数字控制机床原理与结构分析——数字控制机床组成

  带有自动刀具交换装置（ Automatic Tool change－ATC ）的数 控机床（带有回转刀架的数控车床除外）称为加工中心 （ Machine Center－MC ）。它通过刀具的自动交换，可以 一次装夹完成多工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合， 从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率；减少了零件安 装、定位次数，提高了加工精度。

  能化与绿色化 2.4.3．新型功能部件 2.4.4．重视新技术标准、规范的建立

  2.1.1．数字控制机床的控制技术 2.1.2．数字控制机床组成 2.1.3．数控机床的分类

  数控机床种类非常之多，有钻铣镗床类、车削类、磨削类、电加工类、 锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡 是采用了数控技术来控制的机床统称 NC 机床。

  1949 年作为这一方案的主要承包者的帕尔森斯公司，正式接受美 空军委托，在麻省理工学院伺服机构试验室（ Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology ）的协助下，开始从事数字控制机床的研制工作。 经过三年时间的研究，于 1952 年试制成功世界第一台数控机 床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐 标连续控制铣床（ Cincinnati Hydromel ) ，这便是数控的 第一代。

  1959 年，计算机行业研制出晶体管元器件，因而数控装置中广 泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入第二代数控。同时美 国航空工业协会（ AIA ）和麻省理工学院发展 APT 程序语 言。

  1960 年以后，点位控制机床在美国得到迅速发展，数控技术不 仅在机床上得到了实际应用，而且逐步推广到冲压机、绕线 机、焊接机、火焰切割机、包装机和坐标测量机等，在程序 编制方面，已由手工编程逐步发展到采用计算机自动编程。 除了 APT 数控语言外，又发展了许多自动编程语言。

  为了适应市场需求多变的形势，对现代制造业来说，不 仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要实现从市 场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销 售的全面自动化。将这些要求综合，构成的完整的生 产制造系统，称为计算机集成制造系统（ computer Integrated Manufacturing system－ CIMS ）,CIMS将一个工厂的生产、经营活动进行了 有机的集成，实现了更高效益、更高柔性的智能化生 产，是当今自动化制造技术发展的最高阶段。

  1967 年，英国首先把几台数字控制机床联接成具有柔性的加工系统， 这就是最初的 FMS（ Flexible Manufacturing system － 柔性制造系统）。之后，美、欧、日也相继进行开发与应 用．随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。 小型计算机开始取代专用数控计算机，数控的许多功能由软 件程序实现。这样组成的数控系统称为计算机数控系统 （ CNC ）。

  （1）点位控制的数字控制机床 （2）直线）轮廓控制的数字控制机床 ① 平面轮廓加工的数字控制机床 ② 空间轮廓加工的数控机床

  （1）开环控制数控机床 （2）闭环控制数控机床 （3）半闭环控制数控机床

  从 1960 年开始，德国、日本等先进工业国家都陆续开发、生产 及使用了数控机床。

  1965 年，出现了小规模集成电路。由于它体积小、功耗低，使 数控系统的可靠性得以进一步提升，数控系统发展到第三代。

  以上三代，都是采取了专用控制计算机的硬逻辑数控系统。装有这 类数控系统的机床为普通数字控制机床（ 简称 NC 机床 ）。

  2.1．数字控制机床的组成分类 2.2．数控机床的电气控制管理系统 2.3．国内外数字控制机床的现状 2.4．数字控制机床的发展的新趋势 复习与思考题

  数控机床是一个装有程序控制管理系统的机床。该 系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他 符号编码指令规定的程序。

  现在，我国已建立了以中、低档数字控制机床为主的产业体系，一些较 高档次的数控系统，如 5 轴联动的数控系统、分辨率为 0.01μm 的高精度车床用数控系统、数字仿型的数控系统、为 柔性制造单元配套的数控系统，也陆续开发出来，并制造出样 机。

  2.4.1．高速、高效、高精度与高可靠性 2.4.2．复合化、多轴化、柔性化、网络化、智

  Βιβλιοθήκη Baidu.2.1．数控系统的电气控制 1．数控系统的电源控制

  1953 年，美空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编 程的研究，这就是创制 APT ( Automatically Programmed Tools ）自动编程系统的开始。

  1955 年，美空军花费巨额经费订购了大约 100 台数字控制机床， 此后两年，数字控制机床在美国进入迅速发展阶段，市场上出现 了商品化数字控制机床。 1958 年，美国克耐·杜列克公司 （ Kearney & Trekker Co . ）在世界上首先研制成功带自 动换刀装置的数控机床，称为“加工中心” 。

  1970 年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了这种系 统，称为第四代数控。而由计算机直接对许多机床来控制 的控制管理系统，称为直接数控系统（ DNC ）。

  1970 年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器。1974 年 美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统。近 20 年来，微处理机数控系统的数控机床得到了快速的提升和广泛应 用，这就是第五代数控系统（ MNC ）。

  在 FMC 和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业 机器人以及相关设备，并由中央控制管理系统进行集中、 统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统 （ Flexible Manufacturing System－FMS ）。

  对于按数控功能的水平分类方法，目前尚无明 确定义，因此，涵义也不十分清楚。这种分 类方法没有一个确切定义，但可以给人们一 个清晰的一般水平概念，可将数字控制机床分为 高、中、低档三类。

  数控机床水平高低由主要技术参数、功能指标 和核心部件的功能水平决定。下列几个维度 可作为评价数字控制机床档次的参考条件。

  1．按工艺用途分类 （1）金属切削类数控机床 （2）金属成型类数控机床 （3）特种加工及别的类型数字控制机床

  我国数字控制机床的现状可以从应用和生产两个方面来看，在“七五” 与“八五”两个五年计划期间、数控机床的水平与产量均有令 人瞩目的提高。“九五”及“十五”期间更有明显地增长， 2007年，我们国家生产数字控制机床将达到100000多台，比2000年 的14000台增长723.1％，高精度机床和大型机床也分别增长 了192％和147.18％，而1992年数字控制机床只有4200多台。 10多年间，我国数字控制机床增长了20倍，在数字控制机床的品种看， 普及型数控机床所占比例从1992年的10％增长到2006年的 38.2％。