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1、1. 2数控机床的组成及基本工作原理一、数控机床组成数控机床由：程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床 本体组成。1、程序的存储介质，又称程序载体1）穿孔纸带（过时、淘汰）；2）盒式磁带（过时、淘汰）；3）软盘、磁盘、U盘；4）通信。2、输人/输出装置1）对于穿孔纸带，配用光电阅读机；（过时、淘汰）；2）对于盒式磁带，配用录放机；（过时、淘汰）；3）对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡；4）现代数控机床，还可以通过手动方式（MDI方式）；5）DNC网络通讯、RS232串口通讯。3、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC
2、单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑 处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。其它的还有 主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、 工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。准备功能：G00,G01,G02,G03,辅助功能：M03，M04刀具、进给速度、主轴：T，F，S4、伺服系统由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给 系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来 说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度
3、，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个 进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。如三 轴联动的机床就有三套驱动系统。脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。常用的脉冲当量为 0.001mm/脉冲。5、位置反馈系统（检测反馈系统）伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构（工作台）的位移反馈。包括光栅、旋 转编码器、激光测距仪、磁栅等。（作业：让同学们网上查找反馈元件，下节课用5分钟自 述所查内容）反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位 置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。反馈系统包括半
4、闭环、闭环两种系统。6、机床的机械部件1）主运动部件2）进给部件（工作台、刀架）3）基础支承件（床身、立柱等）4）辅助部分，如液压、气动、冷却和润滑部分等5）储备刀具的刀库，自动换刀装置（ATC）对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件，数控机 床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方 面要求更高，而且其传动和变速系统更便于实现自动化扩展。程序编制输入装置数控装置CNC伺置 服检 驱测 动装 及置 位辅电 助控 控制 制装 及置 强机床主进辅运给助动运动机动作构机机构构图1-1数控机床的组成二、工作步骤（合上书，闭眼想1分钟）
5、在数控机床上加工零件要经过以下的步骤：（1）准备阶段：根据加工零件的图纸，确定有关加工数据（刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸 信息等）。根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。将与加工零件有关的信息：广工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数（进给执行部件的进给尺寸）切削加工的工艺参数（主运动和进给运动的速度、切削深度等）各种辅助操作（主运动变速、刀具变换、冷却润滑液启停、工件夹紧松开）（2）编程阶段根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序（对加工工艺过程的描 述），并填写程序单。（3）准备信息载体根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体（穿孔带、磁带、
6、磁盘等）上，通过信息载体 将全部加工信息传给数控系统。若数控加工机床与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统。（4）加工阶段当执行程序时，机床数控系统（CNC）将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件 的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工。总的说来，数控机床就是将与加工零件有关的信息，用规定的文字、数字和符号组成的 代码，按一定的格式编写成加工程序单，将加工程序通过控制介质输入到数控装置中，由数 控装置经过分析处理后，发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。RS-232端具有DB9针式（DTE ）和DB9孔式（DCE ）两种接口可
7、供选择。用户在订购时，根据需要选择RS-232串口类型。http:/图 RS-232 实物金坛四海电机（步进电机及驱动器）130BYG永磁感应子式步进电机155E9 6DB9公头 针型）DBP毋头 孔型）图 RS-232接口形状图 步进电机驱动器图驱动器接线实物图拔位并关设定t目苞及细分数OFTO公掷E端ODIR.方向电平OFREE脱机电平0CP 步进脉冲Q_A+0 -A-O .NGOB十B-MCO .O0AC1ri_MlQKTC0AC2LJAC2r_AC1指示AC2指示图步进电机驱动器连接示意图图 伺服电机及驱动器实物图漏电断路器.瑚磁诿触器TP=i会计算机程序输人电貌线 立上=三E.3 R
8、S-2 32C- R S-4B5 检器.，斐割电源配线用连接番四一v外瑟再生电坦=外部再生电阻用惟接器图伺服电机及驱动器连接实物图1. 3数控机床的分类及应用范围数控机床的品种很多，根据其控制原理、功能和组成，可以从几个不同的角度进行分类：一、按工艺用途分类：数控机床是从普通机床的基础上发展起来的，各种类型的数控机床基本上起源于同类型 的普通机床，按工艺用途分为：1) 数控车床(NC Lathe)2) 数控铣床(NC Milling Machine)3) 加工中心(Machine Center)4) 数控钻床(NC Drilling Machine)5) 数控镗床(NC Boring Mach
9、ine)6) 数控平面磨床(NC Surface Grinding Machine)7) 数控外圆磨床(NC External Grinding Machine)8) 数控轮廓磨床(NC Contour Grinding Machine)9) 数控坐标磨床(NC Jig Grinding Machine)10) 数控工具磨床(NC Tool Grinding Machine)11) 数控电火花加工机床(NC Diesinking Electric Discharge Machine ) (NC EDMMachine)12) 数控线切割机床(NC Wire Electric Discharge
10、Machine)13) 数控激光加工机床(NC Laser Beam Machine)14) 数控工具磨床(NC Punching Machine or Punching Press)15) 数控超声波加工机床(NC Ultrasonic Machine)16) 数控齿轮加工机床(NC Gear Holling Machine)还有数控等离子切割机，数控火焰切割机、数控折弯机、数控弯管机、数控水切割机等等。二、按运动方式分类：1) 点位控制系统(Positioning Control)只控制刀具从一点移到另一点的位置，而在移动过程中不进行切削加工，如坐标镗床、 钻床和冲床等。要求坐标位置有较高
11、的定位精度，为提高生产效率，采用机床设定的最高进 给速度进行定位运动，在接近定位点前要进行分级或连续降速，以便低速趋近终点，从而减 少运动部件的惯性过冲和因此引起的定位误差。在定位移动过程中不进行切削加工，因此对 运动轨迹没有任何要求。2) 直线控制系统(Straight-Line Control)直线控制系统是控制刀具或基础工作台以一定速度，沿平行于某一坐标轴方向，由一个 位置到另一位置的精确移动。也称点位直线移动控制系统。3) 轮廓控制系统(Contour Control)(又称连续控制或多坐标联动控制)是对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制(二轴、二轴半、三轴、四轴、五轴联动， 它不仅要
12、控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且要控制整个加工过程的每一点的速度、 方向和位移量，即要控制加工的轨迹，加工出要求的轮廓。运动轨迹是任意斜率的直线、圆 弧、螺旋线等。这类机床的数控装置的功能是最齐全的，能够进行两坐标甚至多坐标联动的 控制，也能够进行点位和直线控制。除了少数专用的数控机床，如数控钻床、冲床等以外，现代的数控机床都具有轮廓控 制功能。三、按控制方式分类：实际上是按有无反馈及反馈的位置来分：1) 开环数控机床(Open Loop Control)指不带反馈的控制系统，系统内没有位置反馈元件，通常采用步进电机作为执行机构。 输入的数据经过数控系统的运算，发出指令脉冲，通过环形分配
13、器和驱动电路，使步进电机 转过一个步距角，再经过传动机构带动工作台移动一个脉冲当量的距离。移动部件的移动速 度和位移由输入脉冲的频率和脉冲个数决定的。2) 半闭环数控机床(Semi-closed Loop Control)在驱动电机端部或在传动丝杠端部安装角位移检测装置(光电编码器或感应同步器)， 通过检测电机或丝杠的转角间接测量执行部件的实际位置或位移，然后反馈到数控系统中。 获得比开环系统更高的精度，但它的位移精度比闭环系统的要低，与闭环系统相比，易于实 现系统的稳定性。现在大多数数控机床都广泛采用这种半闭环进给伺服系统。惯性较大的机 床移动部件不包括在检测范围内。3) 闭环数控机床(Cl
14、osed Loop Control)在机床移动部件上直接接有检测装置，将测得的结果直接反馈到数控系统中。实际上是 将位移指令值与位置检测装置测得的实际位置反馈信号，实时进行比较，根据其差值进行控 制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。具体的讲解见第四章伺服系统四、数控机床的应用范围数控车床：包括主轴、溜板、刀架等。数控系统包括显示器、控制面板、强电控制等。数控车床一 般具有两轴联动功能，Z轴是与主轴平行方向的运动轴，X轴是在水平面内与主轴垂直方向 的运动轴。远离工件方向为轴的正向。另外在最新的车铣加工中心，还增加了一个C轴，可 用于工件的分度功能，在刀架中安放铣刀，对工件进行铣加工。刀具超过12把称为加工中 心。数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面，圆锥面、螺纹表面、成形回转体面等。 对于盘类零件可以进行钻孔、扩孔、绞孔、镗孔等。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等 加工。数控铣床：适于加工三维复杂曲面，在汽车、航空航天、模具等行业被广
