1、第一節數控機床的產生和發展第一節數控機床的產生和發展第二節數控機床的特點及應用范圍第二節數控機床的特點及應用范圍第三節數控機床的組成和工作原理第三節數控機床的組成和工作原理第四節數控機床的分類第四節數控機床的分類第一章數控機床概述1一、數控機床的產生一、數控機床的產生科學技術和社會生產的不斷發展，對機械產科學技術和社會生產的不斷發展，對機械產品的質量和生產率提出了越來越高的要求，迫切品的質量和生產率提出了越來越高的要求，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適應產品頻繁變需要一種靈活的、通用的、能夠適應產品頻繁變化的柔性自動化機床。數字控制化的柔性自動化機床。數字控制(Numerical (Nume

2、rical ControlControl，簡稱，簡稱NCNC或數控或數控) )機床，就是在這樣的背機床，就是在這樣的背景下誕生與發展起來的。它極其有效地解決了上景下誕生與發展起來的。它極其有效地解決了上述一系列矛盾，為單件、小批生產的精密復雜零述一系列矛盾，為單件、小批生產的精密復雜零件提供了自動化加工手段。件提供了自動化加工手段。第一節數控機床的產生和發展第一節數控機床的產生和發展數控機床2 計算機數控計算機數控(Computer Numerical Control(Computer Numerical Control，簡稱簡稱CNC)CNC)系統有許多優點：系統有許多優點： (1)(1)柔

3、性好柔性好 (2)(2)功能強功能強 (3)(3)可靠性高可靠性高 (4)(4)易于實現機電一體化易于實現機電一體化二、計算機數控二、計算機數控3三、數控機床和數控系統的發展三、數控機床和數控系統的發展現代數控機床及其數控系統，目前大致現代數控機床及其數控系統，目前大致向以下幾個方面發展。向以下幾個方面發展。 ( (一一) )高速、高精度化高速、高精度化 ( (二二) )提高數控系統的可靠性提高數控系統的可靠性 ( (三三) CNC) CNC系統的智能化系統的智能化 ( (四四) )具有更高的通信功能具有更高的通信功能4四、機械制造系統的發展四、機械制造系統的發展 ( (一一) )柔性制造單元

4、柔性制造單元(FMC)(FMC) 1 1配有機器人的配有機器人的FMCFMC圖圖1 11 1中，加工中心中，加工中心3 3上的工件上的工件2 2，由機器人，由機器人1 1來裝卸，加工完畢的工件放來裝卸，加工完畢的工件放在工件架上。監控器在工件架上。監控器4 4協調加工中心和機器人的動作。協調加工中心和機器人的動作。1機器人機器人2工件工件3加工中心加工中心4監控器監控器5 2 2配有托盤交換系統構成的配有托盤交換系統構成的FMCFMC圖圖1 12 2是是由加工中心和托盤交換系統構成的由加工中心和托盤交換系統構成的FMCFMC。6 ( (二二) )柔性制造系統柔性制造系統(FMS)(FMS) 柔

5、性制造系統是一個由中央計算機控制的自動柔性制造系統是一個由中央計算機控制的自動化制造系統，是由一個傳輸系統聯系起來的一些設化制造系統，是由一個傳輸系統聯系起來的一些設備備( (通常是具有換刀裝置的數控機床或加工中心通常是具有換刀裝置的數控機床或加工中心) )。柔性制造系統由加工系統、物料輸送系統和信息系柔性制造系統由加工系統、物料輸送系統和信息系統組成?，F分別介紹如下：統組成。現分別介紹如下：71加工系統加工系統加工系統中的自動化加工設加工系統中的自動化加工設備通常由備通常由510臺數控機床和加工中心組成，它臺數控機床和加工中心組成，它們都帶有刀具庫，并具有自動換刀裝置。們都帶有刀具庫，并具有

6、自動換刀裝置。2物料輸送系統物料輸送系統物料輸送系統主要是工物料輸送系統主要是工件和刀具的輸送。件和刀具的輸送。3信息系統信息系統信息控制系統的主要功能是：信息控制系統的主要功能是：識別進入系統的工件，選擇相應的數控加工程序，識別進入系統的工件，選擇相應的數控加工程序，根據不同工件和不同的加工內容，使工件按不同根據不同工件和不同的加工內容，使工件按不同順序通過相應的機床進行加工；當工件改變時，順序通過相應的機床進行加工；當工件改變時，上述內容又能自動地作相應地改變。上述內容又能自動地作相應地改變。8(三三)計算機集成制造系統計算機集成制造系統(CIMS) 計算機集成制造系統就是用計算機通過信息

7、計算機集成制造系統就是用計算機通過信息集成實現現代化的生產制造，以求得企業的總體集成實現現代化的生產制造，以求得企業的總體效益。效益。CIMS通常由管理信息系統、產品設計與通常由管理信息系統、產品設計與制造工程設計自動化系統、制造自動化系統、質制造工程設計自動化系統、制造自動化系統、質量保證系統以及計算機網絡和數據庫系統等六個量保證系統以及計算機網絡和數據庫系統等六個分系統組成，它們之間的關系，如圖分系統組成，它們之間的關系，如圖13所示。所示。910一、數控機床的優點一、數控機床的優點1對加工對象改型的適應性強對加工對象改型的適應性強2加工精度高加工精度高3加工生產率高加工生產率高 4減輕操

8、作者的勞動強度減輕操作者的勞動強度 5良好的經濟效益良好的經濟效益 6有利于生產管理的現代化有利于生產管理的現代化第二節數控機床的特點及應用范圍第二節數控機床的特點及應用范圍11二、數控機床的應用范圍二、數控機床的應用范圍數控機床通常最適合加工具有以下特點的零件：數控機床通常最適合加工具有以下特點的零件：(1)多品種小批量生產的零件多品種小批量生產的零件(2)結構比較復雜的零件結構比較復雜的零件(3)需要頻繁改型的零件需要頻繁改型的零件(4)價值昂貴、不允許報廢的關鍵零件價值昂貴、不允許報廢的關鍵零件(5)需要最短生產周期的急需零件需要最短生產周期的急需零件12數控機床是一種利用數控技術，按照

9、事先編數控機床是一種利用數控技術，按照事先編好的程序實現動作的機床。它由程序載體、輸入好的程序實現動作的機床。它由程序載體、輸入裝置、裝置、CNC單元、伺服系統、位置反饋系統和機單元、伺服系統、位置反饋系統和機床機械部件構成床機械部件構成(圖圖16、圖、圖17)。第三節數控機床的組成和工作原理第三節數控機床的組成和工作原理一、數控機床的組成一、數控機床的組成131415二、數控機床的工作原理二、數控機床的工作原理在數控機床上加工零件通常經過以下幾個步驟：在數控機床上加工零件通常經過以下幾個步驟：1)根據加工零件的圖樣與工藝方案，用規定的根據加工零件的圖樣與工藝方案，用規定的代碼和程序格式編寫程

10、序單，并把它記錄在載體上；代碼和程序格式編寫程序單，并把它記錄在載體上； 2)把程序載體上的程序通過輸入裝置輸入到把程序載體上的程序通過輸入裝置輸入到CNC單元中去；單元中去； 3)CNC單元將輸入的程序經過處理之后，向機單元將輸入的程序經過處理之后，向機床各個坐標的伺服系統發出信號；床各個坐標的伺服系統發出信號； 164)伺服系統根據伺服系統根據CNC單元發出的信號，驅單元發出的信號，驅動機床的運動部件，并控制必要的輔助操作；動機床的運動部件，并控制必要的輔助操作； 5)通過機床機械部件帶動刀具與工件的相通過機床機械部件帶動刀具與工件的相對運動，加工出要求的工件；對運動，加工出要求的工件；

11、6)檢測機床的運動，并通過反饋裝置反饋檢測機床的運動，并通過反饋裝置反饋給給CNC單元，以減小加工誤差。單元，以減小加工誤差。17三、數控系統的主要工作過程三、數控系統的主要工作過程數控系數控系統的主要任統的主要任務是進行刀務是進行刀具和工件之具和工件之間相對運動間相對運動的控制，圖的控制，圖18初步描初步描繪了數控系繪了數控系統的主要工統的主要工作過程。作過程。18一、按控制系統的特點分類一、按控制系統的特點分類1點位控制數控機床點位控制數控機床對于一些孔加工用數控機床，只要求獲得精確的對于一些孔加工用數控機床，只要求獲得精確的孔系坐標定位精度孔系坐標定位精度(圖圖19)，而不管從一個孔到另

12、外，而不管從一個孔到另外一個孔是按照什么軌跡運動。一個孔是按照什么軌跡運動。第四節數控機床的分類第四節數控機床的分類192直線控制數控機床直線控制數控機床某些數控機床不僅要求具有準確定位的功能，而某些數控機床不僅要求具有準確定位的功能，而且要求從一點到另一點之間按直線移動，并能控制位且要求從一點到另一點之間按直線移動，并能控制位移的速度移的速度(圖圖110)。203輪廓控制的數控機床輪廓控制的數控機床更多的數控機床具有輪廓控制的功能更多的數控機床具有輪廓控制的功能(圖圖111)，即可以加工具有曲線或者曲面的零件。即可以加工具有曲線或者曲面的零件。21二、按執行機構的伺服系統類型分類二、按執行機

13、構的伺服系統類型分類1開環伺服系統數控機床開環伺服系統數控機床這類機床的數控系統將零件的程序處理后，輸這類機床的數控系統將零件的程序處理后，輸出數字指令信號給伺服系統，驅動機床運動，沒有出數字指令信號給伺服系統，驅動機床運動，沒有來自位置傳感器的反饋信號，如圖來自位置傳感器的反饋信號，如圖115所示。所示。222閉環伺服系統數控機床閉環伺服系統數控機床這類機床可以接受插補器的指令，而且隨時接這類機床可以接受插補器的指令，而且隨時接受工作臺測得的實際位置反饋信號，根據其差值不受工作臺測得的實際位置反饋信號，根據其差值不斷進行誤差修正，如圖斷進行誤差修正，如圖116所示。所示。233半閉環伺服系統的數控機床半閉環伺服系統的數控機床這種系統的閉環環路內不包括絲杠、螺母副及工作這種系統的閉環環路內不包括絲杠、螺母副及工作臺，因此可以獲得穩定的控制特性，如圖臺，因此可以獲得穩定的控制特性，如圖117所示。所示。24三、按加工方式分類三、按加工方式分類(1)金屬切削類數控機床金屬切削類數控機床如數控車床、加工如數控車床、加工中心、數控鉆床、數控磨床、數控鏜床等。中心、數控鉆床、數控磨床、數控鏜床等。(2)金屬成型類數控機床金屬成型類數控機床如數控折彎機、數如數控折彎機、數控彎管機、數控回轉頭壓力機等?？貜澒軝C、數控回轉頭壓力機等。(