《数控机床简介整套课件完整版电子教案最全ppt整本书课件全套教学教程(最新).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床简介整套课件完整版电子教案最全ppt整本书课件全套教学教程(最新).ppt（561页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、前言前言本书结合当前数控机床的实际应用水平，从应用的角度系统本书结合当前数控机床的实际应用水平，从应用的角度系统地介绍了数控机床及相关的知识。书中首先介绍了数控机床地介绍了数控机床及相关的知识。书中首先介绍了数控机床的基本知识的基本知识;然后介绍数控机床的各个组成部分然后介绍数控机床的各个组成部分:包括计算机包括计算机数控系统、数控机床的机械结构、位置检测装置和伺服系统数控系统、数控机床的机械结构、位置检测装置和伺服系统;围绕数控机床的应用，介绍了应用数控机床进行加工所需要围绕数控机床的应用，介绍了应用数控机床进行加工所需要的技术基拙知识的技术基拙知识;各类数控机床的数控编程基本知识与方法各类
2、数控机床的数控编程基本知识与方法;介绍并剖析了若干个应用实例介绍并剖析了若干个应用实例;针对数控机床应用中的常见问针对数控机床应用中的常见问题题;介绍了数控机床的使用与维护常识。介绍了数控机床的使用与维护常识。下一页第第1章章 数控机床简介数控机床简介本章概述本章概述 本章主要介绍了数控机床的产生与发展，接着重点讲解了数本章主要介绍了数控机床的产生与发展，接着重点讲解了数控机床的组成、工作原理、特点及分类，最后简单地介绍其控机床的组成、工作原理、特点及分类，最后简单地介绍其未来发展趋势，难点是数控机床的工作原理。未来发展趋势，难点是数控机床的工作原理。教学目标教学目标 1.了解数控机床的产生和
3、发展过程。了解数控机床的产生和发展过程。2.理解数控机床的工作原理，掌握数控机床的组成和特点。理解数控机床的工作原理，掌握数控机床的组成和特点。3.熟悉数控机床的分类。熟悉数控机床的分类。4.了解数控机床未来的发展趋势。了解数控机床未来的发展趋势。下一页第第1章章 数控机床简介数控机床简介1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1.2 数控机床的组成和工作过程数控机床的组成和工作过程1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类1.4 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1.1.1数控机床的产生数控机床的产生美国麻省理工学院和帕森斯公司
4、美国麻省理工学院和帕森斯公司20世纪世纪50年代在美空军后年代在美空军后勤部的资助下，于勤部的资助下，于1952年年3月成功研制了世界上第一台有信月成功研制了世界上第一台有信息存储和处理功能的新型机床，即数控机床息存储和处理功能的新型机床，即数控机床(三坐标立式数控三坐标立式数控铣床铣床)。数控技术及数控机床的诞生，标志生产和控制领域一。数控技术及数控机床的诞生，标志生产和控制领域一个崭新时代的到来。科学技术和社会生产力的迅速发展，对个崭新时代的到来。科学技术和社会生产力的迅速发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过
5、程的自动化成为实现上述要求的最重要措施之一。它工艺过程的自动化成为实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品质量、提高生产率、降低生产成本，还能不仅能够提高产品质量、提高生产率、降低生产成本，还能极大地改善生产者的劳动条件。极大地改善生产者的劳动条件。返回下一页1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 许多企业，诸如汽车、拖拉机、家用电器等制造了，在大批许多企业，诸如汽车、拖拉机、家用电器等制造了，在大批大量的生产条件下，广泛采用自动机床、组合机床和以专用大量的生产条件下，广泛采用自动机床、组合机床和以专用机床为主体的自动生产线，取得了很高的生产效率和十分显机床为主体的自动生产线
6、，取得了很高的生产效率和十分显著的经济效益。但是，在机械制造工业中并不是所有的产品著的经济效益。但是，在机械制造工业中并不是所有的产品都具有很大的批量，单件与小批生产的工件仍占机械加工总都具有很大的批量，单件与小批生产的工件仍占机械加工总量的量的80%左右。尤其是航空、航天、船舶、机床、重型机械、左右。尤其是航空、航天、船舶、机床、重型机械、食品加工机械、包装机械和军工等产品，不仅加工批量小，食品加工机械、包装机械和军工等产品，不仅加工批量小，而且所加工工件形状比较复杂，精度要求也很高，还需要经而且所加工工件形状比较复杂，精度要求也很高，还需要经常改型。如果仍采用专用化程度很高的自动化机床加工
7、这类常改型。如果仍采用专用化程度很高的自动化机床加工这类产品的工件就显得很不合理。对于专用生产线，经常进行改产品的工件就显得很不合理。对于专用生产线，经常进行改装和调整，不仅会大大提高产品的成装和调整，不仅会大大提高产品的成下一页上一页返回1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 本，甚至也不能满足加工要求。由于本，甚至也不能满足加工要求。由于“刚性刚性”的大量生产方的大量生产方式使产品的改型和更新变得十分困难，而人们又认识到，用式使产品的改型和更新变得十分困难，而人们又认识到，用户所得到的价格相对低廉的产品是以牺牲产品的某些性能为户所得到的价格相对低廉的产品是以牺牲产品的某些性能为代
8、价的。因此，为了保持企业产品的市场份额，即使是大量代价的。因此，为了保持企业产品的市场份额，即使是大量生产的企业也必须改变产品长期一成不变的传统做法。这样，生产的企业也必须改变产品长期一成不变的传统做法。这样，“刚性刚性”的自动化生产方式即使是在批量生产中也已日益显的自动化生产方式即使是在批量生产中也已日益显露其不适应性。露其不适应性。数控机床的产生极其有效地解决了这一系列问题，使多品种、数控机床的产生极其有效地解决了这一系列问题，使多品种、小批量的自动化生产成为可能，为精度高、形状复杂的工件小批量的自动化生产成为可能，为精度高、形状复杂的工件及单件、小批量加工提供了自动化加工手段及单件、小批
9、量加工提供了自动化加工手段)上一页 下一页 返回1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 数字控制机床数字控制机床(Numerically Controlled MachineTool)(Numerically Controlled MachineTool)，简，简称数控机床，指的是用数字化信息实现控制的机床，或指装称数控机床，指的是用数字化信息实现控制的机床，或指装备了数控系统的机床。数控机床将加工过程所需的各种操作备了数控系统的机床。数控机床将加工过程所需的各种操作(如主轴变速、工件松夹、进刀与退刀、开车与停车、自动关如主轴变速、工件松夹、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液等停
10、冷却液等)和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质通过控制介质(如穿孔纸带或磁盘等如穿孔纸带或磁盘等)将数字信息送人数控装将数字信息送人数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驭动元件，使机床自动加信号，控制机床的伺服系统或其他驭动元件，使机床自动加工出所需要的工件。工出所需要的工件。上一页下一页 返回1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1.1.2数控机床的发展数控机床的发展 第一台数控机床的出现引起了世界各国的关注，它的出
11、现不第一台数控机床的出现引起了世界各国的关注，它的出现不仅解决了复杂曲线与型面的加工问题，而且指出了今后机床仅解决了复杂曲线与型面的加工问题，而且指出了今后机床自动化的方向，因此世界各国纷纷投入数控机床及其相关技自动化的方向，因此世界各国纷纷投入数控机床及其相关技术的研究。经过半个世纪的研究发展，到现在数控机床已是术的研究。经过半个世纪的研究发展，到现在数控机床已是集现代机械制造技术、计算机技术、通信技术、控制技术、集现代机械制造技术、计算机技术、通信技术、控制技术、液压气动技术及光电技术为一体的，具有高精度、高效率、液压气动技术及光电技术为一体的，具有高精度、高效率、高自动化和高柔性等特点的
12、机械自动化设备。其品种不仅覆高自动化和高柔性等特点的机械自动化设备。其品种不仅覆盖了全部传统的切削加工机床，而且推广到了锻压机床、电盖了全部传统的切削加工机床，而且推广到了锻压机床、电加工机床、焊接机、测量机等各个方面，在各个加工行业中加工机床、焊接机、测量机等各个方面，在各个加工行业中得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。下一页上一页返回1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展数控机床相关技术的发展如下数控机床相关技术的发展如下:1.1.数控系统数控系统(1)(1)数控数控(NC)(NC)阶段阶段 第一代数控系统第一代数控系统:1952:1952年年-1959-1959年，采用电子管、
13、继电器元件年，采用电子管、继电器元件;第二代数控系统第二代数控系统:1959:1959年开始，采用晶体管元件年开始，采用晶体管元件;第三代数控系统第三代数控系统:1965:1965年开始，采用集成电路。年开始，采用集成电路。(2)(2)计算机数控计算机数控(CNC)(CNC)阶段阶段 第四代数控系统第四代数控系统:1970:1970年开始，采用大规模集成电路及小型年开始，采用大规模集成电路及小型 计算机计算机;第五代数控系统第五代数控系统:1974:1974年开始，采用微型计算机年开始，采用微型计算机;第六代数控系统第六代数控系统:1990:1990年开始，基于年开始，基于PCPC机。机。上一
14、页 下一页 返回1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展随着数控系统的发展，其功能不断增多，柔性不断增强，性随着数控系统的发展，其功能不断增多，柔性不断增强，性能价格比不断提高，与此同时，伺服系统和检测元件的性能能价格比不断提高，与此同时，伺服系统和检测元件的性能不断改善，其控制精度也不断提高。不断改善，其控制精度也不断提高。近近1010年来，由于国外很多知名公司的潜心研究和大力开发，年来，由于国外很多知名公司的潜心研究和大力开发，各种不同层次的数控系统快速产生并迅速发展，数控系统正各种不同层次的数控系统快速产生并迅速发展，数控系统正在发生着日新月异的变化。在发生着日新月异的变化。2.
15、2.伺服驱动系统伺服驱动系统伺服驭动系统的性能直接影响数控机床的精度和进给速度，伺服驭动系统的性能直接影响数控机床的精度和进给速度，是数控机床的一个很重要的环节。伺服驭动系统的发展经历是数控机床的一个很重要的环节。伺服驭动系统的发展经历了电一液一电三个阶段。了电一液一电三个阶段。上一页 下一页 返回1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展第一阶段采用普通直流电动机作为执行元件，利用电轴的办第一阶段采用普通直流电动机作为执行元件，利用电轴的办法进行控制。由于普通直流电动机的低速性能差，灵敏度低，法进行控制。由于普通直流电动机的低速性能差，灵敏度低，这种伺服驭动系统很快就被淘汰了。这种伺服
16、驭动系统很快就被淘汰了。第二阶段以液动机代替直流电动机作为执行元件。这在第一第二阶段以液动机代替直流电动机作为执行元件。这在第一台数控机床出现后，就已经开始研制，但直到台数控机床出现后，就已经开始研制，但直到2020世纪世纪6060年代年代初才全面取代了直流电动机。日本使用的是电液脉冲电动机，初才全面取代了直流电动机。日本使用的是电液脉冲电动机，西欧、美国则多采用电液伺服阀加上液动机。采用液压驭动西欧、美国则多采用电液伺服阀加上液动机。采用液压驭动后，控制性能有了很大提高，但寿命短、成本高、功率消耗后，控制性能有了很大提高，但寿命短、成本高、功率消耗大是其致命的缺点。大是其致命的缺点。到到20
17、20世纪世纪6060年代末期，伺服驭动系统迎来了发展的第三阶段。年代末期，伺服驭动系统迎来了发展的第三阶段。成功研制了由伺服单元、直流进给伺服电动机和反馈元件组成功研制了由伺服单元、直流进给伺服电动机和反馈元件组成的进给伺服系统。因其性能完全能满足数控机床的要求、成的进给伺服系统。因其性能完全能满足数控机床的要求、寿命长、可靠性好，伺服驭动系统很快就取代了液压伺服系寿命长、可靠性好，伺服驭动系统很快就取代了液压伺服系统。统。上一页 下一页 返回1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展近年来又出现了数字化交流伺服电动机，其性能和可靠性又近年来又出现了数字化交流伺服电动机，其性能和可靠性又
18、优于直流伺服电动机。优于直流伺服电动机。3.3.主轴伺服驱动主轴伺服驱动最早的数控机床的主轴是不受控制的，随着数控机床的发展，最早的数控机床的主轴是不受控制的，随着数控机床的发展，要求对主轴进行控制。例如加工中心的出现，就要求控制主要求对主轴进行控制。例如加工中心的出现，就要求控制主轴的启动、停止、正反转和主轴的转速轴的启动、停止、正反转和主轴的转速;为了加工螺纹，就要为了加工螺纹，就要求主轴的回转与求主轴的回转与X X轴联动。因此出现了直流主轴伺服电动机。轴联动。因此出现了直流主轴伺服电动机。近年来又被交流主轴伺服电动机所取代。随着对主轴转速要近年来又被交流主轴伺服电动机所取代。随着对主轴转
19、速要求的不断提高，出现了电动机内装式主轴，即用主轴作为电求的不断提高，出现了电动机内装式主轴，即用主轴作为电动机轴，电动机的转子安装在主轴上，定子安装在套筒内，动机轴，电动机的转子安装在主轴上，定子安装在套筒内，这样就不需要齿轮传动，转速可达每分钟几万到十几万转。这样就不需要齿轮传动，转速可达每分钟几万到十几万转。以上所述为数控机床主要组成部分的发展概况。其他相关技以上所述为数控机床主要组成部分的发展概况。其他相关技术，例如程序载体和输入装置、自动监控技术也得到很大的术，例如程序载体和输入装置、自动监控技术也得到很大的发展，机床本身的结构设计及其新零配件的使用等也在不断发展，机床本身的结构设计
20、及其新零配件的使用等也在不断地发展。地发展。上一页 返回1.2 数控机床的组成和工作过程数控机床的组成和工作过程1.2.11.2.1数控机床的组成数控机床的组成数控机床一般由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、数控机床一般由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成，如伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成，如图图1-11-1所示。所示。1.1.输入输出装置输入输出装置输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰;目
21、前，使用键目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等始参数，故障诊断参数等)，一般在机床刚工作状态需输出这，一般在机床刚工作状态需输出这些参数做记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资些参数做记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。下一页 返回1.2 数控机床的组成和工作过程数控机床的组成和工作过程2.2.数控装置数控装置数
22、控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路，各种接口电路、含微计算机的电路，各种接口电路、C RTC RT显示器等硬件及相显示器等硬件及相应的软件。应的软件。3.3.可编程控制器可编程控制器即即PLCPLC，它对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处，它对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速理而控制主轴转速;管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计
23、使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理;控控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作机械手取送刀等动作;还对机床外部开关还对机床外部开关(行程开关、压力开行程开关、压力开关、温控开关等关、温控开关等)进行控制进行控制;对输出信号对输出信号(刀库、机械手、回转刀库、机械手、回转工作台等工作台等)进行控制进行控制。上一页 下一页 返回1.2 数控机床的组成和工作过程数控机床的组成和工作过程4.检测反馈装置检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移
24、，并由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。精度。5.机床主机机床主机数控机床的主体，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部数控机床的主体，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。件。1.2.2数控机床的工作过程数控机床的工作过程数控机床的工作大致有如下几个过程，见数控机床的工作大致有如下几个过程，见图图1-2。数控加工的准备过程较复杂，内容多，包括对零件的结构认数控加工的准备过程较复杂，内容多，包括对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制订、加工程序编制、选用工装、识、工艺
25、分析、工艺方案的制订、加工程序编制、选用工装、辅具及其使用方法等。辅具及其使用方法等。机床的调整主要包括刀具命名、调入刀库、工件安装、对刀、机床的调整主要包括刀具命名、调入刀库、工件安装、对刀、测量刀位、机床各部位状态等多项工作内容。测量刀位、机床各部位状态等多项工作内容。上一页 下一页 返回1.2 数控机床的组成和工作过程数控机床的组成和工作过程程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行检查和调整。检查和调整。试切加工则是对零件加工设计方案进行动态下的考查，而整试切加工则是对零件加工设计方案进行动态下的考查，而整个过程均需在前一步
26、实现后的结果评价后再作后一步工作。个过程均需在前一步实现后的结果评价后再作后一步工作。试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进行结果检测。行结果检测。前三步工作均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间前三步工作均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间越短越好，就越有利于机床合理使用。该项指标直接影响对越短越好，就越有利于机床合理使用。该项指标直接影响对机床利用率的评价机床利用率的评价(即机床实动率即机床实动率)。上一页返回1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类1.3.11.3.1数控机床的特点数控机床的特点1.1.生
27、产效率高生产效率高数控机床的主轴转速、进给速度和快速定位速度高，合理地数控机床的主轴转速、进给速度和快速定位速度高，合理地选择高的切削参数，可以充分发挥刀具的性能，减少切削时选择高的切削参数，可以充分发挥刀具的性能，减少切削时间。同时，可以自动完成一些辅助动作，精度高且稳定，不间。同时，可以自动完成一些辅助动作，精度高且稳定，不需要在加工过程中进行中间测量，连续完成整个加工过程，需要在加工过程中进行中间测量，连续完成整个加工过程，减少辅助动作时间和停机时间。因此，数控机床的生产效率减少辅助动作时间和停机时间。因此，数控机床的生产效率高。高。2.2.适应性强，可以完成不同工件的自动加工适应性强，
28、可以完成不同工件的自动加工适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控机床上改变加工零件时，只得重新编制的适应能力。在数控机床上改变加工零件时，只得重新编制程序，输入新的程序后就能实现对新的零件的加工，而不需程序，输入新的程序后就能实现对新的零件的加工，而不需改变机械部分和控制部分的硬件，且生产过程是自动完成的，改变机械部分和控制部分的硬件，且生产过程是自动完成的，这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。供了极大的方便。下一页 返回1.3
29、 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类3.3.良好的经济效益良好的经济效益数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高，但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床旧费较高，但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控机床加工零件一般不需制作专用夹具，节接生产费用。数控机床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率
30、，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省了房面积和建了投资。因此使用数控机床可获得良好的节省了房面积和建了投资。因此使用数控机床可获得良好的经济效益。经济效益。4.4.有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础。及管理一体化奠定了基础。上一页 下一页 返回1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点
31、和分类5.5.加工精度高，尺寸一致性好加工精度高，尺寸一致性好数控机床具有很高的刚度和热稳定性，其本身精度比较高数控机床具有很高的刚度和热稳定性，其本身精度比较高(一一般数控机床的定位精度可达士般数控机床的定位精度可达士0.Olmm,0.Olmm,重复定位精度可达士重复定位精度可达士0.005 mm0.005 mm，还可以利用软件进行精度校正和补偿。同时，在，还可以利用软件进行精度校正和补偿。同时，在加工过程中工人不参与操作，工件的加工精度全部由数控机加工过程中工人不参与操作，工件的加工精度全部由数控机床保证，消除了操作者的人为误差。因此，不但加工精度高，床保证，消除了操作者的人为误差。因此，
32、不但加工精度高，而且尺寸一致性好，加工质量稳定。而且尺寸一致性好，加工质量稳定。6.6.减轻劳动强度、改善劳动条件减轻劳动强度、改善劳动条件数控机床是自动进行加工的，工件的加工过程不需要人的干数控机床是自动进行加工的，工件的加工过程不需要人的干预，工人只需要进行装夹工件、启动机床等操作，加工结束预，工人只需要进行装夹工件、启动机床等操作，加工结束自动停车。这样就改善了劳动条件，从而也大大减轻了工人自动停车。这样就改善了劳动条件，从而也大大减轻了工人的劳动强度。的劳动强度。上一页 下一页 返回1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类1.3.21.3.2数控机床的分类数控机床的分类数控机床
33、有许多分类方法，但通常按以下最基本的三个方面数控机床有许多分类方法，但通常按以下最基本的三个方面进行分类进行分类:1.1.按控制运动轨迹分类按控制运动轨迹分类 (1)(1)直线控制数控机床直线控制数控机床的特点是机床的直线控制数控机床直线控制数控机床的特点是机床的运动部件不仅能实现一个坐标位置到另一坐标位置的精确移运动部件不仅能实现一个坐标位置到另一坐标位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线的进给运动。用于数控镜床可以在一次两个坐标轴实现斜线的进给运动。用于数控镜床可以在一次安装中对棱柱形工件的平面
34、与台阶进行加工，然后进行点位安装中对棱柱形工件的平面与台阶进行加工，然后进行点位控制的钻孔、镜孔加工，有效提高了加工精度和生产率。直控制的钻孔、镜孔加工，有效提高了加工精度和生产率。直线控制还可以用于加工阶梯轴或盘类工件的数控车床。线控制还可以用于加工阶梯轴或盘类工件的数控车床。图图1-31-3所示是直线控制加工示意图。所示是直线控制加工示意图。上一页 下一页 返回1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类(2)(2)点位控制数控机床点位控制数控机床的特点是机床的运点位控制数控机床点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确运动，在动部件只能够实现从一个位
35、置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。数控系统只需要控运动和定位过程中不进行任何加工工序。数控系统只需要控制行程起点和终点的坐标值，而不控制运动部件的运动轨迹。制行程起点和终点的坐标值，而不控制运动部件的运动轨迹。多用于数控钻床、数控锁床、数控电焊机等。多用于数控钻床、数控锁床、数控电焊机等。图图1-41-4所示为点所示为点位控制加工示意图。位控制加工示意图。(3)(3)轮廓控制数控机床轮廓控制轮廓控制数控机床轮廓控制(又称连续控制又称连续控制)数控机床的特数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个或两个以上的坐标轴同时点是机床的运动部件能够实现两个或两个以上的坐标轴
36、同时进行联动控制。它不仅要控制机床运动部件的起点与终点坐进行联动控制。它不仅要控制机床运动部件的起点与终点坐标位置，而且要控制整个加工过程每一点的速度和位移量，标位置，而且要控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要控制运动轨迹，用于加工平面内的直线、曲线表面或空即要控制运动轨迹，用于加工平面内的直线、曲线表面或空间曲面。轮廓控制多用于数控铣床、数控车床、数控磨床和间曲面。轮廓控制多用于数控铣床、数控车床、数控磨床和各类数控切割机床，取代了所有类型的仿形加工机床，各类数控切割机床，取代了所有类型的仿形加工机床，下一页上一页返回1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类提高了加工精度和生产
37、率，并极大地缩短了生产准备时间。提高了加工精度和生产率，并极大地缩短了生产准备时间。图图1-51-5所示是轮廓控制加工示意图。所示是轮廓控制加工示意图。2.2.按控制方式分类按控制方式分类(1)(1)开环控制数控机床开环控制系统的特点是系统只按照数控装开环控制数控机床开环控制系统的特点是系统只按照数控装置的指令脉冲进行工作，而对执行的结果，即移动部件的实际置的指令脉冲进行工作，而对执行的结果，即移动部件的实际位移不进行检测和反馈。位移不进行检测和反馈。图图1-61-6所示是典型的开环控制系统原理图。步进电动机作为驭所示是典型的开环控制系统原理图。步进电动机作为驭动元件，数控装置发出指令脉冲，通
38、过环形分配器和功率放大动元件，数控装置发出指令脉冲，通过环形分配器和功率放大器驭动步进电动机。每一个指令脉冲使步进电动机转一个角度，器驭动步进电动机。每一个指令脉冲使步进电动机转一个角度，此角度叫做步进电动机的步距角。齿轮箱、滚珠丝杠传动使工此角度叫做步进电动机的步距角。齿轮箱、滚珠丝杠传动使工作台产生一定位移，步进电动机转一个步距角使工作台产生的作台产生一定位移，步进电动机转一个步距角使工作台产生的位移量，即是数控装置发出一个指令脉冲而使移动部件产生的位移量，即是数控装置发出一个指令脉冲而使移动部件产生的相应位移量，通常称为脉冲当量。因此，工作台的位移量与数相应位移量，通常称为脉冲当量。因此
39、，工作台的位移量与数控装置发出的指令脉冲成正比，移动的速度与脉冲的频率成正控装置发出的指令脉冲成正比，移动的速度与脉冲的频率成正比。改变指令脉冲的数目和频率，即可控比。改变指令脉冲的数目和频率，即可控制工作台的位移量和制工作台的位移量和速度。这种系统结构简单、调试方便、价格低廉、易于维修，速度。这种系统结构简单、调试方便、价格低廉、易于维修，但机床的位置精度完全取决于不仅电但机床的位置精度完全取决于不仅电上一页 下一页 返回1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类动机的步距角精度和机械部分的传动精度，所以很难得到较动机的步距角精度和机械部分的传动精度，所以很难得到较高的位置精度。目前，
40、开环控制系统多用于经济型数控机床高的位置精度。目前，开环控制系统多用于经济型数控机床上。上。(2)(2)闭环控制数控机床闭环控制系统是在机床最终的运动部闭环控制数控机床闭环控制系统是在机床最终的运动部件的相应位置安装直线位置检测装置，当数控装置发出位移件的相应位置安装直线位置检测装置，当数控装置发出位移指令脉冲，经过伺服电动机、机械传动装置驭动运动部件移指令脉冲，经过伺服电动机、机械传动装置驭动运动部件移动时，直线位置检测装置将检测所得位移量反馈给数控装置动时，直线位置检测装置将检测所得位移量反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件，使的比较器，与输入指令进行比较，用差值
41、控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。运动部件严格按实际需要的位移量运动。图图1-71-7所示为闭环控所示为闭环控制系统原理图。制系统原理图。上一页 下一页 返回1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类 闭环控制系统的特点是加工精度高、移动速度快。但是机械闭环控制系统的特点是加工精度高、移动速度快。但是机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等非线性因素，传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等非线性因素，对系统的稳定性有很大影响，造成闭环控制系统安装调试比对系统的稳定性有很大影响，造成闭环控制系统安装调试比较复杂。且直线位移检测装置造价较高，因此闭环控制系统较复杂。且
42、直线位移检测装置造价较高，因此闭环控制系统多用于高精度数控机床和大型数控机床。多用于高精度数控机床和大型数控机床。(3)(3)半闭环控制数控机床半闭环控制系统是在开环控制伺服半闭环控制数控机床半闭环控制系统是在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移角间接地检测出运动部件的位移(或角位移或角位移)，并反馈给数控，并反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。由于半闭环控制的运动部件的机械传动链不包括在闭环之内，由于半闭
43、环控制的运动部件的机械传动链不包括在闭环之内，机械传动链的误差无法得到校正或消除。惯性较大的机床运机械传动链的误差无法得到校正或消除。惯性较大的机床运动部件不包括在闭环之内，控制系统的调试十分方便，并具动部件不包括在闭环之内，控制系统的调试十分方便，并具有良好的系统稳定性。同时，由于目前广泛采用的滚珠丝杠有良好的系统稳定性。同时，由于目前广泛采用的滚珠丝杠螺母机构具有良好的精度和精度保持性，且采取了可靠的螺母机构具有良好的精度和精度保持性，且采取了可靠的消消除反向运动间隙的结构，因此，在一般情况下，半闭环控制除反向运动间隙的结构，因此，在一般情况下，半闭环控制正成为首选的控制方式并被广泛采用。
44、正成为首选的控制方式并被广泛采用。图图1-8所示为半闭环所示为半闭环控制系统原理图控制系统原理图上一页 下一页 返回1.3 数控机床的特点和分类数控机床的特点和分类3.3.按工艺用途分类按工艺用途分类(1)(1)一般数控机床它和普通机床的分类方法相似，可分为数控一般数控机床它和普通机床的分类方法相似，可分为数控车床、数控钻床、数控铣床、数控锁床、数控磨床和数控齿车床、数控钻床、数控铣床、数控锁床、数控磨床和数控齿轮加工机床等。它们和普通机床的工艺用途相似，但生产率轮加工机床等。它们和普通机床的工艺用途相似，但生产率和自动化程度比普通机床高，都适合加工单件、小批量、多和自动化程度比普通机床高，都
45、适合加工单件、小批量、多品种和复杂形状的工件。品种和复杂形状的工件。(2)(2)数控加工中心这类数控机床是在一般数控机床上加装一个数控加工中心这类数控机床是在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置，构成一种带自动换刀装置的数控机床。刀库和自动换刀装置，构成一种带自动换刀装置的数控机床。在一次装夹后，可以对工件的大部分表面进行加工，而且具在一次装夹后，可以对工件的大部分表面进行加工，而且具有两种以上的切削功能。例如以钻削为主兼顾铣、锁的数控有两种以上的切削功能。例如以钻削为主兼顾铣、锁的数控机床，称为钻削中心机床，称为钻削中心;以车削为主兼顾铣、钻的数控机床，称以车削为主兼顾铣、钻的数控机床，
46、称为车削中心为车削中心;集铣、钻、锁所有功能于一体的数控机床，称为集铣、钻、锁所有功能于一体的数控机床，称为加工中心。加工中心。此外，数控机床也可根据其功能水平、联动轴数、数控装置此外，数控机床也可根据其功能水平、联动轴数、数控装置的构成进行分类。如按功能水平分为高档型数控机床、普及的构成进行分类。如按功能水平分为高档型数控机床、普及型数控机床、经济型数控机床型数控机床、经济型数控机床;按联动轴数分为三轴两联动、按联动轴数分为三轴两联动、三轴联动、四轴四联动、五轴五联动机床等三轴联动、四轴四联动、五轴五联动机床等;上一页返回1.4 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势1.4.1数控机床的发展趋
47、势数控机床的发展趋势为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，数控未来仍然继续向开放术对数控技术提出的更高的要求，数控未来仍然继续向开放式、基于式、基于PC的第六代方式、高速化和高精度化、智能化等方的第六代方式、高速化和高精度化、智能化等方向发展。向发展。1.开放式开放式为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的
48、数控系统，例如美国、欧共构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。体及日本发展开放式数控的计划等。下一页 返回1.4 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势2.2.基于基于PCPC的第六代方式的第六代方式基于基于PCPC所具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点，所具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产了家会走上这条道路。至少采用更多的数控系统生产了家会走上这条道路。至少采用PCPC机作机作为它的前端机来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由为它的前端机来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。原有的系统
49、承担数控的任务。PCPC机所具有的友好的人机界面，机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通信，远程诊断和维修将更将普及到所有的数控系统。远程通信，远程诊断和维修将更加普遍。加普遍。3.3.高速化、高效化高速化、高效化机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。高效、优质、低成本
50、生产有广泛的适用性。2020世纪世纪9090年代以年代以来，随着超高速切削机制、超硬耐磨、长寿命刀具材料和磨来，随着超高速切削机制、超硬耐磨、长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驭动进给减速度直线电机驭动进给部件以及高性能控制系统部件以及高性能控制系统(含监控系统含监控系统)和防护装置等一系列和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，技术领域中关键技术的解决，欧、美、日各国争相开发应用欧、美、日各国争相开发应用上一页 下一页 返回1.4 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴新一代高速