数控机床基本认知

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1、工作任务一：数控机床基本认知数控机床的产生及发展趋势 数控机床的组成及工作原理 数控机床的分类 数控机床坐标的规定 数控机床的特点 1学习重点：w 本章主要介绍数控机床的发展过程和趋势 ，数控机床的基本概念，数控机床的组成 、工作原理及分类，数控加工的特点。 w 重点掌握数控机床的组成及工作原理；点 位控制、点位直线控制、轮廓控制数控机 床的特点。2学习情境一：数控机床的产生及发展趋势最早采用数字控制技术进行机械加工的思想 ，是在20世纪40年代提出的。 1952年，美国麻省理工学院研制出一套试验 性数字控制系统，并把它装在一台立式铣床上， 成功地实现了同时控制三轴的运动。1954年11月，在

2、帕尔森斯专利基础上，第一 台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司(Bendix Cooperation)生产出来。1959年，数控系统中广泛采用晶体管和印制 电路板，使数控机床跨入了第二代。3w 1960年，研制出了小规模集成电路。由于它的 体积小，功耗低，使数控系统的可靠性得以进 一步提高，数控系统发展到第三代。 w 1967年，英国首先把几台数控机床联接成具有 柔性的加工系统，这就是最初的柔性制造系统 （FMSFlexible Manufacturing System）。 w 1970年前后，美国英特尔公司开发和使用了微 处理器。1974年，美、日等国首先研制出以微 处理器为核心的数控系统的

3、数控机床。 w 20世纪80年代初，国际上又出现了柔性制造单 元FMC（Flexible Manufacturing Cell）。 4数控机床发展中的基本概念数字控制(NCNumerical Control)技术n是20世纪中期发展起来的一种技术，是用数 字化信号进行控制的一种方法。5w 数控机床（Numerial Control Machine Tool)n是用数字化信号对机床的运动及其加工过程 进行控制的机床，或者说是装备了数控系统 的机床。它是一种技术密集度及自动化程度 很高的机电一体化加工设备，是数控技术与 机床相结合的产物。n一个装有程序控制系统的机床.该系统能够逻 辑地处理具有使用

4、号码或其他符号编码指令 规定的程序 6w CNC机床n现代数控系统是采用微处理器中的系统程序( 软件)来实现控制逻辑，实现部分或全部数控 功能，并通过接口与外围设备联接成为计算 机数控(Computer Numerical Too1)系统，简称 CNC系统。具有CNC系统的机床称为CNC机 床。 7一、基本概念（6）w 柔性制造单元（FMC）如果某加工中心有较多的交换工作台，便 可实现长时间无人看管加工。 w 柔性制造系统（FMS）n是一种把自动化加工设备、物流自动化处理 和信息流自动处理融为一体的智能化加工系 统。 n 8学习情境二：数控机床的发展趋势方向一：工序集中 二：高速，高效，高精度

5、 三：使用方便 四：可靠性提高9学习情境三：数控机床的组成及工作原理 10w 加工程序 n数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对 数控机床进行控制，必须编制加工程序。加工程序存 储着加工零件所需的全部操作信息和刀具相对工件的 位移信息等。 w 输入装置 n输入装置的作用是将控制介质上的数控代码变成相应 的电脉冲信号，传递并存入数控系统内。 11w 数控系统 n是数控机床的核心，通常是一台具有专用系 统软件的微型计算机，它由输入输出接口线 路、控制运算器和存储器等构成。它接受控 制介质上的数字化信息，经过控制软件或逻 辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出 各种信号和指令控制机床的各个部

6、分，进行 规定的、有序的动作。 12w 伺服系统 n伺服系统是数控机床的执行机构。是由驱动 装置和执行部件两大部分组成。它接受数控 装置的指令信息，并按指令信息的要求控制 执行部件的进给速度、方向和位移，以加工 出符合图样要求的零件。n伺服精度和动态响应是影响数控机床的加工 精度、表面质量和生产效率的重要因素之一 。 13w 反馈系统 n测量元件将数控机床各坐标轴的位移指令值 检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装 置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与 设定值进行比较，并向伺服系统输出达到设 定值所需的位移量指令。 14w 辅助控制 n装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装 置输出的主运动换

7、向、变速、启停、刀具的 选择和更换，以及其它辅助装置动作等指令 信号，经过必要的编译、逻辑判别和运算， 经过功率放大后直接驱动相应的电器，带动 机床的机械部件、液压装置、气动装置等辅 助装置完成指令规定的动作。15w 机床本体 n与传统的机床相比较，数控机床本体仍然由 主传动装置、进给传动装置、床身及工作台 以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系 统、冷却装置等组成。但数控机床本体的整 体布局、外观造型、传动系统、刀具系统等 的结构以及操纵机构发生了很大的改变,这种 变化的目的是为了满足数控机床高精度、高 速度、高效率以及高柔性的要求。 16学习情境四：数控机床的工作原理 1、首先应将加工零件

8、的几何信息和工艺信息 编制成加工程序；2、输入装置送入数控系统；3、经过数控系统的处理、运算，按各坐标轴 的分量送到各轴的驱动电路，4、经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动 各轴运动，并进行反馈控制，5、刀具和工件及其它辅助运动装置严格按要 求运动。17数控机床加工零件的基本过程图例 18学习情境五：数控机床的分类一：按用途分类 二：按控制运动分类 三：按伺服系统分类 四：按控制轴数分类 五：按功能大小分类19一、按数控机床的工艺用途分类 w 普通类数控机床 n普通类数控机床一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数 控的自动化机床。如数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨 床、数控钻床等。 w

9、加工中心 n加工中心的典型特征是有刀库和自动换刀装置。加工中心一般 可分为立式加工中心、卧式加工中心和万能加工中心 w 金属成型类数控机床 n如数控折弯机、数控弯管机、数控转头压力机等。 w 特种加工及其他类型数控机床 n如数控线切割机床、数控电火花成形机床、数控激光加工机床 等。20二、按控制运动的方式分类（1） w 点位控制数控机床 n点位控制数控机床只控制移动刀具或部件从 一个位置到另一个位置的精确定位，而不管 从一点到另一点按照什么轨迹运动，同时在 移动和定位过程中刀具不进行任何加工。l典型机床 主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控 冲床、数控点焊机、数控三坐标测量机等。 21点位控制机

10、床原理图例22w 点位直线控制数控机床 n点位直线控制数控机床不仅能控制刀具或移 动部件，从一个位置到另个位置的精确移 动，而且能以给定的速度，实现平行于坐标 轴方向的直线切削加工运动。l典型机床 属于这种类型的机床有数控车床、数控 磨床、数控镗铣床等。 23点位直线控制机床原理图24w轮廓控制数控机床 n轮廓控制数控机床是对两个或两个以上坐标 轴同时进行控制。它不仅要控制机床移动部 件的起点和终点坐标，而且要控制加工过程 中每一点的速度、方向和位移量，轮廓控制 又称连续控制。l典型机床 大多数数控机床具有轮廓控制功能。如 数控车床、数控铣床、加工中心等。 25轮廓控制机床图例26三、按伺服系

11、统的类型分类w 开环控制数控机床 n这类数控机床没有检测反馈装置，通常使用 步进电动机作为驱动。这类机床结构简单， 成本低，工作较稳定，调试方便。 27开环控制数控机床原理图例28w 闭环控制数控机床 n位置检测装置直接安装于机床运动部件上。 采用闭环控制的数控机床可以消除由于传动 部件的机械误差对加工精度的影响，可以获 得很高的加工精度。闭环系统的设计和调整 都有很大的难度，造价高，通常用于精度和 速度都要求较高的精密大型数控机床。 29闭环控制数控机床原理图例30w 半闭环控制数控机床 n位置检测装置安装于驱动电动机轴端或安装 在传动丝杠端部，间接地测量移动部件(工作 台)的实际位置或位移

12、。其精度高于开环系统 ，低于闭环系统。由于半闭环伺服系统的性 能价格比较好，目前广泛用于中小型数控机 床中。 31半闭环控制数控机床原理图例32四、按可控制联动的坐标轴分类 w 两坐标轴联动 数控机床能同 时控制两个坐 标轴联动。33w 三坐标联动 数控机床能同 时控制三个坐 标轴的联动， 34w 两轴半坐标联动 数控机床本身有三 个坐标能作三个方 向的运动，但数控 装置同时只能控制 两个坐标，而第三 个坐标只能作等距 周期移动。 35w 多坐标联动 n数控机床能同时控制四个以上坐标轴联动。 多坐标数控机床的结构复杂，精度要求高， 程序编制复杂。主要用于加工形状复杂的零 件。36五、按数控机床

13、功能水平的高低分类w 低档数控机床 n又称经济型数控机床。其特点是根据实际加 工要求，合理地简化系统以降低机床价格。 在我国，将由单片机或单板机与步进电动机 构成的数控系统以及些功能简单、价格低 的系统称为经济型数控系统。主要用于车床 、线切割机床以及旧机床的数控改造等。 37w 中档数控机床 n其CPU一般为16位或32位，具备较齐全的CRT显示， 可以显示字符和图形，进行人机对话，自诊断等。伺 服系统为半闭环直流或交流伺服系统，脉冲当量 O.005mmO.001mm，快进速度15mmin24m min。 w 高档数控机床 n其CPU一般为32位或64位，CRT显示具备中档的功能 外，还具有

14、三维图形显示等。伺服系统为闭环的直流 或交流伺服系统，脉冲当量0.001mm0.0001mm， 快进速度15mmin100mmin。 38学习情境六：数控机床坐标的规定机床的运动是为了将工件或坯料上多余的材料层切除 ，从而使工件获得所需要的几何形状、尺寸和表面质量。 运动的主要要素是切削工具（常为刀具）、工件和切削运 动。表面成型运动可分为机床的主运动和机床的进给运动。所示为外圆车刀车削外圆时的表面成型运动。39401）机床的主运动机床的主运动可促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件，从工件上直接切除金属，它具有切削速度最高，消耗功率最大的特点。如车削时工件的旋转运动，钻床、

15、铣床、镗床等刀具的回转运动，刨削、拉削时工件或刀具的往复运动等。在切削中 有且只有一个主运动。 412）机床的进给运动机床的进给运动通过机床的可运动部件使刀具和工件之间产生附加的相对运动，使主运动能够继续切除工件上多余的金属，以便形成所需几何特征的已加工表面，42机床坐标坐标轴运动方向和命名的原则（）假定刀具相对于静止的工件运动。当工件移动 时，则在坐标轴符号上加“”来表示。（）刀具远离工件的运动方向为坐标轴的正方向。（）机床主轴旋转运动的正方向是按照右旋螺纹进入工件的方向。 43笛卡儿坐标系中，三坐标X、Y、Z分别表示三个直线 坐标轴，三者的关系及正方向用右手定则判定，正方向 分别为+X、+

16、Y、+Z；围绕+X、+Y、+Z各轴的回转坐标轴 分别为A、B、C坐标轴，它们的正方向用右手螺旋法则 判定，正方向分别为+A、+B、+C。与以上正方向相反 的方向用“”加以区分，如+X、+A等。 44451)Z坐标轴坐标轴的运动是由传递切削动力的主轴所规定的。规定平行于主轴轴线的坐标轴为Z轴，若机床有许多主轴，则选尽可能垂直于工件装夹面的主要轴为轴；对于没有主轴的机床（如刨床），则规定垂直于工件装夹表面的轴为Z轴。Z轴的正方向（）是使刀具远离工件的方向。462)X坐标轴坐标轴一般是水平的，它平行于工件的装夹平面，平行于主 要的切削方向。若Z轴是水平的，则从刀具（主轴）向工件看时，X 轴的正方向指向右边。如果Z轴是垂直的，则从主轴向立柱看时， 对于单立柱机床，X轴的正方向指向右边。对于龙门式机床，当从 主要主轴向左侧看时，X轴的正方向指向右边。对于没有旋转刀具 或旋转工件的机床，轴平行于主要的切削力方向，且以该方向为 正方向（+）。473）Y坐标轴坐标轴垂直于Z、X坐标轴，根据Z、X坐标轴的正方向用右手判别