数控机床概论(讲稿)

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1、数控机床概论第1章绪论1.1数控机床的产生与发展1.1.1数控机床的产生目前很多制造企业已经广泛采用了以自动机床、组合机床和专用机床为主体的“刚性”自动生产线，采用多刀、多工位和多面同时加工方法，常年进行着单一产品的高效和高度自动化的生产。尽管这种生产方式需要巨大的初始投资和很长的生产准备周期，但在大批量的生产条件下，由于分摊在每一个加工零件上的费用很少，因此，经济效益仍然是十分显著的。不过，在制造业并不是所有的产品都具有很大的需求量，单件与小批量生产的零件一般占机械加工总量的80%左右。尤其是航空、航天、船舶、机床、重型机械、食品加工机械、

2、包装机械和军工等产品，不仅加工批量少，而且加工零件形状比较复杂，精度要求也很高，还需要经常改型。如果仍然采用专业化程度很高的自动化机床加工这类产品的零件就显得不尽合理。而经常改装和调整设备，对于专用生产线来讲，不仅会提高产品的生产成本，有时甚至是无法实现的。因此，这种“刚性”的自动化生产方式已逐渐显现出了对现代制造业的不适应性。为了解决上述问题，从而实现多品种、小批量产品零件的自动化生产，一种称之为数控机床（NumericalControlMachineTools）的现代机床应运而生。数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动

3、化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而驱动机床动作并加工零件。它很好的解决了刚性自动生产线难以经常改型和调整设备的问题，显示出了适应多品种、小批量产品零件生产的“柔性”。1.1.2数控机床的发展从1952年至今，数控机床按照控制机的发展，已经历了六代。世界上第一台数控机床在美国诞生，是由美国小型飞机工业承包商帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构研究所为推进飞机和导弹的研制联合开发的，1955年进入实用阶段，这时数控机床的控制系统（专用电子计算机）采用的是电子管，其体积庞大，功耗高，仅在一些军事部门中

4、承担普通机床难以加工的形状复杂零件，这是第一代数控系统。1959年，由于在计算机行业中研制出晶体管元件，因而在数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入了第二代。1965年，出现小规模集成电路，由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高。数控系统发展到第三代。以上三代系统，都是采用专用控制计算机的硬接线数控系统，我们称之为硬线系统，统称为普通数控系统（NC）。随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降，激烈地冲击着市场。数控系统的生产厂家认识到，采用小型计算机来取代专用控制计算机，经济上是合算的，许多功能可以依靠编制专用程

5、序存在计算机的存储器中，构成所谓控制软件而加以实现，提高了系统的可靠性和功能特色。这种数控系统，称为第四代系统，即计算机数控系统（CNC）。160在1970年前后，美国英特尔（Intel）公司开发和使用了四位微处理器，微处理芯片渗透到各个行业，数控系统也开始采用了相应技术。因此，我们把以微处理机技术为特征的数控系统称为第五代系统（MNC）。到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯上称为微机）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PC机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系统从此进入了第六代，即基于PC的阶段。1

6、.1.3数控机床的发展动向⑴高速、高效机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛适用性。目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到5000~8000m/min以上；主轴转数在30000r/min（有的高达105r/min）以上；工作台的移动速度（进给速度）在分辨率为1µm时，在100m/min（有的到200m/min）以上，在分辨率为0.1µm时，在24m/min以上；自动换刀速度普遍在1s左右；小线段插补进给速度可达12m/

7、min。⑵多功能在零件加工过程中有大量的时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降上，为了尽可能减少这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。⑶智能化智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程中许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：①为追求加工效率和加工质量的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；

8、②为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电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；③简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能