模塊一數(shù)控機床概述

1、數(shù)控機床原理與結構數(shù)控機床原理與結構主講：陳紅英主講：陳紅英機電系機電系 數(shù)控教研室數(shù)控教研室模塊一 數(shù)控機床概述數(shù)控技術的發(fā)展趨勢31數(shù)控機床的分類與特點2數(shù)控機床的產生與發(fā)展 教學目標（教學目標（Objectives） 了解數(shù)控機床的產生與發(fā)展 熟悉數(shù)控機床的特點及分類 清楚數(shù)控技術將來的發(fā)展方向1.1 數(shù)控機床的產生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展 1.1.1 社會需求背景從工業(yè)化革命（瓦特 蒸汽機）以來人們實現(xiàn)機械加工自動化的手段： 1、自動機床(automatic machine tool )(automatic machine tool ) 2、組合機床(modular machine

2、tool )(modular machine tool ) 1.1 數(shù)控機床的產生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展1.1.1 社會需求背景從工業(yè)化革命（瓦特 蒸汽機）以來人們實現(xiàn)機械加工自動化的手段： 3、專用自動生產線(automatic production line) (automatic production line) 這些設備的使用大大地提高了機械加工自動化地程度，這些設備的使用大大地提高了機械加工自動化地程度，提高了勞動生產率，促進了制造業(yè)地發(fā)展。但它也存在提高了勞動生產率，促進了制造業(yè)地發(fā)展。但它也存在固有的缺點：固有的缺點： 初始投資大初始投資大 準備周期長準備周期長 產品類型變更

3、困難產品類型變更困難1.1 數(shù)控機床的產生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展 市場競爭日趨激烈市場競爭日趨激烈 產品更新?lián)Q代加快產品更新?lián)Q代加快 大批量產品越來越少，小批量產品生產的大批量產品越來越少，小批量產品生產的比重越來越大比重越來越大迫切需要一種精度高、柔性好加工設備來滿迫切需要一種精度高、柔性好加工設備來滿足上述需求。足上述需求。 加之加之The effects of World War The effects of World War II were significant in II were significant in the development of NC the develo

4、pment of NC machinery. (Courtesy U.S. machinery. (Courtesy U.S. Air Force.)Air Force.)19481948年，年，（二戰(zhàn)期間）美國空軍二戰(zhàn)期間）美國空軍后勤司令部與后勤司令部與美國帕森美國帕森斯斯（ParsonsParsons）公司在研制加工直升）公司在研制加工直升機螺旋槳葉片輪廓用檢查樣板的機螺旋槳葉片輪廓用檢查樣板的機床時，首先提出計算機控制機機床時，首先提出計算機控制機床的設想，在麻省理工學院（床的設想，在麻省理工學院（MITMIT）的協(xié)助下，于的協(xié)助下，于19521952年研制成功了年研制成功了世界上第一

5、臺三坐標直線插補且世界上第一臺三坐標直線插補且連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。1.1.2 1.1.2 誕生的時代背景誕生的時代背景1.1 數(shù)控機床的產生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展當時的數(shù)控裝置采用的是電子管元件。當時的數(shù)控裝置采用的是電子管元件。The Servo Mechanism Laboratory at MIT. (Courtesy MIT Musem Library.)麻省理工學院伺服機構實驗室 The first NC machine producing identical parts. (Courtesy MIT Musem Library.)1.1 數(shù)控機床的產

6、生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展1.1 數(shù)控機床的產生數(shù)控機床的產生原中捷友誼廠生產中國第一臺數(shù)控機床原中捷友誼廠生產中國第一臺數(shù)控機床 我國于1958年由清華大學和北京第一機床廠合作研制了我國第一臺數(shù)控銑床。1.1 數(shù)控機床的產生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展1.1 數(shù)控機床的產生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展1.1.3 數(shù)控技術的發(fā)展階段1955年 數(shù)控機床進入實用化階段-復雜曲面加工 數(shù)控系統(tǒng)采用電子管元件1958年 采用晶體管和印制板電路1965年 出現(xiàn)小規(guī)模集成電路1970年 出現(xiàn)小型計算機代替專用硬接線裝置1974年 以微處理為核心的數(shù)控系統(tǒng) 1.1 數(shù)控機床的產生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展自

7、數(shù)控機床產生至今，隨著科技，特別是微電子技術、計算機技術自數(shù)控機床產生至今，隨著科技，特別是微電子技術、計算機技術的進步而不斷發(fā)展，其數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個階段：的進步而不斷發(fā)展，其數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個階段：NCNC系統(tǒng)的發(fā)展經歷的五代系統(tǒng)的發(fā)展經歷的五代第一代：第一代： 電子管時代電子管時代第二代：第二代： 晶體管時代晶體管時代第三代：第三代： 小規(guī)模集成電路時代小規(guī)模集成電路時代第四代：第四代： 小型計算機時代小型計算機時代第五代：第五代： 微處理器時代微處理器時代1.1 數(shù)控機床的產生與發(fā)展數(shù)控機床的產生與發(fā)展 伺伺 服服 驅驅 動動 技技 術術 傳傳 感感 器器

8、技技 術術 軟軟 件件 技技 術術 信信 息息 技技 術術數(shù)控機床所覆蓋的技術領域 自自 動動 控控 制制 技技 術術1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.2.1 1.2.1 按加工工藝方法分類按加工工藝方法分類1 1、普通數(shù)控機床、普通數(shù)控機床與普通機床的區(qū)別：加工復雜形狀的零件與普通機床的區(qū)別：加工復雜形狀的零件2 2、數(shù)控加工中心、數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心：帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床。數(shù)控加工中心：帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床。與一般數(shù)控機床的區(qū)別：與一般數(shù)控機床的區(qū)別：u減少機床臺數(shù)，便于管理。減少機床臺數(shù)，便于管理。v減少定位誤差減少定位誤差w工序集中，減少輔助時間，提高

9、生產率工序集中，減少輔助時間，提高生產率x減少專用工夾具數(shù)量減少專用工夾具數(shù)量1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類3 3、多坐標數(shù)控機床、多坐標數(shù)控機床4 4、計算機群控（、計算機群控（DNCDNC） 讀帶機通用計算機接口裝置數(shù)控裝置1機床1數(shù)控裝置2數(shù)控裝置m機床2機床m存儲裝置CRT顯示及打印機特點：數(shù)控裝置控制的軸數(shù)較多，機床結構也比較復雜。特點：數(shù)控裝置控制的軸數(shù)較多，機床結構也比較復雜。1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類五五軸軸數(shù)數(shù)控控銑銑床床1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.2.2 按控制運動方式分類特點：u數(shù)控裝置只能控制點與點的精確定位 v兩相關位置之間的移動是先快后慢

10、 w使用于鉆床、沖床、坐標鏜床ZYX1、點位控制數(shù)控機床1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類數(shù)控搖臂鉆床坐標鏜床2、直線控制數(shù)控機床特點：u控制兩相關點的位置，還要控制兩相關點之間的 移動速度和路線 v路線由與各個軸線平行的直線段組成 w使用于簡易數(shù)控車、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控加工中心1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類數(shù)控車龍門刨床1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類3、輪廓控制數(shù)控機床特點：u數(shù)控裝置能夠同時對兩個或兩個以上的坐標 軸進行連續(xù)控制 v加工復雜形狀零件 w使用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.2.3 按伺服系統(tǒng)

11、的不同分類1、開環(huán)數(shù)控機床特點：u沒有位置檢測反饋和校正控制裝置 v數(shù)控裝置發(fā)出信號的流程是單向的 w速度和加工精度低，其精度取決于伺服系統(tǒng) 的性能 x成本低，適用于中、小型數(shù)控機床 數(shù)控裝置數(shù)控裝置驅動電路驅動電路步進電動機步進電動機工作臺工作臺指令脈沖指令脈沖齒輪箱齒輪箱1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類2、閉環(huán)數(shù)控機床 特點：ue=0，工作臺停止 v檢測工作臺直線位移（檢測元件：感應同步器、光柵） w驅動元件：寬調速直流或交流伺服電機 x加工精度高，但結構復雜，造價高，調試維修困難 適用于精度要求高的大型和精密機床 數(shù)控裝置數(shù)控裝置位置比較位置比較 電路電路 伺服伺服電動機電動機工作臺

12、工作臺指令脈沖指令脈沖齒輪箱齒輪箱速度控制速度控制 電路電路 測量裝置測量裝置檢測元件檢測元件測速元件測速元件1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類3、半閉環(huán)數(shù)控機床特點：特點：uu檢測絲杠或電動機軸旋轉角位移檢測絲杠或電動機軸旋轉角位移 vv角位移檢測元件：旋轉變壓器、脈沖編碼器、圓光柵等角位移檢測元件：旋轉變壓器、脈沖編碼器、圓光柵等 ww精度低于閉環(huán)系統(tǒng)精度低于閉環(huán)系統(tǒng) xx系統(tǒng)調試較容易，穩(wěn)定性也較好系統(tǒng)調試較容易，穩(wěn)定性也較好 數(shù)控裝置數(shù)控裝置位置比較位置比較 電路電路 伺服伺服電動機電動機工作臺工作臺指令脈沖指令脈沖齒輪箱齒輪箱速度控制速度控制 電路電路 測量裝置測量裝置檢測元件檢測

13、元件測速元件測速元件1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.2.4 按所用數(shù)控裝置類型分類1 1、硬件式數(shù)控機床（、硬件式數(shù)控機床（NCNC機床）機床）組成：晶體管和集成電路組成：晶體管和集成電路特點：通用性、靈活性差，制造周期長、成本高特點：通用性、靈活性差，制造周期長、成本高2 2、軟件式數(shù)控機床（、軟件式數(shù)控機床（CNCCNC機床）機床）組成：采用小型或微型計算機，加上通用或專用大規(guī)模組成：采用小型或微型計算機，加上通用或專用大規(guī)模 集成電路集成電路特點：很高柔性特點：很高柔性1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.2.5 按加工方式分類1 1、金屬切削類數(shù)控機床、金屬切削類數(shù)控機床 1

14、 1）數(shù)控車床（）數(shù)控車床（NC LatheNC Lathe）。）。 2 2）數(shù)控銑床（）數(shù)控銑床（NC Milling MachineNC Milling Machine）。）。 3 3）加工中心（）加工中心（Machine CenterMachine Center）。）。 4 4）數(shù)控鉆床（）數(shù)控鉆床（NC Drilling MachineNC Drilling Machine）。）。 5 5）數(shù)控鏜床（）數(shù)控鏜床（NC Boring MachineNC Boring Machine）。）。 6 6）數(shù)控齒輪加工機床（）數(shù)控齒輪加工機床（NC Gear NC Gear HollingHol

15、ling Machine Machine）。）。 7 7）數(shù)控平面磨床（）數(shù)控平面磨床（ NC Surface Grinding MachineNC Surface Grinding Machine）。）。1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類4 4、其它類型數(shù)控機床、其它類型數(shù)控機床2 2、金屬成型類數(shù)控機床、金屬成型類數(shù)控機床1 1）數(shù)控電火花加工機床（）數(shù)控電火花加工機床（NC NC DiesinkingDiesinking Electric Electric Discharge MachineDischarge Machine）。）。2 2）數(shù)控線切割機床（）數(shù)控線切割機床（NC Wir

16、e Electric Discharge NC Wire Electric Discharge MachineMachine）。）。3 3）數(shù)控激光加工機床（）數(shù)控激光加工機床（NC Laser Beam MachineNC Laser Beam Machine）。）。3 3、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控特種加工機床1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類數(shù)控剪板機數(shù)控剪板機1.2 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.3.1 1.3.1 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床的特點1、加工精度高u脈沖當量v誤差可由閉環(huán)系統(tǒng)加以控制w制造精度能保證x避免操作者的人為誤差2、對加工對象改型的適應性強u加工對象v利用特殊指令實現(xiàn)

17、加工w改型x為單件、小批量生產提供便利1.3 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床的特點1.3 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床的特點3、加工生產率高u主軸轉速和進給量的范圍大 節(jié)省機動時間v移動部件的快速移動和定位均采用加速與減速措施 快進、快退和定位時間少w更換被加工零件時幾乎不需要重新調整機床 節(jié)省停機安裝調整時間x加工精度比較穩(wěn)定 檢驗時間短工序的復合化 減少半成品周轉時間零件的加工時間=機動時間+輔助時間4、減輕操作者的勞動強度5、良好的經濟效益u使用數(shù)控機床節(jié)省劃線工時v不需要手工制造模型、凸輪、鉆模板及其它工夾具 節(jié)省工藝裝備費用w加工精度穩(wěn)定 減少廢品率x一機多用減少廠房面積減少建廠投資成本6、有利于

18、現(xiàn)代化管理1.3 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床的特點二、數(shù)控機床的不足1、提高了起始階段的投資2、增加了電子設備的維護3、對操作人員的技術水平要求較高三、數(shù)控機床的應用范圍1、單件、多品種、小批量的生產零件2、形狀復雜，加工精度較高的零件3、需進行多種工序集中加工的零件4、價格昂貴、不允許報廢的零件5、需要頻繁改型的零件6、新產品的試制零件7、需要最少生產周期的急需件1.3 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床的特點1 1、運行高速化、加工高精化、運行高速化、加工高精化1.4 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控機床的發(fā)展趨勢2 2、功能復合化功能復合化3 3、控制智能化、控制智能化4 4、體系開放化、體系開放化5 5、驅動并聯(lián)化、驅動并聯(lián)化6 6、交互網絡化、交互網絡化1.4 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控機床的發(fā)展趨勢1 1） 鏜銑鉆復合鏜銑鉆復合加工中心、五面加工中心（加工中心、五面加工中心（AT