1、 1 第一章 绪 论 1.1 数控机床的产生及发展 随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。 精度要求高，形状复杂，批量小，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型。机械加工 的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。它不仅提高产品的质量、提高生产效 率、降低生产成本、还能够大大改善工人的劳动条件。 大批量的自动化生产广泛采用自动机床、 组合机床和专用机床以及专用自动生产 线，实行多刀、多工位多面同时加工，以达到高效率和高自动化。但这些都属于刚性 自动化，在面对小批量生产时并不是适用，而从某种程度上说，数控机床的出现正是 很地满足了这一要求。 1952 年，美国麻省理工
2、学院成功地研制出一套三坐标联动，利用脉冲乘法器原 理的试验性数控系统，并把它装在一台立式铣床上。当时用的电子元件是电子管，这 就是第一代世界上的第一台数控机床。我国是从 1958 年开始研究数控技术，一直到 60 年代中期处于研制、开发时期。当时，一些高等院校、科研单位研制出试验样机， 开发也是从电子管开始的。1965 年国内开始研制晶体管数控系统。从 70 年代开始， 数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域全面展开，数控加工中心 在上海、北京研制成功。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单，使用方便、价 格低廉，在模具加工中得到了推广。80 年代，我国从日本发那科公司引进了 5
3、、7、3 等系列的数控系统和支流伺附电机、支流主轴电机技术，以及从美国、德国引进一些 新技术。这使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985 年，我国 数控机床品种有了新的发展。90 年代以及接下来主要是向高档数控机床发展。 1.2 数控机床的组成及分类 1.2.1、数控机床的组成 数控机床的种类繁多，但从组成一台完整的数控机床上讲，它由控制介质、数控 装置、伺服系统和机床本体以及辅助设备组成。如图 1.1 所示。 图 1.1 数控机床的组成 2 （1）控制介质 控制介质是指零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。 它随着数控装置的类 型不同而不同。随着 CAD/CAM 技术的发
4、展，有些数控设备利用 CAD/CAM 软件在 其他计算机上编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控 装置。 （2）数控装置 数控装置是数控机床的控制中心。它由输入装置、控制装置和输出装置等组成。 输入装置受控制介质上的信息，经过识别与译码之后，送到控制运算器。这些信 息将作为控制与运算的原始依据。 控制运算器根据输入装置送来的信息进行运算，并将控制命令输送往输出装置。 输出装置将控制器发出的控制命令送到伺服系统，经功率放大，驱动机床完成相 应的动作。 （3）伺服系统 伺服系统是数控机床的执行机构，包括驱动和执行两大部分。伺服系统接受数控 系统的指令信息，并按照指令信息的要
5、求带动机床移动部件运动，以加工出符合要求 的零。指令信息是以脉冲信息体现的，每一脉冲使机床移动部件产生的位移叫脉冲当 量。 （4）机床本体 机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种铣削加工的机械部分，它是在原有 的普通机床的基础上改进而得到的，具有以下特点： 1）数控机床采用了高性能的主轴及伺服系统传动系统，机械传动结构简化，传 动链较短。 2）数控机床机械结构具有较高的刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形小 3）更多地采用高效传动部件，如滚动丝杠副，直线滚动导轨等。 上述四个主要部分外，数控机床还有一些辅助装置和附属设备，如电器，液压， 气动系统与冷却、排屑、照明、储运等装置以及编程机、对刀仪等。
6、 1.2.2、数控机床的分类 (1)按控制系统的特点分类 1）点位控制数控机床 点位控制机床的特点是只控制移动部件的终点位置，即控 制移动部件由一个位置到另一个位置的精确定位， 而对它们运动过程中的轨迹没有严 格的要求，在移动和定位过程中不进行任何加工。 2）直线控制数控机床 直线控制数控机床的特点是刀具相对于工件的运动不仅 要控制两点键的准确位置（距离） ，还要控制两点之间移动的速度和轨迹。 3）轮廓控制数控机床 轮廓控制又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制 功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。 3 (2)按运动方式分类： 1）点位控制系统。 2）点位直线控制系统。 3）轮廓控制系统。 (3)按执行机构的控制方式分类 1）环控制系统 它是指不带反馈装置的控制系统。 2）闭环控制系统 它是指在机床的运动部件上安装位移测量装置，将加工中测 量到的实际位置值反馈到数控装置中，与输入值的指令相比较，用比较的差值控制移 动部件，直到差值为零，即实现移动部件的精确定位。 3)半闭环控制系统 它是在开环控制系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角 位移检测装置。 (4)按
