数控机床的发展趋势学习教案.pptx

会计学1数控机床数控机床(sh kn j chun)的发展趋势的发展趋势第一页，共28页。第一台数控机床是第一台数控机床是19521952年美国年美国PARSONSPARSONS公司与麻省理工学院（公司与麻省理工学院（MITMIT）合作研制的三坐标）合作研制的三坐标(zubio)(zubio)数控铣床，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机数控铣床，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，可用于加工复杂曲面零件。械结构等多方面的技术成果，可用于加工复杂曲面零件。数控机床的发展先后经历了电子管（数控机床的发展先后经历了电子管（19521952年）、晶体管（年）、晶体管（19591959年）、小规摸集成电路（年）、小规摸集成电路（19651965年）年）、大规模集成电路及小型计算机（、大规模集成电路及小型计算机（19701970年）和微处理机或微型机算机（年）和微处理机或微型机算机（19741974年）等五代数控年）等五代数控系统。系统。第1页/共28页第二页，共28页。（二）数控机床（二）数控机床(sh kn(sh kn j chun j chun)的发展趋势的发展趋势1 1 高速化高速化 ：采用高速的：采用高速的3232位以上的微处理器，可提高数控系统的分辨位以上的微处理器，可提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速、高精加工。日本产的率及实现连续小程序段的高速、高精加工。日本产的FANUC15FANUC15系系统开发出统开发出6464位位CPUumCPUum时，最大进给速度为时，最大进给速度为100m/min100m/min。2 2 多功能化多功能化第2页/共28页第三页，共28页。3 3 智能化：引进了自适应控制技术智能化：引进了自适应控制技术.自适应控制（自适应控制（Adaptive ControlAdaptive Control，简称，简称ACAC）技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削）技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削过程达到并维持最佳状态的技术。过程达到并维持最佳状态的技术。4 4 高精度化：通过减少数控系统误差和采用补偿技术可提高高精度化：通过减少数控系统误差和采用补偿技术可提高(t go)(t go)数控机数控机床的加工精度。床的加工精度。5 5 高可靠性：通过提高高可靠性：通过提高(t go)(t go)数控系统的硬件质量，采用模块化、标准化数控系统的硬件质量，采用模块化、标准化和通用化来提高和通用化来提高(t go)(t go)其可靠性。其可靠性。第3页/共28页第四页，共28页。二、二、数控技术的基本概念数控技术的基本概念1 1 数字控制（数字控制（Numerical Control)Numerical Control)，简称，简称NCNC，它是采用数字化，它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，用数字化信号对机床的信息实现加工自动化的控制技术，用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床称作数控机床运动及其加工过程进行控制的机床称作数控机床(sh(sh knkn j chun j chun)。2 NC2 NC机床：早期的数控机床机床：早期的数控机床(sh kn(sh kn j chun j chun)的的NCNC装置是装置是由各种逻辑元件、记忆元件组成随机逻辑电路由硬件来实由各种逻辑元件、记忆元件组成随机逻辑电路由硬件来实现数控功能，称作硬件数控，用这种技术实现的数控机床现数控功能，称作硬件数控，用这种技术实现的数控机床(sh kn(sh kn j chun j chun)称作称作NCNC机床。机床。3 CNC 3 CNC 机床：现代数控系统采用微处理器或专用微机的数控机床：现代数控系统采用微处理器或专用微机的数控系统（系统（Computer Numerical ControlComputer Numerical Control）由事先存放在存储器）由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，这样的机床数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，这样的机床称作称作CNCCNC机床。机床。第4页/共28页第五页，共28页。三、三、数控机床的组成数控机床的组成(z(z chn chn)及工作原理及工作原理 1 1 工作原理工作原理图纸(tzh)存储介质数控装置(zhungzh)输入输出CNC装置伺服驱动装置伺服系统执行机构切削驱动装置机床主体检测装置第5页/共28页第六页，共28页。2 2 组成组成（1 1）程序的存储介质（纸带、磁带）程序的存储介质（纸带、磁带(cdi)(cdi)或磁盘等）或磁盘等）（2 2）输入输出装置）输入输出装置（3 3）数控装置（是数控机床的核心，接受脉冲信号经过）数控装置（是数控机床的核心，接受脉冲信号经过译码、运算和逻辑处理将指令信息输出给伺服系统，译码、运算和逻辑处理将指令信息输出给伺服系统，使设备按轨定的动作执行）使设备按轨定的动作执行）（4 4）伺服装置（是数控机床执行机构的驱动部件，作用）伺服装置（是数控机床执行机构的驱动部件，作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床执行部件的是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床执行部件的运动）运动）第6页/共28页第七页，共28页。（5 5）检测反馈装置（作用是对机床）检测反馈装置（作用是对机床(jchung)(jchung)的实际运动速度、方向、位移量的实际运动速度、方向、位移量以及加工状态加以检测并将结果反馈给数控装置，计算出与指令位移之间的以及加工状态加以检测并将结果反馈给数控装置，计算出与指令位移之间的偏差并发出纠正误差指令）偏差并发出纠正误差指令）（6 6）机床）机床(jchung)(jchung)主体（是加工运动的实际机械部件，主要包括主运动部件、主体（是加工运动的实际机械部件，主要包括主运动部件、进给运动执行部件如工作台、拖板、刀架，和支承部件如床身、立柱等，还进给运动执行部件如工作台、拖板、刀架，和支承部件如床身、立柱等，还有冷却、润滑、转位部件、夹紧、换刀机械手等辅助装置。有冷却、润滑、转位部件、夹紧、换刀机械手等辅助装置。第7页/共28页第八页，共28页。3 3 数控系统的主要功能数控系统的主要功能（1 1）多坐标控制（多轴联动）多坐标控制（多轴联动）（2 2）准备功能（）准备功能（GG功能）功能）（3 3）实现多种函数的插补（直线）实现多种函数的插补（直线(zhxin)(zhxin)、圆弧、抛物线等）、圆弧、抛物线等）（4 4）代码转换（）代码转换（EIA/ISOEIA/ISO代码转换、英制代码转换、英制/公制转换、绝对公制转换、绝对值值/增量值转换等）增量值转换等）（5 5）固定循环加工）固定循环加工（6 6）指定进给速度）指定进给速度第8页/共28页第九页，共28页。（7 7）指定主轴转速）指定主轴转速（8 8）辅助功能：指定主轴的起、停、反向，冷却系统的开、关等。）辅助功能：指定主轴的起、停、反向，冷却系统的开、关等。（9 9）刀具选择功能）刀具选择功能（1010）各种补偿功能：如刀具半径、刀具长度补偿等。）各种补偿功能：如刀具半径、刀具长度补偿等。（1111）字符图形在显示器）字符图形在显示器(CRT)(CRT)上的显示上的显示（1212）故障的诊断及显示、与外部设备的连网及通信。）故障的诊断及显示、与外部设备的连网及通信。（1313）存储加工程序，人机对话、程序的输入）存储加工程序，人机对话、程序的输入(shr)(shr)、编辑及修改。、编辑及修改。第9页/共28页第十页，共28页。4 4 数控机床的特点数控机床的特点数控机床与普通机床相比，具有以下特点：数控机床与普通机床相比，具有以下特点：）适应性强适应性是指数控机床随生产对象变化而变化）适应性强适应性是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。的适应能力。）精度高工作过程不需要人工干预，而是自动工作的，）精度高工作过程不需要人工干预，而是自动工作的，且通过实时检测装置来修正或补偿以获得更高的精度。且通过实时检测装置来修正或补偿以获得更高的精度。）效率高数控机床可以）效率高数控机床可以(ky(ky)采用较大的切削用量，而且采用较大的切削用量，而且具有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化的功能。具有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化的功能。）减轻劳动强度、改善劳动条件。）减轻劳动强度、改善劳动条件。）有利于生产管理的现代化。）有利于生产管理的现代化。第10页/共28页第十一页，共28页。四、数控机床的分类四、数控机床的分类 1 1按工业用途分类按工业用途分类（1 1）数控车床（）数控车床（NC Lathe NC Lathe）（2 2）数控铣床）数控铣床(NC Milling Machine)(NC Milling Machine)（3 3）数控钻床）数控钻床(NC Drilling Machine)(NC Drilling Machine)(4)(4)数控镗床数控镗床(NC Boring Machine)(NC Boring Machine)（5 5）数控齿轮加工机床）数控齿轮加工机床(NC Gearing Holding Machine)(NC Gearing Holding Machine)（6 6）数控平面磨床）数控平面磨床(mchung)(NC Surface Grinding Machine)(mchung)(NC Surface Grinding Machine)（7 7）数控外圆磨床）数控外圆磨床(mchung)(NC External Cylindrical Grinding Machine)(mchung)(NC External Cylindrical Grinding Machine)（8 8）数控轮廓磨床）数控轮廓磨床(mchung)(NC Contour Grinding Machine)(mchung)(NC Contour Grinding Machine)第11页/共28页第十二页，共28页。（9 9）数控工具磨床）数控工具磨床(NC Tool Grinding Machine)(NC Tool Grinding Machine)（1010）数控坐标）数控坐标(zubio)(zubio)磨床磨床(NC Jig Grinding Machine)(NC Jig Grinding Machine)（1111）数控电火花加工机床）数控电火花加工机床(NC Dieseling Electric Discharge Machine)(NC Dieseling Electric Discharge Machine)（1212）数控线切割机床）数控线切割机床(NC Wire Discharge Machine)(NC Wire Discharge Machine)（1313）数控激光加工机床）数控激光加工机床(NC Laser Beam Machine)(NC Laser Beam Machine)（1414）数控冲床）数控冲床(NC Punching Press)(NC Punching Press)（1515）加工中心）加工中心(Machine Center)(Machine Center)（1616）数控超声波加工机床）数控超声波加工机床NC Ultrasonic Machine)NC Ultrasonic Machine)（1717）其他（如三坐标）其他（如三坐标(zubio)(zubio)测量机等）测量机等）第12页/共28页第十三页，共28页。2 2 按运动方式分类按运动方式分类 （1 1）点位控制系统（）点位控制系统（Positioning ControlPositioning Control）只控制刀具从一点）只控制刀具从一点(y(y di di n)n)到另一点到另一点(y di(y di n)n)的位置，而不控制移动轨迹，在移动的位置，而不控制移动轨迹，在移动过程中刀具不进行切削加工。过程中刀具不进行切削加工。刀具的三种路径刀具的三种路径 （1 1）（2 2）（3 3）第13页/共28页第十四页，共28页。（2 2）直线控制系统（）直线控制系统（Straight-line ControlStraight-line Control）是控制刀具或机）是控制刀具或机床工作台以给定的速度床工作台以给定的速度(sd)(sd)，沿平行于某一坐标轴方，沿平行于某一坐标轴方向，由一个位置到另一个位置的精确移动，并且在移动向，由一个位置到另一个位置的精确移动，并且在移动过程中进行直线切削加工。过程中进行直线切削加工。第14页/共28页第十五页，共28页。（3 3）轮廓控制系统（）轮廓控制系统（Contour ControlContour Control）是对两个或）是对两个或两个以上的坐标轴同时进行连续控制，并能对机两个以上的坐标轴同时进行连续控制，并能对机床移动床移动(ydng)(ydng)部件的位移和速度进行严格的控部件的位移和速度进行严格的控制，即要控制加工的轨迹，加工出要求的轮廓。制，即要控制加工的轨迹，加工出要求的轮廓。其运动轨迹是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。其运动轨迹是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。第15页/共28页第十六页，共28页。3 3 按控制方式分类按控制方式分类（1 1）开环控制（）开环控制（Open Loop ControlOpen Loop Control）即不带位置测）即不带位置测量元件，数控装置根据控制介质上的指令信号，量元件，数控装置根据控制介质上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠螺母副，使执行机构（如工作台）移动或转动。特点是没使执行机构（如工作台）移动或转动。特点是没有来自位置测量元件的反馈有来自位置测量元件的反馈(f(f nku)nku)信号，对执行信号，对执行机构的动作情况不进行检查，指令流向为单向，机构的动作情况不进行检查，指令流向为单向，控制精度较低。控制精度较低。第16页/共28页第十七页，共28页。n n开环控制开环控制(kngzh)(kngzh)驱动(q dn)装置工作台数控装置(zhungzh)控制介质指令脉冲伺服电机齿轮箱第17页/共28页第十八页，共28页。（2 2）闭环控制（）闭环控制（Closed Loop ControlClosed Loop Control）是将位置）是将位置(wi zhi)(wi zhi)检测装置安装于机床运动部件上，加工中将测量到的检测装置安装于机床运动部件上，加工中将测量到的实际位置实际位置(wi zhi)(wi zhi)值反馈。另外通过与伺服电机刚性连值反馈。另外通过与伺服电机刚性连接的测速元件，随时实测驱动电动机的转速，得到速接的测速元件，随时实测驱动电动机的转速，得到速度反馈信号，并与速度指令信号相比较，其比较的差度反馈信号，并与速度指令信号相比较，其比较的差值对伺服电动机的转速随时进行校正，直至实现移动值对伺服电动机的转速随时进行校正，直至实现移动部件工作台的最终精确定位。部件工作台的最终精确定位。第18页/共28页第十九页，共28页。n n闭环控制闭环控制测速元器件位移(wiy)指令位移(wiy)反馈速度(sd)反馈位置检测装置工作台第19页/共28页第二十页，共28页。（3 3）半闭环控制（）半闭环控制（Semi-Closed Loop ControlSemi-Closed Loop Control）是）是将位置检测装置安装于驱动电动机轴端或安装将位置检测装置安装于驱动电动机轴端或安装于传动丝杠端部，间接地测量移动部件（工作于传动丝杠端部，间接地测量移动部件（工作台）的实际台）的实际(shj)(shj)位置或位移。位置或位移。第20页/共28页第二十一页，共28页。n n半闭环控制半闭环控制测速元器件位移(wiy)指令位移(wiy)反馈速度(sd)反馈位置检测装置工作台第21页/共28页第二十二页，共28页。五、主要数控机床介绍五、主要数控机床介绍1 1 数控车床：机床主体包括主轴、溜板、刀架等。数数控车床：机床主体包括主轴、溜板、刀架等。数控系统包括电显示器（控系统包括电显示器（CRTCRT）、控制面板、强电）、控制面板、强电控制系统。控制系统。2 2 数控铣床：适于加工三维复杂曲面。数控铣床：适于加工三维复杂曲面。3 3 加工中心：即具有自动刀具交换装置，并能进行多加工中心：即具有自动刀具交换装置，并能进行多种工序加工的数控机床。种工序加工的数控机床。4 4 数控钻床：主要完成钻孔、功丝功能，同时也可以数控钻床：主要完成钻孔、功丝功能，同时也可以完成简单完成简单(ji(ji ndn)ndn)的铣削功能，刀库可以存放的铣削功能，刀库可以存放多种刀具。多种刀具。第22页/共28页第二十三页，共28页。5 5 数控磨床：主要用在高精度、高硬度加工表面。数控磨床：主要用在高精度、高硬度加工表面。6 6 数控电火花成形机床：是利用两个不同极性的电极数控电火花成形机床：是利用两个不同极性的电极在绝缘液体中产生放电现象，去除材料进而完成加在绝缘液体中产生放电现象，去除材料进而完成加工。工。7 7 数控线切割机床：工作原理数控线切割机床：工作原理(yunl(yunl)与电火花成形机与电火花成形机床一样，其电极是电极丝，加工液一般采用去离子床一样，其电极是电极丝，加工液一般采用去离子水。水。第23页/共28页第二十四页，共28页。六、先进制造系统简介（其核心是生产加工设备的数控化、柔六、先进制造系统简介（其核心是生产加工设备的数控化、柔性化和精密化）性化和精密化）1 1 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）根据自动化程度及功能可分为三类：根据自动化程度及功能可分为三类：（1 1）单机数控加工：是用一台数控机床或加工中心加工机械零）单机数控加工：是用一台数控机床或加工中心加工机械零件。件。（2 2）柔性加工单元（）柔性加工单元（Flexible Machining CellFlexible Machining Cell）是一种人的参与减）是一种人的参与减到最小时，能连续地对同一零件族内不同到最小时，能连续地对同一零件族内不同(b tn(b tn)的零件进的零件进行自动化加工（包括工件、刀具、废屑等在单元内部的运输行自动化加工（包括工件、刀具、废屑等在单元内部的运输和交换）的最小加工单元。和交换）的最小加工单元。第24页/共28页第二十五页，共28页。（3 3）柔性制造系统（）柔性制造系统（Flexible Manufacturing SystemFlexible Manufacturing System）是由加工系统（由一组数控机床和其他自动）是由加工系统（由一组数控机床和其他自动化工艺设备，如清洗机、成品化工艺设备，如清洗机、成品(chngp(chngp n)n)实验机、喷漆机等组成）、物料自动储运系统和信实验机、喷漆机等组成）、物料自动储运系统和信息控制系统三者相结合，由中央计算机管理使之自动运转的制造系统。息控制系统三者相结合，由中央计算机管理使之自动运转的制造系统。2 2 计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing SystemComputer Integrated Manufacturing System）CIMS CIMS的构成可以分以下几个部分：的构成可以分以下几个部分：（1 1）设计过程）设计过程 （2 2）加工制造过程）加工制造过程（3 3）计算机辅助生产管理）计算机辅助生产管理 （4 4）集成方法及技术）集成方法及技术第25页/共28页第二十六页，共28页。思考题：思考题：1 1、数控机床由哪几部分组成？简述数控机床各组成部分的作用。数控机床由哪几部分组成？简述数控机床各组成部分的作用。2 2、什么是数字控制、柔性制造、什么是数字控制、柔性制造(zhzo)(zhzo)单元（单元（FMCFMC）、直接数）、直接数控（控（DNCDNC）？）？3 3、什么是点位控制？什么是点位控制？4 4、什么是开环控制、闭环控制和半闭环控制系统？什么是开环控制、闭环控制和半闭环控制系统？5 5、其他：、其他：6 6、从数控机床的产生和发展论述其在机械制造、从数控机床的产生和发展论述其在机械制造(zhzo)(zhzo)业中的业中的作用。作用。第26页/共28页第二十七页，共28页。答案答案答案答案(d n)(d n)第27页/共28页第二十八页，共28页。