第4章设备自动化技术4.1数控技术及数控机床4.1.1概述世界机床技术的发展分三大阶段：（1）1769~1930年的小量零星生产用普通机床；（2）1930~1952年大量大批生产用高效自动化机床、自动线；（3）1952~迄今多品种、中小批量、柔性生产用数控机床。作为人类发展工业必不可少的复杂生产工具，机床技术的发展是人类知识、经验和科技成果的结晶。数控机床和数控技术是微电子技术与传统机械技术相结合的产物。它根据机械加工的工艺要求，使用计算机技术对全部加工过程进行信息处理与控制，实现生产过程的自动化、柔性化。较好地解决了复杂、精密、多品种、小批量机械零件加工问题，为典型多品种、单件小批量生产零件的精密加工提供了优秀的技术条件，是一种灵活、通用、高效的自动化机床。从第一台数控机床的诞生，数控技术便在工业界引发了一场不小的革命。近年来，数控机床更是日趋完善，具体有以下特点：（1）不断改善和扩展以高精、高速、高效为代表的功能通过采用64位RISC控制功能和交流伺服系统、提高元件的分辩率、主轴速度和进给速度、改善插补功能达到此目标。（2）开放结构系统的发展所谓开放是指系统内部数据可与外部的控制设备互相控制。（3）采用新元件、新工艺如新的集成半导体电路、超薄型液晶显示器、光纤等。（4）改善和发展伺服技术在完善交流伺服主轴电机的同时，次要发展高速主轴电机、直线进给电机。（5）采用通讯技术CNC技术使FMS、CIMS成为可能，FMS、CIMS的发展反过来要求CNC系统应具有通讯、连网功能，以便实现CIMS环境下的信息集成和系统管理，现代CNC系统普通都具有通讯的串行口和DNC接口4.1.2NC与CNC的定义数字控制（NumericalControl）：用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称为数控（NC）。数控机床（NCMachine）：采用了数控技术的机床，或者是设备了数控系统的机床。国际信息处理联盟（InternationalFederationofInformationProcessing，简称IFIP）第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其他符号编码指令规定的程序。数控系统（NCSystem）：就是上述定义中所指的程序控制系统，能自动浏览输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而控制机床运动和加工零件过程。计算机数控系统（ComputerizedNumericalControlSystem）是一种数控系统，由装无数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程序控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动安装等部分组成。习惯上称为CNC系统。4.1.3数控机床系统基本构成加工程序输入装置数控系统伺服系统辅助控制装置机床检测装置图4-1数控机床的基本构成数控机床基本结构如图4-1所示，包括加工程序、输入安装、数控系统、伺服系统、辅助控制安装、检测安装及机床本体等几部分。数控机床完成的基本动作次要有：（1）主轴运动：和普通机床一样，主运动次要完成切削任务，其动力约占全部机床动力的70%-80%。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换挡及无级调速。对加工中心和有些数控车床还必须具有定向控制和C轴控制。（2）进给运动：数控机床区别与普通机床最根本的地方，即用电气驱动替代了机械驱动，数控机床的进给运动是有进给伺服系统完成。伺服系统包括伺服驱动安装、伺服电动机、进给传动练及位置检测安装。（3）输入/输出（I/O）数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行连续控制外，还要对机床的各种形状进行控制。这些形状控制包括主轴的变速控制，主轴的正、反转及停止，冷却和润滑安装的起动和停止，刀具自动交换，工件夹紧和放松及分度工作台转位等。国际标准《ISO4336-1981(E)机床数字控制-数控安装和数控机床电气设备之间的接口规范》规定，将数控接口分为下列四类：I类：与驱动命令有关的连接电路，次要指与坐标轴进给驱动和主轴驱动的连接电路。II类：数控安装与测量系统和测量传感器之间的连接电路。III类：电源及保护电路。IV类：开/关信号和代码信号连接电路。4.1.4数控机床的分类数控机床的品种很多，按不同的分类方法可以分成不同类别，归纳起来次要有以下几种分类方式。（1）运动轨迹分类。可分为点位控制系统、直线控制系统、轮廓控制系统。点位控制系统控制刀具相对于工件定位点的坐标位置，对定位挪动的轨迹无要求，在定位挪动过程中不进行切削加工，如数控钻床、数控坐标镗床等。直线控制系统是指能控制刀具或工作台以给定的速度，沿平行于某一坐标轴方向进行直线切削加工的控制系统，如数控车床、数控镗铣