数控机床机械结构第1章.ppt

1、第第1章章 数控机床概述数控机床概述1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展1.2 机床中有关数控的基本概念机床中有关数控的基本概念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1.4 数控机床的分类数控机床的分类1.5 数控机床的特点数控机床的特点1.6 数控机床的主要性能指标与功能数控机床的主要性能指标与功能1.7 数控机床的应用范围数控机床的应用范围1.8 数控机床主要技术参数数控机床主要技术参数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 数控机床的产生与发展过程数控机床的产生与发展过程1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信年诞生了世界上

2、第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。六年后，即息社会奠定了基础。六年后，即1952年，计算机技术应用年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两个床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两个阶段和六代的发展。阶段和六代的发展。1.数控（数控（NC）阶段（）阶段（1952年年1970年）年）2.计算机数控（计算机数控（CNC）阶段（）阶段（1970年年现在）现在）1.1.2 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势1.高速、高效和高精度高速、高效和高精

3、度2.高可靠性高可靠性3.模块化、智能化、柔性化和集成化模块化、智能化、柔性化和集成化下一页 返回1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展4.开放性开放性5.出现新一代数控加工工艺与装备出现新一代数控加工工艺与装备1.1.3 我国数控机床的发展状态我国数控机床的发展状态我国数控机床及数控技术起步于我国数控机床及数控技术起步于1958年，一直到年，一直到20世纪世纪60年代中期还处在研制、开发时期。年代中期还处在研制、开发时期。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。年，国内开始研制晶体管数控系统。20世纪世纪60年代末年代末至至70年代初研制成功年代初研制成功X53K-1G立式数控铣床

4、，立式数控铣床，CJK-18数数控系统和数控非圆齿轮插齿机。控系统和数控非圆齿轮插齿机。从从20世纪世纪70年代开始，由于打破国外的技术封锁和我国的年代开始，由于打破国外的技术封锁和我国的基础条件不断改善，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮基础条件不断改善，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。研制成功。下一页 返回上一页1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展20世纪世纪80年代我国从日本年代我国从日本FANUC公司引进了部分数控系统公司引进了部分数控系统和直流伺服电动机、直

5、流主轴电机技术，以及从美国、欧洲和直流伺服电动机、直流主轴电机技术，以及从美国、欧洲等发达国家引进一些新的技术，并进行了国产商品化生产。等发达国家引进一些新的技术，并进行了国产商品化生产。1995年以后，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进年以后，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。步。现在，我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。现在，我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。20世纪世纪90年代开始了高档数控机床的研发和生产。年代开始了高档数控机床的研发和生产。返回上一页1.2 机床中有关数控的基本概念机床中有关数控的基本概念1.数字控制（数字控制（Numerical

6、 Control）简称数控，是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的简称数控，是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。运动及加工过程进行控制的一种方法。2.数控系统（数控系统（Numerical Control System）它是一种程序控制系统，即采用数字控制的系统。它是一种程序控制系统，即采用数字控制的系统。3.计算机数控系统（计算机数控系统（Computer Numerical Control systemCNC）它由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编它由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程控制器、存储器、主轴驱动及进给驱

7、动装置等组成，用计程控制器、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等组成，用计算机控制实现数控功能的系统。算机控制实现数控功能的系统。4.数控机床（数控机床（Numerical Control Machine Tools）它是用数字指令进行控制的机床，机床的所有运动，包括主它是用数字指令进行控制的机床，机床的所有运动，包括主运动、进给运动与各种辅助运动都是用输入数控装置的数字运动、进给运动与各种辅助运动都是用输入数控装置的数字信号来控制的，其加工过程可用如信号来控制的，其加工过程可用如图图1-1所示的框图来描述。所示的框图来描述。下一页 返回1.2 机床中有关数控的基本概念机床中有关数控的基本概念5.

8、数控技术数控技术它是用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。目前，它是用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。目前，计算机辅助设计与制造（计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、柔性制造单元）、柔性制造单元（FAM）、柔性制造系统（）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统）、计算机集成制造系统（CIMS）、敏捷制造（）、敏捷制造（AM）和智能制造（）和智能制造（IM）等先进制）等先进制造技术都建立在数控技术基础上。造技术都建立在数控技术基础上。6.数控加工技术数控加工技术数控加工技术是指高效、优质地实现产品零件特别是复杂零数控加工技术是指高效、优质地实现产品零件特别是复杂零件加工

9、的技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造件加工的技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工的基础与关键技术。加工的基础与关键技术。7.计算机辅助设计和制造计算机辅助设计和制造简称简称CAD/CAM，是以计算机作为主要技术手段，处理各种，是以计算机作为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成从产品设计到加工制造整个数字信息与图形信息，辅助完成从产品设计到加工制造整个过程中的各项活动。过程中的各项活动。返回上一页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1.3.1 数控机床的组成数控机床的组成数控机床通常是由程序载体、数控机床通常是由程序载体、CNC装置、伺服系

10、统、检测与装置、伺服系统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体组成，如反馈装置、辅助装置、机床本体组成，如图图1-2所示。所示。1.程序载体程序载体数控机床是按照输入的零件加工程序运行的。零件加工程序数控机床是按照输入的零件加工程序运行的。零件加工程序中包括机床上刀具和零件的相对运动轨迹、工艺参数和辅助中包括机床上刀具和零件的相对运动轨迹、工艺参数和辅助运动等。将零件加工程序以一定的格式和代码存储在一种载运动等。将零件加工程序以一定的格式和代码存储在一种载体上，这种载体称为程序载体。程序载体可以是磁盘、磁带、体上，这种载体称为程序载体。程序载体可以是磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等。硬盘和闪存卡等。2

11、.CNC装置装置CNC装置是装置是CNC系统的核心，主要包括微处理器（系统的核心，主要包括微处理器（CPU）、）、存储器、局部总线、外围逻辑电路和输入存储器、局部总线、外围逻辑电路和输入/输出控制等。输出控制等。下一页 返回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3.伺服系统伺服系统伺服系统是伺服系统是CNC装置和机床本体的联系环节，它的作用是把装置和机床本体的联系环节，它的作用是把来自来自CNC装置的微弱指令信号解调、转换、放大后驱动伺服装置的微弱指令信号解调、转换、放大后驱动伺服电机，通过执行部件驱动机床移动部件的运动，使工作台精电机，通过执行部件驱动机床移动部件的运动，使

12、工作台精确定位或使刀具和工件及主轴按规定的轨迹运动，最后加工确定位或使刀具和工件及主轴按规定的轨迹运动，最后加工出符合图样要求的零件。它的伺服精度和动态响应是影响数出符合图样要求的零件。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素。控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素。4.检测与反馈装置检测与反馈装置检测与反馈装置有利于提高数控机床加工精度。检测与反馈装置有利于提高数控机床加工精度。5.辅助装置辅助装置辅助装置是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口转换成辅助装置是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口转换成强电信号，用来控制主轴电动机启停和变速、冷却液的开关强电

13、信号，用来控制主轴电动机启停和变速、冷却液的开关及分度工作台的转位和自动换刀等动作。及分度工作台的转位和自动换刀等动作。下一页 返回上一页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6.机床本体机床本体数控机床的本体是指其机械结构实体。它是实现加工零件的数控机床的本体是指其机械结构实体。它是实现加工零件的执行部件，主要由主运动部件、进给运动部件、支承件以及执行部件，主要由主运动部件、进给运动部件、支承件以及辅助装置等组成。辅助装置等组成。1.3.2数控机床的工作原理数控机床的工作原理数控机床其工作原理如下：数控机床其工作原理如下：根据零件加工图样进行工艺分析，拟定加工工艺方案，确根

14、据零件加工图样进行工艺分析，拟定加工工艺方案，确定加工工艺过程、工艺参数和刀具位移数据。定加工工艺过程、工艺参数和刀具位移数据。用规定的程序代码和格式编写零件加工程序，或用用规定的程序代码和格式编写零件加工程序，或用CAD/CAM软件直接生成零件的加工程序。软件直接生成零件的加工程序。把零件加工程序输入或传输到数控系统。把零件加工程序输入或传输到数控系统。数控系统对加工程序进行译码与运算，发出相应的命令，数控系统对加工程序进行译码与运算，发出相应的命令，通过伺服系统驱动机床的各个运动部件，并控制刀具与工件通过伺服系统驱动机床的各个运动部件，并控制刀具与工件的相对运动，最后加工出形状、尺寸与精度

15、符合要求的零件。的相对运动，最后加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。下一页 返回上一页1.4 数控机床的分类数控机床的分类1.4.1 按工艺用途分类按工艺用途分类数控机床按工艺用途可分为以下数控机床按工艺用途可分为以下4类。类。（1）切削加工类数控机床。）切削加工类数控机床。主要有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控平主要有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控平面磨床和加工中心等，如面磨床和加工中心等，如图图1-3所示。所示。（2）成型加工类数控机床）成型加工类数控机床主要有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床、数控转头压力主要有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床、数控转头压力机等

16、，如机等，如图图1-4所示。所示。（3）特种加工类数控机床）特种加工类数控机床主要有数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控主要有数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控激光切割机床、数控激光热处理机床等，如激光切割机床、数控激光热处理机床等，如图图1-5所示。所示。（4）其他类数控机床）其他类数控机床主要有数控三坐标测量机、数控装配机、机器人等，如主要有数控三坐标测量机、数控装配机、机器人等，如图图1-6所示。所示。下一页 返回1.4 数控机床的分类数控机床的分类1.4.2 按机床运动轨迹分类按机床运动轨迹分类（1）点位控制数控机床）点位控制数控机床点位控制数控机床的特点是只控制运动部件从一个位置到另点位控制数控机床的特点是只控制运动部件从一个位置到另一个位置的准确定位，不管中间的移动轨迹如何一个位置的准确定位，不管中间的移动轨迹如何,在移动的过在移动的过程中不进行切削加工，对两点之间的移动速度及运动轨迹没程中不进行切削加工，对两点之间的移动速度及运动轨迹没有严格要求。有严格要求。（2）直线控制数控机床）直线控制数控机床直线控制数控机床除了具有控制点与点之间的准确定位功能