不同档次致控功能及指标表
第三节 数控机床的特点及应用范围 一、数控机床的特点
数控机床不同于普通机床，也不同于专用机床和一般程序控制的自动和半自动机床。在数控机床上加工零件的整个过程全由数字指令控制。机床按数字指令信息进行加工段长度，进给方向、进给量、切削速度、主轴的开停、冷却液的通断、刀具更换等方面的控制。
1.数控机床与普通机床的区别
（1）手动与自动。数控机床一般具有手动加工（用电手轮）、机动加工和控制程序自
动加工功能，加工过程中一般不需要人工干预。普通机床只有手动加工和机动加工功能． 加工过程全部由人工控制
(2)数控机床一般具有CRT屏幕显示功能显示加工程序、多种工艺参数、加工时 间、刀具运动轨迹以及工件图形等。数控机床一般还具有自动报警显示功能，根据报警信 号或报警提示，可以迅速查找机器故障。而普通机床不具备上述功能
(3）数控机床主传动和进给传动采用直流或交流无级调速伺服电动机。一般没有主轴 变速箱，传动链短。而普通机床主传动和进给传动一般采用三相交流异步电动机，由变速箱实现多级变速以满足工艺要求，机床传动链长。
(4）数控机床一般具有工件测量系统。加工过程中一般不需要进行工件尺寸的人工测 量。而普通机床在加工过程中必须由人工不断地进行测量以保证工件的加工精度数控机床与普通机床最显著的区别是当对象（工件）改变时，数控机床只需改变加工程序（应用软件），不需要对机床作较大的调整，即能加工出各种不同的工件。
2.数控机床有以下特点
(1）加工精度高数控机床是高度综合的机电一体化产品。它由精密机械和自动化控 制系统组成。所以数控机床的传动系统与机床结构都有较高的精度、刚度、热稳定性及动态敏感度。此外，目前数控机床的刀具或工作台最小移动量（脉冲当量）普遍达到了0.001mm，而且在设计传动结构时采用了减少误差的措施（如位置和速度反馈部件等），并由数控装置进行补偿．因此．数控机床能达到很高的加工精度。当前中、小型数控机床，定位精度普遍可达0.03 mm,重复定位精度可达0.01 mm
数控机床加工零件的质量有保证数控机床的自动加工方式避免了人为操作误差的影响，同批零件的尺寸一致性强，产品合格率高，加工质量稳定
(2）生产效率高。加工零件所需时间包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床能有 效地减少这两部分时间。因为数控机床具有良好刚性、机床功率大、主轴转速和进给速度范围大等优点．所以在加工时可采用强力切削和选用最合适的切削用量数控机床能自动连
续完成整个切削过程．这样就提高了数控机床的切削效率，减少了机动时间数控机床的移动部件在空行程时采用快速移动（一般在15 m/min以上）。在数控机床上加工零件时，对工夹具的要求低且装夹时间短．对刀、换刀快，数控机床有较高的重复定位精度，更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，这样大大地缩短了生产准备周期一减少测量和检侧时间。在数控加工中心上加工时，一台机床能实现多道工序的连续加工，生产效率的提高更加明显。所以数控机床比普通机床的生产效率高得多，一般能提高2-3倍，甚至几十倍。
(3)减轻劳动强度、改善劳动条件和劳动环境在数控机床上进行加工时，操作者要 做的是：按图样要求制定加工工艺及编制加工程序、装卸零件、装夹刀具及对刀、键盘操作、观察监视机床运行过程、抽测零件质量。除此之外，不需要进行繁重的重复性手工操作。因此，能大大减轻操作者的劳动强度与紧张程度。数控机床一般都有安全罩一实现封闭式生产，这样既能减少安全事故的发生，又能改善劳动条件和劳动环境。
（4）良好的经济效益。在数控机床上改变加工零件时，只要重新修订加工程序，不需制造、更换工具、夹具和模具更不需要更新机床一而且可以实现一机多用。这样可以缩短生产准备周期、降低生产设备投资费用、节省厂房面积、节约建厂投资。数控机床加工精度稳定，降低了废品率使生产成本进一步下降。因此，数控机床加工具有良好的经济效益
(5)有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信号与标准代码作为输人信号，适用于与计算机网络连接一通过计算机远程控制．为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础，实现生产管理的现代化。
但是，利用数控机床生产加工．初期设备投资大．维修费用高．对管理及操作人员的专业技术素质要求较高。因此应合理地选择及使用数控机床．提高企业的经济效益和竞争力。 二、数控机床的应用范围
数控机床是一种高度自动化的机床其独特的优点是一般机床不具备的，所以数控机 床的应用范围较广。但数控机床的技术含量要求高、生产成本高、使用维修都有一宁难 度若从性价比考虑，数控机床一般要考虑加工清况 1.零件批量
在多品种小批量零件的生产中优先考虑使用数控机床 2.轮廓要求高
结构较复杂、精度要求较高或必须用数r方法解决的复杂曲线、曲面轮廓的零件加工 多以数控机床为主。 3试制阶段
在准品需要频繁改型或试制阶段．数控机床可以随时适应产品的变化。
4.关键零件 价格昂贵．不允许报废的关键零件可以由数控机床来保证 5周期短
对于需要最小生产周期的急需零件，数控机床可以缩短加工时间 6.多工序零件
需进行多工序联台加工的零件，如需要进行钻、扩、铰、攻丝及铣削等的箱体、壳体 零件，多以数控加工中心来完成
如图1-16所示为通用机床与数控机床、专用机床的零件加工批量与综合费用的关系 如图1-17所示为数控机床适用范围示意图。
图1-I6零件加工批量与综合费用的关系
图1-17数控机床适用范围示意图
二、数控机床的常用术语
近年来，随着技术发展，数控功能不断扩大。随着新技术的导人，数控技术出现了许多新的功能术语，见表1-3。这里选用的名词术语，主要参考国家标准及国际标准化组织(ISO）的提法。
第四节数控机床的发展 一、机床结构的发展
数控机床是白动化高效设备．粗、精加工在一台机床上进行为保证精加工的精度 发挥数控机床的优点，在机械结构方面采取了一系列的改进口。
1.提高机床的动、静刚度 如在机床的大件中增加肋板．友大提高了扭转刚度。在机床的主轴上选用圆柱滚子轴 承和角接触球轴承，可提高主轴刚度。在大型机床上采用液力平衡和重块平衡来减少构
件的变形。增大刀架底座的尺寸可提高刀架刚度。机床结构采用钢板焊接结构，可增加静刚 度减轻结构重量，又可增加构件的阻尼系数，从而改善了抗振性。构件设计时可通过调整质量改变系统的自振频率以便远离强迫振动的频率。
2．减少机床的热变形将热源，如电动机、变速箱、液压装置和油箱等从主机中分离出云以及采用静压轴承，均可减少主轴的热变形。采用良好的排屑装置，尽决把热源带走。采用强制冷剂，如大容量冷却泵可控制温度
3其他措施
减少运动件的摩擦和消除传动间隙，采用滚动导轨、静压导轨和塑料导轨 在进给系统中采用滚珠丝杠，大大降低摩擦力．改善了动态特胜 二、数控系统的发展
数控系统的发展主要是提高计算机的运算速度自1952年以来，数控系统的发展已 经历了五代发展初期所用的电子器件为电子管
1959年以后．数控系统发展进人第二代采用晶休管和印制电路板
1965年以后发展到第三代．采用小规便集成电路．数控系统的可靠胜得到进一步 提高以t三代系统，都采用专用控制计算机的硬接线数控系统，统称为普通数榨系统 （NC)
第四代是1970年以后采用小型计算机．许多功能可以通过软件实现．称为计算机数控系统(CNC)
第五代系统，是采用微处理机技术的计算机数控系统（MNC)
由于数控技术的迅速发展，现代的数控系统更进一步向高精度、高速度和多功能方向 发展不仅控制的轴数大为增加，而且其功能也远远超出控制刀具轨迹与机床动作的范 畴，并能实现自动编程、自动测量、自动诊断与通讯联络等功能。数控系统与可编程控制
器的结合，进一步提高了系统的可靠性并使机床的强电控制逻辑柔性化 三、伺服系统的发展
最早的数控系统采用电液脉冲马达驱动数控机床一后来被步进电动机所取代。到了20 世纪创年代，欧美一些国家采用了液压伺服系统。70年代，美国首先研制了大惯量伺服电动机．该电动机调速范围为。．1-2。。。r)mia, 80年代初期美国通用电气公司研制成功
交流伺服系统。近年来微机处理器已开始应用于伺服系统的驱动装置中1986年日本 厂商已推出了采用数字伺服系统的数控机床当前伺服系统的发展趋势是直流伺服系统将
被交流数字伺服系统所代替口伺服系统的速度环、位置环及电流环都已实现了数字化。并
采用了新的控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统
四、数控机床的发展趋势
为了进一步提高劳动生产率，降低生产成本，缩短产品的研制和生产周期，加速产品的更新换代，以适应社会对产品多样化的需求，近年来，人们把自动化生产技术的发展重点转移到中、小批量生产领域中，这就要求加速数控机床的发展速度，使其成为一种高效 率、高柔性和低成本的制造设备，以满足市场的需求数控机床是柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)以及计算机集成制造系统(CIMS)和灵捷制造(Agile Mpg)的基础，是国民经济的重要基础装备。随着微电子技术的发展，现代数控机床的应用，现在数控机床的应用领域日益扩大。当前，数控设备正在不断地采用最新技术成就，向着高速化、精密化、高效能化、系统化及复合化的方向发展。 1．高速化