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第1章 数控机床基本知识 1.1 数控机床的产生与发展 1.2 数控机床的组成结构及工作原理 1.3 数控机床的分类 1.1 数控机床的产生与发展 随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备， 普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。 一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了 。 1.1.1 数控机床的产生 帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。 1959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney Trecker）首次成功开发了加工中心（Machining Center） 。 1.1.2 数控机床的发展简况 第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。 第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。 第3代数控机床：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。 第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）。 第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统（MNC）。 1．计算机直接数控系统 所谓计算机直接数控（Direct Numerical Control，DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。 2．柔性制造系统 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。 3．计算机集成制造系统 计算机集成制造系统（Computer-Integrated Manufacturing System，CIMS），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。 1.1.3 我国数控机床发展概况 1958年开始并试制成功第一台电子管数控机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功。从20世纪80年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。如北京机床研究所从日本FANUC公司引进FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列产品的制造技术；上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。 1.1.4 数控机床的发展趋势 从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。 数控系统都采用了16位和32位微处理器，标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可达0.1?m，高速进给可达100m/min，控制轴数可达16个。 1.2 数控机床的组成结构及工作原理 1.2.1 数控机床的组成 1．控制介质 数控机床工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。 2．数控系统 数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4大部分组成 。 3．伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为0.001mm/脉冲。 4．辅助控制系统 辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。 5．机床本体 机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。 1.2.2 数控机床的关键结构部件 1．伺服系统驱动电机 （1）步进电动机 步进电动机通常用于开环伺服系统机床。 （2）直流伺服电动机 ① 小惯量直流电动机 ② 宽调速直流电动机 ③ 无刷直流电动机 （3）交流