1、第1章數(shù)控機(jī)床概述第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展趨勢第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展趨勢數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展數(shù)字控制機(jī)床(Numerically Controlled Machine Tool)，是近代發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制機(jī)床，通過數(shù)字信息自動(dòng)控制機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)控機(jī)床的加工程序和運(yùn)動(dòng)變量(如坐標(biāo)方向、位移量、軸的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速等)通過數(shù)控裝置自動(dòng)控制，同時(shí)具有自動(dòng)換刀、自動(dòng)測量、自動(dòng)潤滑和自動(dòng)冷卻等功能。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。自1952年美國研制出第一臺(tái)數(shù)控銑床起，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。)返回下一頁第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展趨勢數(shù)控(NC)階段(19

2、52-1970年)早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，這雖然對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響并不大，但卻不能適應(yīng)機(jī)床適時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，這被稱為硬件連接數(shù)控(H and-wired NC)，簡稱為數(shù)控(NC)。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段經(jīng)歷了三代，即:第一代數(shù)控:1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用NC裝置;第二代數(shù)控:1959-1964年采用晶體管電路的NC裝置;第三代數(shù)控:1965-1970年采用小、中規(guī)模集成電路的NC裝置。下一頁返回上一頁第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段(1970至今)到1970年，通用小型計(jì)

3、算機(jī)已批量生產(chǎn)，其運(yùn)算速度比20世紀(jì)五六十年代有了大幅度的提高，這比專門“搭”成的專用計(jì)算機(jī)成本低、可靠性高，于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)階段也經(jīng)歷了三代，即:第四代數(shù)控:1970-1974年采用大規(guī)模集成電路的小型通用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng);第五代數(shù)控:1974-1990年應(yīng)用微處理器的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng);第六代數(shù)控:1990年以后，PC(個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī))的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC (PC-BASED)的時(shí)代下一頁上一頁返回第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展趨勢數(shù)控機(jī)

4、床發(fā)展的趨勢提高數(shù)控系統(tǒng)的智能化和可靠性提高速度和精度數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)多功能化和綜合自動(dòng)化現(xiàn)在通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)字化制造已經(jīng)進(jìn)入了信息高速公路;敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)與制造、虛擬制造等技術(shù)也正在全面快速發(fā)展。返回上一頁第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的種類很多，從不同角度出發(fā)就有不同的分類方法，通常有以下幾種分類方法按控制功能分類點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床下一頁返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型分類按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)有無位置測量反饋裝置可分為開環(huán)數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床根據(jù)位置測量裝置安裝的位置不同又可分為全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床和

5、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床兩種。開環(huán)數(shù)控機(jī)床開環(huán)數(shù)控機(jī)床采用開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，圖1-1所示為開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡圖。由圖可知，開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)沒有位置測量反饋裝置，信號(hào)流是單向的(數(shù)控裝置一進(jìn)給系統(tǒng))，故系統(tǒng)穩(wěn)定性好，但由于無位置反饋，相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)而言，控制精度不高，其精度主要取決于伺服馭動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。下一頁上一頁返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，圖1-2所示為半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡圖。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測點(diǎn)從馭動(dòng)電動(dòng)機(jī)(常用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠端引出，是通過檢測電動(dòng)機(jī)和絲杠旋轉(zhuǎn)角度來間接檢測工作臺(tái)的位移量，而不是直接檢測工作臺(tái)的實(shí)際位

6、置。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床閉環(huán)數(shù)控機(jī)床采用閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，圖1-3所示為閉環(huán)伺服系統(tǒng)簡圖。閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置檢測點(diǎn)如圖1-3中的點(diǎn)畫線所示，它直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位置進(jìn)行檢測下一頁上一頁返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)按工藝用途(機(jī)床類型)分類切削加工類數(shù)控機(jī)床成形加工類數(shù)控機(jī)床特種加工類數(shù)控機(jī)床其他類型數(shù)控機(jī)床按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平有兩種分法。一種是把數(shù)控機(jī)床分為高、中、低檔(經(jīng)濟(jì)型)數(shù)控機(jī)床。這種分類方法在我國應(yīng)用較普遍。目前高、中、低檔的界限還沒有一個(gè)統(tǒng)一的界定標(biāo)準(zhǔn)，加之不同時(shí)期劃分的標(biāo)準(zhǔn)也不同，故這種分類的指標(biāo)限定僅供參考。高、中、低檔數(shù)控系統(tǒng)功能水平界定指標(biāo)見表1-1下一

7、頁上一頁返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)另一種分類是將數(shù)控機(jī)床分為經(jīng)濟(jì)型(簡易)、普及型(全功能)和高檔型數(shù)控機(jī)床。全功能型并不追求過多功能，以實(shí)用為準(zhǔn)，也稱為標(biāo)準(zhǔn)型。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是根據(jù)實(shí)際機(jī)床的使用要求合理地簡化系統(tǒng)，降低價(jià)格。在我國，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指裝備了功能簡單、價(jià)格低、使用操作方便的低檔數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床、線切割機(jī)及進(jìn)行數(shù)控化改造的機(jī)床等。下一頁上一頁返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床主要由以下幾個(gè)部分組成，如圖1-4所示。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC裝置)計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心，其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)

8、行部件(伺服單元、馬伙動(dòng)裝置和PLC等)，完成零件加工程序或操作者的要求。下一頁上一頁返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測量裝置伺服單元和馭動(dòng)裝置包括主軸伺服馭動(dòng)裝置、主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服馭動(dòng)裝置及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。測量裝置是指位置和速度測量裝置，它是實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。主軸伺服系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度?？刂泼姘蹇刂泼姘逵址Q操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床(系統(tǒng))進(jìn)行信息交互的工具。操作人員可以通過它對(duì)數(shù)控機(jī)床(系統(tǒng))進(jìn)行操作、編程、調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，也可以通過它了解和查詢數(shù)控機(jī)床(系統(tǒng))的運(yùn)行狀態(tài)。下一頁上一頁

9、返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)程序輸入/輸出設(shè)備程序輸入/輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的裝置，其作用是將零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)，或?qū)⒄{(diào)試好的零件加工程序通過輸出進(jìn)行存儲(chǔ)。目前數(shù)控機(jī)床的程序輸入/輸出設(shè)備是磁盤和磁盤馭動(dòng)器等。此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)還可利用通信方式進(jìn)行信息交換。這種方式是實(shí)現(xiàn)CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))/CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)集成、FMS(柔性制造系統(tǒng))和CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))的基本技術(shù)。目前在數(shù)控機(jī)床上常用的通信方式有:串行通信;自動(dòng)控制專用接口;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下一頁上一頁返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)PLC、機(jī)床I/0(輸入/輸出)電路和裝置PLC是用二進(jìn)制與邏輯運(yùn)

10、算來控制與順序動(dòng)作有關(guān)的I/0電路，它由硬件和軟件組成。機(jī)床I/0電路和裝置是用來實(shí)現(xiàn)I/0控制的執(zhí)行部件，由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成。機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)零件加工的執(zhí)行部件。它主要由主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu))、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件(工作臺(tái)、拖板及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu))、支承件(立柱、床身等)以及特殊裝置、自動(dòng)工作臺(tái)交換(APL)系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換(ATC)系統(tǒng)和輔助裝置(如冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等)組成。下一頁上一頁返回第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床的工作原理如圖1-5所示。首先根據(jù)被加工零件的狀態(tài)、尺寸及工藝要求等，手工或通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行零件加工的程序編制，把加工零件所需的機(jī)床各種動(dòng)作及工藝參數(shù)變成數(shù)控裝置所能接受的程序代碼，然后經(jīng)輸入裝置送人數(shù)控裝置。進(jìn)入數(shù)控裝置的信息經(jīng)一系列的處理和運(yùn)算轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào)，有的脈沖信號(hào)傳送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，經(jīng)傳動(dòng)裝置馭動(dòng)機(jī)床有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件