第1章数控机床概述

具有这种运动轨迹控制的数控机床称为直 线控制数控机床，如数控车床、数控镗铣床 等。
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
（3）轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床（或称连续控制机床），
它的特点是能够对两个或两个以上的坐标轴 方向同时进行连续控制，并能对位移和速度 进行严格的不间断的控制。这类数控机床需 要控制刀尖整个运动轨迹，使它严格地按加 工表面的轮廓形状连续地运动，并在移动时 进行切削加工，可以加工任意斜率的直线、 圆弧和其他函数关系曲线。采用这类控制系 统的机床有数控铣床、数控磨床、加工中心 等。
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1.1.2 数控机床的分类
（2）闭环伺服系统数控机床 l 闭环控制数控机床的特点是在机床的运动部件上安装有直线位移测量装置，
将测量出的实际位移值反馈到数控装置中与输入的指令位移值相比较，用 差值进行控制，直至差值为零。所以，能实现运动部件的精确定位。该系 统加工精度高，但系统的设计、调试、维修困难，且系统复杂，成本高， 主要是一些精度要求很高的镗铣床、超精车床和大型数控机床等。
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1.1.2 数控机床的分类
1、按运动的轨迹分类
（1）点位控制数控机床 （2）直线控制数控机床 （3）轮廓控制数控机床
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1.1.2 数控机床的分类 （1）点位控制数控机床
这类控制系统的特点是只控制刀具相对于 工件定位点的位置精度，不控制点与点之间的 运动轨迹，在移动过程中刀具不进行切削。
第1章数控机床概述
1.1.1 数控机床的产生及历史沿革
60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控 系统（简称 DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机 数控系统（简称 CNC），使数控装置进入了以小型计算机化为特征 的第四代。
1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控 装置（简称 MNC），这是第五代数控系统。
第1章数控机床概述
2020/11/25
第1章数控机床概述
第1章 数控机床基础
•1、了解数控技术发展的历史沿革 •2、理解数控机床的基本组成及工作原理 •3、掌握数控机床的分类和加工特点
•4、熟悉数控机床安全操作规程与日常维护知识
第1章数控机床概述
1.1 数控机床概述
•1.1.1 数控机床的产生及历史沿革 •1.1.2 数控机床的分类 •1.1.3 数控机床的应用及发展
更为简便、有效，必须改变数控不同需要，数控系统应该具有高度的模块化，可重新配
置、修改、扩充和改装，机床制造厂家和用户可以方便地将自己的成熟技术集成到
数控系统中；
l
(4)加强数控系统设计的规范化和标准化，大幅度降低数控系统开发、维护、培训的
成本和周期。为了适应新需要，寻求一种新的数控系统开放化发展模式已成必然。
第1章数控机床概述
1.2数控机床组成及工作原理
•1.2.1 数控机床结构组成 •1.2.2 数控机床工作原理 •1.2.3 数控加工特点
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
3、按功能水平分类
通常把数控系统分为低、中、高三类
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
•数控系统不同档次分类
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
4、按工艺方法分类
l 一般数控机床：金属切削类（数控的车床、铣床、磨床与齿轮加工机 床等）；金属成型类（数控的冲压机、弯管机、裁剪机等）
第1章数控机床概述
1.1.3 数控机床的应用及发展
6、数控系统的开放化
随着技术、市场、生产组织结构诸方面的快速变化，对数控机床，特别是数控系 统提出许多更新、更高的要求：
l
(1)为了适应不断出现的新加工需求，数控系统应具有更强的软、硬件重构能力，而
且重构成本要低，重构周期要短；
l
(2)为了适应未来车间面向任务和订单的生产组织模式，使底层生产控制系统的集成
第1章数控机床概述
1.1.3 数控机床的应用及发展
4、更高的通信功能 l 为了适应自动化技术的不断发展，适应工厂自动化规模越来越大的
要求，为了使数控机床更易于进入柔性制造系统和计算机集成制造 系统的控制网络中，机床数控系统的接口数据交换能力和通信能力 在不断加强。目前，已通过配置的RS—232、RS—422串行接口实 现了对伺服、计算机的数据交换。通过网络接口可以方便地实现网 络连接。如SIEMENS公司的Sinu—meric850／880系统设置有 SINECHl网络接口和MAP网络接口(SINECH2接口)，通过网络接口 可将数据系统连接到SIEMENS的SINECHl网络和MAP工业局域网 络中。FANUC公司的FANUC 15系统也配置了类似的网络接口，为 了便于接人工业局域网，还可配置MAP3．0接口板。
具有这种运动控制系统的机床如数控钻床、 数控坐标镗床、数控冲床、数控点焊机及数控 测量机等。
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1.1.2 数控机床的分类
（2）直线控制数控机床 一些数控机床不仅要求具有准确的定位功
能，而且要求从一点到另一点之间按直线移 动，并能控制移动的速度，因为刀具在移动 过程中要进行切削加工。
1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换 刀装置的数控机床，称为加工中心（ MC Machining Center），使数 控装置进入了第二代，
1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消 耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量 的发展。
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1.1.3 数控机床的应用及发展
2、更高的可靠性 l 由于现代机床CNC系统的模块化、标准化、通用化和系列化，便于组织批量
生产，有利于保证产品质量。现代CNC系统大量采用大规模或超大规模集成 电路，采用专用芯片及混合式集成电路，提高了集成度，减少了元器件数量， 降低了功耗，从而提高了可靠性。 l 通过完善的故障诊断功能，实现对系统内硬、软件及外部设备的故障诊断和 报警。利用报警提示及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余” 设计来实现故障自恢复；利用监控检测技术，对发生超程、刀具损坏、过热、 干扰、断电等各种意外自动进行相应保护，从而保证了数控机床可靠的工作。
第1章数控机床概述
1.1.3 数控机床的应用及发展 3、更完善的自动编程技术 l 由于多微处理器并行技术的采用，使数控编程从离线编程发展到在
线编程，即所谓的“前台加工，后台编程”。通过会话自动编程系 统，不仅实现了在线零件加工程序的编制，还可以根据机床性能、 工件材料及零件加工要求自动选择刀具及最佳切削用量，生成工艺 路线，并实现切削仿真，大大提高了对复杂型面编程的效率。
第1章数控机床概述
1.1.1 数控机床的产生及历史沿革
数控（Numerical Control）指用数字指令来控制一台或一台以上机械的 动作。
数控机床（Numerical Control Machine Tools）是用数字代码形式的信息 （程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自 动加工的机床，简称数控机床。
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1.1.2 数控机床的分类
（3）半闭环伺服系统数控机床 l 半闭环控制数控机床如图1-6所示，其位置反馈采用转角检测装置，如圆光栅、光
电编码器及旋转式感应同步器等，直接安装在伺服电机或丝杠端部。该系统不是直 接测量工作台位移量，而是通过检测丝杠转角，间接地测量工作台位移量，然后再 反馈给数控装置。由于工作台位移没有完全包括在控制回路中，故称半闭环控制系 统。目前已将角位移检测器与伺服电机设计成一个部件，使系统结构简单，安装、 调试都比较方便。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此可获得 较稳定的控制特性。这种控制系统的精度没有闭环系统高，目前大多数中、小型数 控机床都采用这种控制方式。
通常采用功率步进电机作位移的伺服机构。数控装置发出的指令脉冲信号，通过环 形分配器和驱动电路控制步进电机转过相应的角度，再经过减速器带动丝杠转动， 从而使工作台移动。位移的精度主要决定于该系统各有关零部件的制造精度。 l 开环数控系统具有工作稳定、调试方便、维修简单、成本较低等特点，但伺服机构 的误差没有补偿和校正，所以精度较低，适用于精度要求不高、驱动力矩不大的场 合。经济型数控机床一般都采用开环控制系统。
20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行 人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直 接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控 刀具破损和自动检测工件等功能。
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1.1.1 数控机床的产生及历史沿革 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控 制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护 方便，易于实现网络化制造。
1.1.3 数控机床的应用及发展
1、高速度、高精度化 2、更高的可靠性 3、更完善的自动编程技术 4、更高的通信功能 5、智能化 6、数控系统的开放化
第1章数控机床概述
1.1.3 数控机床的应用及发展
1、高速度、高精度化 l 现代机床CNC系统多采用32位CPU，并向64位CPU发展，并且采用多微处
l 特种加工机床：数控的电火花切割机、火焰切割机、点焊机、激光加 工机等。
l 加工中心：是一种带有自动换刀装置的数控机床。常见的有以加工箱 体类零件为主的镗铣类加工中心和几乎能够完成各种回转体类零件所 有工序加工的车削中心。
l 非加工类：数控测量机、自动绘图机、装配机、工业机器人等。
第1章数控机床概述
CNC：采用小型计算机控制的计算机数控系统。
l 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨 叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求 高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。