第一章数控机床构造概述课件.ppt

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1、第一章第一章 数控机床概述数控机床概述1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展1.2 机床中有关数控的基本概念机床中有关数控的基本概念1.3 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理1.4 数控机床的分类数控机床的分类1.5 数控机床的持点数控机床的持点1.6 数控机床的主要性能指标与功能数控机床的主要性能指标与功能1.7 数控机床的应用范围数控机床的应用范围1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展1.1.1 数控机床的产生与发展过程数控机床的产生与发展过程1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。六

2、年后，即在社会奠定了基础。六年后，即在1952年，计算机技术应用到年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两个阶产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两个阶段和六代的发展，如段和六代的发展，如图图1-1所示。所示。1.数控数控(NC)阶段阶段(1952-1970年年)早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不影响还不大，但不能适应机床实时控制的要

3、求。人们不得不采用采用数字逻辑电路数字逻辑电路制成一台机床制成一台机床专用计算机作为数控系统专用计算机作为数控系统，被称为被称为硬件连接数控硬件连接数控(HARD-WIRED NC)，简称为，简称为数控数控(NC)。下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即：随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即：1952 1952年的第一代一电子管数控机床；年的第一代一电子管数控机床；1959 1959年的第二代一晶体管数控机床；年的第二代一晶体管数控机床；1965 1965年的第三代一集成电路数控机床。年的第三代一集成电路数控机床。2.2.计算机数控计

4、算机数控(CNC)(CNC)阶段阶段(1970(1970至今至今)到到19701970年，通用年，通用小型计算机小型计算机业已出现并成批生产，其运算速度比五、业已出现并成批生产，其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，这比逻辑电路专用计算机成本低、可靠性高。六十年代有了大幅度的提高，这比逻辑电路专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC)(CNC)阶段。阶段。1971 1971年，美国年，美国IntelIntel公司公司 首次将计算机的两个最核心的部件一运算器首次将计算机的两个最

5、核心的部件一运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器微处理器(MICRO-PROCES-SORMICRO-PROCES-SOR），又称中央处理单元），又称中央处理单元(简称简称CPU)CPU)。19741974年，微处理器被年，微处理器被应用于数控系统。应用于数控系统。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有多余，不如采这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有多余，不如采用微处理器经济合理，而且，当时的小型计算机可靠性也不理想。用微处理

6、器经济合理，而且，当时的小型计算机可靠性也不理想。虽然早期的微处理器速度和功能都还不够高，但可以通过多处理器虽然早期的微处理器速度和功能都还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。结构来解决。因为微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到因为微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了了1990年，年，PC机机(个人计算机，国内称微机个人计算机，国内称微机)的性能已发展到很高的的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，而且阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，而且PC机生产批量很机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。因此，数控系统从此进入了基于大，价格便

7、宜，可靠性高。因此，数控系统从此进入了基于PC的阶的阶段。段。总之，计算机数控阶段总之，计算机数控阶段也经历了三代也经历了三代，即：，即：1970年的第四代一年的第四代一小型小型计算机数控机床；计算机数控机床；1974年的第五代一年的第五代一微型微型计算机数控机床；计算机数控机床；1990年的第六代一基于年的第六代一基于PC机机 的数控机床。的数控机床。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展数控机床是典型的机电一体化产品，它所覆盖的领域如数控机床是典型的机电一体化产品，它所覆盖的领域如图图1-2所所示。示。1.1.2 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势随着计算机技术的

8、发展，数控机床不断采用计算机、控制理随着计算机技术的发展，数控机床不断采用计算机、控制理沦等领域的最新技术成就，它的性能日臻完善，应用领域日沦等领域的最新技术成就，它的性能日臻完善，应用领域日益扩大。同时，为了满足市场和科技发展的需要，数控技术益扩大。同时，为了满足市场和科技发展的需要，数控技术及其装备及其装备 正朝着下述几个方向发展正朝着下述几个方向发展:上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展换刀速度：换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在交换时间普遍已在1s左右，高的已达左右，高的已达0.5s。德国德国Chiron公司将刀库设

9、计成篮子样式，以公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅换刀时间仅0.9s。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展(2)(2)高效高效 依靠快速、准确的数字量传递技术，对高性能依靠快速、准确的数字量传递技术，对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，现在数控机床自动换刀时间最短可达处理，现在数控机床自动换刀时间最短可达0.5s0.5s以以内，采用新的刀库和换刀机械手，使选刀动作更快内，采用新的刀库和换刀机械手，使选刀动作更快速、可靠；采用

10、各种形式的交换工作台，使装卸工速、可靠；采用各种形式的交换工作台，使装卸工件的时间缩短；采用快换夹具，刀具装置以及实现件的时间缩短；采用快换夹具，刀具装置以及实现对工件原点快速确定等，缩短时间定额，实现高效对工件原点快速确定等，缩短时间定额，实现高效化。化。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展(3)(3)高精度高精度从精密加工发展到超精密加工从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工特高精度加工)，是世界各工业强国致，是世界各工业强国致力发展的方向。力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级(10nm)(10nm)，其应用范围

11、口，其应用范围口趋广泛。趋广泛。超精密加工主要包括：超精密切削超精密加工主要包括：超精密切削(车、铣车、铣)、超精密磨削、超精、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工密研磨抛光以及超精密特种加工(三束加工及微细电火花加工、微细电三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等解加工和各种复合加工等)。随着现代科学技术的发展，对超精密加随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型

12、超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。近近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由多年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到提高到 5m,精密级加工中心的加工精度则从精密级加工中心的加工精度则从 3-5m，提高到，提高到1-1.5m。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展(4)(4)高可靠性高可靠性 高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适

13、度可靠。靠。因为商品受性价比约束。对于每天工作两班的无人工厂因为商品受性价比约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在而言，如果要求在1616小时内连续正常工作，无故障率小时内连续正常工作，无故障率P(t)=99%P(t)=99%以上的话，则，数控机床的以上的话，则，数控机床的平均无故障运行时间平均无故障运行时间MTBFMTBF就必须大就必须大于于30003000小时，（对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂小时，（对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别较大），如果只对一台数控机床而言，如主机与数控系统差别较大），如果只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为的失效率之

14、比为10:110:1的话（注：数控的可靠比主机高一个数量的话（注：数控的可靠比主机高一个数量级）。此时，数控系统的级）。此时，数控系统的MTBFMTBF就要大于就要大于33333.333333.3小时，而其中的小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的数控装置、主轴及驱动等的MTBFMTBF就必须大于就必须大于1010万小时。万小时。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展而目前，国外数控系统平均无故障时间而目前，国外数控系统平均无故障时间MTBF在在7万一万一10万小时以上，国产数控系万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为统平均无故障时间仅为10000小时左右，国小时左

15、右，国外整机平均无故障工作时间达外整机平均无故障工作时间达800小时以上，小时以上，而国内最高只有而国内最高只有300小时。小时。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展2.2.模块化、智能化、柔性化和集成化模块化、智能化、柔性化和集成化(1)(1)模块化、专门化与个性化模块化、专门化与个性化 为了适应数控机床为了适应数控机床 多品种、小批量的特点，机床结构模块化，多品种、小批量的特点，机床结构模块化，数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是数控功能专门化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年来数控机床特别明显的发展趋势。近几年来数控机床特别

16、明显的发展趋势。(2)(2)智能化智能化 智能化智能化 包括在数控系统中的各个方面，具体体现在：为追求加包括在数控系统中的各个方面，具体体现在：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程自适应控制技术，加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程自适应控制技术，加工参数的智能优化与选择；为提高驱动性能及使用连接方便方面的工参数的智能优化与选择；为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载自智能化，如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智程、简化操作方

17、面的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等能化的自动编程，智能化的人机界面等;智能故障诊断与自修复技术、智能故障诊断与自修复技术、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展(3)(3)柔性化和集成化柔性化和集成化 数控机床向柔性化发展的趋势是：从点数控机床向柔性化发展的趋势是：从点(数控单机、加工中数控单机、加工中心和数控复合加工机床心和数控复合加工机床)、线、线(FMC,FMS,FTI,FMI)(FMC,FMS,FTI,FMI)向面向面(工段工段车间独立制造岛、车间独立制造岛、

18、FA)FA)、体、体(CIMS(CIMS、分布式网络集成制造系统、分布式网络集成制造系统)的方向发展，的方向发展，另一方面，向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化另一方面，向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。重点：重点：以提高可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为以提高可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；目标；注重加强单元技术的开拓、

19、完善；CVC单机向高精度、单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与方便地与(CAD,CAM,CAPP,MTS联结，向信息集成方向发展；联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展3.3.开放性开放性 由于数控系统生产厂家技术的保密，传统的数控系统是一由于数控系统生产厂家技术的保密，传统的数控系统是一种专用封闭式系统，各个厂家的产品之间以及与通用计算机种专用封闭式系统，各个厂家的产品之间以

20、及与通用计算机之间不兼容，维修、升级困难，难以满足市场对数控技术的之间不兼容，维修、升级困难，难以满足市场对数控技术的需求，为适应数控进线、联网、普及型、个性化、多品种、需求，为适应数控进线、联网、普及型、个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，开放式是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，开放式数控系统，具有标准化的人机界面和编程语言，软、硬件兼数控系统，具有标准化的人机界面和编程语言，软、硬件兼容，维修方便，如容，维修方便，如图图1-31-3所示为开放式数榨装

21、置的概念结构。所示为开放式数榨装置的概念结构。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展目前，国内外对开放式数控系统研究如下：目前，国内外对开放式数控系统研究如下：例如，美国在例如，美国在2020世纪世纪9090年代初提出了开发下一代年代初提出了开发下一代控制器的计划控制器的计划NGC(Vext Generation Controller)NGC(Vext Generation Controller)，以后又提出了，以后又提出了OMAC(Opcn Modular architecture OMAC(Opcn Modular architecture Controller)C

22、ontroller)一划，欧洲在一划，欧洲在2020世纪世纪9090年代初开始年代初开始OSACA(Open System architecture for Controls OSACA(Open System architecture for Controls within automation system)within automation system)计划，以及目前正发计划，以及目前正发展的基于展的基于PCPC的开放式数控系统结构的开放式数控系统结构(PC(PC嵌入嵌入CNCCNC型型,CNC,CNC嵌入嵌入PCPC型、全软件型、全软件CVCCVC型型)等。等。上一页 下一页返回1.

23、1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展4.4.新一代数控加工工艺与装备新一代数控加工工艺与装备为适应制造自动化的发展，向为适应制造自动化的发展，向FMCFMC，FMSFMS和和CIMSCIMS提供基础设备，要提供基础设备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头(有时带坐有时带坐标变换标变换)、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，广泛、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，广泛地应用于机器人和物流系统，出现了数控技术的

24、并联化和网络化。地应用于机器人和物流系统，出现了数控技术的并联化和网络化。围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电动机、人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电动机、软件补度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数软件补度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化，如控机床实用化，如图图1-41-4所示为并联机床。以计算机辅助管理和所示为并联机床。以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支工程数据库、因特网等为主体的制造信息

25、支上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展持技术和智能化决策系统。对机械加工中海量信息进行存储和持技术和智能化决策系统。对机械加工中海量信息进行存储和实时理。应用数字化网络技术，使机械加工整个系统趋于资源实时理。应用数字化网络技术，使机械加工整个系统趋于资源合理支配并高效地应用。国内外一些著名数控机床和数控系统合理支配并高效地应用。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近几年推出了相关的新概念和样机，例如：日本山制造公司都在近几年推出了相关的新概念和样机，例如：日本山心，日本心，日本大隈大隈(Okuma)机床公司展出的信息技术广场机床公司展出的信息技术广场(IT广广

26、场场)，德国西门子，德国西门子(Siemens)公司展出的开放制造环境公司展出的开放制造环境(OME)等，等，反映了数控机床加工向网络化方向的发展趋势。反映了数控机床加工向网络化方向的发展趋势。总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，机械加工向虚性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，机械加工向虚拟制造方向发展，使现代加工技术水平不断提高。拟制造方向发展，使现代加工技术水平不断提高。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展1.1.3 各国数控机床的发展状况各国数控机床的

27、发展状况美国、德国、日本三国是当今世界上在数控机床科研、设计、美国、德国、日本三国是当今世界上在数控机床科研、设计、制造和使用上技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件制造和使用上技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。不同，各有特点。(1)美国的数控发展史美国的数控发展史美国政府美国政府重视重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率效率”和和“创新创新”，注重基础

28、科研。因而在机床技术上不断创新。如注重基础科研。因而在机床技术上不断创新。如1952年研制年研制出世界第一台数控铣床，出世界第一台数控铣床，1958年研制出加工中心，年研制出加工中心，20世纪世纪70年代初研制成柔性制造系统年代初研制成柔性制造系统(FMS),1987年首创开放式数控系年首创开放式数控系统等。统等。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大批量由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大批量生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此，其

29、数控机床的主机设计、制造及数控系统基础领先，因此，其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在高性能数控机床技术在世界也一直领先。世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在20世纪世纪80年代政年代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于于1982年年被后进的日本超过，并大量进口。被后进的日本超过，并大量进口。从

30、从20世纪世纪90年代起，纠正年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展(2)德国的数控发展史德国的数控发展史德国政府德国政府一贯重视一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。于扶植。于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理沦与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。学试验，理沦与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共

31、性和特性问企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界，尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别口遍及世界，尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件的先进实用，其机、电、液、气、重视数控机床主机及配套件的先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司的数控系统，均为世界

32、闻名，上居世界前列。如西门子公司的数控系统，均为世界闻名，竟相采用。竟相采用。上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展(3)日本的数控发展史日本的数控发展史日本政府对机床工业的发展日本政府对机床工业的发展异常重视异常重视，通过规划、法规，通过规划、法规(如如“机振法机振法”“机电法机电法”“机信法机信法”等等)引导发展。在重视人才及引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，结果在有些方面学习美国，结果在有些方面 青出于蓝而胜于蓝。青出于蓝而胜于蓝。自自1958年研制出第一台数控机

33、床后，年研制出第一台数控机床后，1978年产量年产量(7342台台)超超过美国过美国(5688台台)，至今产量、出口量一直居世界首位，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年年产量产量46604台，出口台，出口27409台，占台，占59%)。战略上先仿后创，先。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占据世界广大市生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占据世界广大市场。在场。在20世纪世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本床发展。日本FANUC公司公司战略正确，战略正确，仿创结合仿创结合，针对性地发，针对性地发展市场所

34、需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发展量上居世界第一。该公司现有职工量上居世界第一。该公司现有职工3 674人，科研人员超过人，科研人员超过600人，月产能力人，月产能力7 000套，销售额在世界市场上占套，销售额在世界市场上占50%，在日本国，在日本国内约占内约占7000，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大的促进，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大的促进作用。作用。(4)我国的现状我国的现状我国数控技术的发展起步于我国数控技术的发展起步于20世纪劝年代，通过世纪劝年代，

35、通过“六五六五”期期间引进数控技术，间引进数控技术，“七五七五”期间组织消化吸收期间组织消化吸收“科技攻关科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，近几年，我国数控产业发展迅速，1998-2004年，国产数控机年，国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为床产量和消费量的年平均增长率分别为39.1%和和34.900。尽。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中年开始，中国连国连上一页 下一页返回1.1 数控机的产生与发展数控机的产生与发

36、展续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。2004年中国机床主机消费高达年中国机床主机消费高达95亿美元，国内数控机床制造亿美元，国内数控机床制造企业，在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差企业，在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可见，依赖进口。由此可见，国产数控机床特别是中高档数控机床国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竟争力，仍然缺乏市场竟争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究其原因主要

37、在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，认识不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训形势，认识不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。上一页返回1.2 机床中有关数控的基本概念机床中有关数控的基本概念1.数字控制数字控制(Numerical Control)简称数控，是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的简称数控，是

38、一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。运动及其加工过程进行控制的一种方法。2.数控系统数控系统(Numerical Control system)数控系统是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统数控系统是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中具有特定代码的程序，并将其泽码，从而使机床运动并加中具有特定代码的程序，并将其泽码，从而使机床运动并加工零件。即采用数字控制的系统。工零件。即采用数字控制的系统。3.计算机数控系统计算机数控系统(Computer Numerical Control system)计算机数控系统是由装有数控系统程序的专用计算机

39、、输入计算机数控系统是由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程控制器输出设备、可编程控制器(PLC)、存储器、主轴驱动及进给驱、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成。用计算机控制实现数控功能的系统。动装置等部分组成。用计算机控制实现数控功能的系统。下一页返回1.2 机床中有关数控的基本概念机床中有关数控的基本概念4.伺服驱动伺服驱动(Servo Drive)在数控机床上，伺服驱动的控制对象通常是机床坐标轴的位移在数控机床上，伺服驱动的控制对象通常是机床坐标轴的位移(包括速度、方向和位置包括速度、方向和位置)，其执行机构是伺服电动机，对输入，其执行机构是伺服电动机，对输入指令信号

40、进行控制和功率放大的是伺服放大器指令信号进行控制和功率放大的是伺服放大器(又称驱动器、放又称驱动器、放大器、伺服单元等大器、伺服单元等)，实际位移量的检测通过检测装置进行。伺，实际位移量的检测通过检测装置进行。伺服驱动的作用主要是按照数控装置给定的速度运行和给定的位服驱动的作用主要是按照数控装置给定的速度运行和给定的位置定位。置定位。5.数控机床数控机床(Vumcrical Control Machinc Tools)数控机床是用数字指令进行控制的机床，机床的所有运动，数控机床是用数字指令进行控制的机床，机床的所有运动，包括主运动、进给运动与各种辅助运动都是用输入数控装置的包括主运动、进给运动

41、与各种辅助运动都是用输入数控装置的数字信号来控制的，其加工过程可用如数字信号来控制的，其加工过程可用如图图1-5所示的框图来描述。所示的框图来描述。上一页 下一页返回1.2 机床中有关数控的基本概念机床中有关数控的基本概念6.数控技术数控技术(Numerical Control technology)数控技术是用数字量及字符发出指令并实数控技术是用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。目前，计算机辅助设计现自动控制的技术。目前，计算机辅助设计与制造与制造(CAD/CAM)、柔性制造单元、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系柔性制造系(FMS)、计算机集成制造系统、计算机集成制造系统(CIMS

42、),敏捷制造敏捷制造(AM)和智能制造和智能制造(IM)等先等先进制造技术都建立在数控技术基础上。进制造技术都建立在数控技术基础上。上一页 下一页返回1.2 机床中有关数控的基本概念机床中有关数控的基本概念上一页返回7.7.计算机辅助设计和制造计算机辅助设计和制造 简称简称CAD/CAMCAD/CAM，是以计算机作为主要技术手段，处理各种数，是以计算机作为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成从产品设计到加工制造整个过程的字信息与图形信息，辅助完成从产品设计到加工制造整个过程的各项活动。各项活动。模具模具CAD/CMCAD/CM技术的主要特点是：设计与制造过程的紧密联技术的主要特点

43、是：设计与制造过程的紧密联系一设计制造一体化，其实质是设计和制造造的综合计算机化，系一设计制造一体化，其实质是设计和制造造的综合计算机化，主要设计与制造加工的是各类模具零件。主要设计与制造加工的是各类模具零件。目前这类软件较多，典型的目前这类软件较多，典型的CAD/CAMCAD/CAM软件主要有软件主要有Master Master CAM,CAXA-DEAS,UG,CATIACAM,CAXA-DEAS,UG,CATIA等，其中我国应用较多的有等，其中我国应用较多的有Master Master CAM,CAXACAM,CAXA、Pro/E,UGPro/E,UG等软件。等软件。1.3 数控机床的组

44、成与工作原理数控机床的组成与工作原理1.3.1 数控机床的组成数控机床的组成数控机床是利用数控技术，准确地按照事先编制好的程序，数控机床是利用数控技术，准确地按照事先编制好的程序，自动加工出所需工件的机电一体化设备。在现代机械制造中，自动加工出所需工件的机电一体化设备。在现代机械制造中，特别是在航空、造船、国防、汽车模具及计算机工业中得到特别是在航空、造船、国防、汽车模具及计算机工业中得到广泛应用。数控机床通常是由程序载体、广泛应用。数控机床通常是由程序载体、CNC装置、伺服系装置、伺服系统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体组成，如统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体组成，如图图1-6所所

45、示。示。1.程序载体程序载体程序载体是用于存取零件加工程序的装置。可将零件加工程程序载体是用于存取零件加工程序的装置。可将零件加工程序以一定的格式和代码序以一定的格式和代码(包括机床上刀具和零件的相对运动轨包括机床上刀具和零件的相对运动轨迹、工艺参数和辅助运动等迹、工艺参数和辅助运动等)存储在载体上，程序载体可以是存储在载体上，程序载体可以是磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等。磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等。下一页返回1.3 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理2.CNC装置装置(又称计算机数控装置又称计算机数控装置)CNC装置是装置是CNC系统的核心，它的组成包括：微处理器系统的核心，它的组

46、成包括：微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路及与数控系统其他组成部存储器、局部总线、外围逻辑电路及与数控系统其他组成部分联系的接口及相应控制软件。如分联系的接口及相应控制软件。如图图1-7所示为所示为CNC数控装置数控装置组成。组成。CNC装置的功能：是接收从输入装置送来的脉冲信号；并将装置的功能：是接收从输入装置送来的脉冲信号；并将信号通过数控装置的系统软件或逻辑电路的编泽、运算和逻信号通过数控装置的系统软件或逻辑电路的编泽、运算和逻辑处理后，输出各种信号和控制指令。在这些控制指令中，辑处理后，输出各种信号和控制指令。在这些控制指令中，除了送给伺服系统的位置和速度指令外，还送给辅助

47、控制装除了送给伺服系统的位置和速度指令外，还送给辅助控制装置的机床辅助动作指令。最终控制机床的各部分，使其按照置的机床辅助动作指令。最终控制机床的各部分，使其按照规定的、有序的动作执行。规定的、有序的动作执行。上一页 下一页返回1.3 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理3.伺服系统伺服系统伺服系统是伺服系统是CNC装置和机床本体的联系环节，其作用：是把装置和机床本体的联系环节，其作用：是把来自来自CNC装置的微弱指令信号调解、转换、放大后驱动伺服装置的微弱指令信号调解、转换、放大后驱动伺服电动机，通过执行部件驱动机床移部件的运动，使工作台精电动机，通过执行部件驱动机床移部件的运动

48、，使工作台精确定位或使刀具和工件及主轴按规定的轨迹运动，最后加工确定位或使刀具和工件及主轴按规定的轨迹运动，最后加工出符合图样要求的零件。它的伺服精度和动态响应是影响数出符合图样要求的零件。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。伺服系统组成包括：驱动装置和执行装置两大部分。伺服系统组成包括：驱动装置和执行装置两大部分。驱动装置包括：主轴伺服单元驱动装置包括：主轴伺服单元(转速控制转速控制)、进给驱动单元、进给驱动单元(位置和速度控制位置和速度控制)、回转工作台和刀库伺服控制装置以及它、回转工作台和刀库伺服控

49、制装置以及它们相应的伺服电动机等。常用的伺服电动机有，步进电动机、们相应的伺服电动机等。常用的伺服电动机有，步进电动机、直流伺服直流伺服上一页 下一页返回1.3 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理电动机和交流伺服电动机。伺服电动机是系统的执行元件，驱电动机和交流伺服电动机。伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源。数控系统发出的指令信动控制系统则是伺服电动机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台或率放大后，驱

50、动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。刀架运动。4.检测与反馈装置检测与反馈装置与反馈装置有利于提高数控机床加工精度。它的作用是与反馈装置有利于提高数控机床加工精度。它的作用是:将机将机床导轨和的位移量、移动速度等参数检测出来，通过模数转床导轨和的位移量、移动速度等参数检测出来，通过模数转换变成数字信号，并反馈到数控装置中，数控装置根据反馈换变成数字信号，并反馈到数控装置中，数控装置根据反馈回来的信息进行判断并发出相应的指令，纠正所产生的误差。回来的信息进行判断并发出相应的指令，纠正所产生的误差。常用的检测装置有编码器、光栅、感应同步器、磁栅、霍尔常用的检测装置有编码器、光栅、感