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何为国民经济的支柱产业？问题：美国68%的社会财富来自于机械制造业日本国民生产总值的49%由机械制造业提供中国机械制造业在工业总产值中占40%没有发达的机械制造业，就不可能有国家的真正繁荣和富强。机械制造业的发展规模和水平反映了一个国家国民经济实力和科技水平。结论：机械制造业：规划设计制造销售储藏运输数控加工技术机械制造中的数控加工技术是衡量制造水平乃至国家工业化水平的重要标杆数字化控制的加工技术使制造业发生了脱胎换骨的飞跃数控机床是实现数控加工的载体数控加工程序是数控机床发挥作用的前提如何学?13673990720luxiaoqin@zzu.edu.cn第一章数控机床概述§1.1数控机床的基本工作原理§1.2数控机床分类§1.3数控机床发展概况§1.1数控机床的基本工作原理一、数控机床的组成二、数控机床加工的基本工作原理三、数控机床加工特点四、数控机床的应用范围数控机床主要由以下几个部分组成：机床本体数控系统（CNC装置）驱动装置辅助装置一、数控机床的组成机床本体是数控机床加工运动的机械部分，主要包括支承部件（床身、立柱等）、主运动部件（主轴箱）、进给运动部件（工作台滑板、刀架）等。数控系统（CNC装置）是数控机床的控制核心，一般是一台专用的计算机。驱动装置是数控机床执行机构的驱动部分，包括主轴电机、进给伺服电机等。辅助装置指数控机床的一些配套部件，包括刀库、液压、气动装置、冷却系统、排屑装置、夹具、换刀机械手等。加工程序计算机数字控制装置(CNC）主轴电机机床本体进给电机位置检测速度控制单元主轴控制单元可编程控制器(PLC)机床数控系统基本工作流程数控系统即位置控制系统的三个基本功能1）输入功能指零件加工程序和各种参数的输入。2）插补功能在加工零件的实际轮廓或轨迹的已知点之间确定一些中间点的方法。通常在给定直线或圆弧的起点和终点之间进行密化。3）伺服控制将计算机送出的位置进给脉冲或进给速度指令，经变换和放大后化为伺服电机（步进或直、交流电机）的转动，从而带动机床工作台移动。二、数控机床加工的基本工作原理数控机床加工时，是根据工件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及机床各部件的移动量、速度及动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向及冷却等要求，以规定的数控代码形式，编制成程序单，并输入到机床专用计算机中，机床的数控系统根据输入的指令，进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床各部分进行规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的工件。三、数控机床加工特点1.适应性强2.精度高3.效率高4.减轻劳动强度、改善劳动条件1．多品种小批量零件；2.结构较复杂、精度要求高、有复杂曲线、曲面的零件；3．需要频繁改型的零件；4．钻、镗、铰、锪、攻丝及铣削等多工序零件；5．价格昂贵，不允许报废的零件；6．要求百分之百检验的零件；7.需要最小生产周期的急需零件。四、数控机床的应用范围§1.2数控机床分类一、按控制刀具与工件相对运动轨迹分类二、按加工方式分类三、按控制坐标轴数分类四、按驱动系统的控制方式分类一、按控制刀具与工件相对运动轨迹分类点位控制（PointtoPointControl）或位置控制（Positioning）数控机床轮廓控制ContouringControl数控机床1．点位控制（PointtoPointControl）位置控制（Positioning）数控机床这类机床只能控制工作台或刀具从一个位置精确地移动到另一位置，在移动过程中不进行加工，各个运动轴可以同时移动，也可以依次移动见图1-3（a）。如数控钻、镗、冲床，数控点焊机及数控折弯机等均属次类机床。2.轮廓控制（ContouringControl）数控机床这类机床能够同时对两个或两个以上坐标轴进行连续控制，具有插补功能，工作台或刀具边移动边加工见图1-3（b）（c）。如数控铣、车、磨及加工中心等是典型的轮廓控制数控机床，数控火焰切割机、数控线切割及数控绘图机等也都采用轮廓控制系统。二、按加工方式分类1.金属切削类2.金属成型类3.特殊加工类4.其他类1.金属切削类：数控车、钻、镗、铣、磨、加工中心等。数控折弯机弯管机数控剪板机柔性板材成型机2.金属成型类数控折弯机柔性板材成型机3.特殊加工类：电火花加工；数控线切割；数控激光加工；电子束加工；离子束加工；等离子体加工；快速成型技术等。电火花加工可加工任何高硬度、高强度、高脆性、高韧性的金属材料包括淬火钢和硬质合金，特别是各种形状复杂的异形孔、深腔、窄槽、小孔等，精度可达0.01~0.001mm，表面粗糙度Ra可达18~0.32µm。数控线切割用于加工形状复杂的内外轮廓、小孔、窄缝、异型槽、锥体、斜面等。激光加工用聚焦装置把激光束聚焦到百分之一平方毫米上，功率密度可达107KW/mm2，温度可达上万度，可溶化、气化、蒸发任何坚硬的材料，常用于切割、打孔、划线、焊接非金属材料及超硬合金，光点直径理论上可达1µm。瑞士百超公司数控激光切割机3000W、3048X1524X20C钢板、不锈钢10mm厚电子束加工在真空条件下，利用聚焦后、能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到被加工工件表面极小的面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的材料达上千度的高温，从而引起材料的局部融化和气化。通过控制电子束能量密度及能量注入时间达到不同的加工目的。如热处理、焊接、打孔切割等。离子束加工在真空条件下，将离子源产生的离子经聚焦加速打到工件表面上，逐层轰击去除材料表面的原子，进行精细加工。由于离子带正电荷，其质量是电子的千、万倍，其撞击动能比电子束更巨大，直接靠撞击达到加工目的。特别适用于加工易氧化的金属材料、合金材料、高纯度半导体材料，主要用于离子蚀刻、离子镀膜及表面改性的离子注入。等离子体加工又称等离子弧加工，是利用电弧放电将气体电离成过热的等离子气体流束，靠局部融化及气化来去除材料的。等离子体是高温电离的气体，由带正电的离子和带负电的电子组成，在外围工作介质气体的回旋压缩下聚焦，形成能量密度大、温度高的焰流，可融化、气化材料，达到加工的目的。便携式等离子体切割机快速成型技术将电脑上设计的三维立体模型平行地切成成千上万个薄片，用快速成型机，在电脑控制下，逐层扫描每层的二维轮廓曲线，快速形成每一截面，逐一叠加成整体模型。快速成型技术有：液态光敏聚合物选择性固化成型、分层叠纸选择性切割成型、激光粉末选区烧结成型、丝状材料选择性熔覆成型等。快速成型机数控火焰切割机高压水切割机三坐标测量机等4.其他类：三、按控制坐标轴数分类1.两坐标数控机床：两轴联动，用于加工各种曲线轮廓的回转体，如数控车床。2.三坐标数控机床：三轴联动，多用于加工曲面零件，如数控铣床、数控磨床。3.多坐标数控机床：四轴或五轴联动，多用于加工形状复杂的零件。图1-4为两种不同类型的四轴联动数控机床。三轴机床加工刀具走刀示意图五轴机床加工刀具走刀示意图瑞士Willemin-Macodel公司的五轴加工中心日本大阪的Stewart平台并联式机床美国Hexel公司的P2000型5轴加工铣床DCB510混联机床(A31型)A32型机床大连机床集团与清华大学合作开发济南二机床的龙门移动式五轴数控铣床Linapod混联机床(A33型)五轴加工中心天津大学和天津第一机床厂联合开发四、按驱动系统的控制方式分类1.开环控制数控机床2.闭环控制（ClosedLoopControl）数控机床3.半闭环控制（Semi-closedLoopControl）数控机床指令位置比较电路速度控制电路伺服电机机床工作台速度反馈半闭环位置反馈闭环图1-6§1.3数控机床发展概况一、工业化国家数控机床的发展概况二、我国数控机床的发展概况三、数控机床的发展趋势一、工业化国家数控机床的发展概况1952年帕森斯公司和麻省理工学院合作研制成功了世界第一台三坐标数控铣床，它用来加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。这是一台采用专用计算机进行直线插补运算与轮廓控制的数控铣床。专用计算机使用电子管元件，经过三年的改进与自动编程研究，1955年进入实用阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用。但由于技术上和价格上的原因，只局限在航空工业中应用。进入80年代，数控机床进一步发展。近年来具有代表性的数控系统有以下几个方面：1.计算机直接控制系统2.自适应控制机床3.柔性制造系统4.计算机集成生产系统1．计算机直接控制系统（DNC---DirectNumericalControl）计算机直接控制系统又称群控。其特点是：使用计算机对生产过程加强管理，使程序的编制、生产的准备与计划安排等工作和机床工作协调一致，以提高各个数控机床的使用效率。2．自适应控制机床（AC----AdaptiveControl）一般数控机床，是按预先编好的程序进行加工的。但在编程时，有许多参数只能参照过去的经验数据来决定，不可能准确地考虑到在加工过程中所发生的变化，如毛坯余量不均匀，材质硬度不均匀，刀具的磨损，工件的变形，热传导性的差别等等，这些变化直接或间接地影响着加工质量，使加工不能在最佳状态下进行。如果控制系统能对实际加工中的各种加工状态的参数及时地测量并反馈给机床进行修正，则可使切削过程随时都处在最佳状态。由于CNC系统自身带由计算机，只要加上相应的检测元件、控制线路和有关软件就可以制造出这种自适应控制机床。3．柔性制造系统（FMS--FlexibleManufacturingSystem）柔性制造系统是在柔性制造单元基础上研制和发展起来的。柔性制造单元是一种在人的参与减到最小时，能连续地对同一组零件内不同的工件进行自动化加工（包括工件在单元内部的运输和交换）的最小单元。它即可以作为独立使用的加工设备，又可以作为更大更复杂的柔性制造系统或柔性自动线的基本组成模块。柔性制造系统是由加工系统（由一组数控机床和其他自动化工艺设备如清洗机、成品试验机、喷漆机等组成）、智能机器人、全自动输送系统及自动化仓库组成（见图1-7）。这种系统可按任意顺序加工一组不同工序与不同加工节拍的工件，工艺流程可随工件不同而调整，全部生产过程有一台中央计算机进行生产程序的调度，若干台计算机进行工位控制。其中各个制造单元相对独立，能适时地平衡资源的利用。柔性制造系统4．计算机集成生产系统（CIMS--Computer_integratedManufacturingSystem）为实现整个生产过程自动化，人们正着手研制包括规划、设计、工艺、加工、装配、检验、销售等全过程都由计算机控制的集成生产系统。它具有计算机控制的自动化信息流和物质流，对产品的构思和设计直到最终装配、检验这一全过程进行控制，以实现工厂自动化这一伟大的目标。我国数控机床的研制始于1958年，由清华大学研制出了最早的样机。1966年诞生了第一台用于直线——圆弧插补的晶体管数控系统。1970年北京第一机床厂的XK5040型数控升降台铣床作为商品，小批量生产并推向市场。但由于相关工业基础差，尤其是数控系统的支撑工业——电子工业薄弱，致使在1970～1976年间开发出的加工中心、数控镗床、数控磨床及数控钻床因系统不过关，多数机床没有在生产中发挥作用。二、我国数控机床的发展概况80年代前期，在引入了日本FANUC、德国的SIEMENS数控技术后，我国的数控机床才真正进入小批量生产的商品化时代。但绝大多数数控机床还是采用国外的CNC系统。从机床的整体来看，无论是可靠性、精度、生产效率和自动化程度，与国外相比，还存在着不小的差距。近年来随着国民经济的飞速发展，数控技术也得到的了快速提高，每年都有100多项技术难题得到解决，国产数控机床的市场占有率由几年前不到15%已上升至30%。2001年中国第一次展出国产五轴联动加工机床，共展出的12台五轴加工机床中国产的4台。2003年展出了36台，其中国产的18台，占1/2。2005年展出的五轴机床，增加了2倍多，其中国产的则增加了3.5倍，而且结构形式多种多样。