數(shù)控機(jī)床 第一章-概論1

1、數(shù)字控制(shzkngzh)機(jī)床中國地質(zhì)大學(xué)機(jī)電(jdin)學(xué)院張偉民共六十頁第一章 概 述1-1 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念1-2 數(shù)控機(jī)床的組成1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理(yunl)及分類1-4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1-5 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展共六十頁數(shù)字控制（Numerical Control Technology， NC）是一種借助數(shù)字化信息(xnx)（數(shù)字、字符）對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）采用數(shù)字控制技術(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床（Numerical Control Machin

2、e Tools） 是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動(dòng)化機(jī)床。是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）采用存儲(chǔ)程序的專用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能，則稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。1.1 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的基本概念共六十頁1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主要由CNC數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床主體組成，此外數(shù)控機(jī)床還有許多輔助(fzh)裝置：自動(dòng)換刀裝置（Automatic Tool Changer ATC）自動(dòng)工作臺(tái)交換裝置（Automatic Pallet Changer

3、 APC）自動(dòng)對刀裝置自動(dòng)排屑裝置電、液、氣、冷卻、潤滑、防護(hù)等裝置。數(shù)控機(jī)床組成示意圖共六十頁1.2.1 輸入輸出裝置(zhungzh)1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成操作面板：它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具組成：主要分為三大區(qū)域。下圖為西門子的一款數(shù)控系統(tǒng)的操作面板。操作面板實(shí)物圖共六十頁1.2.1 輸入輸出裝置(zhungzh)1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成控制介質(zhì)：人與數(shù)控機(jī)床之間建立某種聯(lián)系的中間媒介物就是控制介質(zhì)，又稱為信息載體。常用的控制價(jià)質(zhì)有穿孔帶、穿孔卡、磁盤和磁帶。操作面板實(shí)物圖共六十頁1.2.1 輸入輸出裝置(zhungzh

4、)1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成人機(jī)交互設(shè)備：數(shù)控機(jī)床在加工運(yùn)行時(shí)，通常都需要操作人員對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)干預(yù)，對輸入的加工程序進(jìn)行編輯、修改和調(diào)試，對數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示等，也就是數(shù)控機(jī)床要具有人機(jī)聯(lián)系的功能。具有人機(jī)聯(lián)系功能的設(shè)備統(tǒng)稱人機(jī)交互設(shè)備。 常用的人機(jī)交互設(shè)備有鍵盤、顯示器、光電閱讀機(jī)等。操作面板實(shí)物圖共六十頁1.2.1 輸入輸出裝置(zhungzh)1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成通訊：現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通訊方式進(jìn)行信息交換的能力。它們是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方

5、式有：串行通訊（RS-232等串口）自動(dòng)控制專用接口和規(guī)范（DNC方式，MAP協(xié)議等）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。共六十頁1.2.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）裝置(zhungzh)1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞。又稱CNC裝置(CNC單元)共六十頁1.2.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）裝置(zhungzh)1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動(dòng)軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，

6、合理組織，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心共六十頁 硬件(yn jin)計(jì)算機(jī) 管理軟件 軟件 控制軟件1.2.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）裝置(zhungzh)1-2 數(shù)控機(jī)床的組成共六十頁1.2.3 伺服單元、驅(qū)動(dòng)(q dn)裝置和測量裝置1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服控制電路、功率放大電路和伺服電動(dòng)機(jī)組成。伺服驅(qū)動(dòng)的作用，是把來自數(shù)控裝置的位置控制移動(dòng)指令轉(zhuǎn)變成機(jī)床工作部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)按規(guī)定軌跡移動(dòng)或精確定位，加工出符合圖樣要求的工件，即把數(shù)控裝置送來的微弱指令信號(hào)，放大成能驅(qū)動(dòng)伺動(dòng)電動(dòng)機(jī)的大功率信號(hào)。共六十頁1.2

7、.3 伺服單元(dnyun)、驅(qū)動(dòng)裝置1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成常用的伺服電動(dòng)機(jī)有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。根據(jù)接收指令的不同，伺服驅(qū)動(dòng)有脈沖式和模擬式，而模擬式伺服驅(qū)動(dòng)方式按驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電源種類，可分為直流伺服驅(qū)動(dòng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用脈沖驅(qū)動(dòng)方式，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)采用模擬式驅(qū)動(dòng)方式。共六十頁1.2.4 機(jī)床(jchung)電氣控制1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成機(jī)床電氣控制包括兩個(gè)方面，可如圖所示箭頭所指的內(nèi)容。PLC（可編程的邏輯控制器）用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動(dòng)作的I/O控制，而機(jī)床I/O電路和裝置則是用來 實(shí)現(xiàn)I

8、/O控制的執(zhí)行部件，由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路；共六十頁1.2.5 測量(cling)裝置1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成分為位置和速度測量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用是保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令：進(jìn)給運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)（速度和位置控制）。主軸運(yùn)動(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)（速度控制）共六十頁1.2.5 測量(cling)裝置1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成共六十頁機(jī)床(jchung)：數(shù)控機(jī)床的主體，是實(shí)現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成：由主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板以及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承

9、件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動(dòng)交換系統(tǒng)、工件自動(dòng)交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置、冷卻泵等等）。1.2.6 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)本體1-2 數(shù)控機(jī)床的組成共六十頁1.2.6 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)本體1-2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的組成數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化加工機(jī)床，與普通機(jī)床相比，應(yīng)具有更好的抗振性和剛度，要求相對運(yùn)動(dòng)面的摩擦因數(shù)要小，進(jìn)給傳動(dòng)部分之間的間隙要小。所以其設(shè)計(jì)要求比通用機(jī)床更嚴(yán)格，加工制造要求精密，并采用加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度的設(shè)計(jì)措施。共六十頁1.3.1 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的工作原理1

10、-3 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的工作原理及分類 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比較，其工作原理的不同之處就在于數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的。數(shù)控機(jī)床加工零件，首先要將被加工零件的圖樣及工藝信息數(shù)字化，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，然后將所編寫的指令輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置再將程序進(jìn)行翻譯、運(yùn)算后，向機(jī)床的各個(gè)坐標(biāo)的伺服機(jī)構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件完成所需的輔助運(yùn)動(dòng)，最后加工出合格零件。數(shù)控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作。準(zhǔn)備階段編程階段準(zhǔn)備信息載體加工階段數(shù)控機(jī)床工作步驟圖共六十頁按數(shù)控機(jī)床的加工原理（工藝）分類 普通數(shù)控機(jī)床：數(shù)

11、控車床、數(shù)控銑床、加工中心、車削中心等（用切削刀具對零件進(jìn)行切削加工）。 特種加工數(shù)控機(jī)床：線切割數(shù)控機(jī)床、電火花成型加工數(shù)控機(jī)床（采用電火花原理對高硬度零件進(jìn)行切割及形腔進(jìn)行加工）。 成型加工類 具有通過物理方法改變工件形狀(xngzhun)功能的數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)等。 其它類型 一些廣義上的數(shù)控裝備。如數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測量機(jī)、機(jī)器人等。1.3.2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類(fn li) a、點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)：刀具相對于工件的點(diǎn)定位特點(diǎn):僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)(y din)到另一點(diǎn)(y din

12、)的精確定位運(yùn)動(dòng)；對軌跡不作控制要求；運(yùn)動(dòng)過程中不進(jìn)行任何加工適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)。1.3.2 數(shù)控機(jī)床的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類 b、直線控制(kngzh)運(yùn)動(dòng)：刀具或工作臺(tái)以給定的速度按直線運(yùn)動(dòng) 特點(diǎn)： 除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條與機(jī)床坐標(biāo)軸平行的直線(zhxin)。 對移動(dòng)的速度也要進(jìn)行控制，因?yàn)檫@類數(shù)控機(jī)床在兩點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)要進(jìn)行切削加工。1.3.2 數(shù)控機(jī)床的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類 c、連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)（輪廓控制運(yùn)動(dòng)）：刀具或工作臺(tái)按

13、工件的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為任意方向(fngxing)的直線、圓弧、拋物線或其他函數(shù)關(guān)系的曲線 特點(diǎn)： 能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上(yshng)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可以進(jìn)行曲線或曲面的加工。 使用范圍： 數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。1.3.2 數(shù)控機(jī)床的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁半閉環(huán)控制系統(tǒng)(xtng)全閉環(huán)控制系統(tǒng)(xtng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)按照伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式分類1.3.2 數(shù)控機(jī)床的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁按照伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式分類 a、開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng). 其特點(diǎn):開環(huán)控制

14、具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易(rngy)調(diào)試、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 但是系統(tǒng)對移動(dòng)部件的誤差沒有補(bǔ)償和校正，所以精度低。一般適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和舊機(jī)床數(shù)控化改造。 部件的移動(dòng)速度和位移量是由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定的。1.3.2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁 開環(huán)控制框圖工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)數(shù)控裝置按照伺服驅(qū)動(dòng)(q dn)系統(tǒng)的控制方式分類 a、開環(huán)控制系統(tǒng) 1.3.2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁按照伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式分類 b、半閉環(huán)控制系統(tǒng) 1）半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位

15、移測量裝置，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動(dòng)(ydng)部件的位移，反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，由于慣性較大的機(jī)床移動(dòng)(ydng)部件不包括在檢測范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 2）系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的控制特性。機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差，可用補(bǔ)償?shù)霓k法消除，可獲得滿意的精度。中檔數(shù)控機(jī)床廣泛采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。1.3.2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁工作臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)數(shù)控裝置伺服放大器位置檢測（編碼器）半閉環(huán)控制框圖(kungt)1.3.2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁按照伺

16、服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式分類 c、閉環(huán)控制系統(tǒng) 1）在機(jī)床移動(dòng)部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入指令進(jìn)行比較控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因?yàn)?yn wi)把機(jī)床工作臺(tái)納入了位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 2）該系統(tǒng)定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。該系統(tǒng)調(diào)試工作困難。系統(tǒng)復(fù)雜并且成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機(jī)床，如精密數(shù)控鏜銑床、超精密數(shù)控車床等。1.3.2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁工作臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)數(shù)控裝置伺服放大器 檢測裝置(zhungzh)（光柵） 閉環(huán)控制框圖(

17、kungt)1.3.2 數(shù)控機(jī)床的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁按照CNC裝置的功能水平(shupng)分類 性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分辨率(um)進(jìn)給速度(m/min)顯示高級(jí)型32524三維動(dòng)態(tài)普及型2630.1101524字符/圖形經(jīng)濟(jì)型831015字符1.3.2 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理及分類共六十頁1.4.1 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的特點(diǎn)1-4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)(tdin)及應(yīng)用范圍 （1）適應(yīng)性強(qiáng),適合加工單件小批量復(fù)雜曲面零件（2）加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定（3）自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低（4）生產(chǎn)效率高 （減少

18、輔助時(shí)間和機(jī)動(dòng)時(shí)間）（5）良好的經(jīng)濟(jì)效率(見下頁圖）（6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化（工時(shí)計(jì)算準(zhǔn)確） （7）有故障診斷和監(jiān)控能力； （8）對操作者技術(shù)水平要求低。問題：1造價(jià)較高；2調(diào)試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人員；3對編程人員的技術(shù)水平要求較高。共六十頁1.4.1 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的特點(diǎn)1-4 數(shù)控機(jī)床的工作原理(yunl)及分類在多品種、中小批量生產(chǎn)情況下，使用數(shù)控機(jī)床可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益共六十頁1.4.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用(yngyng)范圍1-4 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 數(shù)控加工的確具有普通機(jī)床加工所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)。而且它的應(yīng)用范圍還

19、在不斷擴(kuò)大，但是在目前還不能完全取代普通機(jī)床，也就是說，它不能以最經(jīng)濟(jì)的方式來解決加工制造中所有問題。通常適合數(shù)控機(jī)床加工的零件有： 形狀復(fù)雜，用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件，且加工精度要求高； 具有難測量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件； 必須在一次裝夾中合并完成銑、鏜、锪、鉸或攻絲等多工序的零件。 在普通機(jī)床上加工需要作長時(shí)間調(diào)整的零件； 用普通機(jī)床加工時(shí)，生產(chǎn)率很低或體力勞動(dòng)強(qiáng)度很大的零件。共六十頁1.5.1 機(jī)床的發(fā)展概況： （1）最原始的機(jī)床：木質(zhì)，用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯（人力或畜力驅(qū)動(dòng)）。 （2）18世紀(jì)中葉，發(fā)展起來了用于加工金屬零件的機(jī)床

20、。 （3）18世紀(jì)末到19世紀(jì)，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，出現(xiàn)了各種類型的機(jī)床（車、鉆、鏜、刨、拉、銑、磨以及齒輪加工機(jī)床等）。 （4）20世紀(jì)，齒輪變速箱的出現(xiàn)，使得機(jī)床的結(jié)構(gòu)(jigu)和性能發(fā)生了根本性的變化，電氣控制、液壓控制等科技的應(yīng)用，出現(xiàn)了通用機(jī)床和專用機(jī)床。 （5）近年來，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、激光技術(shù)的發(fā)展，并在機(jī)床領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床。1-5 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的產(chǎn)生與發(fā)展共六十頁1.5.2 中國的數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床 1958年起步?！傲濉薄ⅰ捌呶濉币M(jìn)技術(shù)、消化吸收；“八五”國產(chǎn)化；“九五”產(chǎn)業(yè)化；“十五”高精尖、重大(zhngd)數(shù)控裝備關(guān)

21、鍵技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵零部件開發(fā)；“十一五”高檔數(shù)控系統(tǒng)國產(chǎn)化。 現(xiàn)達(dá)到1500多個(gè)品種，年生產(chǎn)能力40000 1). 2000年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 數(shù)控機(jī)床廠家：100 數(shù)控系統(tǒng)廠家：50 數(shù)控機(jī)床配套廠家：300 年產(chǎn)量：14053臺(tái) 數(shù)控機(jī)床品種：1300 產(chǎn)量數(shù)控化率：8%（95年 3.6%） 2). 2003年產(chǎn)量36000臺(tái)，產(chǎn)值295億元。 3). 2003年19月，海關(guān)統(tǒng)計(jì)機(jī)床進(jìn)口297482.6萬美元，出口26630.8萬美元 4). 2004年9月，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量5.2萬臺(tái)，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床國內(nèi)占有率27。 5). 2005年，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量接近6萬臺(tái)大關(guān)，是九五末期的424倍。 6） 2

22、011年1-12月，全國數(shù)控金屬切削機(jī)床的產(chǎn)量達(dá)25.7萬臺(tái) 7）2012數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量為20.57萬臺(tái)共六十頁1.4.2 中國的數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床 6). 重要數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家： 北京一機(jī)床 五坐標(biāo)數(shù)控螺旋槳銑床，加工直徑達(dá)6米，可加工10萬噸級(jí) 遠(yuǎn)洋海輪用螺旋槳葉輪面； 武漢重型機(jī)床廠 數(shù)控立車，可加工30萬KW水輪機(jī)，直徑達(dá)16米，精 度0.02mm。 常州機(jī)床廠 五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床；秦川機(jī)床廠 六軸五聯(lián)動(dòng)全數(shù)控螺旋齒錐 齒輪切齒機(jī)。 北京機(jī)電院 定位精度+-3um 立式加工中心；寧江機(jī)床廠+-8um臥式加工 中心。 7).國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)有： 中國東方(Dngfng)數(shù)控公司，航天數(shù)控，華中等開發(fā)

23、的華中、中華、航天和藍(lán)天；上海開通數(shù)控技術(shù)有限公司KT；北京凱恩帝的KND系列數(shù)控系統(tǒng)、廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK系列數(shù)控系統(tǒng)。8) 存在問題：（中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技部，2005/3）缺少關(guān)鍵功能部件生產(chǎn)廠家和社會(huì)配套體系；中高檔數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展緩慢；中高檔數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平與國外有較大差距。無法(wf)阻止進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)的壟斷局面。落后國外5-10年共六十頁1.4.3 數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)(chxin)和發(fā)展1952年3月，世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床試制成功，可作直線插補(bǔ)，由美國的巴森茲(Parsons)公司(n s)和麻省理工學(xué)院(MIT)合作研發(fā)。日本 FANUC德國SIEMENS西班牙 FAGOR1

24、959年，由美國的克耐杜列克(Keaney & Trecker)首次研制開發(fā)了具有自動(dòng)換刀裝置和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的加工中心(Machining Center，MC)。20世紀(jì)60年代末，出現(xiàn)了直接數(shù)控系統(tǒng)(Direct NC,DNC)，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床。1967年，英國出現(xiàn)了由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接而成的柔性加工系統(tǒng)，即現(xiàn)在的柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS)的前身。20世紀(jì)末，出現(xiàn)了以數(shù)控機(jī)床為基本加工單元的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)。20世紀(jì)80年

25、代初，出現(xiàn)了以加工中心或車削中心為主體，配備工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell，F(xiàn)MC) 。共六十頁高速(o s)切削高精度控制(kngzh)高度柔性化資源網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)智能化 高速切削可通過高速運(yùn)算、快速差補(bǔ)運(yùn)算、超高速通信和高速主軸等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 高主軸轉(zhuǎn)速可減少切削力，有利于克服機(jī)床振動(dòng)，傳入零件中的熱量大大降低，排屑加快，熱變形減小，加工精度和表面質(zhì)量可得到顯著改善。 21世紀(jì)的CNC系統(tǒng)將是一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)，可在局部或全局實(shí)現(xiàn)加工過程的自適應(yīng)、自診斷和自調(diào)節(jié)；智能編程、智能監(jiān)控；專家系統(tǒng)可降低對操作者的要求。1.4.4 數(shù)

26、控機(jī)床的發(fā)展趨勢共六十頁 提高切削速度，不但可以提高加工效率、而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。90年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)/min）、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（快移速度60120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min）、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水平。依靠快速、準(zhǔn)確的數(shù)字量傳遞技術(shù)對高性能的機(jī)床執(zhí)行部件進(jìn)行高精密度、高響應(yīng)速度的實(shí)時(shí)處理，由于采用了新型刀具，車削和銑削

27、的切削速度已達(dá)到5000米8000米/分以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000轉(zhuǎn)/分(有的高達(dá)10萬轉(zhuǎn)/分)以上；工作臺(tái)的移動(dòng)速度：（進(jìn)給速度），在分辨率為1微米時(shí)，在100米/分（有的到200米/分）以上，在分辨率為0.1微米時(shí)，在24米/分以上；自動(dòng)換刀速度在1秒以內(nèi)；小線段插補(bǔ)進(jìn)給速度達(dá)到12米/分。根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，高速直線電機(jī)的推廣應(yīng)用，開發(fā)出一批高速、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機(jī)床以滿足(mnz)汽車、農(nóng)機(jī)等行業(yè)的需求。1.4.4 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的發(fā)展趨勢 1)高速高精度共六十頁 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材

28、料(cilio)及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。當(dāng)前，機(jī)械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍，達(dá)到5微米；精密加工精度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，超精密加工精度進(jìn)入納米級(jí)（0.001微米），主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.010.05微米，加工圓度為0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對機(jī)床加工精度的要求也越

29、來越高。為了滿足用戶的需要， 近10多年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10m提高到5m，精密級(jí)加工中心的加工精度則從35m，提高到11.5m共六十頁共六十頁加工精度(jn d)的變化 Ra Vf Vc 25 0.10 10000 2500 Ra 20 0.08 8000 200015 0.06 6000 1500 Vf Vc10 0.04 4000 1000 5 0.02 2000 5000 1993 1994 1995 1996 1997 年度Ra表面粗糙度（um），加工誤差（um），Vf進(jìn)給速度（mm/min），Vc切削速度（m/min）圖1-8 數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的高

30、速化對加工質(zhì)量的影響共六十頁機(jī)床精度(jn d)的提高過程共六十頁1.4.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 2） 智能化 數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要(zhyo)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： a、 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)共六十頁 b 自動(dòng)(zdng)編程技術(shù)共六十頁c、 具有(jyu)故障自動(dòng)診斷功能共六十頁 d、 應(yīng)用(yngyng)模式識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)建模共六十頁3） 開放式數(shù)控系統(tǒng) 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，暴露出許多自身固有的缺陷。最大的問題是，這些數(shù)控系統(tǒng)都是專門設(shè)計(jì)的，它們具有不同的編程語言、非標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)接口、多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、非標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口等，這些缺陷造成了數(shù)控系統(tǒng)使用和維護(hù)的不便，也

31、限制了數(shù)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。為了解決這些問題，人們提出了“開放式數(shù)控系統(tǒng)”的概念。這個(gè)概念最早見于1987年美國的NGC(Next Generation Controller)計(jì)劃， NGC控制技術(shù)通過實(shí)現(xiàn)基于相互操作和分級(jí)式的軟件模塊的“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（SOSAS）”找到解決問題的辦法(bnf)。一個(gè)開放式的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠使供應(yīng)商為實(shí)現(xiàn)專門的最佳方案去定制控制系統(tǒng)。由于這樣一個(gè)富有哲理的概念作為NGC計(jì)劃的奠基石，NGC代表了下一代控制技術(shù)。共六十頁共六十頁4） 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)主要是進(jìn)行通訊，共享信息。數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)作為車間的基本設(shè)備，它的

32、通訊范圍是：（1）數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的CNC裝置與數(shù)字伺服間的 通信，主要通過SERCOS鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)字伺服控制信息；（2）數(shù)控系統(tǒng)與上級(jí)主計(jì)算機(jī)間的通信；（3）與車間現(xiàn)場設(shè)備及I/O裝置的通信，主要通過現(xiàn)場總線，如PROFIBUS等進(jìn)行通訊；（4）通過因特網(wǎng)與服務(wù)中心的通信，傳遞維修數(shù)據(jù)；（5）通過因特網(wǎng)與另一個(gè)工廠交換制造數(shù)據(jù)。共六十頁共六十頁 5） 提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 可靠性是數(shù)控機(jī)床用戶最為關(guān)注的問題，提高可靠性通?？刹扇∠铝幸恍┐胧?a、 提高線路的集成度。采用大規(guī)模集成電路、專用芯片及混合式集成電路，以減少元器件數(shù)量，精簡外部連線和降低功耗。 b、 建立由設(shè)計(jì)、試制到生產(chǎn)的完整質(zhì)量

33、保證體系。例如采取防電源干擾，輸入輸出隔離；使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，以便組織批量生產(chǎn)和維修；在安裝制造時(shí)注意嚴(yán)格篩選元器件；對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行全面檢查考核等。 c、 增強(qiáng)故障自診斷(zhndun)功能和保護(hù)功能。由于元器件失效、編程及人為操作失誤等原因，數(shù)控系統(tǒng)完全可能出現(xiàn)故障。數(shù)控系統(tǒng)一般具有故障預(yù)報(bào)和自恢復(fù)功能。此外，應(yīng)注意增強(qiáng)監(jiān)控和保護(hù)功能，例如有的系統(tǒng)設(shè)有刀具破損檢測、行程范圍保護(hù)和斷電保護(hù)等功能，以避免損壞機(jī)床或報(bào)廢工件。由于采用了各種有效的增強(qiáng)可靠性的措施，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間可達(dá)到MTBF=1000036000小時(shí)。共六十頁 6） 數(shù)字制造(zhzo) 1995年12月，美國SME主席G.Olling提出，“數(shù)字制造”（“digital manufacturing”）將會(huì)是我們的主要工作。什么是“數(shù)字制造”呢？簡單地說，就是用數(shù)字的方式來存儲(chǔ)、管理和傳遞制造過程中的所有信息。在計(jì)算機(jī)世界里，可以產(chǎn)生各種各樣的信息，并把物理