数控机床课件

以上三代NC系统，由于其数控功能均由 硬件实现，故历史上又称其为“硬线 NC”
NC机床发展经历
– 第四代：1970年 NC系统采用大规模集成电 路，其部分功能由软件实现，它具有价格低， 可靠性高和功能多等特点。 – 第五代：1974年 NC系统以微处理器为核心， 不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使 实现真正意义上的机电一体化成为可能。
直线控制数控机床
轮廓控制数控机床
平面轮廓加工数控机床 空间轮廓加工数控机床

– 三坐标控制两坐标联动机床使用“行切法” 进行加工 – 三坐标联动加工 – 四坐标联动加工 – 五坐标联动加工 注：五轴联动数控机床系统，从某种意义上 说，反映了一个国家的工业发展水平状况
平面轮廓加工数控机床
行切法加工空间轮廓
1.3 NC机床特点
柔性高（能适应不同零件的自动加工） 效率高 精度高 质量稳定 有利于生产管理

1.4 NC机床控制原理及组成

1.4.1 NC机床控制原理
加工程序 数控 装置 伺服 系统
数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作 –数控程序
» 几何信息：刀具、工件的相对运动 » 工艺信息：主运动和进给运动的速度、切深等 » 辅助信息：主运动变速、刀具更换、冷却液启/停、工件夹紧/松开
一台三座标数控机床。 – 1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司
生产出来。
– 从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的五 代。
NC机床发展经历
– 第一代：1955年 NC系统以电子管组成，体积 大，功耗大。 – 第二代：1959年 NC系统以晶体管组成，广泛 采用印刷电路板。 – 第三代：1965年 NC系统采用小规模集成电路 作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性 进一步提高。

输入/输出装置

作用
– 输入：数控程序、加工与控制数据、机床参 数 – 输出：坐标轴位置、检测开关的状态

装置
– 键盘、显示器、光电阅读机、磁带机、软盘 驱动器
数控装置（MCU）
组成：输入/输出接口线路、控制器、运 算器、存储器 作用：将输入装置输入的数据，通过内 部逻辑电路或控制软件进行编辑、运算 和处理，并输出各种信息和指令，以控 制机床的各部分进行规定的动作
数控铣削刀具组成
立式加工中心加工叶轮
被加工出的各种工件
在车削加工中心上进行铣削
第一代数控机床
效率高

效率（p）与单件工时（t）相关
p=1/t

t=t加工+t辅助
– t加工↓ 机床功率大，可提供更大的进给、切 深；无极调速，进给速度范围广，可找到合 适的速度；复杂型面零件加工。 – t辅助↓ 辅助设备：自动换刀、准备工作台； 可实现工序集中
1.4.2 NC机床的组成
1.5 NC机床分类

1.5.1 按运动轨迹分类
– 点位控制数控机床 – 直线控制数控机床 – 轮廓控制数控机床

1.5.2 按伺服系统分类
– 开环 – 半闭环 – 闭环
点位控制数控机床
用于加工平面内的 孔系，如数控钻床、 数控镗床、数控冲 床、印刷电路板钻 孔机、三坐标测量 机等
数控技术 （Numerical Control Technology）
课时：34+6 教师：周丹 联系方式：zhoudan80@
主要参考书
龚仲华 . 数控技术 . 北京：机械工业出版 社 . 2004 白恩远等 . 现代数控机床伺服及检测技 术 . 北京：国防工业出版社 . 2005 顾冠群等 . 机电一体化设计手册（上， 下）. 江苏：江苏科学技术出版社 . 1992

教学方法与考核方式

教学方法
– 课堂教学（34学时） – 实验（6学时） – 自学

考核方式
– 考试（70％） – 平时成绩（30％）
» 作业 » 实验 » 考勤
《数控技术》课程体系
数控技术概述（2~3） 数控程序编制（8~10） 计算机数控装置（6~8）

– 软硬件结构、插补、补偿机制
进给伺服系统（10~14）
– 步进、直流、交流电机驱动的伺服系统 – 位置检测装置

数控机床的机械传动结构（2~4）
第一章 数控技术概述
几个定义 发展历史 特点 控制原理及组成 分类

1.1 定义
数控技术（Numerical Control Technology） 数控系统（Numerical Control System） 计算机数控系统（Computer Numerical Control —— CNC ） 数控机床（Numerical Control Machine Tools）

1.1.1 数控技术
利用数字化信息对机械运动及加工过程 进行控制的一种方法。 具体实现：数控机床、三坐标测量仪、 机器人、绘图仪、折弯机、弯管机、切 割机（线、火焰、激光）等。

1.1.2 数控系统
用来实现数字信息控制的硬件和软件的 整体。 核心：数控装置。 用计算机进行控制的称为计算机数控系 统。
三坐标联动加工
四坐标联动加工
重型燃机、汽轮机等的叶片制造
叶片制造
五轴五联动加工中心
开环
半闭环
闭环
按功能水平分类
高级型数控系统 普及型数控系统 经济型数控系统

表1.1
数控系统的功能分类 进给速度 (m/min) >24 显示
性能 CPU位 联动轴 分辨率 数 数 (um) 类别 高级型 32 5 <0.1 普及型 16 经济型 8 3 <3

1.1.3 数控机床
采用数控技术进行控制的机床。 采用的技术：

– – – –
计算机技术 自动控制技术 精密测量技术 机床设计技术
1.2 NC发展历史

1、产生背景
– 单件、小批量、复杂型面（图） – 高效率、高精度、高自动化

2、发展过程
– 1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第
–准备功能（G功能） –辅助功能（M功能） –自动加减速功能 –开关量接口
数控机床的应用范围
数控机床对刀具的要求
精度较高、寿命高、尺寸稳定、变化小； 快速换刀； 刀柄应为标准系列； 能很好地控制切屑的折断、卷曲和排出； 具有很好的可冷却性能。

数控技术的发展趋势

高速高精度 智能化
精度高
机床本身的制造精度高 采用数字量控制，不受零件形状复杂程 度影响 采用补偿机制

– 间隙补偿（齿轮侧隙、丝杠螺母副间隙等） – 刀具磨损补偿
质量稳定

加工按照数控程序进行，人为影响小
– 记忆能力 – 操作水平 – 责任心
有利于生产管理
能准确计划零件的加工工时 简化检验工作 减轻了工夹具、半成品的管理工作 减少了因误操作而出废品及损坏刀具的 可能
– 第五代又可分为六个发展阶段：
»1974年：系统采用CRT显示，大容量磁泡存 储器，可编程接口和遥控接口等。 »1979年：系统以位片微处理器为核心，有字 符显示，自诊断功能。
»1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精 度补偿功能。 »1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电 机进入实用阶段。 »1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系 统。 »1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的 研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC 系统的开发周期日益缩短。它是数控技术发展的 又一个里程碑。

伺服驱动

作用
– 根据数控装置发来的速度和位移指令控制执 行部件的进给速度、方向和位移

组成
– 伺服放大器（驱动器、伺服单元） – 伺服驱动装置（电机）
机械部件

组成
– – – – 主运动部件 进给运动部件 辅助装置 刀库、换刀机械手（加工中心特有的）

与普通机床类似，但传动结构要求更为 简单，在精度、刚度、抗震性等方面要 求更高，而且其传动和变速系统要便于 实现自动化控制
– – – – 应用自适应控制技术 自动编程技术 具有故障自动诊断功能 应用模式识别技术

开放式数控系统 基于网络的数控系统 提高数控系统的可靠性 数字制造
大型立式数控车床
立式铣削加工中心
卧式双转塔数控车床
数控加工中心
锥度电火花线切割机床
数控刀具
组合式刀具及刀杆
数控车削刀具组成
0.1～10 10～24 <10 <10
三维 动态 字符/ 图形 字符
存在的问题及主要技术指标
ห้องสมุดไป่ตู้
问题：
– 造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受； – 调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员; – 对编程人员的技术水平要求较高。

数控装置的主要技术指标
– – – – – – 控制轴数和联动轴数 脉冲当量（控制分辨率） 定位精度和重复精度 行程 主轴转速和调节范围 进给速度和调节范围