数字控制技术与数控机床1

机床的机械部件
– 机床：数控机床的主体，是实现制造加工 的执行部件。
– 组成：由主运动部件、进给运动部件（工 作台、拖板以及相应的传动机构）、支承 件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具 自动交换系统 工件自动交换系统）和辅助 装置（如排屑装置等）。
数控机床的分类
按工艺用途分类
普通数控机床、加工中心、金属成形类数控机床、数控特种加工机床、 其他类型数控机床
数字控制技术与数控机床
主讲：于涛
第一章 概述
数控机床简介
–数控机床的产生及其重要性
数字控制机床，是为了解决单件、小批量、特 别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要 求而产生的 。
1952年，MIT伺服机构研究所用实验室制造的 控制装置和新新那提（Cincinnati Hydrotel）公 司的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动， 可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了 数控加工技术的序幕。
按运动方式分类
点位控制、直线控制、轮廓控制
按伺服机构的控制方式分类
数控机床在机械制造领域中得到日益广泛的应 用，是因为它具有如下特点：
– 高柔性 – 生产效率高 – 加工精度高、加工质量稳定可靠 – 自动化程度高 – 能完成复杂型面的加工 – 有利于生产管理的现代化
数控机床的基本工作原理
– 数控机床的基本工作原理
国家标准GB8129－1987将数控（Numerical Control）定义为：用数字化信号对机床运动及 其加工过程进行控制的一种方法。
输入装置 数控装置（CNC单元）
通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外， 一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现 CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有： 串行通讯（RS-232等串口）、 自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等） 网络技术（internet，LAN等）。
CNC系统框图
– 数控机床加工零件时，首先应编制零件的 数控程序，这是数控机床的工作指令。将 数控程序输入到数控装置，再由数控装置 控制机床主运动的变速、启停，进给运动 的方向、速度和位移大小，以及其他诸如 刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑 的启、停等动作，使刀具与工件及其他辅 助装置严格地按照数控程序规定的顺序、 路程和参数进行工作，从而加工出形状、 尺寸与精度符合要求的零件。
国际信息处理联盟IFIP（International Federation of Information Processing）将数控 机床定义为：数控机床是一种装有程序控制系 统的机床，机床的运动和动作按照这种程序控 制系统发出的由特定代码和符号编码组成的指 令进行。这种程序控制系统称之为机床的数控 系统。
伺服单元、驱动装置和测量装置 伺服单元和驱动装置
– 主轴伺服驱动装置和主轴电机 – 进给伺服驱动装置和进给电机
测量装置
– 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。
作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：
– 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控 制）。
– 主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）
CNC装置(CNC单元)
组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接 口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运 动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命 令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所 有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理 组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是 CNC系统的核心
数控机床是综合应用了微电子、计算机、 自动控制、自动检测以及精密机械等技 术的最新成果而发展起来的完全新型的 机床，它标志着机床工业进入了一个新 的阶段。
数控技术的发展非常迅速，使制造技术 发生了根本性的变化，几乎所有品种的 机床都实现了数控化。
数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键 技术。应用数控加工可大大提高生产率、稳定 加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实 现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在 工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总 数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加 快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的 适应能力并提高企业综合经济效益。
普通机床与NC机床
普通机床
具有手动加工和机动加工 功能，加工过程全部由人 工干预。 主传动和进给传动一般采 用三相交流异步电动机， 由变速箱实现多极变速以 满足工艺要求，机床传动 链长。 加工过程中，必须由人工 不断地进行测量，保证工 件的加工精度。
普通机床与NC机床
NC 机床
具有手动加工（电手轮）、 机动加工和控制程序自动 加工功能，加工过程一般 不需人工干预。 具有CRT屏幕显示功能，自 动报警显示功能。普通机 床不具备此功能。 主传动和进给传动采用直 流或交流无级调速伺服电 动机。一般没有主轴变速 箱和进给变速箱，传动链 短。
普通机床与NC机床
NC 机床
具有工件测量系统。加 工过程中不需进行工件 尺寸的人工测量。
CNC机床与普通机床 最显著的区别
当加工对象（工件）改变， CNC机床只需改变加工程序 （应用软件），而不需对机床 作较大的调整，就能加工出各 种不同的工件。
普通机床与NC机床
– 数控机床的组成
数控程序和控制介质
数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技 术。
– 数控机床应用范围及特点
目前的数控加工主பைடு நூலகம்应用于以下两个方面：
– 常规零件加工，如二维车削、箱体类镗铣等，其目 的在于：提高加工效率，避免人为误差，保证产品 质量；以柔性加工方式取代高成本的工装设备，缩 短产品制造周期，适应市场需求。
– 另一方面的应用是复杂形状零件加工，如模具型腔、 涡轮叶片等，该类零件在众多的制造行业中具有重 要的地位，其加工质量直接影响以至决定着整机产 品的质量。这类零件型面复杂，常规加工方法难以 实现，它不仅促使了数控加工技术的产生，而且也 一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。