数控机床的组成及基本原理

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1、数控机床的组成及基本原理数控机床的组成及基本原理第 1 章绪论1.1 概述 概述 1.2 数控机床的基本组成和工作原理 数控机床的基本组成和工作原理 1.3 数控机床的分类 数控机床的分类 1.4数控机床的特点 数控机床的特点 本章要点返回下页图库1.1 概述数控技术的基本概念数控技术、 数控技术、数控系统与数控机床数控技术，简称数控（ 数控技术，简称数控（Numerical ControlNC） ） 是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。由于现代数控都采用了计算机进行控制， 一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制， 因此，也可以称为计算机数控（ 因此，也可以称为计算

2、机数控（Computerized Numerical ControlCNC） 。 ） 。 为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制， 为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软件。 必须具备相应的硬件和软件。用来实现数字化信息控 制的硬件和软件的整体称为数控系统（ 制的硬件和软件的整体称为数控系统（Numerical Control System） ，数控系统的核心是数控装置 ） ，数控系统的核心是数控装置 ） ， （Numerical Controller） 。 ） 。返回 上页 下页 图库1.1 概述由于数控系统、数控装置的英文缩写亦采用 由于数控系统、数控装置的

3、英文缩写亦采用 NC ） ，因此 （或 CNC） ，因此，在实际应用中，在不同场合 ） ，因此，在实际应用中，在不同场合 NC （或CNC）具有三种不同含义，即：既可以在广义 ）具有三种不同含义，上代表一种控制技术， 上代表一种控制技术，又可以在狭义上代表一种控 制系统的实体， 制系统的实体，此外还可以代表一种具体的控制装 数控装置。 置数控装置。 数控装置 数控系统和计算机技术的发展始终保持同步， 数控系统和计算机技术的发展始终保持同步， 至今已经历了从电子管、晶体管、集成电路、 至今已经历了从电子管、晶体管、集成电路、计算 机到微处理机的演变，系统功能的日益增强， 机到微处理机的演变，系统

4、功能的日益增强，应用 领域的日益扩大，发展异常迅速， 领域的日益扩大，发展异常迅速，更新换代十分频 繁。附：机床发展的历史回顾 返回 上页 下页 图库1.1 概述采用数控技术进行控制的机床， 采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床 机床） 。它是一种综合应用了计算机技术、 （NC 机床） 。它是一种综合应用了计算机技术、自 机床） 。它是一种综合应用了计算机技术 动控制技术、 动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术 的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。 的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。 机床控制也是数控技术应用最早、最广泛的领域， 机床控制也是数控技术应用最早、最广

5、泛的领域， 数控机床的水平代表了当前的数控技术的性能、 数控机床的水平代表了当前的数控技术的性能、水 平和发展方向，因此，本书将以数控机床为主线， 平和发展方向，因此，本书将以数控机床为主线， 介绍数控技术的有关内容。 介绍数控技术的有关内容。返回上页下页图库1.1 概述NC 机床、加工中心、FMC、FMS 与 NC 机床、加工中心、FMC、FMS 与 CIMS 机床数控机床种类繁多，有钻铣镗类、车削类、 数控机床种类繁多，有钻铣镗类、车削类、磨 削类、电加工类、锻压类、 削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特 殊用途的专用数控机床等等， 殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了数控技 术进行

6、控制的机床统称 NC 机床 机床。 术进行控制的机床统称 机床。返回上页下页图库1.1 概述带 有 自 动 刀 具 交 换 装 置 （ Automatic Tool ChangerATC） 的数控机床 （ 带有回转刀架的数 ） 的数控机床（ 控 车 床 除外 ） 称 为加 工 中 心 （ Machine Center MC） 。它通过刀具的自动交换，可以一次装夹完成 ） 它通过刀具的自动交换， 多工序的加工， 实现了工序的集中和工艺的复合， 多工序的加工 ， 实现了工序的集中和工艺的复合 ， 从而缩短了辅助加工时间， 提高了机床的效率， 从而缩短了辅助加工时间 ， 提高了机床的效率 ， 减 少

7、了零件的安装、 安装次数， 提高了加工精度。 少了零件的安装 、 安装次数 ， 提高了加工精度 。 加 工中心是目前数控机床中产量最大、 工中心是目前数控机床中产量最大 、 应用最广的数 控机床。 控机床。返回上页下页图库1.1 概述在加工中心的基础上，通过增加多工作台（托盘） 在加工中心的基础上， 通过增加多工作台 （托盘） 自动交换装置（ 自动交换装置（Auto Pallet ChangerAPC）以及 ） 其他相关装置， 其他相关装置 ， 组成的加工单元称为柔性加工单元 （ Flexible Manufacturing CellFMC） 。 FMC 不 ） 不 仅实现了工序的集中和工艺的

8、复合， 仅实现了工序的集中和工艺的复合 ， 而且通过工作 托盘） 的自动交换和较完善的自动检测、 台 （ 托盘 ） 的自动交换和较完善的自动检测 、 监控 功能， 可以进行一定时间的无人化加工， 功能 ， 可以进行一定时间的无人化加工 ， 从而进一 步提高了设备的加工效率。 步提高了设备的加工效率 。 FMC既是柔性制造系统 既是柔性制造系统 的基础， 又可以作为独立的自动化加工设备使用， 的基础 ， 又可以作为独立的自动化加工设备使用 ， 因此，其发展速度较快。 因此，其发展速度较快。返回上页下页图库1.1 概述和加工中心的基础上， 在 FMC 和加工中心的基础上， 通过增加物流系统 、 和

9、加工中心的基础上 通过增加物流系统、 工业机器人以及相关设备， 工业机器人以及相关设备 ， 并由中央控制系统进行 集中、 统一控制和管理， 集中 、 统一控制和管理 ， 这样的制造系统称为柔性 制 造 系 统 （ Flexible Manufacturing System FMS） FMS 不仅可以进行长时间的无人化 FMS ） 。 FMS 不仅可以进行长时间的无人化 ， 而且 不仅可以进行长时间的无人化， 可以实现多品种零件的全部加工或部件装配， 可以实现多品种零件的全部加工或部件装配 ， 实现 了车间制造过程的自动化， 了车间制造过程的自动化 ， 它是一种高度自动化的 先进制造系统。 先进

10、制造系统。返回上页下页图库1.1 概述随着科学技术的发展， 随着科学技术的发展 ，为了适应市场需求多变的 形势， 对现代制造业来说， 形势 ， 对现代制造业来说 ， 不仅需要发展车间制造 过程的自动化， 而且是实现从市场预测、 生产决策、 过程的自动化 ， 而且是实现从市场预测 、 生产决策 、 产品设计、 产品制造直到产品销售的全面自动化。 产品设计 、 产品制造直到产品销售的全面自动化 。 将这些要求综合， 构成的完整的生产制造系统， 将这些要求综合 ， 构成的完整的生产制造系统 ， 称 为 计 算 机 集 成 制 造 系 统 （ Computer Integrated Manufactu

11、ring SystemCIMS） 。CIMS 将一个工 ） 将一个工 厂的生产、 经营活动进行了有机的集成， 厂的生产 、 经营活动进行了有机的集成 ， 实现了更 高效益、 更高柔性的智能化生产， 高效益 、 更高柔性的智能化生产 ， 是当今自动化制 造技术发展的最高阶段。 造技术发展的最高阶段。返回上页下页图库1.1 概述NC 机床与程控机床 NC 机床与程控机床NC 机床与程控机床是两种不同含义的机床， NC 机床与程控机床是两种不同含义的机床，它 机床与程控机床是两种不同含义的机床 们的控制要求和控制对象有本质的不同。一般来说， 们的控制要求和控制对象有本质的不同。一般来说， 机床自动控

12、制主要包括三方面内容： 机床自动控制主要包括三方面内容： 1)机床动作顺序的程序控制 典型的有组合机床、 机床动作顺序的程序控制， 1)机床动作顺序的程序控制，典型的有组合机床、 自动生产线等的流程与工步控制。 自动生产线等的流程与工步控制。其主要控制要求 是根据机床的动作顺序表（如电磁阀等执行元件的 是根据机床的动作顺序表（ 动作表） 。按规定的顺序通过执行原件依次动作， ） 。按规定的顺序通过执行原件依次动作 动作表） 。按规定的顺序通过执行原件依次动作， 完成机床的动作流程。 完成机床的动作流程。返回上页下页图库1.1 概述NC 机床与程控机床 NC 机床与程控机床2)主电机与辅助电机的

13、启动、停止、变速、冷却、 2)主电机与辅助电机的启动、停止、变速、冷却、 主电机与辅助电机的启动 润滑、排屑、自动换刀等辅助机能的控制。 润滑、排屑、自动换刀等辅助机能的控制。这些控 制有的是实现机械加工必须的， 制有的是实现机械加工必须的，有的是机床特殊动 作和功能方面的需要。它可以通过继电器、接触器、 作和功能方面的需要。它可以通过继电器、接触器、 变频器、调速器等进行控制。 变频器、调速器等进行控制。 对于只需要上述 1） 、2 两方面控制的加工设备， 对于只需要上述 1） 、2）两方面控制的加工设备， 称为程序控制机床，简称程控机床。 组合机床、 称为程序控制机床，简称程控机床。如：组

14、合机床、 自动生产线等。可编程控制器（ 自动生产线等。可编程控制器（Programmable Controller） ，是实现以上控制的最佳选择。 ） ，是实现以上控制的最佳选择 Controller） ，是实现以上控制的最佳选择。返回上页下页图库1.1 概述NC 机床与程控机床 NC 机床与程控机床 3)刀具（或坐标轴）移动轨迹控制。 3)刀具（或坐标轴）移动轨迹控制。对刀具运动轨迹进行 刀具 控制，使加工轮廓的必要条件，它包括移动速度控制、 控制，使加工轮廓的必要条件，它包括移动速度控制、移动位 置控制、移动轨迹控制等几个方面的基本要求， 置控制、移动轨迹控制等几个方面的基本要求，必须通过

15、采用 数控技术才能实现。 数控技术才能实现。 在数控机床上，对于运动部件的位移量控制， 在数控机床上，对于运动部件的位移量控制，一般需要通 过档铁、 过档铁、行程开关等检测元件的发信和对执行元件的通断控制 实现。即便采用了侍服驱动装置的程控机床， 实现。即便采用了侍服驱动装置的程控机床，一般也只能对各 运动部件的移动速度、移动位置进行单独的控制和调整，因此， 运动部件的移动速度、移动位置进行单独的控制和调整，因此， 程控机床能够实现点位控制，但不能实现各部件间的“联动” 程控机床能够实现点位控制，但不能实现各部件间的“联动” ， 任意改变坐标轴（或刀具）在平面或空间的移动轨迹， 任意改变坐标轴

16、（或刀具）在平面或空间的移动轨迹，故不能 成为数控机床。 成为数控机床。返回上页下页图库1.1 概述NC 机床与程控机床 NC 机床与程控机床在数控机床上，通过数控系统的“插补” 在数控机床上，通过数控系统的“插补” 运算， 实现了坐标轴的联动功能。 运算 ， 实现了坐标轴的联动功能 。 它不仅可 以控制移动部件的起点与终点坐标， 以控制移动部件的起点与终点坐标 ， 而且还 能同时控制各运动部件每一时刻的速度和位 以及各运动部件间的相互关系， 移 ， 以及各运动部件间的相互关系 ， 从而可 以将工件加工要求的轮廓形状。 以将工件加工要求的轮廓形状 。 这是数控机 床与其他机床的本质区别， 床与其他机床的本质区别 ， 也是机床采取数 控技术的根本原因。 控技术的根本原因。返回上页下页图库1.1 概述数控系统及其组成机床数控系统的基本组成数控系统是所有数控设备的核心。 数控系统是所有数控设备的核心。数控系统的主 要控制对象是坐标轴的位移（包括移动速度、方向、 要控制对象是坐标轴的位移（包括移动速度、方向、 和位置等） ， ） ，其控制信息主要来源于数控加工或运动