数控技术教案(全)

第一章绪论

本章重点：1.数控机床概念

2.数控机床采用的新颖机械结构

3.数控机床按检测系统的分类

一般了解：数控机床的组成、数控机床的优缺点、数控机床的发展趋势

一、数字控制：用数字化信号对机床的运动及其加工过程

进行控制的一种控制方法。

数控机床：国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。

二、数控机床的产生与发展：

（一）产生：

1、传统的生产方法已满足不了生产需求

1)单件小批量生产——占70%，一般用试切

法，技术水平要求高，劳动强度大，精度

不高，无法实现自动化。如：普通车、铣、

刨、磨床等

2)工艺流水作业——调整法加工，生产率提

高，精度提高，成本低，品种多，采用组

合机床，多机床配合，环节出现问题，生

产停滞。

3)自动机床：用凸轮控制，适于生产简单工

件，且改型困难

2、社会的需求

1)品种多样化

2)零件精度和形状复杂程度不断提高

3)生产品种的频繁换型

3、技术上的可行性

1)电子计算机的发明

2)电子技术的发展

a、现代控制理论的发展

b、各种功能优越件的产生

c、大规模集成电路的出现

3)新颖机械结构的出现

a、滚珠丝杠—代替普通丝杠，动作更灵

活，间隙更小，精度提高

b、滚动导轨—代替滑动导轨，移动灵

活，克服爬行和前冲现象

4)机床动态特性的研究成果

使机床的刚度更好，主轴转速更高，抗振

性提高

由于生产的发展要求出现新的生产工具，而在技术上又已具备了条件，于是在1948年，美国帕森斯公司提出应用计算机控制机床加工的设想，并与麻省理工学院合作进行研制工作。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。1958年我国开始研制数控机床。

(二) 发展：

1952——1959年，电子管制成数控机床控制系统

1959——1965年，晶体管制成数控机床控制系统

1965——1970年，小规模集成电路

1970——1974年，大规模集成电路

1974——，微型计算机

三、数控机床的组成：

数字控制计算机：处理加工程序，输出各种信号，控制机床完成各种运动。

PC控制部分：介于控制计算机和机械、液压部件之间的控

制系统，接受计算机输出的指令信号，经过

编译、逻辑判断、功率放大后，直接驱动相

应的电器、液压、气动和机械部件，完成相

应的动作。

以上两部分加上输入输出设备、驱动装置等可以和

称为——计算机数控系统（Computerized Numerical Control System）也可简称为CNC系统。目前通常所

说的数控系统，一般均指计算机数控系统。

液压、气动系统：辅助装置，用来实现润滑、冷却、夹

紧、转位、排屑等功能。

机械部分：包括主运动部件（主轴）、进给运动执行部分

（工作台、拖板、床身等）

伺服系统：根据CNC发来的速度和位移指令，控制执行

部件的进给速度、方向、位移。

四、数控机床的加工运动：

主运动（控制主运动可以得到合理的切削速度）一般指主轴转速。

数控机床需要无级变速，一般采用变频器控制变频

电机来实现无级变速。如：XKA714采用日本安川

变频器，河北变频电机。

进给运动（控制进给运动可以得到不同的加工表面）用伺服电机或步进电机来控制丝杠的转动，从而带动工

作台或刀具在二维、三维空间内进行移动，加工出

各种曲面。

五、数控机床的优缺点：

优点：1.精度高，质量稳定

传动精度高（滚珠丝杠），摩擦阻力小（滚动导轨），

设有检测元件（矫正误差）程序自动加工，避免

认为误差。

2..生产率高，采用高硬度的硬质合金刀具，因而切

削速度提高，可实现自动换刀，空行程速度快：

15m/min~240m/min，因而缩短了辅助时间。

3.功能多，一次装夹可完成多种加工，消除因重复

定位而带来的误差。如：数空镗铣床、纵切机床。

4.适应不同零件的自动加工，要换零件品种，只需

改变程序。

5.能完成复杂形面的加工，如：螺旋桨面

6.减低劳动强度，有较高经济效益。

缺点：1.价格昂贵，一次性投资大

2.维修和操作较复杂

数控机床的结构特点：

1.增加机床的刚度

2.注重散热和排屑

3.采用滚珠丝杠和滚动导轨，或塑料贴面导轨

4．采取了传动消除间隙机构，提高了传动精度

六、分类：

1.按工艺用途分

2.按加工路线分

点位控制系统：孔坐标位置精度要求高，如：钻床、镗

床、冲床等.

轮廓加工控制系统：刀具轨迹运动精度要求高，如铣床

3.按有无检测装置分：

1）开环系统—无位置检测装置

2）闭环系统—检测元件装在床身和移动部件上

3）半闭环系统—检测元件装在电机尾部

4.按可联动坐标数分：

二坐标联动——数控车床

三坐标联动——数控铣床

在工作台上装数控分度头，即四坐标联动，使工作台

沿X轴可转动，即轴联动。

七、数控机床的发展趋势：

1.先进的自检能力：提高机床的综合性能

2.向高速、高精度发展：分辨率可达0.01微米，进给

速度可达400~800mm/min

3.更高的生产率，利用率：自动换刀