1、數 控 技 術第第 三三 講講 主講教師：仇曉黎主講教師：仇曉黎第一節第一節 數控機床的基本概念數控機床的基本概念第二節第二節 數控機床的分類與應用數控機床的分類與應用第三節第三節 數控機床的發展數控機床的發展第一章第一章 概論概論將機床數字控制向機電一體化方向發展。高等院校機制工藝的學生必須學好這門課。本次課主要介紹：數控機床的概論的第二部分。希望同學們認真學習！數控機床是綜合應用了微電子、計算機、自動檢測及精密數控機床是綜合應用了微電子、計算機、自動檢測及精密機械等多學科的最新技術成果而發展起來的完全新型的機機械等多學科的最新技術成果而發展起來的完全新型的機床，標志著機械制造業進入了數字化

2、的時代。床，標志著機械制造業進入了數字化的時代。數控系統經歷了從硬件數控到計算機數控兩個階段；數控系統經歷了從硬件數控到計算機數控兩個階段；從電子管到基于個人計算機平臺的數控六代的發展；從電子管到基于個人計算機平臺的數控六代的發展；控制軸數已由單軸的點位控制，兩軸聯動發展到五軸以上控制軸數已由單軸的點位控制，兩軸聯動發展到五軸以上聯動。聯動。數控機床正向高速化、高精度化和高智能化方向發展，數數控機床正向高速化、高精度化和高智能化方向發展，數控系統必須能夠高速計算和處理伺服系統的位移量并做出控系統必須能夠高速計算和處理伺服系統的位移量并做出快速相應?？焖傧鄳?。第一章第三節第一章第三節數控機床的發

3、展一、機床結構的發展一、機床結構的發展二、數控系統的發展二、數控系統的發展三、伺服系統執行機構的發展三、伺服系統執行機構的發展四、自適應控制的應用四、自適應控制的應用五、以數控機床為基礎的自動化生產系統五、以數控機床為基礎的自動化生產系統本節內容安排如下：本節內容安排如下：6060年代初，年代初，在一般機床在一般機床的基礎上又的基礎上又開發了數控開發了數控機床加工中機床加工中心機床，如心機床，如圖。圖。一、機床結構的發展一、機床結構的發展6060年代之前，普年代之前，普遍采用一般機床。遍采用一般機床。如圖所如圖所示為帶兩示為帶兩個交換工個交換工作臺的臥作臺的臥式鏜銑加式鏜銑加工中心機工中心機床

4、。床。如圖，它的如圖，它的設計思想是為設計思想是為了在一次裝夾了在一次裝夾中完成除了安中完成除了安裝底面以外的裝底面以外的所有表面和精所有表面和精密孔系加工。密孔系加工。2020世紀世紀7070年代后期在數控加工中心機床的基年代后期在數控加工中心機床的基礎上又發展了五面體加工中心礎上又發展了五面體加工中心如圖所如圖所示即為示即為可調整可調整軸線位軸線位置的萬置的萬能主軸能主軸部件。部件。上圖中，其主軸部件可以自動更換為立式或臥式上圖中，其主軸部件可以自動更換為立式或臥式布局，以滿足工件不同表面的加工需要。布局，以滿足工件不同表面的加工需要。帶有工業機帶有工業機器人和工件交器人和工件交換系統的車

5、削換系統的車削加工中心和帶加工中心和帶有工件交換系有工件交換系統的數控齒輪統的數控齒輪加工機床已被加工機床已被廣泛采用，如廣泛采用，如圖所示。圖所示。在數控加工中心出現以后，加工工序的進一步集在數控加工中心出現以后，加工工序的進一步集中，仍然是數控機床發展的趨勢。中，仍然是數控機床發展的趨勢。六桿數控機床六桿數控機床（又稱虛擬軸機（又稱虛擬軸機床）是床）是2020世紀最世紀最具革命性的機床具革命性的機床運動結構的突破，運動結構的突破，如圖所示。如圖所示。在計算機數控多軸聯動技術和復雜坐標快速變換在計算機數控多軸聯動技術和復雜坐標快速變換運算方法發展的基礎上，運算方法發展的基礎上，2020世紀世

6、紀6060年代出現的年代出現的StewartStewart平臺概念，到平臺概念，到2020世紀世紀9090年代初應用在數年代初應用在數控機床上成為可能?？貦C床上成為可能。六桿數控機床既有采用滾珠絲杠驅動，六桿數控機床既有采用滾珠絲杠驅動，又有采用滾珠螺母驅動。又有采用滾珠螺母驅動。六桿數控機床的關鍵技術之一是六對球面支承的設六桿數控機床的關鍵技術之一是六對球面支承的設計與制造，球面支承將對運動平臺的運動精度和定計與制造，球面支承將對運動平臺的運動精度和定位精度產生直接影響。位精度產生直接影響。六桿數控機床采用運動聚合原理，改變傳統的機床六桿數控機床采用運動聚合原理，改變傳統的機床結構和布局。結

7、構和布局。六桿數控機床還避免了傳統機床的幾何結構誤差，六桿數控機床還避免了傳統機床的幾何結構誤差，六桿結構使誤差平均化，因而能夠達到很高的重復六桿結構使誤差平均化，因而能夠達到很高的重復定位精度。定位精度。六桿數控機床的結構較簡單，而且由六套完全相同六桿數控機床的結構較簡單，而且由六套完全相同的功能部件構成，使成本下降。的功能部件構成，使成本下降。7070年代出現由一臺計算機直接控制幾臺數控機年代出現由一臺計算機直接控制幾臺數控機床的加工過程的控制方式，形成所謂計算機直接床的加工過程的控制方式，形成所謂計算機直接控制系統控制系統( (DNC)DNC)。在此基礎上發展成為由幾臺數控機床組成的、有

8、在此基礎上發展成為由幾臺數控機床組成的、有工件自動運輸系統和其它管理功能的柔性制造系工件自動運輸系統和其它管理功能的柔性制造系統（統（FMCFMC）。）。二、數控系統的發展二、數控系統的發展數控裝置采用的元器件：最初為電子管后來為半數控裝置采用的元器件：最初為電子管后來為半導體晶體管今天為超大規模集成電路導體晶體管今天為超大規模集成電路目前，數控系統大都采用多個（目前，數控系統大都采用多個（CPUCPU）組成組成的計算機作為數控裝置（的計算機作為數控裝置（CNCCNC）的核心。的核心。7070年代，美國蓋梯茨公司首先研制成功了大慣年代，美國蓋梯茨公司首先研制成功了大慣量直流伺服電機即通常指的寬

9、調速直流伺服電機。量直流伺服電機即通常指的寬調速直流伺服電機。8080年代初期由美國通用電氣公司研制成功了采年代初期由美國通用電氣公司研制成功了采用鼠籠式異步交流伺服電機的交流伺服系統。用鼠籠式異步交流伺服電機的交流伺服系統。8686年之后推出并采用了數字伺服系統的數控機年之后推出并采用了數字伺服系統的數控機床。數字伺服系統的出現初進了高進度數控機床床。數字伺服系統的出現初進了高進度數控機床的發展。的發展。三、伺服系統執行機構的發展三、伺服系統執行機構的發展6060年代初期與中期，歐美一些國家采用液壓伺服系年代初期與中期，歐美一些國家采用液壓伺服系統。（這種液壓系統與傳統的伺服電機相比，響應統

10、。（這種液壓系統與傳統的伺服電機相比，響應時間短，驅動部件的外形尺寸小。）時間短，驅動部件的外形尺寸小。）四、自適應控制的應用四、自適應控制的應用自適應控制技術是自控技術的一個分自適應控制技術是自控技術的一個分支。數控機床采用自適應控制之后，支。數控機床采用自適應控制之后，在提高生產效率、延長刀具使用壽命在提高生產效率、延長刀具使用壽命和改善表面質量等方面均有明顯效果。和改善表面質量等方面均有明顯效果。五、以數控機床為基礎的五、以數控機床為基礎的自動化生產系統自動化生產系統1 1、計算機直接數控（、計算機直接數控（DNCDNC）即使用一臺計算機為數臺數控機床進行即使用一臺計算機為數臺數控機床進

11、行自動編程，編程結果直接送給各臺數控自動編程，編程結果直接送給各臺數控機床的數控箱。機床的數控箱。也稱為計算機群控系統也稱為計算機群控系統FMSFMS是一種在批量加工條件下高柔是一種在批量加工條件下高柔性和高自動化程度的制造系統。性和高自動化程度的制造系統。其特點：其特點：采用采用DNCDNC控制方式，控制方式，采用交換工作臺或工業機器人，采用交換工作臺或工業機器人，各臺機床間有工件自動輸送系統，各臺機床間有工件自動輸送系統，配有管理信息系統，配有管理信息系統，具有動態平衡的功能，具有動態平衡的功能，能進行最佳化調度。能進行最佳化調度。2 2、柔性制造系統（、柔性制造系統（FMSFMS）CIMSCIMS的核心是一個公用的數據庫，對信息進的核心是一個公用的數據庫，對信息進行存儲與管理，并與各計算機系統進行通訊。行存儲與管理，并與各計算機系統進行通訊。同時它需要：同時它需要：CAD/