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1、 数控技术数控技术 辽阳职业技术学院辽阳职业技术学院 本课程讲课、实验、上机以及考试安排：详见本课程讲课、实验、上机以及考试安排：详见教学大纲教学大纲和和教学日历教学日历前言前言教教学学参参考考书书：数数控控机机床床，全全国国数数控控培培训训网网络络天天津津分分中中心心，机机械械工工业出版社。业出版社。第一节第一节 数控机床的基本概念数控机床的基本概念第二节第二节 数控机床的分类与应用数控机床的分类与应用第三节第三节 数控机床的发展数控机床的发展第一章第一章 概论概论将将机机床床数数字字控控制制向向机机电电一一体体化化方方向向发发展展。高等院校机制工艺的学生必须学好这门课。高等院校机制工艺的学
2、生必须学好这门课。本讲课主要介绍：本讲课主要介绍：数控机床的概论部分数控机床的概论部分。希望同学们认真学习！希望同学们认真学习！一、一、数控机床的产生数控机床的产生二、二、数控机床的组成和工作原理数控机床的组成和工作原理三、三、数控机床涉及的基本技术数控机床涉及的基本技术 第一节数控机床的基本概念第一节数控机床的基本概念发展发展 机械加工工艺过程的自动化机械加工工艺过程的自动化 质量质量对产品对产品 生产率生产率 要求要求越来越高越来越高解决的重要措施之一解决的重要措施之一一、数控机床的产生一、数控机床的产生科学技术科学技术 社会生产社会生产大批量大批量 生产生产 采用采用“刚性刚性”自动化自
3、动化 设备设备小批量小批量 生产生产 采用采用“柔性柔性”自动化自动化 设备设备数字控制机床等灵活通用的、能适应产数字控制机床等灵活通用的、能适应产品频繁变化的柔性自动化机床品频繁变化的柔性自动化机床设备设备自动机床、组合机床、专用自自动机床、组合机床、专用自动线等刚性自动化机床动线等刚性自动化机床设备设备将加工过程所需的各种操作（如主轴将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等）与停车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及刀具与工件之间的相对位和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码表示，移量都用数
4、字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁带）将数字信息通过控制介质（如穿孔纸带或磁带）将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。需要的工件。数控机床数控机床:世界上第一台数控机床是数控镗铣加工世界上第一台数控机床是数控镗铣加工中心机床，产生于中心机床，产生于2020世纪世纪4040年代。年代。19481948年由美国帕森斯（年由美国帕森斯（Parsons Co.
5、Parsons Co.）公公司提出利用电子计算机控制机床加工复司提出利用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板。杂曲线样板。19521952年由美国军方和麻省理工学院年由美国军方和麻省理工学院（MITMIT）研制出了第一台三坐标立式数控研制出了第一台三坐标立式数控铣床。铣床。答答:四个步骤四个步骤:二、数控机床的组成和工作原理二、数控机床的组成和工作原理首先了解一下在数控机床上加工零件首先了解一下在数控机床上加工零件通常需要几个步骤通常需要几个步骤2)2)根据程序单，制作穿孔带。根据程序单，制作穿孔带。3)3)通过阅读装置将穿孔带的代码逐段输入到数控通过阅读装置将穿孔带的代码逐段输入到数控装置。装
6、置。4)4)数控装置将代码进行译码，寄存和运算之后，数控装置将代码进行译码，寄存和运算之后，向机床伺服机构发出讯号，以驱动机床的各个向机床伺服机构发出讯号，以驱动机床的各个运动部件，并控制其它必要的辅助操作，如变运动部件，并控制其它必要的辅助操作，如变速、开关冷却液、松夹工件及刀具转位等，最速、开关冷却液、松夹工件及刀具转位等，最后加工出合格的零件。后加工出合格的零件。1 1）根据加工零件的图纸与工艺方案，）根据加工零件的图纸与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写程序单。用规定的代码和程序格式编写程序单。图示的机床组成方式为图示的机床组成方式为 -开环系统开环系统程序载体程序载体数控装置数控装
7、置伺服系统伺服系统机床部分机床部分 测量装置测量装置检测检测反馈反馈机床上加虚线部分的测量装置机床上加虚线部分的测量装置后机床组成方式为后机床组成方式为 -闭环系统闭环系统可以将机床所得到的检测结可以将机床所得到的检测结果再反馈到数控装置中去。果再反馈到数控装置中去。由此，可知数控机床通常由四部分组成。由此，可知数控机床通常由四部分组成。程序程序载体载体输入输入装置装置数控数控装置装置伺服驱动伺服驱动系统系统强电控制强电控制装置装置检测检测装置装置机床（主运动、机床（主运动、进给运动、进给运动、辅助操作）辅助操作）具体而言，数控机床的基本组成如下图所示：常用的控制介质有：穿孔带、穿孔卡、磁带。
8、常用的控制介质有：穿孔带、穿孔卡、磁带。使用最多的是使用最多的是八位标准穿孔带（如图所示）。八位标准穿孔带（如图所示）。1 1、程序载体、程序载体人要对数控机床进行控制必须人要对数控机床进行控制必须 在人与机在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即介物即 -程序载体（又称控制介质）。程序载体（又称控制介质）。输入装置的作用就是程序载体上的数控代码信息输入装置的作用就是程序载体上的数控代码信息转换为相应的电脉冲信号传送至数控装置的内存转换为相应的电脉冲信号传送至数控装置的内存储器。储器。输入装置最早使用光电阅读机阅读穿孔带；输入装置最早使用光电阅读机
9、阅读穿孔带；以后大量使用磁记录原理的磁带机和软盘驱动器；以后大量使用磁记录原理的磁带机和软盘驱动器；还有通过数控装置控制面板上的输入键，按工作还有通过数控装置控制面板上的输入键，按工作的程序清单用手工方式直接输入内存储器；的程序清单用手工方式直接输入内存储器；也可以用通信方式由计算机直接传送给数控装置。也可以用通信方式由计算机直接传送给数控装置。2 2、输入装置、输入装置阅读装置分为机械式和光电式两种。阅读装置分为机械式和光电式两种。如图，光电穿如图，光电穿孔带阅读机的孔带阅读机的原理是：用红原理是：用红外光敏元件识外光敏元件识别穿孔带上每别穿孔带上每排孔的代码，排孔的代码，将孔的排列图将孔的
10、排列图案转换为电信案转换为电信号送数控装置号送数控装置输入装置：接受由输入装置：接受由穿孔带阅读机输出穿孔带阅读机输出的代码，经过识别的代码，经过识别与译码之后分别输与译码之后分别输送到个相应的寄存送到个相应的寄存器，这些指令与数器，这些指令与数据将作为控制器与据将作为控制器与运算器的原始数据。运算器的原始数据。3 3、数控装置、数控装置:是数控机床的中心环节是数控机床的中心环节控制器：接受输入控制器：接受输入装置的指令，根据装置的指令，根据指令控制运算器与指令控制运算器与输出装置，以实现输出装置，以实现对机床的各种操作对机床的各种操作（如主轴的变速或（如主轴的变速或冷却液的开关）以冷却液的开
11、关）以及控制整机的工作及控制整机的工作循环。循环。运算器：接受控制运算器：接受控制器的指令，将输入器的指令，将输入装置送来的数据进装置送来的数据进行某种运算，并不行某种运算，并不断地向输出装置送断地向输出装置送出运算结果，使伺出运算结果，使伺服系统执行所要求服系统执行所要求的运动。的运动。输出装置：根据控输出装置：根据控制器的指令将运算制器的指令将运算器送来的计算结果器送来的计算结果输送到伺服系统，输送到伺服系统，经过功率的放大，经过功率的放大，驱动相应的坐标轴，驱动相应的坐标轴，使机床完成刀具相使机床完成刀具相对工件的运动。对工件的运动。4 4、强电控制装置、强电控制装置主要功能是接受数控装
12、置所控制的内置式主要功能是接受数控装置所控制的内置式可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC）输出的主轴变速、换输出的主轴变速、换向、启动或停止，刀具的选择和更换，分向、启动或停止，刀具的选择和更换，分度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松度工作台的转位和锁紧，工件的夹紧或松开，切削液的开或关等辅助操作的信号，开，切削液的开或关等辅助操作的信号，经功率放大直接驱动相应的执行元件，诸经功率放大直接驱动相应的执行元件，诸如接触器、电磁阀等，如接触器、电磁阀等，从而事先数控机床在加工过程中的全部自从而事先数控机床在加工过程中的全部自动操作。动操作。伺服系统包括伺服系统包括:驱动装置、执行部件两大系统。
13、驱动装置、执行部件两大系统。常用伺服系统有常用伺服系统有:功率步进电动机，直流伺服电功率步进电动机，直流伺服电动机，交流伺服电动机等动机，交流伺服电动机等伺服系统与脉冲编码器的组合构成了较理想的伺服系统与脉冲编码器的组合构成了较理想的半闭环伺服系统，已经被广泛采用。半闭环伺服系统，已经被广泛采用。5 5、伺服系统：是数控机床的最后环节、伺服系统：是数控机床的最后环节伺服系统接受来自数控装置的指令信息，伺服系统接受来自数控装置的指令信息，严格按照指令信息的要求带动机床的移动严格按照指令信息的要求带动机床的移动部件，以加工出符合图纸要求的零件。部件，以加工出符合图纸要求的零件。通常对数控机床设计在机床的精度、静刚度、动通常对数控机床设计在机床的精度、静刚度、动刚度和热刚度等方面提出了更高的要求，而传动刚度和热刚度等方面提出了更高的要求，而传动链则要求尽可能简单。链则要求尽可能简单。目的是为了满足数控技术的要求和从分发挥数目的是为了满足数控技术的要求和从分发挥数控机床的特点。控机床的特点。6 6、机、机 床床与传统的机床相比，数控机床的外部造型、整与传统的机床相比，数控机床的外部造型、整体布局，传动系统、支撑系统、排屑系统与刀体布局，传动系统、支撑系统、排屑系统与刀具系统的部件结构以及操作机构等方面都已发具系统的部件结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。生了很大的变化。