第一章数控机床的产生和发展

§1-3数控机床的分类
一、按加工工艺方法分类
1、普通数控机床 与普通机床的区别：加工复杂形状的零件 2、数控加工中心 数控加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床。 与一般数控机床的区别： 减少机床台数，便于管理。 ❖减少定位误差 工序集中，减少辅助时间，提高生产率 减少专用工夹具数量
3、多坐标数控机床
特点：数控装置控制的轴数较多，机床结构也比 较复杂。
4、计算机群控（DNC）
读带机
通用计算机
接口装置
数控装置1
机床1
存储装置 CRT显示及打印机
数控装置2
机床2
数控装置m 机床m
五 轴 数 控 铣 床
二、按控制运动方式分类
1、点位控制数控机床 特点：数控装置只能控制点与点的精确定位
❖两相关位置之间的移动是先快后慢 使用于钻床、冲床、坐标镗床
二、数控机床的产生和发展
1、产生 机械产品的自身要求 ❖单件、多品种小批量零件约占80%以上
2、发展
1952年 美国Parsons公司和 MIT
三坐标数控立铣床
1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工 数控系统采用电子管元件-电子管时代
1959年 采用晶体管和印制板电路-第二代数控系统 1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统 1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置
三、数控机床的发展趋势
1、高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 ❖采用抗干扰技术，提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化、通用化和标准化 提高自诊断及保护功能 2、高柔性化 柔性：指机床适应加工对象变化的能力 3、高精度化 利用数控系统的补偿功能
❖采用高分辨率，高响应性的绝对位置传感技术 提高数控机床机械本体中基础大件的结构刚性和 热稳定性 4、高速度化
❖检测工作台直线位移（检测元件：感应同步器、光栅）
驱动元件：宽调速直流或交流伺服电机
加工精度高，但结构复杂，造价高，调试维修困难
适用于精度要求高的大型和精密机床
检测元件
齿轮箱
工作台
指令脉冲
数控装置
位置比较 电路
速度控制 电路
伺服 电动机
测量装置
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测速元件
3、半闭环数控机床
特点：检测丝杠或电动机轴旋转角位移
-第四代数控系统（CNC系统） 1974年 以微处理为核心的数控系统
-第五代数控系统（MNC系统）
3、我国
1958年 起步 20世纪60年代末70年代初
—研制出一些晶体管式数控系统 20世纪80年代初 1985年 进入实用阶段 1986—1990年 数控机床大发展时期 1991年 300多种
原中捷友谊厂生产中国第一台数控机床
程序载体
输入装置
CNC装置
伺服系统
机床本体
位置反馈信号 辅助动作信号
1、程序载体
程序—包括加工零件所需的全部信息和刀具相对工件 的位移信息。
载体—穿孔纸带、磁带、磁盘（软盘、硬盘、内存RAM） 2、输入装置
作用：将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置 穿孔纸带—光电阅读机 磁带—录放机 磁盘—驱动器和驱动卡 MDI—手动输入
集成电路 特点：很高柔性
五、按加工方式分类
1、金属切削类数控机床
1）数控车床（NC Lathe）。 2）数控铣床（NC Milling Machine）。 3）加工中心（Machine Center）。 4）数控钻床（NC Drilling Machine）。 5）数控镗床（NC Boring Machine）。 6）数控齿轮加工机床（NC Gear Holling Machine）。 7）数控平面磨床（ NC Surface Grinding Machine）。
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三、按伺服系统的不同分类
1、开环数控机床
特点：没有位置检测反馈和校正控制装置
❖数控装置发出信号的流程是单向的
速度和加工精度低，其精度取决于伺服系统
的性能
成本低，适用于中、小型数控机床
齿轮箱
工作台
指令脉冲 数控装置 驱动电路
步进电动机
= t 360ºi
2、闭环数控机床
特点：e=0，工作台停止
第一章 数控机床概述
❖数控机床的产生和发展 ❖数控机床的工作原理和组成 ❖数控机床的分类 ❖数控机床的特点
§1-1数控机床的产生和发展
一、概念 数控机床：采用数字化信号对机床的运动及加工过程 进行控制的机床，称为数控机床。 计算机数控（CNC）：采用存储程序的专用计算机来 实现部分或全部基本数控功能，则称为计算机数控。 加工中心（MC）：具有刀库、自动换刀装置并能对工 件进行多工序加工的数控机床。
❖角位移检测元件：旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等
精度低于闭环系统
系统调试较容易，稳定性也较好
齿轮箱
工作台
指令脉冲
数控装置
位置比较 电路
速度控制 电路
测量装置
伺服 电动机
测速元件
检测元件
四、按所用数控装置类型分类
1、硬件式数控机床（NC机床） 组成：晶体管和集成电路 特点：通用性、灵活性差，制造周期长、成本高 2、软件式数控机床（CNC机床） 组成：采用小型或微型计算机，加上通用或专用大规模
3、CNC装置
作用：接收输入装置输入的加工信息，完成数值
计算、逻辑判断、输入输出控制等功能。 电动机
4、伺服系统 速度控制单元 测量反馈单元
位置控制单元 作用：将数控装置发来的各种动作指令，转化成
机床移动部件的运动。 5、位置反馈系统
6、机床本体
主运动系统 进给运动系统 辅助部分（液压、气动、冷却、润滑）
Z Y
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X
2、直线控制数控机床
特点：控制两相关点的位置，还要控制两相关点之间 的移动速度和路线
❖路线由与各个轴线平行的直线段组成 使用于简易数控车、数控镗铣床、数控加工中心
3、轮廓控制数控机床
特点：数控装置能够同时对两个或两个以上的坐标 轴进行连续控制
❖加工复杂形状零件 使用于数控车床、数控铣床、数控磨床
机械方面：提高切削速度和减少辅助时间 数控系统：CPU
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5、复合化
工序复合化
功能复合化
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6、制造系统自动化
FMC：柔性制造单元 FMS：柔性制造系统
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虚拟轴机床 1—工作台 2—工件 3—刀具 4—主轴箱 5—导杆 6—立柱
§1-2数控机床的工作原理及组成
一、数控机床的工作原理 数控机床零件加工的步骤： 1、分析零件图，确定加工方案，用规定代码编程 2、输入数控装置 3、数控装置对程序进行译码、运算，向机床各伺服机构和辅 助控制装置发信号—驱动—执引—加工零件 二、数控机床的组成