第一章數(shù)控機床概述09下

第一章數(shù)控機床概述-09下2023/12/27第一章數(shù)控機床概述09下美國68%的社會財富來自于機械制造業(yè)

日本國民生產(chǎn)總值的49%由機械制造業(yè)提供中國機械制造業(yè)在工業(yè)總產(chǎn)值中占40%第一章數(shù)控機床概述09下沒有發(fā)達的機械制造業(yè)，就不可能有國家的真正繁榮和富強。機械制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平反映了一個國家國民經(jīng)濟實力和科技水平。

結(jié)論：第一章數(shù)控機床概述09下機械制造業(yè)：規(guī)劃

設(shè)計制造

銷售

儲藏

運輸

第一章數(shù)控機床概述09下數(shù)控加工技術(shù)機械制造中的數(shù)控加工技術(shù)是衡量制造水平乃至國家工業(yè)化水平的重要標(biāo)桿數(shù)字化控制的加工技術(shù)使制造業(yè)發(fā)生了脫胎換骨的飛躍數(shù)控機床是實現(xiàn)數(shù)控加工的載體數(shù)控加工程序是數(shù)控機床發(fā)揮作用的前提第一章數(shù)控機床概述09下如何學(xué)uxiaoqin@第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述

§1.1數(shù)控機床的基本工作原理§1.2數(shù)控機床分類

§1.3數(shù)控機床發(fā)展概況

第一章數(shù)控機床概述09下§1.1數(shù)控機床的基本工作原理

一、數(shù)控機床的組成

二、數(shù)控機床加工的基本工作原理

三、數(shù)控機床加工特點

四、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍第一章數(shù)控機床概述09下數(shù)控機床主要由以下幾個部分組成：機床本體

數(shù)控系統(tǒng)

（CNC裝置）驅(qū)動裝置

輔助裝置一、數(shù)控機床的組成第一章數(shù)控機床概述09下

機床本體

是數(shù)控機床加工運動的機械部分，主要包括支承部件（床身、立柱等）、主運動部件（主軸箱）、進給運動部件（工作臺滑板、刀架）等。數(shù)控系統(tǒng)（CNC裝置）

是數(shù)控機床的控制核心，一般是一臺專用的計算機。第一章數(shù)控機床概述09下驅(qū)動裝置是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部分，包括主軸電機、進給伺服電機等。輔助裝置

指數(shù)控機床的一些配套部件，包括刀庫、液壓、氣動裝置、冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、夾具、換刀機械手等。第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下加工程序計算機數(shù)字控制裝置(CNC）主軸電機機床本體進給電機位置檢測速度控制單元主軸控制單元可編程控制器(PLC)機床數(shù)控系統(tǒng)基本工作流程第一章數(shù)控機床概述09下

數(shù)控系統(tǒng)即位置控制系統(tǒng)的三個基本功能1）輸入功能指零件加工程序和各種參數(shù)的輸入。2）插補功能在加工零件的實際輪廓或軌跡的已知點之間確定一些中間點的方法。通常在給定直線或圓弧的起點和終點之間進行密化。3）伺服控制

將計算機送出的位置進給脈沖或進給速度指令，經(jīng)變換和放大后化為伺服電機（步進或直、交流電機）的轉(zhuǎn)動，從而帶動機床工作臺移動。第一章數(shù)控機床概述09下二、數(shù)控機床加工的基本工作原理數(shù)控機床加工時，是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及機床各部件的移動量、速度及動作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式，編制成程序單，并輸入到機床專用計算機中，機床的數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床各部分進行規(guī)定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的工件。第一章數(shù)控機床概述09下三、數(shù)控機床加工特點1.適應(yīng)性強2.精度高3.效率高4.減輕勞動強度、改善勞動條件第一章數(shù)控機床概述09下1．多品種小批量零件；2.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求高、有復(fù)雜曲線、曲面的零件；3．需要頻繁改型的零件；4．鉆、鏜、鉸、锪、攻絲及銑削等多工序零件；5．價格昂貴，不允許報廢的零件；6．要求百分之百檢驗的零件；7.需要最小生產(chǎn)周期的急需零件。四、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍第一章數(shù)控機床概述09下§1.2數(shù)控機床分類

一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類

二、按加工方式分類

三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類

四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類第一章數(shù)控機床概述09下一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類點位控制（PointtoPointControl）或位置控制（Positioning）數(shù)控機床

輪廓控制ContouringControl數(shù)控機床第一章數(shù)控機床概述09下1．點位控制（PointtoPointControl）位置控制（Positioning）數(shù)控機床

這類機床只能控制工作臺或刀具從一個位置精確地移動到另一位置，在移動過程中不進行加工，各個運動軸可以同時移動，也可以依次移動見圖1-3（a）。如數(shù)控鉆、鏜、沖床，數(shù)控點焊機及數(shù)控折彎機等均屬次類機床。第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下2.

輪廓控制（ContouringControl）

數(shù)控機床

這類機床能夠同時對兩個或兩個以上坐標(biāo)軸進行連續(xù)控制，具有插補功能，工作臺或刀具邊移動邊加工見圖1-3（b）（c）。如數(shù)控銑、車、磨及加工中心等是典型的輪廓控制數(shù)控機床，數(shù)控火焰切割機、數(shù)控線切割及數(shù)控繪圖機等也都采用輪廓控制系統(tǒng)。第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下二、按加工方式分類1.金屬切削類2.金屬成型類3.特殊加工類4.其他類第一章數(shù)控機床概述09下1.金屬切削類：

數(shù)控車、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等。第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下

數(shù)控折彎機彎管機數(shù)控剪板機柔性板材成型機

2.金屬成型類第一章數(shù)控機床概述09下數(shù)控折彎機第一章數(shù)控機床概述09下柔性板材成型機第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下

3.特殊加工類：

電火花加工；數(shù)控線切割；數(shù)控激光加工；電子束加工；離子束加工；等離子體加工；快速成型技術(shù)等。第一章數(shù)控機床概述09下電火花加工可加工任何高硬度、高強度、高脆性、高韌性的金屬材料包括淬火鋼和硬質(zhì)合金，特別是各種形狀復(fù)雜的異形孔、深腔、窄槽、小孔等，精度可達0.01~0.001mm，表面粗糙度Ra可達18~0.32μm。第一章數(shù)控機床概述09下數(shù)控線切割用于加工形狀復(fù)雜的內(nèi)外輪廓、小孔、窄縫、異型槽、錐體、斜面等。第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下激光加工用聚焦裝置把激光束聚焦到百分之一平方毫米上，功率密度可達107KW/mm2，溫度可達上萬度，可溶化、氣化、蒸發(fā)任何堅硬的材料，常用于切割、打孔、劃線、焊接非金屬材料及超硬合金，光點直徑理論上可達1μm。第一章數(shù)控機床概述09下瑞士百超公司數(shù)控激光切割機

3000W、3048X1524X20C鋼板、不銹鋼10mm厚第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下電子束加工在真空條件下，利用聚焦后、能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊到被加工工件表面極小的面積上，在極短的時間內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的材料達上千度的高溫，從而引起材料的局部融化和氣化。通過控制電子束能量密度及能量注入時間達到不同的加工目的。如熱處理、焊接、打孔切割等。第一章數(shù)控機床概述09下離子束加工在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)聚焦加速打到工件表面上，逐層轟擊去除材料表面的原子，進行精細加工。由于離子帶正電荷，其質(zhì)量是電子的千、萬倍，其撞擊動能比電子束更巨大，直接靠撞擊達到加工目的。特別適用于加工易氧化的金屬材料、合金材料、高純度半導(dǎo)體材料，主要用于離子蝕刻、離子鍍膜及表面改性的離子注入。第一章數(shù)控機床概述09下等離子體加工又稱等離子弧加工，是利用電弧放電將氣體電離成過熱的等離子氣體流束，靠局部融化及氣化來去除材料的。等離子體是高溫電離的氣體，由帶正電的離子和帶負電的電子組成，在外圍工作介質(zhì)氣體的回旋壓縮下聚焦，形成能量密度大、溫度高的焰流，可融化、氣化材料，達到加工的目的。第一章數(shù)控機床概述09下便攜式等離子體切割機第一章數(shù)控機床概述09下快速成型技術(shù)將電腦上設(shè)計的三維立體模型平行地切成成千上萬個薄片，用快速成型機，在電腦控制下，逐層掃描每層的二維輪廓曲線，快速形成每一截面，逐一疊加成整體模型?？焖俪尚图夹g(shù)有：液態(tài)光敏聚合物選擇性固化成型、分層疊紙選擇性切割成型、激光粉末選區(qū)燒結(jié)成型、絲狀材料選擇性熔覆成型等。第一章數(shù)控機床概述09下快速成型機第一章數(shù)控機床概述09下

數(shù)控火焰切割機高壓水切割機三坐標(biāo)測量機等4.其他類：第一章數(shù)控機床概述09下三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類1.兩坐標(biāo)數(shù)控機床：兩軸聯(lián)動，用于加工各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床。2.三坐標(biāo)數(shù)控機床：三軸聯(lián)動，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。3.多坐標(biāo)數(shù)控機床：四軸或五軸聯(lián)動，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。圖1-4為兩種不同類型的四軸聯(lián)動數(shù)控機床。第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下三軸機床加工刀具走刀示意圖第一章數(shù)控機床概述09下五軸機床加工刀具走刀示意圖第一章數(shù)控機床概述09下瑞士Willemin-Macodel公司

的五軸加工中心

第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下日本大阪的Stewart平臺并聯(lián)式機床

第一章數(shù)控機床概述09下美國Hexel公司的P2000型5軸加工銑床

第一章數(shù)控機床概述09下DCB510混聯(lián)機床(A31型)A32型機床大連機床集團與清華大學(xué)合作開發(fā)

第一章數(shù)控機床概述09下濟南二機床的龍門移動式五軸數(shù)控銑床

第一章數(shù)控機床概述09下第一章數(shù)控機床概述09下Linapod混聯(lián)機床(A33型)五軸加工中心

天津大學(xué)和天津第一機床廠聯(lián)合開發(fā)

第一章數(shù)控機床概述09下四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類

1.開環(huán)控制數(shù)控機床

2.閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）數(shù)控機床

3.半閉環(huán)控制（Semi-closedLoopControl）數(shù)控機床第一章數(shù)控機床概述09下指令位置比較電路速度控制電路伺服電機機床工作臺

速度反饋半閉環(huán)位置反饋閉環(huán)

圖1-6第一章數(shù)控機床概述09下

§1.3數(shù)控機床發(fā)展概況一、工業(yè)化國家數(shù)控機床的發(fā)展概況二、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況三、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢第一章數(shù)控機床概述09下一、工業(yè)化國家數(shù)控機床的發(fā)展概況1952年帕森斯公司和麻省理工學(xué)院合作研制成功了世界第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床，它用來加工直升飛機葉片輪廓檢查用樣板。這是一臺采用專用計算機進行直線插補運算與輪廓控制的數(shù)控銑床。專用計算機使用電子管元件，經(jīng)過三年的改進與自動編程研究，1955年進入實用階段，在復(fù)雜曲面的加工中發(fā)揮了重要作用。但由于技術(shù)上和價格上的原因，只局限在航空工業(yè)中應(yīng)用。第一章數(shù)控機床概述09下進入80年代，數(shù)控機床進一步發(fā)展。近年來具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)有以下幾個方面：1.計算機直接控制系統(tǒng)2.自適應(yīng)控制機床

3.柔性制造系統(tǒng)

4.計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)第一章數(shù)控機床概述09下1．計算機直接控制系統(tǒng)

（DNC---DirectNumericalControl）計算機直接控制系統(tǒng)又稱群控。其特點是：使用計算機對生產(chǎn)過程加強管理，使程序的編制、生產(chǎn)的準(zhǔn)備與計劃安排等工作和機床工作協(xié)調(diào)一致，以提高各個數(shù)控機床的使用效率。第一章數(shù)控機床概述09下2．自適應(yīng)控制機床

（AC----AdaptiveControl）一般數(shù)控機床，是按預(yù)先編好的程序進行加工的。但在編程時，有許多參數(shù)只能參照過去的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來決定，不可能準(zhǔn)確地考慮到在加工過程中所發(fā)生的變化，如毛坯余量不均勻，材質(zhì)硬度不均勻，刀具的磨損，工件的變形，熱傳導(dǎo)性的差別等等，這些變化直接或間接地影響著加工質(zhì)量，使加工不能在最佳狀態(tài)下進行。如果控制系統(tǒng)能對實際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時地測量并反饋給機床進行修正，則可使切削過程隨時都處在最佳狀態(tài)。由于CNC系統(tǒng)自身帶由計算機，只要加上相應(yīng)的檢測元件、控制線路和有關(guān)軟件就可以制造出這種自適應(yīng)控制機床。第一章數(shù)控機床概述09下3．柔性制造系統(tǒng)

（FMS--FlexibleManufacturingSystem）柔性制造系統(tǒng)是在柔性制造單元基礎(chǔ)上研制和發(fā)展起來的。柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時，能連續(xù)地對同一組零件內(nèi)不同的工件進行自動化加工（包括工件在單元內(nèi)部的運輸和交換）的最小單元。它即可以作為獨立使用的加工設(shè)備，又可以作為更大更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)或柔性自動線的基本組成模塊。第一章數(shù)控機床概述09下柔性制造系統(tǒng)第一章數(shù)控機床概述09下是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機床和其他自動化工藝設(shè)備如清洗機、成品試驗機、噴漆機等組成）、智能機器人、全自動輸送系統(tǒng)及自動化倉庫組成（見圖1-7）。這種系統(tǒng)可按任意順序加工一組不同工序與不同加工節(jié)拍的工件，工藝流程可隨工件不同而調(diào)整，全部生產(chǎn)過程有一臺中央計算機進行生產(chǎn)程序的調(diào)度，若干臺計算機進行工位控制。其中各個制造單元相對獨立，能適時地平衡資源的利用。柔性制造系統(tǒng)第一章數(shù)控機床概述09下4．計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)

（CIMS--Computer_integratedManufacturingSystem）為實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程自動化，人們正著手研制包括規(guī)劃、設(shè)計、工藝、加工、裝配、檢驗、銷售等全過程都由計算機控制的集成生產(chǎn)系統(tǒng)。它具有計算機控制的自動化信息流和物質(zhì)流，對產(chǎn)品的構(gòu)思和設(shè)計直到最終裝配、檢驗這一全過程進行控制，以實現(xiàn)工廠自動化這一偉大的目標(biāo)。第一章數(shù)控機床概述09下我國數(shù)控機床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出了最早的樣機。1966年誕生了第一臺用于直線——圓弧插補的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。1970年北京第一機床廠的XK5040型數(shù)控升降臺銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場。但由于相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)差，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的支撐工業(yè)——電子工業(yè)薄弱，致使在1970～1976年間開發(fā)出的加工中心、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床及數(shù)控鉆床因系統(tǒng)不過關(guān)，多數(shù)機床沒有在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。二、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況第一章數(shù)控機床概述09下80年代前期，在引入了日本FANUC、德國的SIEMENS數(shù)控技術(shù)后，我國的數(shù)控機床才真正進入小批量生產(chǎn)的商品化時代。但絕大多數(shù)數(shù)控機床還是采用國外的CNC系統(tǒng)。從機床的整體來看，無論是可靠性、精度、生產(chǎn)效率和自動化程度，與國外相比，還存在著不小的差距。近年來隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)也得到的了快速提高，每年都有100多項技術(shù)難題得到解決，國產(chǎn)數(shù)控機床的市場占有率由幾年前不到15%已上升至30%。第一章數(shù)控機床概述09下2001年中國第一次展出國產(chǎn)五軸聯(lián)動加工機床，共展出的12臺五軸加工機床中國產(chǎn)的4臺。2003年展出了36臺，其中國產(chǎn)的18臺，占1/2。2005年展出的五軸機床，增加了2倍多，其中國產(chǎn)的則增加了3.5倍，而且結(jié)構(gòu)形式多種多樣。

第一章數(shù)控機床概述09下數(shù)控機床研制機構(gòu)北京機床所精密機電有限公司、北京第一機床廠山東二機床、泰州市清華明森機械有限公司中德合資的山東中德數(shù)控機床上海國青機械有限公司、上海方良電子設(shè)備有限公司南京高騰數(shù)控技術(shù)、山能機電工程、江蘇亞威數(shù)控大連機床集團哈爾濱先鋒機電技術(shù)開發(fā)公司深圳華亞數(shù)控機床、寧波其銳機械蘇州江南賽特、臺灣佳群精機第一章數(shù)控機床概述09下三、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對數(shù)控機床的各個組成部分提出了更高的性能指標(biāo)，當(dāng)今的數(shù)控機床正在不斷采用最新技術(shù)成就，朝著高速化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：1.數(shù)控技術(shù)水平

2.數(shù)控系統(tǒng)方面

3.驅(qū)動系統(tǒng)方面第一章數(shù)控機床