數(shù)控機(jī)床-第一章數(shù)控機(jī)床概論P(yáng)PT

第一章數(shù)控技術(shù)概論數(shù)控機(jī)床基本概念數(shù)控機(jī)床分類數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)11.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備.單件，小批量機(jī)加工零件的總量占機(jī)械加工總量的80%左右。數(shù)控機(jī)床的基本概念2普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動(dòng)化機(jī)床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時(shí)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進(jìn)一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。一種新型的生產(chǎn)設(shè)備——數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了。數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控沖剪機(jī)、數(shù)控肋骨冷彎?rùn)C(jī)等都是屬于這個(gè)范圍的自動(dòng)化設(shè)備規(guī)模化效益3普通車床操作數(shù)控車床4帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，于1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)。1955年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；

1959年，美國(guó)克耐·杜列克公司首次成功開發(fā)了加工中心（MachiningCenter）。數(shù)控機(jī)床的基本概念1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生5

ThefirstsuccessfulN/Cmachine,fundedbytheAirForce,wasdemonstratedbytheMassachusettsInstituteofTechnologyin1952.Itwasa"retrofitted"Cincinnatimillingmachine(Figure

1.15).Ithadtheabilitytocoordinatetheaxismotionstomachineacomplexsurface.Thefirst"commercial"N/Cmachineswereshownatthe1955NationalMachineToolShow.

相關(guān)摘錄資料61.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)況數(shù)控機(jī)床的基本概念第1代數(shù)控機(jī)床：1952年～1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）。1952，ParsonsCorp.,MIT,美空軍后勤司令部合作，第一臺(tái)立式銑第2代數(shù)控機(jī)床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。1959，晶體管元件的出現(xiàn)使電子設(shè)備的體積大大減小，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，K&T開發(fā)第一臺(tái)加工中心

MILWAUKEE-MATIC。第3代數(shù)控機(jī)床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。

1965,由于它體積小、功耗低，，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，這是第三代數(shù)控系統(tǒng)。1967英國(guó)最初的FMS電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展一致7第4代數(shù)控機(jī)床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（CNC）。

1970，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，首次展出了一臺(tái)以通用小型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置的數(shù)控系統(tǒng)，特征為許多數(shù)控功能由軟件完成,被人們成為第四代數(shù)控系統(tǒng)。第5代數(shù)控機(jī)床：從1974年開始采用微型計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（MNC）。

開始出現(xiàn)的以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)被人們譽(yù)為第五代數(shù)控系統(tǒng)，近30年來，裝備微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。1980年后，F(xiàn)MS、FMC、CIMS、開放式數(shù)控（openNC）系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)（IMS）大發(fā)展?；赑C（PC-BASED）,1990.基于PC開發(fā)式數(shù)控系統(tǒng)。

高速加工，納米制造。81.1.3我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出了最早的樣機(jī)。1966年誕生了第一臺(tái)用于直線——圓弧插補(bǔ)的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。1970年北京第一機(jī)床廠的XK5040型數(shù)控升降臺(tái)銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場(chǎng)。但由于相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)差，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的支撐工業(yè)——電子工業(yè)薄弱，致使在1970～1976年間開發(fā)出的加工中心、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床及數(shù)控鉆床因系統(tǒng)不過關(guān)，多數(shù)機(jī)床沒有在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。數(shù)控機(jī)床的基本概念80年代前期，在引入了日本數(shù)控技術(shù)后，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床才真正進(jìn)入小批量生產(chǎn)的商品化時(shí)代。目前我國(guó)已經(jīng)有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，但絕大多數(shù)全功能數(shù)控機(jī)床還是采用國(guó)外的CNC系統(tǒng)。從機(jī)床的整體來看，無論是可靠性、精度、生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度，與國(guó)外相比，還存在著不小的差距。9國(guó)產(chǎn)數(shù)控設(shè)備統(tǒng)計(jì)情況：現(xiàn)達(dá)到1500多個(gè)品種，年生產(chǎn)能力400002000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1－9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，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)占有率27％105。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。6國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)有中國(guó)東方數(shù)控公司；中國(guó)科偌達(dá)，航天數(shù)控，珠峰數(shù)控,北大方正,蘭州電機(jī)廠,南京四開,華中等開發(fā)的華中Ⅰ、中華Ⅰ、航天Ⅰ和藍(lán)天Ⅰ；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)。111.2數(shù)控機(jī)床組成與工作原理需要澄清的幾個(gè)概念

1.數(shù)控技術(shù)(NumericalControl-NC)

用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程中進(jìn)行控制的一種方法。稱這種方法為數(shù)字控制，簡(jiǎn)稱數(shù)控。2.數(shù)控機(jī)床一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用代碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。3.數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）

實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制的軟件和硬件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服裝置、反饋裝置、輔助驅(qū)動(dòng)裝置組成。采用數(shù)控技術(shù)對(duì)加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的基本概念12數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及機(jī)床各部件的移動(dòng)量、速度及動(dòng)作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式，編制成程序單，并輸入到機(jī)床專用計(jì)算機(jī)中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令，控制機(jī)床各部分進(jìn)行規(guī)定的位移和有順序的動(dòng)作，加工出各種不同形狀的工件。

1.2.1數(shù)控加工過程數(shù)控機(jī)床的基本概念參看下頁示意圖13數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序零件圖數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床用數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，首先由編程人員按照零件的幾何形狀和加工工藝要求將加工過程編成加工程序。數(shù)控系統(tǒng)讀入加工程序后，將其翻譯成機(jī)器能夠理解的控制指令，再由伺服系統(tǒng)將其變換和放大后驅(qū)動(dòng)機(jī)床上的主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過程。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14計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC控制系統(tǒng)，它自動(dòng)讀入載體上的數(shù)字信息，經(jīng)過譯碼，控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)包括信息輸入、運(yùn)算和控制、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)以及機(jī)電接口等。其中運(yùn)算和控制部分，是數(shù)控系統(tǒng)的核心,稱為數(shù)控裝置NCU。以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)，運(yùn)算和控制部分是一個(gè)專用的計(jì)算機(jī)，也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC。數(shù)控裝置有時(shí)也簡(jiǎn)稱為數(shù)控系統(tǒng)。NCU就是數(shù)控裝置的英文縮寫。15數(shù)控機(jī)床的基本概念1.2.2數(shù)控機(jī)床的組成加工程序輸入裝置數(shù)控裝置輔助控制裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置檢測(cè)反饋裝置機(jī)床本體強(qiáng)電控制裝置16數(shù)控機(jī)床的基本概念加工程序：建立人與機(jī)床之間的聯(lián)系，也稱為程序載體，儲(chǔ)存著加工零件所需要的全部幾何信息和工藝信息。 工藝分析；工件坐標(biāo)；工件，刀具運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)；加工路線與順序； 主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)； 輔助設(shè)備參數(shù)；輸入裝置：將程序載體上記錄的數(shù)控代碼信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)傳送至數(shù)控裝置內(nèi)存儲(chǔ)器。常用的控制介質(zhì)是8單位的標(biāo)準(zhǔn)穿孔帶，且常用的穿孔帶是紙質(zhì)的，所以又稱紙帶。其寬為25.4mm，厚0.108mm，每行除了必須有一個(gè)φ1.17mm的同步孔外，最多可以有8個(gè)φ1.33mm的信息孔。用每行8個(gè)孔有無的排列組合來表示不同的代碼(紙帶上孔的排列規(guī)定，稱為代碼)。把穿孔帶輸入到數(shù)控裝置的讀帶機(jī)，再由讀帶機(jī)把穿孔帶上的代碼轉(zhuǎn)換為數(shù)控裝置可以識(shí)別和處理的電信號(hào)，并傳送到數(shù)控裝置中去，便完成了指令信息的輸入工作。指令集17數(shù)控裝置：數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、核心，一般為一臺(tái)專用的計(jì)算機(jī)；把從輸入裝置得到的電脈沖信號(hào)進(jìn)行譯碼和寄存，得到這些指令作為控制與運(yùn)算的原始依據(jù)。伺服控制裝置：接受來自數(shù)控裝置的位置控制信息，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和精確定位運(yùn)動(dòng)。伺服精度和動(dòng)態(tài)相應(yīng)特性直接影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率、加工精度和表明加工質(zhì)量。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞，在普通數(shù)控機(jī)床中一般由輸入裝置、存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成。數(shù)控裝置接收輸入介質(zhì)的信息，并將其代碼加以識(shí)別、儲(chǔ)存、運(yùn)算，輸出相應(yīng)的指令脈沖以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)床動(dòng)作。在計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床中，由于計(jì)算機(jī)本身即含有運(yùn)算器、控制器等上述單元，因此其數(shù)控裝置的作用由一臺(tái)計(jì)算機(jī)來完成。

伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)（或溜板）精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合圖紙要求的零件。在數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，常用的伺服驅(qū)動(dòng)元件有功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。18輔助控制裝置：指數(shù)控機(jī)床的一些配套部件，包括刀庫、液壓、氣動(dòng)裝置、冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、夾具、換刀機(jī)械手等。機(jī)床本體：是數(shù)控機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部分，主要包括支承部件（床身、立柱等）、主運(yùn)動(dòng)部件（主軸箱）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)滑板、刀架）等。數(shù)控機(jī)床中的機(jī)床，在開始階段使用通用機(jī)床，只是在自動(dòng)變速、刀架或工作臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)位和手柄等方面作些改變。實(shí)踐證明：數(shù)控機(jī)床除由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱多等影響工件精度外，并且由于是自動(dòng)控制，在加工中不能像在通用機(jī)床上那樣可以隨時(shí)由人工進(jìn)行干預(yù)。所以其設(shè)計(jì)要求比通用機(jī)床更嚴(yán)格，制造要求更精密。因而后來在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施，使得數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局、傳動(dòng)系統(tǒng)以及刀具系統(tǒng)等方面都已發(fā)生了很大的變化。強(qiáng)電控制裝置：接收內(nèi)置PLC所輸出的各種指令。 主軸變速，換向，停止；分度臺(tái)轉(zhuǎn)位，鎖緊；刀具進(jìn)給，更換；工件夾緊；輔助信號(hào)等。一典型數(shù)控機(jī)床示意圖如下19

同類型的加工中心與數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)布局相似，主要在刀庫的結(jié)構(gòu)和位置上有區(qū)別，一般由床身、主軸箱、工作臺(tái)、底座、立柱、橫梁、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自動(dòng)換刀裝置、輔助系統(tǒng)（氣液、潤(rùn)滑、冷卻）、控制系統(tǒng)等組成，如圖所示。20數(shù)控機(jī)床的基本概念1.2.3數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)基本技術(shù)精密機(jī)械技術(shù)是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)，包括精密機(jī)械設(shè)計(jì)和精密機(jī)械加工兩大方面。計(jì)算機(jī)及信息處理技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是數(shù)控機(jī)床發(fā)展和變革最活躍的因素。與人工智能、專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、仿真技術(shù)結(jié)合為組成柔性制造系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)保證。3.自動(dòng)控制理論與伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)數(shù)控機(jī)床的功能、動(dòng)態(tài)特性、控制品質(zhì)有決定性影響。4.精密檢測(cè)與傳感技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，是閉環(huán)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。主要放映在精度補(bǔ)償方面；關(guān)鍵器件是傳感器，要求其準(zhǔn)確性、快速性與可靠性。網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)柔性制造，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的產(chǎn)生。21加工程序計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置(CNC）主軸電機(jī)機(jī)床本體進(jìn)給電機(jī)位置檢測(cè)速度控制單元主軸控制單元可編程控制器(PLC)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)基本工作流程221.2.3

數(shù)控機(jī)床基本工作原理數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊(cè)加工圖樣編程機(jī)穿孔機(jī)或存儲(chǔ)裝置穿孔帶磁盤等輸入裝置數(shù)控裝置

進(jìn)給系統(tǒng)

機(jī)床數(shù)控機(jī)床的基本概念23§1.2數(shù)控機(jī)床分類

數(shù)控機(jī)床品種已經(jīng)基本齊全，規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有400多個(gè)品種規(guī)格?？梢园凑斩喾N原則來進(jìn)行分類。但歸納起來，常見的是以下方法來分類按工藝用途分類按機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制軌跡分類伺服控制的方式分類按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類24

（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床金屬切削類數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。（2）金屬成型類數(shù)控機(jī)床金屬成型類數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控組合沖床和數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。這類機(jī)床起步晚，但目前發(fā)展很快。（3）數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控特種加工機(jī)床如數(shù)控線（電極）切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、火焰切割機(jī)和數(shù)控激光切割機(jī)床等。（4）其它類型的數(shù)控機(jī)床其他類型的數(shù)控機(jī)床如數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等.1．按工藝用途分類25數(shù)控機(jī)床的基本概念加工中心加工中心(MachiningCenter)簡(jiǎn)稱MC，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于加工復(fù)雜零件的高效率自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床。加工中心是高效的、高精度數(shù)控機(jī)床，工件在一次裝夾中便可完成多道工序的加工，同時(shí)還備有刀具庫，并且有自動(dòng)換刀功能。工藝集中原則26加工中心數(shù)控機(jī)床的基本概念加工中心能實(shí)現(xiàn)三軸或三軸以上的聯(lián)動(dòng)控制，以保證刀具進(jìn)行復(fù)雜表面的加工。加工中心除具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能外，還具有各種加工固定循環(huán)、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度自動(dòng)補(bǔ)償、加工過程圖形顯示、人機(jī)對(duì)話、故障自動(dòng)診斷、離線編程等功能。

加工中心是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。一般數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)刀庫(可容納10-100多把刀具)和自動(dòng)換刀裝置而構(gòu)成的一種帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床(又稱多工序數(shù)控機(jī)床或鏜銑類加工中心

。與數(shù)控銑床的最大區(qū)別在于加工中心具有自動(dòng)交換加工刀具的能力，通過在刀庫上安裝不同用途的刀具，可在一次裝夾中通過自動(dòng)換刀裝置改變主軸上的加工刀具，實(shí)現(xiàn)多種加工功能。

優(yōu)點(diǎn):①減少機(jī)床臺(tái)數(shù),便于管理，對(duì)于多工序的零件只要一臺(tái)機(jī)床就能完成全部加工，并可以減少半成品的庫存量；②由于工件只要一次裝夾，因此減少了由于多次安裝造成的定位誤差，可以依靠機(jī)床精度來保證加工質(zhì)量；③工序集中，減少了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率；④由于零件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾就能完成多道工序加工，所以大大減少了專用工夾具的數(shù)量，進(jìn)一步縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。27加工中心分為：立式、臥式和復(fù)合加工中心

立式加工中心的主軸垂直于工作臺(tái)，主要適用于加工板材類、殼體類工件，也可用于模具加工。臥式加工中心的主軸軸線與工作臺(tái)臺(tái)面平行，它的工作臺(tái)大多為由伺服電動(dòng)機(jī)控制的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)，在工件一次裝夾中，通過工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)加工面的加工，適用于箱體類工件加工。復(fù)合加工中心主要是指在一臺(tái)加工中心上有立、臥兩個(gè)主軸或主軸可90°改變角度，因而可在工件一次裝夾中實(shí)現(xiàn)五個(gè)面的加工。28加工中心是一種工藝范圍較大的數(shù)控加工機(jī)床，能進(jìn)行銑削、鏜削、鉆削和螺紋加工等多項(xiàng)工作。加工中心特別適合于箱體類零件和孔系的加工加工中心數(shù)控機(jī)床的基本概念銑削加工鉆削加工

螺紋加工

29五面體加工中心一次裝卡中完成除安裝底面以外所有表面和精密孔系加工；箱體類零件，汽車覆蓋件模具等。加工示意圖可以參看動(dòng)畫302．按機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制軌跡分類（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床

1)點(diǎn)位控制只要求控制機(jī)床的移動(dòng)部件從某一位置移動(dòng)到另一位置的準(zhǔn)確定位，對(duì)于兩位置之間的運(yùn)動(dòng)軌跡不作嚴(yán)格要求，在移動(dòng)過程中刀具不進(jìn)行切削加工，如圖所示。

2)為了實(shí)現(xiàn)既快又準(zhǔn)的定位，常采用先快速移動(dòng)，然后慢速趨近定位點(diǎn)位的方法來保證定位精度。

3)主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控鏜床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位數(shù)控機(jī)床加工示意圖兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)先是以快速移動(dòng)到接近新的位置，然后降速1-3級(jí)，使之慢速趨近定位點(diǎn)，以保證其定位精度31（2）直線控制數(shù)控機(jī)床

1）直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是除了控制點(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)的軌跡平行于坐標(biāo)軸或者是一條斜線。

2）對(duì)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，如圖1.3所示。圖1.3直線數(shù)控機(jī)床加工示意圖路線一般都由和各軸線平行的直線段組成?？梢匝匾粋€(gè)坐標(biāo)軸的方向(一般地也可以沿45°斜線進(jìn)行切削，)進(jìn)行切削加工但不能進(jìn)行任意輪廓加工32（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床

1）輪廓控制能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的聯(lián)動(dòng)控制，因而可以進(jìn)行曲線或曲面的加工，如圖1.4所示。

2）具有輪廓控制功能的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心等。圖1.4輪廓數(shù)控機(jī)床加工示意圖不僅控制起點(diǎn)與終點(diǎn)，還要控制加工中每一點(diǎn)的速度與位移量333．

伺服控制的方式分類（1）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).數(shù)控裝置發(fā)出信號(hào)的流程是單向的

其特點(diǎn):開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是系統(tǒng)對(duì)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。如圖1.5,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。圖1.5開環(huán)控制系統(tǒng)34（2）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)的絲杠上裝有角位移測(cè)量裝置，通過檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)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)部件不包括在檢測(cè)范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1.6所示。

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)。圖1.6半閉環(huán)控制系統(tǒng)35

1）在機(jī)床移動(dòng)部件上直接裝有位置檢測(cè)裝置，將測(cè)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)榘褭C(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。（3）閉環(huán)控制系統(tǒng)364按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類1.兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：兩軸聯(lián)動(dòng)，用于加工各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床。2.三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：三軸聯(lián)動(dòng)，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。3.多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：四軸或五軸聯(lián)動(dòng)，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。圖1-4為兩種不同類型的四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。37

5.

按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類數(shù)控機(jī)床按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平可分為低、中、高三檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為伺服驅(qū)動(dòng)單元的開環(huán)系統(tǒng)，功能簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；普及型數(shù)控機(jī)床，控制功能齊全；高級(jí)型數(shù)控機(jī)床，采用32位或16位微處理器，可以實(shí)現(xiàn)5軸以上控制；38§1.3數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用

1．?dāng)?shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)

（1）可以加工具有復(fù)雜型面的工件（2）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定（3）生產(chǎn)率高（4）改善勞動(dòng)條件（5）有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化392．?dāng)?shù)控機(jī)床的適用范圍

（1）多品種、單件小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件；

（2）幾何形狀復(fù)雜的零件；

（3）精度及表面粗糙度要求高的零件；

（4）加工過程中需要進(jìn)行多工序加工的零件；

（5）用普通機(jī)床加工時(shí)，需要昂貴工裝設(shè)備（工具、夾具和模具）的零件。

數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)與應(yīng)用40數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)與應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的精度精度是數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)重要指標(biāo)；主要指：加工精度、定位精度、重復(fù)定位精度中、小型數(shù)控機(jī)床的加工精度通常為0.1---0.005mm；定位精度通常為0.05---0.0025mm；重復(fù)定位精度通常為0.025---0.001mm；數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字形式給出相應(yīng)的脈沖指令進(jìn)行加工，所以脈沖當(dāng)量就與精度保持了緊密的聯(lián)系；數(shù)控機(jī)床脈沖當(dāng)量一般為：0.01---0.0005mm/脈沖。41柔性制造系統(tǒng)（FMS----FlexibleManufacturingSystem）柔性制造系統(tǒng)是在柔性制造單元（FMC----FlexibleManufacturingCell）基礎(chǔ)上研制和發(fā)展起來的。柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時(shí)，能連續(xù)地對(duì)同一組零件內(nèi)不同的工件進(jìn)行自動(dòng)化加工（包括工件在單元內(nèi)部的運(yùn)輸和交換）的最小單元。它即可以作為獨(dú)立使用的加工設(shè)備，又可以作為更大更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)或柔性自動(dòng)線的基本組成模塊。數(shù)控機(jī)床的基本概念隨著產(chǎn)品多樣化、降低制造成本、縮短制造周期等迫切要求，以及以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的驚人發(fā)展，1967年Molins公司研制了第一個(gè)柔性制造系統(tǒng)。FMS是一種在批量加工條件下，高柔性和高自動(dòng)化程度的制造系統(tǒng)。解決了中小批量、中大批量、多品種產(chǎn)品生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)難題。42柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機(jī)床和其他自動(dòng)化工藝設(shè)備如清洗機(jī)、成品試驗(yàn)機(jī)、噴漆機(jī)等組成）、智能機(jī)器人、全自動(dòng)輸送系統(tǒng)及自動(dòng)化倉(cāng)庫組成見。這種系統(tǒng)可按任意順序加工一組不同工序與不同加工節(jié)拍的工件，工藝流程可隨工件不同而調(diào)整，全部生產(chǎn)過程有一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)程序的調(diào)度，若干臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行工位控制。其中各個(gè)制造單元相對(duì)獨(dú)立，能適時(shí)地平衡資源的利用。數(shù)控機(jī)床的基本概念43自適應(yīng)控制機(jī)床（AC----AdaptiveControl）一般數(shù)控機(jī)床，是按預(yù)先編好的程序進(jìn)行加工的。但在編程時(shí)，實(shí)際上有許多參數(shù)只能參照過去的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決定，不可能準(zhǔn)確地考慮到它們的一切變化，如毛坯的不均勻，刀具與工件材質(zhì)的變化，刀具的磨損，工件的變形，熱傳導(dǎo)性的差別等等，這些變化直接或間接地影響著加工質(zhì)量，使加工不能在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。數(shù)控機(jī)床的基本概念如果控制系統(tǒng)能對(duì)實(shí)際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時(shí)地測(cè)量并反饋給機(jī)床進(jìn)行修正，則可使切削過程隨時(shí)都處在最佳狀態(tài)。所謂最佳狀態(tài)，指的是最高生產(chǎn)率、最低加工成本、最好的加工質(zhì)量等。由于CNC系統(tǒng)自身帶由計(jì)算機(jī)，只要加上相應(yīng)的檢測(cè)元件、控制線路和有關(guān)軟件就可以制造出這種自適應(yīng)控制機(jī)床。44數(shù)控設(shè)備與加工方式的選用一般原則1.什么時(shí)候選擇數(shù)控機(jī)床？452.選擇什么樣的數(shù)控機(jī)床？

數(shù)控裝置的性能指標(biāo)反映了數(shù)控系統(tǒng)的基本性能，是選擇數(shù)控系統(tǒng)的主要依據(jù)，概括起來如下

1．控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)

2．脈沖當(dāng)量（控制分辨率）

3．定位精度和重復(fù)精度

4．行程

5．主軸轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)范圍

6．進(jìn)給速度和調(diào)節(jié)范圍

7．準(zhǔn)備功能（G功能）

8．輔助功能（M功能）

9.

自動(dòng)加減速功能

10.

開關(guān)量接口

46以上性能指標(biāo)可以作為選擇數(shù)控裝置時(shí)參考，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控裝置的性能指標(biāo)也在不斷地豐富和提高。一般來說，性能越高的數(shù)控裝置，價(jià)格也越貴，所以對(duì)用戶來說并不一定一味地追求高性能，而應(yīng)該根據(jù)自己的實(shí)際需要，綜合考慮性能和價(jià)格，作出最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。47§1.4數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)總的發(fā)展趨勢(shì)：高速化、高精度化、高效加工、多功能化、小型化、復(fù)合化、開放化和智能化以及數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。目前的動(dòng)向是:開放式數(shù)控系統(tǒng)、高速加工系統(tǒng)。未來數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1.數(shù)控技術(shù)水平

2.數(shù)控系統(tǒng)方面

3.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面

481．?dāng)?shù)控技術(shù)水平高精度定位精度微米級(jí)、納米級(jí)；高速度主軸轉(zhuǎn)速10000r/min、快速進(jìn)給100m/min、換刀時(shí)間2～3s；高柔性多主軸、多工位、多刀庫；數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)49隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(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0.01~0.05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(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來越高。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±10μm提高到±5μm，精密級(jí)加工中心的加工精度則從±3~5μm，提高到±1~1.5μm高可靠性當(dāng)前國(guó)外數(shù)控裝置的可靠性指標(biāo)，平均無故障間隔時(shí)間（MTBF）已達(dá)6000小時(shí)以上，驅(qū)動(dòng)裝置達(dá)30000小時(shí)以上。高精度5051多功能立臥并用、復(fù)合加工；高自動(dòng)化、智能化

自動(dòng)上下料、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)通訊。主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)52應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)53自動(dòng)編程，可視化結(jié)合54自動(dòng)故障診斷可靠性、穩(wěn)健性保障55應(yīng)用模式識(shí)別562．?dāng)?shù)控系統(tǒng)方面目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，如日本的FANUC，德國(guó)的SIEMENS公司產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位、32位甚至64位微處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到了數(shù)十兆字節(jié)以上，高速進(jìn)給可達(dá)100m/min以