数控机床概论

第一章数控机床概述

一、数控机床的产生与发展

1、为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。

2、以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统(NC)。

由计算机作控制单元的数控系统(CNC)，称为第四代。

微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛的应用，这就是第五代数控(MNC)。后来，人们将MNC也统称为CNC。

为满足产品不断更新，适应多品种、小批量生产自动化需要，柔性制造技术得到了迅速的发展，出现了数控加工（CNC）、柔性制造系统(FMS)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造自动线(FML)等一系列现代制造设备和系统

3、柔性制造技术（FMT）是在数控机床研制和应用的基础上发展起来的，FMT各构成单元有如下几方面：

1)NC(数控设备)是一种机床或工业加工设备(包括焊机、金属成形及钣金加工设备等),其加工运动的轨迹或加工顺序是由数字代码指令(NC Program)确定的,它通常是用计算机辅助制造(CAM)软件工具生成的

2)CNC(计算机数控Computer Numerical Control)是一种具有内装式专用小型计算机的数控系统。

3)DNC-1(计算机直接数控Direct Numerical Control)是将一组数控设备连接到一个公共计算机存储器的系统,该存储器能按需要在线地分配数控指令给数控设备的控制器。

4)DNC-2(分布式数控Distributed Numerical Control)是能将主控计算机存储器中存储的各个零件加工的NC程序,通过分布式前端控制器分配、发送到数控设备的控制器去,并能采集数控设备上报的工况信息的系统。

5)MC(加工中心Machining Center)是一种带刀库和自动换刀装置的多工序加工的数控机床，如钻镗铣、车削、车铣加工中心等。

6)FMS(柔性制造系统Flexible Manufacturing System)是一个在中央计算机控制下，由两台以上配有自动换刀及自动换工件托盘的数控机床，以及为之供应刀具和工件托盘的物料运送装置组成的制造系统，它具有生产负荷平衡调度和对制造过程实时监控功能,以及制造多种零件族的柔性自动化

7)FMC(柔性制造单元Flexible Manufacturing Cell)通常是由一台加工中心、一组公共工件托盘及其传送装置组成的，工件托盘按单一方向传送，传送装置的循环起点是工件装卸工位，控制系统没有生产调度功能(少数FMC由多台加工中心组成，具有初步的调度功能)

8)FTL(柔性自动线Flexible Transfer Line)由多台柔性加工设备及一套自动工件传送装置和控制管理计算机组成。

柔性加工设备可以是1～3台数控加工机床，或数控加工中心的组合，工件按传送线流向顺序加工，适合于大批量生产，并具有加工零件品种在一定范围内变化的制造柔性。

9)FAS(柔性装配系统Flexible Assembly System)由控制计算机、若干工业机器人、专用装配机及自动传送线和线间运载装置组成。用于印刷电路板插装电子器件或各种电动机、机械部件等的自动装配。

4、数控机床的发展水平和趋势

(1)工序集中

(2)高速、高效、高精度

(3)方便使用、提高可靠性：1)加工编程方便。2)使用方便。3)诊断功能不断发展完善。

4)可靠性不断提高。

数控系统的发展趋势

1)采用专用微机

2)采用通用微机技术开发数控系统

3)数控系统的微机字长也在不断提高

在国际上有影响的系统有：

德国的西门子系统(SIEMENS)；日本的法纳克(FANUC),大森（DASEN ），三菱（M、E、C系列），奥克玛（OKUMA ）；美国的(A-B)系统、美国HAAS 、美国海宝 EDGE ,西班牙发格（ＦＡＧＯＲ）,

国产数控系统：华中数控、沈阳飞阳数控、广州数控，北京凯恩帝、华兴数控、蓝天系统、北京宝轮等.

台湾系统：新代系统，宝元系统等

(1)前馈控制技术

(2)机械静、动摩擦的非线性控制技术机床的动、静摩擦的非线性会导致爬行现象。

(3)伺服系统的速度环和位置环均采用软件控制

(4)采用高分辨率的位置测量装置

(5)补偿技术得到发展和广泛应用

5、经济型数控机床

（1）．经济型数控机床存在的缺陷

1)经济型数控机床的系统大部分采用8位单微处理系统，

2)经济型数控机床多采用LED显示。

3)经济型数控机床一般不带通信接口

（2）提高经济型数控系统的性能的途径

1)采用较高档次的微机进行配置

2)采用反馈补偿。

6、数控机床的特点和应用范围

（1）、数控机床的特点

1）适应性强

2)能实现复杂的运动

3)加工精度高，

4)生产效率高：1)数控机床具有较高的刚性2)具有自动变速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能3)工序集中、一机多用的数控加工中心

(5)减轻劳动强度，改善劳动条件

(6)有利于科学的生产管理

二、数控机床的应用范围

数控机床最适合加具有以下特点的零件：

1)多品种小批量生产的零件。

2)形状结构比较复杂的零件。

3)需要频繁改型的零件。

4)价格昂贵，不允许报废的关键零件。

5)需要最短周期制作的急需零件。

6)批量较大精度要求很高的零件。

三、数控机床的分类

1、按工艺用途划分可以分为：特种加工及其他类型数控机床

2、按工艺运动方式划分可以分为：(1)点位控制系统(2)点位直线控制系统(3)轮廓

控制系统

3、按控制方式划分可以分为：(1)开环控制系统(2半闭环控制系统(三)闭环控制系统

4、按功能水平划分：划分为低、中、高档三类。

四、数控机床的选用

1、数控机床规格的选择

应结合确定的典型零件尺寸，选用相应的规格以满足加工典型零件的需要。数控机床的主要规格包括工作台面的尺寸、坐标轴数及行程范围、主轴电动机功率和切削扭矩等。

工作台面的大小确定了加工空间的大小，选用工作台面尺寸一般应大于工件的最大轮廓尺寸，保证工件在其上面能顺利找正及安装；

2、数控机床精度的选择

对于加工中心和数控铣床，还有一项铣圆精度。以此三项精度值，可将数控机床分为普通型和精密型。

（1）.机床定位精度和重复定位精度

机床定位精度和重复定位精度反映了该轴各运动部件的综合精度，尤其是重复定位精度，它反映了该轴在有效行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该数控轴能否稳定可靠工作的基本指标。

进给传动链中反向死区(也称反向失动量)也可用反向间隙补偿功能来补偿。

机床定位精度主要检测的内容如下：

1)直线运动定位精度(包括X、Y、Z、U、V、W轴)；2)直线运动重复定位精度。

3)直线运动轴机械原点的返回精度。4)直线运动失动量的测定。

5)回转运动定位精度(转台A、B、C轴)。6)回转运动重复定位精度。

7)回转轴原点的返回精度。8)回转轴失动量的测定