数控机床 第一章_概论1汇编

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1、数字控制机床数字控制机床 中国地质大学机电学院中国地质大学机电学院 张伟民张伟民 第一章第一章 概概 述述 1-1 1-1 数控系统及数控机床的基本概念数控系统及数控机床的基本概念 1-2 1-2 数控机床的组成数控机床的组成 1-3 1-3 数控机床的工作原理及分类数控机床的工作原理及分类 1-4 1-4 数控机床的特点和应用范围数控机床的特点和应用范围 1-5 1-5 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 数字控制（Numerical Control Technology， NC）是一种借助数字化信 息（数字、字符）对某一工作过程（如加工、测量、装配等）发出指令 并实现自动控制的技术。

2、 数控系统（Numerical Control System）采用数字控制技术的自动控制系 统。 数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数字控制技术对机 床的加工过程进行自动控制的一类机床。数控机床是一种装有程序控制 系统（数控系统）的高效自动化机床。是数控技术典型应用的例子。 计算机数控（CNC）采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本 数控功能，则称为计算机数控。 1.1 数控系统及数控机床的基本概念 1-2 数控机床的组成 现代数控机床主要由CNC数控系统和机床主体组成，此外数控机床还有许多辅助装置： 自动换刀装置（Automatic To

3、ol Changer ATC） 自动工作台交换装置（Automatic Pallet Changer APC） 自动对刀装置 自动排屑装置 电、液、气、冷却、润滑、防护等装置。 数控机床组成示意图 1.2.1 1.2.1 输入输出装置输入输出装置 1-2 数控机床的组成 操作面板： 它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具组成： 主要分为三大区域。下图为西门子的一款数控系统的操作面板。 操作面板实物图 1.2.1 1.2.1 输入输出装置输入输出装置 1-2 数控机床的组成 控制介质： 人与数控机床之间建立某种联系的中间媒介物就是控制介质，又称 为信息载体。常用的控制价质有穿孔带、穿孔卡、磁盘

4、和磁带。 操作面板实物图 1.2.1 1.2.1 输入输出装置输入输出装置 1-2 数控机床的组成 人机交互设备： 数控机床在加工运行时，通常都需要操作人员对数控系统进行状态干 预，对输入的加工程序进行编辑、修改和调试，对数控机床运行状态 进行显示等，也就是数控机床要具有人机联系的功能。具有人机联系 功能的设备统称人机交互设备。 常用的人机交互设备有键盘、显示器 、光电阅读机等。 操作面板实物图 1.2.1 1.2.1 输入输出装置输入输出装置 1-2 数控机床的组成 通讯： 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用 通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集

5、成、FMS 和CIMS的基本技术。采用的方式有： 串行通讯（RS-232等串口） 自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等） 网络技术（internet，LAN等）。 1.2.2 1.2.2 计算机数控（CNC）装置 1-2 数控机床的组成 数控装置是数控机床的中枢。又称CNC装置(CNC单元) 1.2.2 1.2.2 计算机数控（CNC）装置 1-2 数控机床的组成 作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、 机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服 单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软 件协调配合，合理组织，使整个系

6、统有条不紊地进行工作的。CNC装 置是CNC系统的核心 硬件 计算机 管理软件 软件 控制软件 1.2.2 1.2.2 计算机数控（CNC）装置 1-2 数控机床的组成 1.2.3 1.2.3 伺服单元、驱动装置和测量装置 1-2 数控机床的组成 进给伺服驱动系统由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组 成。伺服驱动的作用，是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床 工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样 要求的工件，即把数控装置送来的微弱指令信号，放大成能驱动伺动电动 机的大功率信号。 1.2.3 1.2.3 伺服单元、驱动装置 1-2 数控机床的组成 常用的伺

7、服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。根 据接收指令的不同，伺服驱动有脉冲式和模拟式，而模拟式伺服驱动方式 按驱动电动机的电源种类，可分为直流伺服驱动和交流伺服驱动。步进电 动机采用脉冲驱动方式，交、直流伺服电动机采用模拟式驱动方式。 1.2.4 1.2.4 机床电气控制机床电气控制 1-2 数控机床的组成 机床电气控制包括两个方面，可如图所示箭头所指的内容。PLC（可编程 的逻辑控制器）用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，而机床 I/O电路和装置则是用来 实现I/O控制的执行部件，由继电器、电磁阀、 行程开关、接触器等组成的逻辑电路； 1.2.5 1.2.5 测量装置

8、 1-2 数控机床的组成 分为位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。 作用是保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令： 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。 主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制） 1.2.5 1.2.5 测量装置 1-2 数控机床的组成 机床：机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。 组成：组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构） 、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统、工件自动、支承件（立

9、柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统、工件自动 交换系统）和辅助装置（如排屑装置、冷却泵等等）。交换系统）和辅助装置（如排屑装置、冷却泵等等）。 1.2.6 1.2.6 数控机床本体数控机床本体 1-2 数控机床的组成 1.2.6 1.2.6 数控机床本体数控机床本体 1-2 数控机床的组成 数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，与普通机床相比，应具 有更好的抗振性和刚度，要求相对运动面的摩擦因数要小，进给传动部分 之间的间隙要小。所以其设计要求比通用机床更严格，加工制造要求精密 ，并采用加强刚性、减小热变形、提高精度的设计措施。 1.3.1 1.3.1 数控机床的工作原理数控机床

10、的工作原理 1-3 数控机床的工作原理及分类 数控机床与普通机床相比较，其工作原理的不同之处就在于数控机床是按 数字形式给出的指令进行加工的。数控机床加工零件，首先要将被加工零件的 图样及工艺信息数字化，用规定的代码和程序格式编写加工程序，然后将所编 写的指令输入到机床的数控装置中，数控装置再将程序进行翻译、运算后，向 机床的各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床的各个运动部 件完成所需的辅助运动，最后加工出合格零件。数控系统实质上是完成了手工 加工中操作者的部分工作。 准备阶段 编程阶段 准备信息载体 加工阶段 数控机床工作步骤图 按数控机床的加工原理（工艺）分类按数控机床的加工

11、原理（工艺）分类 普通数控机床普通数控机床：数控车床、数控铣床、加工中心、车削中心等（用切削刀具对零：数控车床、数控铣床、加工中心、车削中心等（用切削刀具对零 件进行切削加工）。件进行切削加工）。 特种加工数控机床特种加工数控机床：线切割数控机床、电火花成型加工数控机床（采用电火花：线切割数控机床、电火花成型加工数控机床（采用电火花 原理对高硬度零件进行切割及形腔进行加工）。原理对高硬度零件进行切割及形腔进行加工）。 成型加工类成型加工类 具有通过物理方法改变工件形状功能的数控机床。如数控折弯机、数控弯管机具有通过物理方法改变工件形状功能的数控机床。如数控折弯机、数控弯管机 等。等。 其它类型

12、其它类型 一些广义上的数控装备。如数控装配机、数控测量机、机器人等。一些广义上的数控装备。如数控装配机、数控测量机、机器人等。 1.3.2 1.3.2 数控机床的分类数控机床的分类 1-3 数控机床的工作原理及分类 按数控机床的运动轨迹分类按数控机床的运动轨迹分类 a a、点位控制运动、点位控制运动：刀具相对于工件的点定位：刀具相对于工件的点定位 特点: n仅能实现刀具相对于工件从一点 到另一点的精确定位运动； n对轨迹不作控制要求； n运动过程中不进行任何加工 n适用范围：数控钻床、数控镗床 、数控冲床和数控测量机。 1.3.2 1.3.2 数控机床的分类数控机床的分类 1-3 数控机床的工

13、作原理及分类 按数控机床的运动轨迹分类按数控机床的运动轨迹分类 b b、直线控制运动、直线控制运动：刀具或工作台以给定的速度按直线运动：刀具或工作台以给定的速度按直线运动 特点：特点： 除了控制点与点之间的除了控制点与点之间的 准确定位外，还要保证两点准确定位外，还要保证两点 之间移动的轨迹是一条与机之间移动的轨迹是一条与机 床坐标轴平行的直线。床坐标轴平行的直线。 对移动的速度也要进行对移动的速度也要进行 控制，因为这类数控机床在控制，因为这类数控机床在 两点之间移动时要进行切削两点之间移动时要进行切削 加工。加工。 1.3.2 1.3.2 数控机床的分类数控机床的分类 1-3 数控机床的工

14、作原理及分类 按数控机床的运动轨迹分类按数控机床的运动轨迹分类 c c、连续控制运动（轮廓控制运动）、连续控制运动（轮廓控制运动）：刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动，运：刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动，运 动轨迹为任意方向的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线动轨迹为任意方向的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线 特点：特点： 能够对两个或两个以上的运动能够对两个或两个以上的运动 坐标的位移及速度进行连续相坐标的位移及速度进行连续相 关的控制，因而可以进行曲线关的控制，因而可以进行曲线 或曲面的加工。或曲面的加工。 使用范围：使用范围： 数控车床、数控铣床、加工中数控车床、数控铣床、加工

15、中 心等。心等。 1.3.2 1.3.2 数控机床的分类数控机床的分类 1-3 数控机床的工作原理及分类 半闭环控制系统 全闭环控制系统 开环环控制系统统 闭环闭环控制系统统 按照伺服驱动系统的控制方式分类按照伺服驱动系统的控制方式分类 1.3.2 1.3.2 数控机床的分类数控机床的分类 1-3 数控机床的工作原理及分类 按照伺服驱动系统的控制方式分类按照伺服驱动系统的控制方式分类 a a、开环控制系统、开环控制系统 开环控制系统是指不带反馈的控制系统开环控制系统是指不带反馈的控制系统. . 其特点其特点: :开环控制具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。开环控制具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。 但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低。一般适用于经济型数控机床但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低。一般适用于经济型数控机床 和旧机床数控化改造。和旧机床数控化改造。 部件的移动速度和位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数决定的。部件的移动速度和位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数决定的。 1.3.2 1