《數(shù)控機床》教案

總學(xué)時：36學(xué)時

第一章數(shù)控機床概述（2學(xué)時）

課題第1章數(shù)控機床概述教學(xué)學(xué)時2學(xué)時

§1-1數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展§1-2數(shù)控機床的工作原理及組成教學(xué)時數(shù)1學(xué)時

§1-3數(shù)控機床分類§1-4數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢教學(xué)時數(shù)1學(xué)時

【教學(xué)目標(biāo)】

1、了解數(shù)控機床的產(chǎn)生及發(fā)展過程

2、掌握數(shù)控機床的組成及各部分功能

3、掌握數(shù)控機床的工作原理

4、掌握數(shù)控機床的特點及適用場合

5、掌握按運動方式、控制方式分類的情況

6、掌握數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢

7、了解數(shù)控機床按工藝用途、數(shù)控系統(tǒng)功能水平及聯(lián)動軸數(shù)的分類

【重點、難點】

重點：1、數(shù)控、數(shù)控機床的概念

2、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、位置檢測反饋裝置的作用

3、數(shù)控機床的工作原理及組成

4、點位、直線、輪廓控制數(shù)控機床的特點

5、開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)控制數(shù)控機床的特點

①有無檢測之件②檢測之件安裝位置

6、“柔性”概念及FMC、FMS、CIMS的含義

【教具、參考書】

1.多媒體教學(xué)

2.朱曉春《數(shù)控技術(shù)》，機械工業(yè)出版社

3.王愛玲《現(xiàn)代數(shù)控機床》，機械工業(yè)出版社

【時間分配】1、數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展（30分鐘）

2、特點及適用場合（20分鐘）

3、數(shù)控機床分類（30分鐘）

4、發(fā)展趨勢（15分鐘）

5、小結(jié)布置作業(yè)（5分鐘）

【教學(xué)過程】

第一章數(shù)控機床概述

§IT數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展

一、概念

1、數(shù)控（NC）機床:采用數(shù)字化信號對機床的運動及加工過程進(jìn)行控制的機床，稱為數(shù)控機

床。

2、計算機數(shù)控（CNC）：采用存儲程序的專用計算機來實現(xiàn)部分或全部基本數(shù)控功能，則稱為

計算機數(shù)控。

二、數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展

1、產(chǎn)生

①機械產(chǎn)品的自身要求

②單件、多品種小批量零件約占80%以上

2、發(fā)展

1952年美國Parsons公司和MIT三坐標(biāo)數(shù)控立銃床

1955年數(shù)控機床進(jìn)入實用化階段-復(fù)雜曲面加工

數(shù)控系統(tǒng)采用電子管元件-電子管時代

1959年采用晶體管和印制板電路-第二代數(shù)控系統(tǒng)

1965年出現(xiàn)小規(guī)模集成電路-第三代數(shù)控系統(tǒng)

1970年出現(xiàn)小型計算機代替專用硬接線裝置

第四代數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）

1974年以微處理為核心的數(shù)控系統(tǒng)

——第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC系統(tǒng)）

3、我國

1958年起步

20世紀(jì)60年代末70年代初一研制出一些晶體管式數(shù)控系統(tǒng)

20世紀(jì)80年代初

1985年進(jìn)入實用階段

1986—1990年數(shù)控機床大發(fā)展時期

1991年300多種

§1-2數(shù)控機床的工作原理及組成

一、數(shù)控機床的工作原理

數(shù)控機床零件加工的步驟：

1、分析零件圖，確定加工方案，用規(guī)定代碼編程

2、輸入數(shù)控裝置

3、數(shù)控裝置對程序進(jìn)行譯碼、運算，向機床各伺服機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)信號一驅(qū)動一執(zhí)引

一加工零件

二、數(shù)控機床的組成

1、程存載體

皿一包括加工零件所需的全部信息和刀具相對工件的位移信息。

載體一穿孔紙帶、磁帶、磁盤（軟盤、硬盤、內(nèi)存RAM）

2、輸入裝置

作用：將程序載體內(nèi)有關(guān)加工的信息讀入CNC裝置

穿孔紙帶一光電閱讀機

磁帶一錄放機

磁盤一驅(qū)動器和驅(qū)動卡

MDT一手動輸入

3、CNC裝置

作用：接收輸入裝置輸入的加工信息,完成數(shù)值計算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能。

4、伺服系統(tǒng)

作用：將數(shù)控裝置發(fā)來的各種動作指令,轉(zhuǎn)化成機床移動部件的運動。

5、位置反饋系統(tǒng)

6、機床木體

①主運動系統(tǒng)②進(jìn)給運動系統(tǒng)③輔助部分（液壓、氣動、冷卻、潤滑）

三、數(shù)控機床的特點和適用場合

1、數(shù)控機床的特點

1）適合加工復(fù)雜零件

由于數(shù)控裝置具有高超的運算能力

2）適應(yīng)性和靈活性強

3）加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定

閉環(huán)控制可提高精度，自動加工可避免人為誤差

4）生產(chǎn)效率高

零件加工時間=機動時間+輔助時間

5）自動化程度高

自動換刀、檢測、裝卸工件

6）經(jīng)濟效益好

7）價格較貴

8）調(diào)試和維修較復(fù)雜

§1-3數(shù)控機床分類

數(shù)控機床可以根據(jù)不同的方法進(jìn)行分類，常用的分類方法有按數(shù)控機床加工原理分類、按

數(shù)控機床運動軌跡分類和按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類。

一、按數(shù)控機床加工原理分類

按數(shù)控機床加工原理可把數(shù)控機床分為普通數(shù)控機床和特種加工數(shù)控機床。

1）普通數(shù)控機床如數(shù)控車床、數(shù)控銃床、加工中心、車削中心等各種普通數(shù)控機床，

其加工原理是用切削刀具對零件進(jìn)行切削加工。

2）特種加工數(shù)控機床如線切割數(shù)控機床，對硬度很高的工件進(jìn)行切割加工；如電火花

成型加工數(shù)控機床，采用電火花原理對工件的形腔進(jìn)行加工。

二、按數(shù)控機床運動軌跡分類

數(shù)控機床運動軌跡主要有三種形式：點位控制運動、直線控制運動和連續(xù)控制運動。

1）點位控制運動點位控制運動指刀具相對工件的點定位，一般對刀具運動軌跡無特殊

要求，為提高生產(chǎn)效率和保證定位精度，機床設(shè)定快速進(jìn)給，臨近終點時自動降速，從而減少

運動部件因慣性而引起的定位誤差。

2）宜線控制運動直線控制運動指刀具或工作臺以給定的速度按直線運動。

3）連續(xù)控制運動連續(xù)控制運動也稱為輪廓控制運動，指刀具或工作臺按工件的輪廓軌

跡運動，運動軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其它函數(shù)關(guān)系的曲線。這種數(shù)控系統(tǒng)有

一個軌跡插補器，根據(jù)運動軌跡和速度精確計算并控制各個伺服電機沿軌跡運動。

三、按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類

由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號，通過伺服系統(tǒng)控制機床各運動部件運動。數(shù)控機床按進(jìn)

給伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1）開環(huán)控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機，于位置測量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系

統(tǒng)運算，輸出指令脈沖控制步進(jìn)電機工作，如圖17所示，這種控制方式對執(zhí)行機構(gòu)不檢測，

無反饋控制信號，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低，調(diào)試方便，操作簡

單，但控制精度低，工作速度受到步進(jìn)電機的限制。

圖1-1開環(huán)控制系統(tǒng)

脈沖指令f數(shù)展置f環(huán)形分酉己器f功率叱器—?步進(jìn)電機

2）閉環(huán)控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機，有位置測量元件和位置比較電

路。如圖1-2所示，測量元件安裝在工作臺上，測出工作臺的實際位移值反饋給數(shù)控裝置。位

置比較電路將測量元件反饋的工作臺實際位移值與指令的位移值相比較，用比較的誤差值控制

伺服電機工作，直至到達(dá)實際位置，誤差值消除，此稱之為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精

度高，但要求機床的剛性好，對機床的加工、裝配要求高，調(diào)試較復(fù)雜，而且設(shè)備的成本高。

圖廠2閉環(huán)控制系統(tǒng)

脈沖指令f比較環(huán)節(jié)->伺服放大器一日伺服電機—?機床工作臺

信息反饋4

3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)（圖1-3）這種控制系統(tǒng)的位置測量元件不是測量工作臺的實際位置，

而是測量伺服電機的轉(zhuǎn)角，經(jīng)過推算得出工作臺位移值，反饋至位置比較電路，與指令中的位

移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作。這種用推算方法間接測量工作臺位移，不能

補償數(shù)控機床傳動鏈零件的誤差，因此稱之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高

于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設(shè)備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。

圖1-3半閉環(huán)控制系統(tǒng)

脈沖指令匕較環(huán)節(jié)福服放大器卜川司服電機fflll床工作臺

1----------信息反饋1---------

四一所用數(shù)控裝置類型分類

1）硬件式數(shù)控機床（NC機床）

組成：晶體管和集成電路

特點：通用性、靈活性差，制造周期長、成本高

2）軟件式數(shù)控機床（CNC機床）

組成：采用小型或微型計算機，加上通用或?qū)Ｓ么笠?guī)模集成電路

特點：很高柔性

五、按加工方式分類

1、金屬切削類數(shù)控機床

1）數(shù)控車床（NCLathe）.

2）數(shù)控銃床（NCMillingMachine）o

3)加工中心(MachineCenter)。

4)數(shù)控鉆床(NCDrillingMachine)o

5)數(shù)控整堂床(NCBoringMachine)o

6)數(shù)控齒輪加工機床(NCGearHoHingMachine)。

7)數(shù)控平面磨床(NCSurfaceGrindingMachine)o

2、金屬成型類數(shù)控機床

3、數(shù)控特種加工機床

1)數(shù)控電火花加工機床(NCDiesinkingElectricDischargeMachine)□

2)數(shù)控線切割機床(NCWireElectricDischargeMachine)<>

3)數(shù)控激光加工機床(NCLaserBeamMachine)。

4、其它類型數(shù)控機床

六、按功能方式分類

高、中、低檔三類

經(jīng)濟型數(shù)控:看我國指由單板機、單片機和步進(jìn)電動機組成數(shù)控系統(tǒng)和其它功能簡單、價格低

的數(shù)控系統(tǒng)

§卜4數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢

1、高可靠性

①提高元器件和系統(tǒng)的可靠性

②采用抗干擾技術(shù)，提