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1、1数控机床知识简介机床数字控制技术是集计算机.电子.电气.电力拖动.自动控制与自动 测量.机械.液压.气动为一体的高新技术。它较好的解决了形状复杂.精密.中小批量零件加工问题,而随着计算机辅助设计.计算机辅助制造.计算机辅助工艺(CAD/CAM/CAPP)等新技术的应用,特别是在自动化和柔性化制造系统中发挥着不可取代的作用,为产品不断更新换代推波助澜。为此也推动了数控技术自身的不断完善和发展。数控机床（NC 机床）狭义的说就是以数字字符形式控制机床运动，完成机械加工的机床。而我们常说的 CNC 是指计算机数控（Computer Number Control）数控机床出现于五十年代末，七十年代以
2、后随着微型计算机技术的发展而迅速发展起来的。现在已经成为机加行业不可缺少不可取代的加工设备。NC 技术的硬件也经历了从分离元件、中.小规模集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路的过程。早期的 NC 实际是由硬件组成的插补器，采用光电阅读机读取纸带（一般为 ISO/EIA 标准代码）随着技术的进步在NC 中逐步增加了各种辅助功能、补偿功能、检测功能等速度等，速度也大大提高，人机界面大大改善（这当然与相关技术的发展有关） 。一数控机床特点1特点：加工精度高;加工零件一致性.互换性好;减少了工装.夹具;柔性化程度高;提高了工作效率;一次装夹可以进行多工序加工,提高了加工质量,减少了辅助工作时间;
3、改善了劳动条件等等。2对机床要求：为了提高整机可靠性就必须选用可靠性高的元.器件;提高机床的耐磨性能和保持润滑良好;为了提高精度就必须提高轴承 .丝杠.带轮.齿轮等传动部件的精度和提高对导轨接触面.垂直.平行等的要求;对机床机械装配和电气装配质量也提高了要求;为了提高机床的自动化程度就必须提高其他辅助设施的自动化程度等等。3结构情况1）机床基础件：铸件（应为高强度的树脂沙造型密烘铸件） 、焊接件（一般用于轻型机床，且易变形）2）导轨：导轨是机床精度的首要部件有以下几种形式 滑动导轨：传统机床的导轨有 V 型和矩型两种形式。数控机床多采用矩型导轨，其承载能力强，精度保持度好。为了提高精度保持度、
4、降低摩擦系数和动、静摩擦系数差别小一般采用镶钢-贴塑（Turcite）或铸铁淬火-贴塑结构导轨副。 线性导轨：这是一种专业厂生产的滚动导轨，有滚针、滚珠、单排、多排多种规格，其性能差别也很大。其摩擦系数低，已被数控机床大量采用。 静压导轨：一般用于大型机床，因其调整要求高、对油温和黏度也要控制。3）主传动：主轴电机与主轴间的传动有多种形式 直联：结构简单，转速高，缺点是受主电机转矩的限制，一般转矩小。直联对拉刀机构的位置有些限制。 齿轮传动：变速范围广，传动转矩大，适宜大扭矩切削机床，受2齿轮最高线速度的限制一般转速较低。 带轮传动：有同步带和多谐带两种，后者传动转矩较大。 电主轴：高速主轴（
5、12000rpm 以上）一般采用机电和一的电主轴，且主轴采用内冷却方式。4）进给传动：为了提高传动效率和传动精度数控机床多采用滚珠丝杠传动，且丝杠应进行予拉伸。丝杠与进给电机间采用直联或同步带、带轮传动。5）刀库：刀库机械手是加工中心的重要部件，其可靠性的好坏又是加工中心的重要指标。常见的刀库形式有链式、盘式、斗笠式等刀库机械手的驱动有气、液、电等；其中以凸轮式刀库换刀速度最快。6）润滑系统；和普通机床一样分为主轴润滑、导轨润滑、丝杠丝母润滑。机床润滑的可靠与否关系着机床的可靠性、精度保持度；好的数控机床润滑必须是可靠、充分和不污染环境。7）冷却系统：冷却系统包括主轴冷却和刀具冷却。高速主轴必
6、须具有主轴冷却系统，以控制主轴轴承的温升在允许的范围内（保证主轴精度和可靠运行） 。刀具冷却是为了充分发挥机床和刀具的加工效率，使刀具在允许的线速度下长期切削加工。8）机床防护装置：机床防护装置包括导轨防护和切屑、切屑液的防护。要求防护良好有便于工件的装卸。二数控机床分类1按照一般机床应用可分为数控车.铣.磨.钻.冲.线切割等等 。2按照机床功能又可分为一般数控机床；加工中心（车削中心、铣削中心、钻削中心、加工中心）和数控仿形机床三类。3.按照检测位移反馈测量位置的不同，又可分为闭环.半闭环.开环三大类。如果将光栅.感应同步器.磁栅等测量器件装在工作台上,直接测量工作台位 移,反馈到数控系统就
7、构成了全闭环数控系统。如果将脉冲编码器.旋转变压器.等测量器件装在丝杠端头通过测量丝杠转动测量工作台位移(间接测量)称为半闭环系统。不进行位移测量的数控系统称开环系统。4以铣加工为主的机床（加工中心）有升降台式、滑枕式、床身式（包括十字滑台和动柱式两种结构）和龙门式等。前两种机床较经济，一般精度稍低，而龙门式机床多为大型机床。中小型加工中心多为床身式机床。三数控代码和编程数控机床是通过数控程序来控制机床加工的,目前大多采用功能代码 加数字的形式,表示各种动作和运动。G 代码称准备功能代码，用以指令运动形式。如： G00 表示定位；G01 表示直线插补；G02 G03 表示圆弧插补；G04 表示
8、暂停等等。M 代码称辅助功能代码，用以指令辅助动作。如：主轴启动正转.反转.停止;冷却液的开和关;程序停止等等。S 代码称主轴功能代码，用以指令主轴速度。有 S 二位.S 四位（五位）等,一般 S 四位以上直接指令主轴转速,S 二位数只表示一定的主轴转速。T 代码称刀具功能代码，用于指令刀具号和刀具补偿号。F 代码称进给功能代码，用于指令进给速度。此外，用 X.Y.Z.A.B.C 等指令坐标轴;用 R 指令圆弧半径; 用 I.J.K 等指令3圆弧圆心;用 H.D.P 等指令补偿.暂停等参数;用 O 指令程序号;用 N 指令程序段号等等。将这些代码和数字分段组合起来，用于控制机床的动作和运动叫做
9、编程。（有的数控系统不采用这种代码型式）为了编程方便，数控系统一般具有刀具补偿功能，用一个程序通过刀具补偿可以用不同刀具加工出同一个工件。随着计算机技术的发展和实际加工的需要，在有的数控系统中又增加了参数编程（宏指令） ，将一些方程和计算（包括逻辑运算，比较）在系统中进行，使一些手工计算复杂的问题得以简化。数控加工程序属于工艺范畴，它是与机床设备.工艺方法密切相关的(包括加工路线.装夹.刀具.对刀等).所以工艺不同程序也不相同。1简单零件的加工可以手工编程,通过系统的手动数据输入(MDI)输入机床。2计算机编程,利用计算机编程也有手工和自动两种方法,手工编程可以用计算机的通用编辑软件进行。自动
10、编程软件很多，可以分为二维.三维和多维几种,也称 CAM 软件。一般工作过程是输入加工工件的特征字（点.线.圆弧.曲线.曲面等）和各型值点数据,经过数据处理(编程软件)建立数学模型,再输入工艺参数(材料 .刀具.装夹.基准.机床系统等)经后置处理程序就可以输出加工程序了。（常见的 CAM 编程软件有 MasterCAM、EDS UG、SURFCAM 、DUCT 、Pro-E 等一般价格较高。国内的以北航- 海尔的CAXA 制造工程师较为完善。 ）3大多数系统与计算机之间可以通过 RS232C 接口通讯，但需要有通讯软件。输入及显示单元CNC 数控系统伺服驱动单元 伺服电机机床操作面板PLC强电
11、控制及其 I/O位置检测 机床电气检测4数控机床控制框图（注：有些系统伺服的速度反馈与位置反馈是分别检测反馈的，速度反馈到驱动单元）四数控系统构成1输入及显示单元,输入单元包括键盘和接口用于输入和编辑程序.设定参数,目前大多采用触摸式键盘,一般要求可靠,美观,手感好,最好防水,防油。显示单元有 CRT（阴极射线管）LCD（液晶显示器）LED（液晶数码显示器）等，又分为单色，彩色两种。2数控单元，包括 CPU 及数控软件，I/O 接口，轴卡，存储器等等。3位置检测器件：闭环系统测量反馈元件种类很多，用于线性位移测量的有光栅尺.感应同步器.磁栅尺等;用于转角测量的有圆光栅 .脉冲编码器.旋转变压器
12、等,还有增量式和绝对式之分,我公司机床多采用增量式编码器或光栅。早期的测量系统均反馈到控制单元，现在控制单元与伺服之间有些采用了通讯有的只反馈到伺服单元。4执行元件：数控装置的执行元件多采用伺服电机，伺服电机有步进电机.直流伺服电机和交流伺服电机等种类。它们都用其特定的驱动单元（伺服单元）驱动控制。早期的数控系统多采用直流伺服电机，用晶闸管或晶体管控制电机电枢电压和激磁电压(只有主轴才改变激磁)改变电机转速和转矩。现在多采用交流伺服电机，通过改变施加在电机上不同频率的电压（实际上电压也改变）控制电机转速，交流伺服电机由于没有碳刷而使电机结构简单可靠，减少了维修费用。驱动电路采用晶体管脉宽调制。
13、而指令电路又有模拟式和数字式之分，数字式由于电路简单，运算速度快，控制精度高。又没有温度变化带来的零点漂移（没有运算放大器） ，越来越被广泛采用。步进电机是脉冲控制电机,大多用于开环控制系统。可以控制主轴伺服电机的数控系统，可以控制主轴的转向.转速甚至位置。5可编程控制器（称 PLC 或 PMC）现代数控机床几乎全部采用 CNC 系统，在电气控制中多采用了可编程控制器。PLC 接收来自机床和 CNC 的信号，来自机床的信号如：按扭.行程开关.自动开关.机床液压.液位.气压. 等;来自 CNC 的信号如:M.S.T 代码等。经过逻辑处理（PLC 顺序程序）再向机床和 CNC 发出控制信号。发往机
14、床的信号如：接通.断开开关;(用于控制电机.阀.电磁铁.离合器等 )各种指示灯等。发往 CNC的信号如：工作方式.循环启动.进给保持.紧急停止.进给和主轴倍率以及 M.S.TPLC 机床CNC5的应答信号等等。PLC 的采用大大简化了机床电气设计，减少了元.器件,提高了电气可靠性,同时也使连锁.互锁等保护功能大大加强。 有些 PLC 还可以控制伺服电机,但只能用于定位(如:刀库转位; 圆工作台分度定位等) 。PLC 又有内装和外装之分，现在大多数数控系统带有内装 PLC，其优点是与 CNC 之间信息量大 .方便。有些系统需用外装 PLC（如：上海开通的MTC-） 。 五数控系统情况数控系统性能
15、是一个综合指标，涉及的问题很多，诸如：系统开发年代.CPU 位数 .处理速度.软件 .内存.I/O.通讯.人机界面.安全.方便.成套性.可靠性以及维修等。所以评价系统决不是一句话可以说清的，只有通过需要.性能和价格来确定。1 系统与计算机 PC：数控系统是随着计算机的发展而发展起来的，但目前大多数数控系统又不同于计算机，它没有诸如 DOS.WINDOWS 等操作系统；硬件和 PC 也不一样,没有采用诸如 PCI，ISA 总线以及光驱.硬盘和软驱;只是采用了计算机通用芯片 CPU.可编程接口.存储器.门电路等。所以它很多指标不同于计算机,这在日本 FANUC 系统尤为突出。数控系统工作在工业环境
16、,对可靠性要求高;而 PC 是办公用品,可靠性指标低些。欧美一些厂商和一些机床厂开发的数控系统与计算机更接近一些,表现为有的有操作系统.硬盘或软驱,与计算机通讯也较简单,他们共同的问题是用户没有 FANUC 等专业生产厂多,可靠性一般也不及 FANUC 等专业生产厂的系统。2 系统生产厂a. FANUC 是目前市场占有率最大的系统生产厂(2000 年市场占有率为全世界的 48.5%)，其生产 0（0C、0D、0i 等）系统又是其产量最大的，0C 系统是一种通用型数控系统，选择功能多，可配置 FANUC 各种数字式伺服电机；0D 是 FANUC 为中国开发的经济型系统，有比较强的软件功能包，选件主要是图形功能，主要缺点是只
