模块一数控机床概述

数控机床原理与结构主讲：陈红英机电系数控教研室模块一数控机床概述数控技术的发展趋势31数控机床的分类与特点2数控机床的产生与发展教学目标（Objectives）了解数控机床的产生与发展熟悉数控机床的特点及分类清楚数控技术将来的发展方向§1.1数控机床的产生与发展1.1.1社会需求背景从工业化革命（瓦特蒸汽机）以来人们实现机械加工自动化的手段：1、自动机床(automaticmachinetool)2、组合机床(modularmachinetool)§1.1数控机床的产生与发展1.1.1社会需求背景从工业化革命（瓦特蒸汽机）以来人们实现机械加工自动化的手段：3、专用自动生产线(automaticproductionline)这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度，提高了劳动生产率，促进了制造业地发展。但它也存在固有的缺点：初始投资大准备周期长产品类型变更困难§1.1数控机床的产生与发展•市场竞争日趋激烈•产品更新换代加快•大批量产品越来越少，小批量产品生产的比重越来越大迫切需要一种精度高、柔性好加工设备来满足上述需求。加之TheeffectsofWorldWarIIweresignificantinthedevelopmentofNCmachinery.(CourtesyU.S.AirForce.)1948年，（二战期间）美国空军后勤司令部与美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出计算机控制机床的设想，在麻省理工学院（MIT）的协助下，于1952年研制成功了世界上第一台三坐标直线插补且连续控制的立式数控铣床。1.1.2诞生的时代背景§1.1数控机床的产生与发展当时的数控装置采用的是电子管元件。TheServoMechanismLaboratoryatMIT.(CourtesyMITMusemLibrary.)麻省理工学院伺服机构实验室ThefirstNCmachineproducingidenticalparts.(CourtesyMITMusemLibrary.)§1.1数控机床的产生与发展§1.1数控机床的产生原中捷友谊厂生产中国第一台数控机床我国于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。§1.1数控机床的产生与发展§1.1数控机床的产生与发展1.1.3数控技术的发展阶段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1958年采用晶体管和印制板电路1965年出现小规模集成电路1970年出现小型计算机代替专用硬接线装置1974年以微处理为核心的数控系统§1.1数控机床的产生与发展自数控机床产生至今，随着科技，特别是微电子技术、计算机技术的进步而不断发展，其数控系统的发展主要表现在以下几个阶段：NC系统的发展经历的五代第一代：电子管时代第二代：晶体管时代第三代：小规模集成电路时代第四代：小型计算机时代第五代：微处理器时代§1.1数控机床的产生与发展伺服驱动技术传感器技术软件技术信息技术数控机床所覆盖的技术领域自动控制技术§1.2数控机床的分类1.2.1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§1.2数控机床的分类3、多坐标数控机床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数控装置2数控装置m机床2机床m存储装置CRT显示及打印机特点：数控装置控制的轴数较多，机床结构也比较复杂。§1.2数控机床的分类五轴数控铣床§1.2数控机床的分类1.2.2按控制运动方式分类特点：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ZYX1、点位控制数控机床§1.2数控机床的分类数控摇臂钻床坐标镗床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§1.2数控机床的分类数控车龙门刨床§1.2数控机床的分类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§1.2数控机床的分类§1.2数控机床的分类1.2.3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、小型数控机床数控装置驱动电路步进电动机工作台指令脉冲齿轮箱§1.2数控机床的分类2、闭环数控机床特点：e=0，工作台停止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数控装置位置比较电路伺服电动机工作台指令脉冲齿轮箱速度控制电路测量装置检测元件测速元件§1.2数控机床的分类3、半闭环数控机床特点：检测丝杠或电动机轴旋转角位移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，稳定性也较好数控装置位置比较电路伺服电动机工作台指令脉冲齿轮箱速度控制电路测量装置检测元件测速元件§1.2数控机床的分类1.2.4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集成电路特点：很高柔性§1.2数控机床的分类1.2.5按加工方式分类1、金属切削类数控机床1）数控车床（NCLathe）。2）数控铣床（NCMillingMachine）。3）加工中心（MachineCenter）。4）数控钻床（NCDrillingMachine）。5）数控镗床（NCBoringMachine）。6）数控齿轮加工机床（NCGearHollingMachine）。7）数控平面磨床（NCSurfaceGrindingMachine）。§1.2数控机床的分类4、其它类型数控机床2、金属成型类数控机床1）数控电火花加工机床（NCDiesinkingElectricDischargeMachine）。2）数控线切割机床（NCWireElectricDischargeMachine）。3）数控激光加工机床（NCLaserBeamMachine）。3、数控特种加工机床§1.2数控机床的分类数控剪板机§1.2数控机床的分类1.3.1数控机床的特点1、加工精度高脉冲当量误差可由闭环系统加以控制制造精度能保证避免操作者的人为误差2、对加工对象改型的适应性强加工对象利用特殊指令实现加工改型为单件、小批量生产提供便利§1.3数控机床的特点§1.3数控机床的特点3、加工生产率高主轴转速和进给量的范围大——节省机动时间移动部件的快速移动和定位均采用加速与减速措施——快进、快退和定位时间少更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床——节省停机安装调整时间加工精度比较稳定——检验时间短工序的复合化——减少半成品周转时间零件的加工时间=机动时间+辅助时间4、减轻操作者的劳动强度5、良好的经济效益使用数控机床——节省划线工时不需要手工制造模型、凸轮、钻模板及其它工夹具——节省工艺装备费用加工精度稳定——减少废品率一机多用——减少厂房面积——减少建厂投资成本6、有利于现代化管理§1.3数控机床的特点二、数控机床的不足1、提高了起始阶段的投资2、增加了电子设备的维护3、对操作人员的技术水平要求较高三、数控机床的应用范围1、单件、多品种、小批量的生产零件2、形状复杂，加工精度较高的零件3、需进行多种工序集中加工的零件4、价格昂贵、不允许报废的零件5、需要频繁改型的零件6、新产品的试制零件7、需要最少生产周期的急需件§1.3数控机床的特点1、运行高速化、加工高精化§1.4数控机床的发展趋势2、功能复合化3、控制智能化4、体系开放化5、驱动并联化6、交互网络化§1.4数控机床的发展趋势1）镗铣钻复合——加工中心、五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）2）车铣复合——车削中心（ATC，动力刀头）3）铣镗钻车复合——复合加工中心（ATC，可自动装卸车刀架）4）铣镗钻磨复合——复合加工中心（ATC，动力磨头）5）可更换主轴箱的数控机床——组合加工中心返回开环全闭环半闭环系统结构控制精度稳定性价格1、三种控制方式优缺点比较课堂练习题2、用自己的语言简述数控机床相对于普通机床的优缺点及适用场合