速发展和性能的不断完善，作为角位移检测装置可以方便地直接与交流伺服电动机同轴安装，作为角位移检测装置可以方便地直接
31、与交流伺服电动机同轴安装，特别是高分辨率的脉冲编码器的诞生，为半闭环控制提供了一种特别是高分辨率的脉冲编码器的诞生，为半闭环控制提供了一种高性能价格比的配置方案。由于惯性较大的机床运动部件不包括高性能价格比的配置方案。由于惯性较大的机床运动部件不包括在该闭环之内，控制系统的调试十分方便并具有良好的系统稳定在该闭环之内，控制系统的调试十分方便并具有良好的系统稳定性。甚至可以把脉冲编码器与伺服电动机设计为一个整体，使系性。甚至可以把脉冲编码器与伺服电动机设计为一个整体，使系统变得更加紧凑，使用起来更为方便。半闭环伺服系统的加工精统变得更加紧凑，使用起来更为方便。半闭环伺服系统的加工精度显然没有闭环
32、系统高，但是由于采用了高分辨率的测量元件，度显然没有闭环系统高，但是由于采用了高分辨率的测量元件，这种控制方式仍可获得比较满意的精度和速度。系统调试比闭环这种控制方式仍可获得比较满意的精度和速度。系统调试比闭环系统方便、稳定性好，成本也比闭环系统低，是一般数控机床常系统方便、稳定性好，成本也比闭环系统低，是一般数控机床常用的伺服控制系统。用的伺服控制系统。图图1-8所示是半闭环控制系统示意图。所示是半闭环控制系统示意图。下一页返回上一页1.3 数控机床的分类数控机床的分类 1.3.4 按功能水平分类按功能水平分类 按功能水平不同可以把数控机床分为以下几种。按功能水平不同可以把数控机床分为以下几
33、种。1.经济型数控机床经济型数控机床 经济型数控机床的控制系统比较简单，通常采用以步进电动机经济型数控机床的控制系统比较简单，通常采用以步进电动机为伺服驱动元件的开环控制系统，分辨率为为伺服驱动元件的开环控制系统，分辨率为0.0l m，进给速度在，进给速度在8-15 m/min之间，最多能控制之间，最多能控制3个轴，可实现三轴三联动以下的控个轴，可实现三轴三联动以下的控制一般只有简单的制一般只有简单的CTR字符显示或简单数码显示。数控系统多采字符显示或简单数码显示。数控系统多采用用8位位CPU制。程序编制方便，操作人员通过控制台上的键盘手动制。程序编制方便，操作人员通过控制台上的键盘手动输入指
34、令与数据，或直接进行操作。经济型数控机床通常采用单输入指令与数据，或直接进行操作。经济型数控机床通常采用单板机或单片机数控系统，功能较简单，价格低廉，主要用于车床、板机或单片机数控系统，功能较简单，价格低廉，主要用于车床、线切割机床及旧机床的改造。线切割机床及旧机床的改造。2.普及型数控机床普及型数控机床 普及型数控机床采用全功能数控系统，控制功能比较齐全，属普及型数控机床采用全功能数控系统，控制功能比较齐全，属于中档数控系统。通常采用半闭环的直流伺服系统或交流伺服系于中档数控系统。通常采用半闭环的直流伺服系统或交流伺服系统，也采用闭环伺服系统。统，也采用闭环伺服系统。下一页返回上一页1.3
35、数控机床的分类数控机床的分类 普及型数控机床采用普及型数控机床采用16位或位或32位微处理机的数控系统，机床进位微处理机的数控系统，机床进给系统中采用半闭环的交流伺服或直流伺服驱动，能实现四轴四给系统中采用半闭环的交流伺服或直流伺服驱动，能实现四轴四联动以下的控制，分辨率为联动以下的控制，分辨率为1 m，进给速度为，进给速度为1520 m/min，有，有齐全的齐全的CRT显示，能显示字符、图形和具有人机对话功能，具有显示，能显示字符、图形和具有人机对话功能，具有DNC（Direct Numerical Control）直接数字控制通信接口。）直接数字控制通信接口。3.高级型数控机床高级型数控机
36、床 高级型数控机床在数控系统中采用高级型数控机床在数控系统中采用32位或位或16位微处理机，进给位微处理机，进给系统中采用高响应特性的伺服驱动，可控制系统中采用高响应特性的伺服驱动，可控制5个轴，能实现五轴五个轴，能实现五轴五联动以上的控制，分辨率为联动以上的控制，分辨率为0.1 m，进给速度为，进给速度为15100m/min，能显示三维图形，具有能显示三维图形，具有MAP（Manufacturing Automation Protocol）制造自动化通信接口和联网功能。）制造自动化通信接口和联网功能。返回上一页1.4 数控机床加工的特点和应用范围数控机床加工的特点和应用范围 1.数控机床加工
37、的特点数控机床加工的特点 数控机床与通用机床和专用机床相比，具有以下主要特点。数控机床与通用机床和专用机床相比，具有以下主要特点。(1)提高加工零件的精度、稳定产品的质量。提高加工零件的精度、稳定产品的质量。数控机床是按照预定程序自动加工的，工作过程一般不需要人数控机床是按照预定程序自动加工的，工作过程一般不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造设备时，工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造设备时，通常采取许多措施，使数控机床达到较高的精度。通常采取许多措施，使数控机床达到较高的精度。(2)可实现高柔性生产、适应性强。可实现高柔性生产、适应性强。数控机床加工是由指
38、令信息控制的，当加工对象改变时，只要数控机床加工是由指令信息控制的，当加工对象改变时，只要重新编制程序，产生新的指令信息重新编制程序，产生新的指令信息.便可对其进行加工。这给新产便可对其进行加工。这给新产品的研制开发，产品的改进、改型提供了捷径，同时也适合多品品的研制开发，产品的改进、改型提供了捷径，同时也适合多品种、小批量零件的加工，利于企业进行激烈的市场竞争。它能完种、小批量零件的加工，利于企业进行激烈的市场竞争。它能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。数控机床成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。数控机床的数控系统可实现多坐标联动控制，能加工普通机床很难加工或的数
39、控系统可实现多坐标联动控制，能加工普通机床很难加工或无法加工的复杂曲线或曲面。无法加工的复杂曲线或曲面。下一页返回1.4 数控机床加工的特点和应用范围数控机床加工的特点和应用范围 （3）加工工序相对集中、生产率高。）加工工序相对集中、生产率高。由于数控机床可采用较大的切削用量，有效地减少了加工中的切由于数控机床可采用较大的切削用量，有效地减少了加工中的切削工时；数控机床还具有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动削工时；数控机床还具有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，并且无需工序间的检测与测量，使时间大为缩短；对于化等功能，并且无需工序间的检测与测量，使时间大为缩短；对于多功能的加工
40、中心，它可实现在一次装夹下进行多工序的连续加工，多功能的加工中心，它可实现在一次装夹下进行多工序的连续加工，这样不仅可减少装夹误差，而且还可减少半成品的周转时间。因此这样不仅可减少装夹误差，而且还可减少半成品的周转时间。因此与普通机床相比，其生产效率可提高十几倍甚至几十倍。与普通机床相比，其生产效率可提高十几倍甚至几十倍。（4）减轻工人劳动强度、改善劳动条件。）减轻工人劳动强度、改善劳动条件。利用数控机床进行加工，只要按图纸要求编制零件的加工程序清利用数控机床进行加工，只要按图纸要求编制零件的加工程序清单，然后输入并调试程序，安装坯件进行加工，监督加工过程并装单，然后输入并调试程序，安装坯件进
41、行加工，监督加工过程并装卸零件。这就大大减轻了操作者的劳动强度和紧张程度，减少了对卸零件。这就大大减轻了操作者的劳动强度和紧张程度，减少了对熟练技术工人的需求，劳动条件也得到了相应改善。熟练技术工人的需求，劳动条件也得到了相应改善。（5）有利于生产管理的现代化。）有利于生产管理的现代化。用数控机床加工零件，能准确地计算产品生产的工时，并有效地用数控机床加工零件，能准确地计算产品生产的工时，并有效地简化检验、工夹具和半成品的管理工作；采用数控信息的标准代码简化检验、工夹具和半成品的管理工作；采用数控信息的标准代码输入，有利于与计算机连接，构成由计算机控制和管理的生产系统，输入，有利于与计算机连接
42、，构成由计算机控制和管理的生产系统，从而实现制造和生产管理的现代化。从而实现制造和生产管理的现代化。下一页返回上一页1.4 数控机床加工的特点和应用范围数控机床加工的特点和应用范围 2.数控机床的应用范围数控机床的应用范围 随着数控技术的不断发展，数控机床的应用范围也在不断扩大。随着数控技术的不断发展，数控机床的应用范围也在不断扩大。由于计算机技术的高速发展，计算机的性能日益提高，而价格却不由于计算机技术的高速发展，计算机的性能日益提高，而价格却不断下调，因而促使数控机床的价格也不断下降。在原来由于价格因断下调，因而促使数控机床的价格也不断下降。在原来由于价格因索不能采用数控机床的部门，现在也
43、开始大量采用数控机床了。索不能采用数控机床的部门，现在也开始大量采用数控机床了。长期以来人们传统的观念认为数控机床只有用于加工多品种、小长期以来人们传统的观念认为数控机床只有用于加工多品种、小批量及结构复杂的零件时才能获得良好的经济效益。然而，目前人批量及结构复杂的零件时才能获得良好的经济效益。然而，目前人们的观念正在发生变化，一些大批量以及结构形状不太复杂的零件，们的观念正在发生变化，一些大批量以及结构形状不太复杂的零件，在使用数控机床以后，同样也能获得很好的效益。最典型的大批量在使用数控机床以后，同样也能获得很好的效益。最典型的大批量生产的汽车工业，目前已普遍使用数控机床和设备进行流水线生
44、产。生产的汽车工业，目前已普遍使用数控机床和设备进行流水线生产。正确的观点应该是在进行工艺分析和成本分析的基础上，认真做正确的观点应该是在进行工艺分析和成本分析的基础上，认真做好综合经济效益的评估和对比，然后决定是否选用带数控系统的机好综合经济效益的评估和对比，然后决定是否选用带数控系统的机床设备。床设备。尽管如此，数控机床对于加工多品种、中小批量及结构形状复杂尽管如此，数控机床对于加工多品种、中小批量及结构形状复杂的零件，以及那些需要频繁改型的产品零件则更具有选用价值。的零件，以及那些需要频繁改型的产品零件则更具有选用价值。返回上一页1.5 数控技术的现状和发展趋势数控技术的现状和发展趋势
45、1.5.1 数控技术的发展历程数控技术的发展历程 自自1952年美国研制出世界上第一台数控升降台铣床，在世界上开年美国研制出世界上第一台数控升降台铣床，在世界上开创了数控机床发展的先河起，紧随其后，德国、日本和前苏联等国创了数控机床发展的先河起，紧随其后，德国、日本和前苏联等国于于1956年分别研制出本国第一台数控机床。年分别研制出本国第一台数控机床。1958年由清华大学和北年由清华大学和北京第一机床厂联合研制出了我国第一台数控铣床。京第一机床厂联合研制出了我国第一台数控铣床。20世纪世纪50年代末年代末期，美国的数控机床已进入了商品化生产。期，美国的数控机床已进入了商品化生产。20世纪世纪6
46、0年代，日本、德国和英国等国的数控机床也进入了商品年代，日本、德国和英国等国的数控机床也进入了商品化生产。但是，由于化生产。但是，由于 20世纪世纪60年代前期数控系统还处于电子管、晶年代前期数控系统还处于电子管、晶体管时代，系统设备庞大复杂，成本高且可靠性低，所以，数控机体管时代，系统设备庞大复杂，成本高且可靠性低，所以，数控机床的发展速度相对缓慢，只有美国的生产批量较大。到床的发展速度相对缓慢，只有美国的生产批量较大。到20世纪世纪60年年代末期，美国年产数控机床达到代末期，美国年产数控机床达到2900多台，占据了当时世界总产量多台，占据了当时世界总产量的一半。这个时期的数控机床主要以点位
47、控制为主。据的一半。这个时期的数控机床主要以点位控制为主。据1966年的统年的统计资料记载，当时全世界实际使用的计资料记载，当时全世界实际使用的6000台数控机床中，有台数控机床中，有85%是是点位控制的数控钻床。日本在点位控制的数控钻床。日本在1964年以前生产的数控机床，其中有年以前生产的数控机床，其中有90%是数控钻床。是数控钻床。下一页返回1.5 数控技术的现状和发展趋势数控技术的现状和发展趋势 20世纪世纪70年代初期，出现了大规模集成电路和小型计算机，特别年代初期，出现了大规模集成电路和小型计算机，特别是到了是到了20世纪世纪70年代中期，世界上第一台微处理器研制成功，实现年代中期
48、，世界上第一台微处理器研制成功，实现了控制系统体积小、运算速度快、可靠性能高和价格低廉的目标。了控制系统体积小、运算速度快、可靠性能高和价格低廉的目标。许多制造厂家投入大量的技术力量，对提高数控机床的主机结构特许多制造厂家投入大量的技术力量，对提高数控机床的主机结构特性、减少热变形及完善配套件质量等关键技术进行研究和改进，使性、减少热变形及完善配套件质量等关键技术进行研究和改进，使数控机床的总体性能和质量有了很大提高。全世界数控机床的产量数控机床的总体性能和质量有了很大提高。全世界数控机床的产量从从1970年的年的6 700台至台至1980年达到年达到29 000台，平均年增长率为台，平均年增
49、长率为22%。20世纪世纪80年代后，数控系统的微处理器由年代后，数控系统的微处理器由16位向位向32位机过渡，运位机过渡，运算速度加快，功能不断完善，可靠性进一步提高。同时监控、检测算速度加快，功能不断完善，可靠性进一步提高。同时监控、检测和换刀等配套技术及外围设备得到广泛应用，促使数控机床得到全和换刀等配套技术及外围设备得到广泛应用，促使数控机床得到全面发展。门类扩展齐全，品种规格形成系列化，除发展较旱的数控面发展。门类扩展齐全，品种规格形成系列化，除发展较旱的数控铣床、数控钻床、数控车床和加工中心外，起步较晚的数控磨床、铣床、数控钻床、数控车床和加工中心外，起步较晚的数控磨床、数控齿轮加
50、工机床、数控电加工机床、数控锻压机床和数控重型机数控齿轮加工机床、数控电加工机床、数控锻压机床和数控重型机床等领域也得到了较快的发展。进入床等领域也得到了较快的发展。进入20世纪世纪90年代，加快了向年代，加快了向FMC、FMS及及CIMS(计算机集成制造系统计算机集成制造系统)全面发展的步伐。归纳全面发展的步伐。归纳起来，数控技术的发展大致经历了以下起来，数控技术的发展大致经历了以下4个阶段，见个阶段，见表表1一一1。下一页返回上一页1.5 数控技术的现状和发展趋势数控技术的现状和发展趋势下一页返回上一页1.5 数控技术的现状和发展趋势数控技术的现状和发展趋势下一页返回上一页1.5 数控技术
