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数控机床概述第第1章章 概概 述述1.1 机械制造自动化的发展1.2 数控机床的主要结构及工作过程1.3 数控机床的分类1.4 数控技术的发展第二页，共63页。1）制造技术的自动化：）制造技术的自动化：产品设计自动化产品设计自动化 例例 CAD、CAPP、CAM，企业管理自动化企业管理自动化 例例 ERP，加工自动化加工自动化 例例 现场总线、现场总线、CNC、DNC；质量控制过程自动化质量控制过程自动化第第1章章 概概 述述1.1 机械制造自动化的发展技术内涵：技术内涵：第三页，共63页。第第1章章 概概 述述2）制造系统自动化）制造系统自动化：CIMSFMSAM 第四页，共63页。1.1.1计算机数字控制装置计算机数字控制装置（Computerizednumericalcontrol装置装置,CNC）第第1章章 概概 述述1.CNC系统由软件和硬件共同完成数控任务系统由软件和硬件共同完成数控任务2.CNC装置装置数控系统核心数控系统核心第五页，共63页。第第1章章 概概 述述 主要工作：主要工作：1 1）程序输入）程序输入 2 2）译码）译码 3 3）刀具补偿）刀具补偿 4 4）速度规划）速度规划第六页，共63页。第第1章章 概概 述述 主要工作：主要工作：5）插补运算）插补运算 6）位置控制）位置控制 7）I/O处理处理 8）显示）显示 9）诊断）诊断第七页，共63页。CNC装置的的主要功能与特点装置的的主要功能与特点1）控制功能）控制功能2）准备功能准备功能3）插补功能）插补功能4）固定循环功能）固定循环功能5）进）进给功能给功能第第1章章 概概 述述第八页，共63页。柔性制造系统柔性制造系统 （flexible manufacturing system,FMSflexible manufacturing system,FMS）第第1章章 概概 述述能迅速响应市场需求而相应调整生产品种；能迅速响应市场需求而相应调整生产品种；由若干台数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的；由若干台数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的；根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整。根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整。定定义义第九页，共63页。第第1章章 概概 述述主要特点主要特点级别与适用范围级别与适用范围组成与结构组成与结构发展趋势发展趋势第十页，共63页。FMSFMS两个主要特点两个主要特点第第1章章 概概 述述设备柔性设备柔性工业柔性工业柔性产品柔性产品柔性工序柔性工序柔性1 1）柔性柔性：第十一页，共63页。第第1章章 概概 述述运行柔性运行柔性批量柔性批量柔性扩展柔性扩展柔性生产柔性生产柔性FMSFMS两个主要特点两个主要特点1 1）柔性柔性：第十二页，共63页。第第1章章 概概 述述目标：目标：降低生产成本降低生产成本 提高市场影响能力提高市场影响能力 提高产品质量提高产品质量 降低劳动强度降低劳动强度 改善环境改善环境 2 2）自动化自动化第十三页，共63页。级别与适用范围级别与适用范围1.柔性制造模块（柔性制造模块（flexiblemanufacturingmodule,FMM）第第1章章 概概 述述2.柔性制造单元柔性制造单元（flexiblemanufacturingcell,FMC）第十四页，共63页。级别与适用范围级别与适用范围第第1章章 概概 述述3.柔性制造系统柔性制造系统（flexiblemanufacturingsystem,FMS）4.柔性制造生产线柔性制造生产线（flexiblemanufacturingline,FML）5.柔性制造工厂柔性制造工厂（flexiblemanufacturingfactory,FMF）第十五页，共63页。组成与结构组成与结构第第1章章 概概 述述图图1.1FMS的组成框图及功能特征的组成框图及功能特征 第十六页，共63页。发展趋势发展趋势1)1)向小型化、单元化方向发展向小型化、单元化方向发展第第1章章 概概 述述2)2)向规模化、集成化方向发展向规模化、集成化方向发展3)3)单项技术性能与系统性能不断提高单项技术性能与系统性能不断提高4 4）重视人的因素）重视人的因素 第十七页，共63页。计算机集成制造系统计算机集成制造系统1 1计算机集成制造计算机集成制造（computer integrated manufacturing,CIMcomputer integrated manufacturing,CIM）概念的提出概念的提出1)1952年第一台数控机床诞生年第一台数控机床诞生2)1963年几何造型年几何造型CAD系统首先在美国研制成功系统首先在美国研制成功3)1967年出现了第一套柔性制造系统年出现了第一套柔性制造系统第第1章章 概概 述述第十八页，共63页。1 1计算机集成制造计算机集成制造（computer integrated manufacturing,CIMcomputer integrated manufacturing,CIM）概念的提出概念的提出4)1973年美国哈林顿博士提出计算机集成制造年美国哈林顿博士提出计算机集成制造5)1992年国际标准化组织定义计算机集成制造定义年国际标准化组织定义计算机集成制造定义6)我国我国863计划中计划中CIMS主题主题第第1章章 概概 述述第十九页，共63页。第第1章章 概概 述述2 2计算机集成制造系统计算机集成制造系统 （computer integrated manufacturing SYSTEM,CIMScomputer integrated manufacturing SYSTEM,CIMS）概念的提出概念的提出指将指将CIM具体应用到一个企业，按照集成思想构成的一个具具体应用到一个企业，按照集成思想构成的一个具体的系统，是整个制造过程信息采集、传递加工处理的过程。体的系统，是整个制造过程信息采集、传递加工处理的过程。图图 1.2计算机集成制造系统的逻辑关系计算机集成制造系统的逻辑关系第二十页，共63页。第第1章章 概概 述述图图 1.2计算机集成制造系统的逻辑关系计算机集成制造系统的逻辑关系第二十一页，共63页。第第1章章 概概 述述3 3计算机集成制造系统的构成与特点计算机集成制造系统的构成与特点构成：构成：图图 1.3 计算机集成制造系统的构成与特点计算机集成制造系统的构成与特点 第二十二页，共63页。第第1章章 概概 述述 图图 1.3 计算机集成制造系统的构成与特点计算机集成制造系统的构成与特点 第二十三页，共63页。第第1章章 概概 述述3 3计算机集成制造系统的构成与特点计算机集成制造系统的构成与特点特点：特点：1）简化系统及其操作，使其具有赢得全球性市场的能力。）简化系统及其操作，使其具有赢得全球性市场的能力。2）采用动态多变的组织结构和虚拟公司的形式，使其能快速）采用动态多变的组织结构和虚拟公司的形式，使其能快速响应市场的变化响应市场的变化3）采用并行工程的方法，将产片的设计、制造、销售、后勤保障）采用并行工程的方法，将产片的设计、制造、销售、后勤保障和分配活动全部集成在一起。和分配活动全部集成在一起。第二十四页，共63页。第第1章章 概概 述述3 3计算机集成制造系统的构成与特点计算机集成制造系统的构成与特点特点：特点：4）以用户为核心，尽可能缩短产品开发周期，提高质量、降低）以用户为核心，尽可能缩短产品开发周期，提高质量、降低成本，并最大限度满足用户要求。成本，并最大限度满足用户要求。5）强调人的作用，强调技术、组织和人的全面集成。）强调人的作用，强调技术、组织和人的全面集成。第二十五页，共63页。第第1章章 概概 述述1.2数控机床的主要结构及工作过程数控机床的主要结构及工作过程第二十六页，共63页。1.2.1主要结构主要结构第第1章章 概概 述述1.2数控机床的主要结构及工作过程数控机床的主要结构及工作过程图图1.4数控机床的主要结构数控机床的主要结构第二十七页，共63页。第第1章章 概概 述述图图1.4数控机床的主要结构数控机床的主要结构第二十八页，共63页。第第1章章 概概 述述1.2.2主要工作过程主要工作过程图图1.5数控机床的主要工作流程数控机床的主要工作流程第二十九页，共63页。第第1章章 概概 述述图图1.5数控机床的主要工作流程数控机床的主要工作流程第三十页，共63页。1.3 数控机床的分类数控机床的分类 按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类第第1章章 概概 述述1 1）开环控制开环控制图图 1.6开环控制系统框图开环控制系统框图第三十一页，共63页。第第1章章 概概 述述图图 1.6开环控制系统框图开环控制系统框图第三十二页，共63页。按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类第第1章章 概概 述述2 2）闭环控制系统闭环控制系统图图 1.7闭环控制系统框图闭环控制系统框图第三十三页，共63页。第第1章章 概概 述述图图 1.7闭环控制系统框图闭环控制系统框图第三十四页，共63页。第第1章章 概概 述述3 3）半闭环控制系统半闭环控制系统图图 1.8半半闭环控制系统框图闭环控制系统框图 按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类第三十五页，共63页。第第1章章 概概 述述图图 1.8半半闭环控制系统框图闭环控制系统框图第三十六页，共63页。第第1章章 概概 述述4 4）复合控制系统）复合控制系统 开环补偿型开环补偿型半闭环补偿型半闭环补偿型 按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类第三十七页，共63页。第第1章章 概概 述述1）普通数控机床普通数控机床自动化程度高、精度高自动化程度高、精度高2）数控加工中心数控加工中心带刀库和自动接刀装置的数控机床。带刀库和自动接刀装置的数控机床。1.3.2按工艺用途分类按工艺用途分类第三十八页，共63页。第第1章章 概概 述述3）多坐标轴数控机床多坐标轴数控机床可以加工复杂形状的零件，来完成需要可以加工复杂形状的零件，来完成需要三个以上坐标的合成才能加工的曲面形状。三个以上坐标的合成才能加工的曲面形状。第三十九页，共63页。第第1章章 概概 述述4）数控特种加工机床）数控特种加工机床 电火花加工机床电火花加工机床数控线切割机床数控线切割机床数控激光切割机床数控激光切割机床第四十页，共63页。第第1章章 概概 述述1.3.3按机床的运动轨迹分类按机床的运动轨迹分类1 1）点位控制系统点位控制系统指机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精指机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，机床移动部确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，机床移动部件的运动路线并不影响加工的孔距精度。件的运动路线并不影响加工的孔距精度。图图 1.9数控钻床工作原理数控钻床工作原理第四十一页，共63页。第第1章章 概概 述述图图 1.9数控钻床工作原理数控钻床工作原理第四十二页，共63页。第第1章章 概概 述述举例：举例：数控钻床数控钻床第四十三页，共63页。第第1章章 概概 述述举例：举例：数控坐标镗床数控坐标镗床第四十四页，共63页。第第1章章 概概 述述举例：举例：数控弯管机数控弯管机第四十五页，共63页。第第1章章 概概 述述2 2）直线控制数控机床直线控制数控机床要求控制点的准确定位，要求控制刀具以一定的速度沿直线平行要求控制点的准确定位，要求控制刀具以一定的速度沿直线平行的方向进行加工。的方向进行加工。具有主轴转速的选择与控制、切削速度与刀具的选择、循环加具有主轴转速的选择与控制、切削速度与刀具的选择、循环加工等辅助功能工等辅助功能第四十六页，共63页。第第1章章 概概 述述举例：举例：数控车床数控车床第四十七页，共63页。第第1章章 概概 述述举例：举例：数控铣床数控铣床第四十八页，共63页。第第1章章 概概 述述3 3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关的控制。行连续相关的控制。具有插补运算功能。具有插补运算功能。可以进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。可以进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。第四十九页，共63页。第第1章章 概概 述述1.3.4按数控系统功能水平分类按数控系统功能水平分类高、中档高、中档全功能数控机床、标准型数控机床全功能数控机床、标准型数控机床第五十页，共63页。第第1章章 概概 述述低档：低档：经济型数控机床。经济型数控机床。有单片机和步进电动机组成的数控系统。有单片机和步进电动机组成的数控系统。特点：功能简单，价格低；特点：功能简单，价格低；用途：数控车床，线切割机床及就机床设备改造等场合。用途：数控车床，线切割机床及就机床设备改造等场合。第五十一页，共63页。1.4 数控技术的发展 数控机床的发展历史数控机床的发展历史第第1章章 概概 述述1 1）数控机床的产生）数控机床的产生 生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密、复杂，而且生产和科学技术的发展，机械产品日趋精密、复杂，而且改型频繁，需要机床满足高性能、高精度和高自动化。改型频繁，需要机床满足高性能、高精度和高自动化。第五十二页，共63页。第第1章章 概概 述述1 1）数控机床的产生）数控机床的产生1946年第一台电子计算机问世，奠定了数控机床产生的基础年第一台电子计算机问世，奠定了数控机床产生的基础1947年产生数控机床的设想年产生数控机床的设想1949年美国开始研制年美国开始研制1952年第一台三坐标镗铣床试制成功年第一台三坐标镗铣床试制成功第五十三页，共63页。第第1章章 概概 述述2 2）数控机床的发展史）数控机床的发展史 （1 1）硬件直接数控（硬件直接数控（NC）：）：1952年电子管年电子管1959年晶体管年晶体管1965年集成电路年集成电路第五十四页，共63页。第第1章章 概概 述述2 2）数控机床的发展史）数控机床的发展史（2）计算机软件数控：）计算机软件数控：1968年小型计算机年小型计算机1974年微处理器年微处理器基于工控基于工控PC机的通用型机的通用型CNC系统系统我国我国1958年研制了第一台数控机床年研制了第一台数控机床第五十五页，共63页。第第1章章 概概 述述3 3）数控机床的产量情况）数控机床的产量情况 在数控系统不断更新换代的同时，数控机床的品种在数控系统不断更新换代的同时，数控机床的品种得以不断发展完善，几乎所有品种的机床都实现了数字得以不断发展完善，几乎所有品种的机床都实现了数字化。化。第五十六页，共63页。第第1章章 概概 述述1.4.2 1.4.2 数控技术的发展趋势与研究方向数控技术的发展趋势与研究方向1 1）高精度化）高精度化 数控机床制造的几何精度和机床使用的几何精度两个数控机床制造的几何精度和机床使用的几何精度两个方面。方面。普通加工和精密加工的精度将提高几倍，超精度加工进入普通加工和精密加工的精度将提高几倍，超精度加工进入纳米时代。纳米时代。第五十七页，共63页。第第1章章 概概 述述2 2）高可靠性）高可靠性衡量可靠性的重要的量化指标是平均无故障时间衡量可靠性的重要的量化指标是平均无故障时间（MTBF）数控系统的数控系统的MTBF值的提高值的提高数控机床整机的可靠性水平的提高数控机床整机的可靠性水平的提高第五十八页，共63页。第第1章章 概概 述述3 3）高柔性化）高柔性化适应加工对象变化的能力。适应加工对象变化的能力。向单元柔性化和系统柔性化发展。向单元柔性化和系统柔性化发展。第五十九页，共63页。第第1章章 概概 述述4 4）复合化）复合化工序复合化和功能复合化工序复合化和功能复合化车、铣、镗、钻工序集中到一台机床车、铣、镗、钻工序集中到一台机床冲孔、成形与激光切割复合机床冲孔、成形与激光切割复合机床等离子加工与冲压复合机床等离子加工与冲压复合机床第六十页，共63页。第第1章章 概概 述述5 5）高速度化）高速度化提高切削速度和减少辅助时间提高切削速度和减少辅助时间提高主轴转速，减少非切削时间，提高快速移动提高主轴转速，减少非切削时间，提高快速移动速度、缩短换刀时间及工作台交换时间。速度、缩短换刀时间及工作台交换时间。缩短换刀时间和工作台交换时间。缩短换刀时间和工作台交换时间。第六十一页，共63页。第第1章章 概概 述述6 6）设计）设计CADCAD和宜人化和宜人化设计方案选择，整机的静、动态特性的分析，计算，设计方案选择，整机的静、动态特性的分析，计算，预测和优化设计，对整机各工作部件进行动态仿真。预测和优化设计，对整机各工作部件进行动态仿真。将功能设计与美学设计有机地结合在一起，技术与经济、将功能设计与美学设计有机地结合在一起，技术与经济、文化、艺术的协调统一。文化、艺术的协调统一。第六十二页，共63页。第第1章章 概概 述述7 7）制造系统自动化）制造系统自动化 提高自动编程，自动换刀，自动上下料，自动加工提高自动编程，自动换刀，自动上下料，自动加工自动检测，自动监控，自动诊断，自动对刀，自动传输，自动检测，自动监控，自动诊断，自动对刀，自动传输，自动调度，自动管理，自动调度，自动管理，提高标准化和进线的适应能力，达到提高标准化和进线的适应能力，达到“无人化无人化”管理正管理正常生产的目标。常生产的目标。第六十三页，共63页。谢谢