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机电一体化概论教案 PPT课件

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第一章 机电一体化 概 论1ppt课件

第一章 机电一体化 概 论1ppt课件

概
论
第二节 优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术 优先发展的系统 (或产品）领域实现机电一体 化,必须解决这些系统 采用微电子技术所面临的共 性关键技术，这些共性关键技术有： 检测传感技术、 信息处理技术、 伺服驱动技术、 自动控制技术、 精密机械技术 系统总体技术等。
河南理工大学机械与动力工程学院
机电工程系
第一章
概
论
第二节 优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术 检测传感技术：
是机电一体化系统的感官系统，即从待测对象获取 信号并送到信息处理部分。 主要内容包括：一是将物理量（位移、速度、加速度、 力、力矩、温度等）转换成一定的与其成比例的电自动控制的重要环节，要求传感 器及其放大处理电路快速、精确地获取信息，并能够抗干 扰、可靠性高。
第一章
第一节
概
论
机电一体化时代与机电一体化技术革命
任何事物都存在自身的局限性，机械也不例外。机 械发展到今天，单纯从机械角度对它们进行改进已是难 之又难！ 1.表达复杂逻辑、运算关系的机构难以实现； 2.复杂机械机构的动态性能较差； 3.信息交流和处理能力有限； 4.功能拓展性差； 5.成本过高。
河南理工大学机械与动力工程学院
机电工程系
第一章
概
论
转 动 机 构
水运仪象台 河南理工大学机械与动力工程学院
擒 纵 机 构
手摇计算机
机电工程系
第一章
概
论
转 动 机 构
水运仪象台 河南理工大学机械与动力工程学院
擒 纵 机 构
手摇计算机
机电工程系
第一章
概
论
传统意义上的机电一体化，即机械电气化，主要指机 械与电工电子及电气控制这两方面的一体化，并且明显偏 重于机械方面。

机电一体化 完整ppt课件

机电一体化 完整ppt课件
2.机电技术完全融合形成新型机电一体化产品
生产机械中的激光快速成形机；信息机械中的传真机、打印机、复印机；检测机 械中的CT（计算机断层扫描诊断装置）扫描诊断仪、扫描隧道显微镜等。
精选PPT课件
7
C650卧式车床外形图 1— 主轴变速箱 2—溜板与刀架 3—尾座 4—床身 5—丝杠
6—光杠 7—溜板箱 8—进给箱 9—挂轮箱
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8
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9
效益分析
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10
第二节 机电一体化构成要素件
11
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12
精选PPT课件
13
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14
二、相关技术
1. 机械技术
2.
机电一体化的机械产品与传统的机械产品的
区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性
1 23 4
图7-18 双螺母垫片调隙式结构 1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片
精选PPT课件
37
(b)螺纹调隙式（图7-20）其中一 个螺母的外端有凸缘而另一个螺母 的外端没有凸缘而制有螺纹，它伸 出套筒外，并用两个圆螺母固定着。 旋转圆螺母时，即可消除间隙，并 产生预拉紧力，调整好后再用另一 个圆螺母把它锁紧。
3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运 动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。
5）磨损小，使用寿命长。
6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故 制造成本高。
7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不 能立刻停止运动，故常需添加制动装置。

《机电一体化》课件

《机电一体化》课件

传感器技术
传感器原理与特性
介绍常见传感器的原理、特性 及应用范围。
传感器信号处理
研究如何将传感器信号转换为 可处理的信息。
智能传感器与MEMS技术
介绍智能传感器和MEMS技术 的最新发展。
传感器在机电一体化中的 应用实例
结合实际案例，介绍传感器在 机电一体化系统中的应用。
03
机电一体化系统设计
系统设计方法
02
机电一体化技术基础
机械技术
机械系统设计
研究如何根据功能需求，设计 出合理的机械结构、传动方式
和机构。
材料力学
研究材料的力学性能，为机械 设计提供材料依据。
制造工艺
涉及机械零件的加工、装配和 检测，确保机械系统的制造精 度。
机械振动与噪声控制
研究如何减小机械系统运行中 的振动和噪声。
电子技术
智能化
机电一体化设备能够根据预设程序或外部信号进 行自主决策和控制。
跨学科性
机电一体化涉及到多个学科领域，需要多方面的 知识和技能。
高效化
机电一体化技术的应用能够提高生产效率、降低 能耗和减少人力成本。
机电一体化的应用领域
工业自动化
在制造业中，机电一体化设备能够实现自动 化生产线、机器人焊接、智能仓储等。
工业机器人的应用范围非常广泛，包括焊接、 装配、搬运、喷涂等领域。
自动化生产线
自动化生产线是将多个机电一体化产品集成在一起，实现生产过程的自动化和智能 化。
自动化生产线通常由输送带、提升机、分拣机、检测设备等组成，其中输送带是主 线，负责将工件从一个工序传输到下一个工序。
自动化生产线的应用范围非常广泛，包括食品、饮料、制药、电子等制造业领域。

机电一体化概论 2-1 机械单元课件PPT课件

机电一体化概论 2-1 机械单元课件PPT课件
机电一体化系统中，执行元件主要包括：机械执行 元件、电磁执行元件、机械手末端执行器等。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
2.1.2 执行元件
1. 机械执行元件 微动机构是机电一体化系统中广泛应用的执行元件
➢ 机械式：精密丝杠、精密杠杆、齿轮机构、凸轮机构以及 弹性机构等。 ➢ 机电式：电热式、电磁式、压电式、电致伸缩式、磁致伸 缩式等。
An Introduction to Mechatronics
谐波齿轮传动
谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大(几十~几 百)、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平 稳、承载能力强、效率高等优点，故在工业机器 人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到广 泛的应用。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
齿轮传动
上述结论对于大功率传动系统是不适用的， 此时应根据经验、类比方法以及结构紧凑之要求 进行综合考虑。各级传动比一般应以“先大后小 ”原则处理。
《机电一体化概论》
An Introduction to Mechatronics
齿轮传动
(3) 输出轴转角误差最小原则
为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的 精度，各级传动比应按“先小后大”原则分配，以便降低 齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度 的影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末 级输出轴上的总转角误差为
谐波齿轮传动
谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿的刚轮l、具有外 齿的柔轮2和波发生器3。通常波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为 从动件，另一个为固定件。当波发生器装入柔轮内孔时，由于前者的总 长度略大于后者的内孔直径，故柔轮变为椭圆形，于是在椭圆的长轴两 端产生了柔轮与刚轮轮齿的两个局部啮合区；同时在椭圆短轴两端，两 轮轮齿则完全脱开。至于其余各处，则视柔轮回转方向的不同，或处于 啮合状态，或处于非啮合状态。当波发生器连续转动时，柔轮长短轴的 位置不断交化，从而使轮齿的啮合处和脱开处也随之不断变化，于是在 柔轮与刚轮之间就产生了相对位移，从而传递运动。

《机电一体化》课件

《机电一体化》课件
空控制系统等。
计算机技术基础
计算机技术概述
介绍计算机技术的基本概念、发展历程 和应用领域。
计算机组成结构
介绍计算机的基本组成结构和工作原理 ，如CPU、内存、外存等。
计算机软件基础
介绍计算机软件的基本概念和应用领域 ，如操作系统、数据库、编程语言等。
计算机网络基础
介绍计算机网络的基本原理和应用领域 ，如互联网、局域网等。
建立行业标准与规范
政府应制定和完善机电一体化行业的 标准和规范，促进产业的健康发展。
培养专业人才
高校和企业应注重机电一体化人才的 培养，为行业发展提供人才支持。
加强国际合作与交流
企业应积极参与国际合作与交流，引 进国外先进技术和管理经验，提高自 身竞争力。
THANKS
数控技术是一种数字化控 制技术，通过计算机编程 实现对机床等设备的精确 控制。
应用领域
数控技术在机械制造、航 空航天、汽车制造等领域 广泛应用，提高了加工精 度和生产效率。
技术特点
数控技术具有高精度、高 效率、高柔性等特点，能 够满足复杂零件的加工需 求。
工业机器人及应用
工业机器人
工业机器人是一种自动化 设备，能够代替人工完成 危险、繁重、重复的工作 。
智能制造系统具有信息化、自动化、 智能化等特点，能够大幅提高生产效 率和产品质量。
应用领域
智能制造系统在机械制造、航空航天 、汽车制造等领域广泛应用，提高了 生产效率和产品质量。
05
机电一体化的未来发展
机电一体化技术的发展趋势
智能化
模块化与集成化
随着人工智能和机器学习技术的不断发展 ，机电一体化产品将更加智能化，能够自 主完成更复杂的操作和任务。
详细设计

机电一体化系统设计-概论PPT课件

机电一体化系统设计-概论PPT课件
出版社） • 张君安主编。机电一体化系统设计（兵器工业出版社） • 张立勋等主编。机电一体化系统设计（哈尔滨工程大学出版社） • 机电一体化技术手册编委会。机电一体化技术手册（机械工业
出版社） • 张建民 等主编. 机电一体化系统设计 (北京理工大学出版社)
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3
第一章。机电一体化概念
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48
• (6)环境完善性 • (7)技术经济性 • (8)结构工艺性 • (9)造型艺术性 • (10)成果规范性
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49
九 .机电一体化产品的设计开发步骤
• (1)市场调查
• 所谓市场调查就是运用科学的方法，
系统地、全面地收集有关市场需求
和经销方面的有关资料。在市场调
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54
(B)接口设计
• 对于一种产品（或系统），其各部件之 间，各子系统之间往往需要传递动力、 运动、命令或信息，这都是通过各种接 口来实现的。
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38
4. 接口技术
• 在机电一体化系统中，计算机与外部设 备（如执行机构、传感器、机械本体、 动力源和人机交互设备等）之间的连接 和信息交换环节称为接口，接口功能的 实现除硬件电路外，还应包括相应的接 口软件（驱动程序），通常通过接口硬 件和接口软件的结合来实现接口任务。
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查的基础上，通过定性的经验分析
或定量的科学计算，对市场未来的
不确定因素和条件作出预测，为企
业提供依据。
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50
(2) 初步设计
• 初步设计的主要任务是建立产品的 功能模型，提出总体方案、投资预 算，拟定实施计划等
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51

《机电一体化介绍》课件

工业控制网络
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景

机电一体化概论课件

优点：定位精度高，调节速度快。 缺点：工作台的惯性、丝杠与螺母之间的间隙、丝杠的扭转变形 等因素对系统的稳定性不利；成本高。
这种闭环控制系统一般用于精度要求很高的数控机床，如数 控铣床、数控坐标镗床等。 机电一体化概论
（3）半闭环控制数控机床 在半闭环控制方式下，检测装置不对工作台的实际位置进行
测量，而是通过测量伺服电机的转角推算出工作台的实际位移量。 将推算出的位移量与指令值相比较，得到的误差信号作为控制量 去控制工作台的运动。由于反馈量取自伺服电机的转角，而不是 工作台的实际位移，即工作台位移未包括在反馈环内，因而称为 半闭环控制系统。
机电一体化概论
2．数控装置 接受控制介质输入的信息，将代码加以识别、储存、运算， 输出相应的指令（脉冲）给伺服系统。 数控装置一般属于专用计算机，其核心元器件是CPU，但 其配置远低于市面上流行的台式微机，运算速度和内存都非常 低。目前有用普通台式微机的开放式数控系统。
机电一体化概论
3．伺服系统
把来自数控装置的脉冲信号转换为设备运动的系统。
最初的伺服系统是由步进电机加相应的齿轮传动装置组成。 数控装置发出一个脉冲，电机转动一个步距角，通过脉冲数量来 控制电机的转角，从而实现对设备运动的控制，数控技术由此而 得名。
目前常用的伺服系统也采用直流伺服电机或交流伺服电机。
4．数控设备
完成对被加工对象作业的设备（如机床、绘图机和坐标测量
CNC
DNC
DNC
CNC（计算机数控机床）
DNC（Direct Numerically Controlled Machine Tool） 群控（或直接控制）数控机床
机电一体化概论
DNC（Distributed Numerically Controlled Machine Tool） 分布式数控机床

《机电一体化概论》课件


能量转换
驱动部分是用于将电能或其他形式的能源转换成机械能，以驱动系统的执行机构产生所需的动作。它通常包括电动机、液压缸、气动马达等。
VS
指挥中心
控制部分是机电一体化系统的指挥中心，它根据传感部分获取的信息和系统设定的参数，通过逻辑运算、比较、分析和处理，产生控制指令，驱动执行机构产生相应的动作，实现系统的各种功能。控制部分通常由控制器、调节器、微处理器等组成。
综合性
机电一体化技术通过整合各个领域的技术，实现整个系统的最优化。
技术优势互补
各种技术的有机结合，可以充分发挥各自的优势，提高整个系统的性能和效率。
跨学科性
机电一体化涉及到机械、电子、计算机等多个学科的知识。
工业机器人是机电一体化技术的典型应用，它可以自动化地完成生产线上的各种任务，提高生产效率和产品质量。
《机电一体化概论》ppt课件
目录
contents
机电一体化概述机电一体化技术基础机电一体化系统组成机电一体化核心技术机电一体化应用实例
01
机电一体化概述
定义
机电一体化是一门跨学科的综合性技术，它将机械技术、电子技术、计算机技术等多个领域的知识融合在一起，实现各种技术之间的优势互补，从而提高整个系统的性能和效率。
自动化生产线的发展趋势是智能化、模块化、定制化，未来将更加注重生产过程的柔性化和个性化。
自动化生产线通常包括输送设备、加工设备、检测设备等，能够实现从原材料到成品的连续加工和生产。
02
01
04
03
智能制造系统是机电一体化在制造业中的高级应用，通过集成各种先进技术和设备，实现生产过程的智能化和自适应控制。
智能制造系统的发展趋势是数字化、网络化、智能化，未来将更加注重人工智能和机器学习等技术的应用。

《机电一体化讲议》课件


探讨数据库的基本原理及其在机电一体化 系统中的应用。
01
机电一体化系统的 设计与实现
系统设计原则与方法
可靠性原则
确保系统在各种工作条件下能够稳定 、可靠地运行。
经济性原则
在满足功能和性能要求的前提下，尽 量降低系统成本。
系统设计原则与方法
模块化原则
便于系统的维护、升级和扩展。
任务分析法
通过对任务进行分解，明确系统各部分的功能和性能要求。
案例四：智能家居的机电一体化应用
总结词
智能家居是物联网技术在家庭生活中的应用，通过智能化设备实现家庭环境的舒适、安 全和节能。
详细描述
智能家居的机电一体化应用涵盖了家庭安全监控、智能照明、智能家电、环境控制等多 个方面。通过集成各种传感器、控制器和执行器，智能家居能够实现设备的互联互通、
远程控制和自动化管理，提高家庭生活的便利性和舒适性。
04
系统改进
根据实际需求和技术发展，对系统进行升 级和改进，提高系统的适应性和竞争力。
05
06
对系统进行故障诊断和预防性维护，降低 系统的维护成本和停机时间。
01
机电一体化的发展 趋势与挑战
发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技 术的快速发展，机电一体化 产品将更加智能化，能够自 主感知、决策和控制。
展带来了新的机遇和挑战。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
自动化与智能化
机电一体化系统能够自动完成复杂任务，减轻人 工负担，提高生产自动化水平。
高效、精确、快速响应
机电一体化技术的应用可以提高生产效率、减少 误差、增强系统快速响应能力。
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28
存在的问题及主要技术指标
问题：
– 造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受；
– 调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员;
– 对编程人员的技术水平要求较高。
数控装置的主要技术指标
– 控制轴数和联动轴数
– 脉冲当量（控制分辨率） – 定位精度和重复精度 – 行程 – 主轴转速和调节范围 – 进给速度和调节范围
12:18
12
1.5 NC机床分类
1.5.1 按运动轨迹分类
– 点位控制数控机床 – 直线控制数控机床 – 轮廓控制数控机床
1.5.2 按伺服系统分类
– 开环 – 半闭环 – 闭环
12:18
13
点位控制数控机床
用于加工平面内的 孔系，如数控钻床、 数控镗床、数控冲床、印刷电路板钻 孔机、三坐标测量 机等
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7
NC机床发展经历
– 第四代：1970年 NC系统采用大规模集成电 路，其部分功能由软件实现，它具有价格低， 可靠性高和功能多等特点。
– 第五代：1974年 NC系统以微处理器为核心， 不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使 实现真正意义上的机电一体化成为可能。
12:18
8
– 第五代又可分为六个发展阶段：
»1974年：系统采用CRT显示，大容量磁泡存 储器，可编程接口和遥控接口等。
»1979年：系统以位片微处理器为核心，有字 符显示，自诊断功能。
»1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精 度补偿功能。
»1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电 机进入实用阶段。
»1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系 统。
3
1.1.2 数控系统
用来实现数字信息控制的硬件和软件的 整体。
核心：数控装置。 用计算机进行控制的称为计算机数控系
统。
12:18
4
1.1.3 数控机床
采用数控技术进行控制的机床。 采用的技术：
– 计算机技术 – 自动控制技术 – 精密测量技术 – 机床设计技术
12:18
5
1.2 NC发展历史
1.4.1 NC机床控制原理
数控 装置
伺服 系统
加工程序
数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作 –数控程序
»几何信息：刀具、工件的相对运动 »工艺信息：主运动和进给运动的速度、切深等 12:18 »辅助信息：主运动变速、刀具更换、冷却液启/停、工件夹紧1/1松开
1.4.2 NC机床的组成
1、产生背景
– 单件、小批量、复杂型面（图） – 高效率、高精度、高自动化
2、发展过程
– 1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第 一台三座标数控机床。
– 1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司 生产出来。
– 从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的五 代。
»1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的 研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC 系统的开发周期日益缩短。它是数控技术发展的 又一个里程碑。
12:18
9
1.3 NC机床特点
柔性高（能适应不同零件的自动加工） 效率高 精度高 质量稳定 有利于生产管理
12:18
10
1.4 NC机床控制原理及组成
数控机床 （Numerical Control Machine
Tools ）
教师：马海燕
12:18
1
1.1 定义
数控技术（Numerical Control Technology） 数控系统（Numerical Control System） 计算机数控系统（Computer Numerical
Control —— CNC ） 数控机床（Numerical Control Machine
Tools）
12:18
2
1.1.1 数控技术
利用数字化信息对机械运动及加工过程
进行控制的一种方法。 具体实现：数控机床、三坐标测量仪、
机器人、绘图仪、折弯机、弯管机、切 割机（线、火焰、激光）等。
12:18
16
平面轮廓加工数控机床
12:18
17
行切法加工空间轮廓
12:18
18
三坐标联动加工
12:18
19
四坐标联动加工
12:18
20
重型燃机、汽轮机等的叶片制造
12:18
21
叶片制造
12:18
22
五轴五联动加工中心
12:18
23
开环
12:18
24
半闭环
12:18
25
闭环
12:18
26
按功能水平分类
12:18
14
直线控制数控机床
12:18
15
轮廓控制数控机床
平面轮廓加工数控机床
空间轮廓加工数控机床
– 三坐标控制两坐标联动机床使用“行切法” 进行加工
– 三坐标联动加工 – 四坐标联动加工 – 五坐标联动加工 注：五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，
反映了一个国家的工业发展水平状况
12:18
高速高精度 智能化
– 应用自适应控制技术 – 自动编程技术 – 具有故障自动诊断功能 – 应用模式识别技术
开放式数控系统 基于网络的数控系统 提高数控系统的可靠性 数字制造
12:18
32
大型立式数控车床
12:18
33
立式铣削加工中心
12:18
34
卧式双转塔数控车床
12:18
高级型数控系统 普及型数控系统 经济型数控系统
12:18
27
表1.1 数控系统的功能分类
性能 类别 高级型
普及型
经济型
CPU位 联动轴 分辨率
数数
(um)
32 5
<0.1
进给速度 (m/min) >24
16 3
0.1～10 10～24
8
<3
<10
<10
显示
三维 动态 字符/ 图形 字符
12:18
12:18
6
NC机床发展经历
– 第一代：1955年 NC系统以电子管组成，体积 大，功耗大。
– 第二代：1959年 NC系统以晶体管组成，广泛 采用印刷电路板。
– 第三代：1965年 NC系统采用小规模集成电路 作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性 进一步提高。
以上三代NC系统，由于其数控功能均由 硬件实现，故历史上又称其为“硬线 NC”
–准备功能（G功能） –辅助功能（M功能） –自动加减速功能 –开关量接口
12:18
29
数控机床的应用范围
12:18
30
数控机床对刀具的要求
精度较高、寿命高、尺寸稳定、变化小； 快速换刀； 刀柄应为标准系列； 能很好地控制切屑的折断、卷曲和排出； 具有很好的可冷却性能。
12:18
31
数控技术的发展趋势