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1、一、 数控机床的产生和发展 （一）产生： 随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。 第一台数控机床是1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制的三坐标数控铣床，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，可用于加工复杂曲面零件。 数控机床的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1
2、959年）、小规摸集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型机算机（1974年）等五代数控系统。（二）数控机床的发展趋势1 高速化 ：采用高速的32位以上的微处理器，可提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速、高精加工。日本产的FANUC15系统开发出64位CPU系统，能达到最小移动单位0.1um时，最大进给速度为100m/min。2 多功能化3 智能化：引进了自适应控制技术.自适应控制（Adaptive Control，简称AC）技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削过程达到并维持最佳状态的技术。4 高精度化：通过减少数控系统误差和
3、采用补偿技术可提高数控机床的加工精度。5 高可靠性：通过提高数控系统的硬件质量，采用模块化、标准化和通用化来提高其可靠性。 二、 数控技术的基本概念1 数字控制（Numerical Control)，简称NC，它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床称作数控机床。 2 NC机床：早期的数控机床的NC装置是由各种逻辑元件、记忆元件组成随机逻辑电路由硬件来实现数控功能，称作硬件数控，用这种技术实现的数控机床称作NC机床。3 CNC 机床：现代数控系统采用微处理器或专用微机的数控系统（Computer Numerical Control）由事先存
4、放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，这样的机床称作CNC机床。三、 数控机床的组成及工作原理 1 工作原理图纸存储介质数控装置输入输出CNC装置伺服驱动装置伺服系统执行机构切削驱动装置机床主体检测装置1-3 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理图：数控机床的组成图：数控机床的组成人机交人机交互设备互设备控制控制介质介质（程（程序）序）数控数控装置装置辅助控制辅助控制装置装置进给伺服进给伺服驱动系统驱动系统检测反检测反馈装置馈装置机床本体（进机床本体（进给运动、主运给运动、主运动、辅助操作）动、辅助操作） 主轴伺服主轴伺
5、服驱动系统驱动系统返回返回控控 制制 介介 质质定义：定义： 要对机床进行控制，就必须在人与数控机床要对机床进行控制，就必须在人与数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物就是之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物就是控制介质控制介质，又称信息载体。，又称信息载体。作用：作用： 用于记载各种加工信息，如零件加工的工艺用于记载各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数等，以控制机床的运动，实现零过程、工艺参数等，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。件的机械加工。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回人人 机机 交交 互互 设设 备
6、备定义：定义： 具有人机联系功能的设备统称为具有人机联系功能的设备统称为人机交互设人机交互设备备。作用：作用： 它是操作人员与数控装置进行信息交流的工它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。具。组成：组成： MDI键盘和显示器。键盘和显示器。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回数数 控控 装装 置置数控装置是数控机床的中枢数控装置是数控机床的中枢作用：作用：数控装置从内部存储器中取出或接受控制介数控装置从内部存储器中取出或接受控制介质输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经质输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置它的逻辑电路或系统软件进行编译、过数控装置它的逻辑电路或
7、系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。动和动作。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回进进 给给 伺伺 服服 驱驱 动动 系系 统统作用：作用： 把来自数控装置的位置控制移动指令转变成把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的零件。或精确定位，加工出符合图样要求的零件。组成：组成： 驱动电路、反馈电路、伺服电机组成驱动
8、电路、反馈电路、伺服电机组成 。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回主主 轴轴 驱驱 动动 系系 统统作用：作用： 主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。度对零件的加工精度有较大的影
9、响。 下页下页上页上页返回返回主轴电动机主轴电动机主轴组件主轴组件下页下页上页上页返回返回辅辅 助助 控控 制制 系系 统统作用：作用： 接收数控装置输出的开关量指令信号，经过接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。装置完成指令规定的开关量动作。 辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷
10、却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。分度工作台转位分度等开关辅助动作。 下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回检检 测测 反反 馈馈 装装 置置作用：作用： 检测反馈装置将数控机床各坐标轴的实际位检测反馈装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置移检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置中。数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定中。数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。 测量装置安装
11、在数控机床的工作台或丝杠上，测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛。相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回机机 床床 本本 体体 数控机床的机床本体与传统机床相似，只是数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回1按工业用途分类（1）数控车床（ NC Lathe） （2）数控铣床(NC Mi
12、lling Machine)（3）数控钻床(NC Drilling Machine) (4)数控镗床(NC Boring Machine)（5）数控齿轮加工机床(NC Gearing Holding Machine)（6）数控平面磨床(NC Surface Grinding Machine)（7）数控外圆磨床(NC External Cylindrical Grinding Machine)（8）数控轮廓磨床(NC Contour Grinding Machine)（9）数控工具磨床(NC Tool Grinding Machine)（10）数控坐标磨床(NC Jig Grinding Mac
13、hine)（11）数控电火花加工机床(NC Dieseling Electric Discharge Machine)（12）数控线切割机床(NC Wire Discharge Machine)（13）数控激光加工机床(NC Laser Beam Machine) （14）数控冲床(NC Punching Press) （15）加工中心(Machine Center)（16）数控超声波加工机床NC Ultrasonic Machine) （17）其他（如三坐标测量机等）2 按运动方式分类 （1）点位控制系统（Positioning Control）只控制刀具从一点到另一点的位置，而不控制移动轨
14、迹，在移动过程中刀具不进行切削加工。 刀具的三种路径 （1） （2） （3）（2）直线控制系统（Straight-line Control）是控制刀具或机床工作台以给定的速度，沿平行于某一坐标轴方向，由一个位置到另一个位置的精确移动，并且在移动过程中进行直线切削加工。（3）轮廓控制系统（Contour Control）是对两个或两个以上的坐标轴同时进行连续控制，并能对机床移动部件的位移和速度进行严格的控制，即要控制加工的轨迹，加工出要求的轮廓。其运动轨迹是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。3 按控制方式分类（1）开环控制（Open Loop Control）即不带位置测量元件，数控装置根据控制介
15、质上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构（如工作台）移动或转动。特点是没有来自位置测量元件的反馈信号，对执行机构的动作情况不进行检查，指令流向为单向，控制精度较低。l开环控制驱动装置工作台数控装置控制介质指令脉冲伺服电机齿轮箱（2）闭环控制（Closed Loop Control）是将位置检测装置安装于机床运动部件上，加工中将测量到的实际位置值反馈。另外通过与伺服电机刚性连接的测速元件，随时实测驱动电动机的转速，得到速度反馈信号，并与速度指令信号相比较，其比较的差值对伺服电动机的转速随时进行校正，直至实现移动部件工作台的最终精确定位。l闭环控制测速元器件位移指令位移反馈速度反馈位置检测装置工作台（3）半闭环控制（Semi-Closed Loop Control）是将位置检测装置安装于驱动电动机轴端或安装于传动丝杠端部，间接地测量移动部件（工作台）的实际位置或位移。l半闭环控制测速元器件位移指令位移反馈速度反馈位置检测装置工作台