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1、第八章 数控机床床第一节概述一、数控控机床的的产生随着科学学技术的的迅速发发展，社社会对产产品多样样化的要要求愈来来愈强烈烈，从而而要求产产品更新新换代的的周期越越来越短短，使多多品种、小小批量生生产的比比重明显显增加；同时，随随着航空空航天、造造船、军军工、汽汽车、农农业机械械等行业业对产品品性能要要求的不不断提高高，产品品中形状状复杂的的零件越越来越多多，加工工质量要要求也不不断提高高。采用用传统的的普通加加工设备备已难以以适应这这种多样样化、柔柔性化及及复杂形形状零件件的高效效率高质质量加工工的要求求。为解解决上述述问题，一一种高精精度、高高效率的的“柔性”自动化化生产设设备数控机机床就
2、应应运而生生了。数控机床床的研究究起源于于飞机制制造业。119477年，美美国帕森森斯（PParssonss）公司司为了精精确地制制造直升升机的机机翼、桨桨叶和飞飞机框架架，提出出了用电电子计算算机控制制机床来来加工形形状复杂杂零件的的设想。119499年，美美国空军军为了能能在短时时间内制制造出经经常变更更设计的的火箭零零件，与与帕森斯斯公司和和麻省理理工学院院伺服机机构研究究所（SServvo MMechhaniism Labboraatorry oof tthe Masssacchussettts IInsttituute of Tecchnoologgy）合合作，开开始了三三坐标铣铣床
3、的数数控化工工作，于于19552年研研制成功功世界上上第一台台数控机机床三坐标标数控铣铣床。经经过三年年的试用用和改进进，于119555年进入入实用化化阶段。此此后，德德国、英英国、日日本和前前苏联等等国也开开始了数数控机床床的研制制开发工工作。119599年，美美国 KKeanney Treeckrre公司司开发出出了具有有刀具库库、刀具具交换装装置、回回转工作作台的数数控机床床，可以以在一次次装夹中中对工件件的多个个面进行行钻孔、铰铰孔、攻攻螺纹、镗镗削、铣铣削等多多种加工工，不仅仅提高了了生产率率，而且且使加工工精度大大大提高高。这类类带有刀刀具库和和自动换换刀装置置的数控控机床称称为加
4、工工中心（MMachiininng CCentter），它它已成为为当今数数控机床床发展的的主流。二、数控控机床的的组成数字控制制（NuumerricaalConttrol，简简称NCC）技术术是指采采用数字字化信息息进行控控制的技技术。用用数字化化信息对对机床的的运动及及其加工工过程进进行控制制的机床床，称作作数控机机床，它它是数字字控制技技术与机机床相结结合的产产物。数控机床床是典型型的机电电一体化化产品，是是集现代代机械制制造技术术、自动动控制技技术、检检测技术术、计算算机信息息技术于于一体的的高效率率、高精精度、高高柔性和和高自动动化的现现代机械械加工设设备。它它同其它它机电一一体化产
5、产品一样样，也是是由机械械本体、动动力源、电电子控制制单元、检检测传感感部分和和执行机机器（伺伺服系统统）组成成。1机械械本体为数控机机床的主主体，是是用于完完成各种种切削加加工的机机械部分分。2动力力源为数控机机床提供供动力的的部分，主主要使用用电能。3电子子控制单单元其核心是是计算机机数控（CCompputeer NNumeericcalCConttroll，简称称CNCC）装置置，它把把接收到到的各种种数字信信息经过过译码、运运算和逻逻辑处理理，生成成各种指指令信息息输出给给伺服系系统，使使机床按按规定的的动作进进行加工工。这部部分还包包括相应应的外围围设备，如如显示器器、打印印机等。4
6、检测测传感部部分主要对工工作台的的直线位位移和回回转工作作台的角角位移进进行检测测，检测测结果送送入计算算机，或或用于位位置显示示，或用用于反馈馈控制。5执行行器（伺伺服系统统）用来驱动动机床上上的移动动部件作作相应的的运动，并并对其定定位精度度和速度度进行控控制。如如许多数数控机床床的走刀刀运动就就是利用用伺服电电机驱动动滚珠丝丝杠来完完成的。三、数控控机床的的基本工工作原理理 在普通通机床上上加工零零件，是是由操作作者根据据零件图图纸的要要求，不不断改变变刀具与与工件之之间相对对运动轨轨迹，由由刀具对对工件进进行切削削而加工工出要求求的零件件。而在在数控机机床上加加工零件件时，则则是将被被
7、加工零零件的加加工顺序序、工艺艺参数和和机床运运动要求求用数控控语言编编制出加加工程序序，然后后输入到到CNCC装置，CCNC装装置对加加工程序序进行一一系列处处理后，向向伺服系系统发出出执行指指令，由由伺服系系统驱动动机床移移动部件件运动，从从而自动动完成零零件的加加工。图图8-l为数数控机床床的工作作过程。零件图纸制成零件加工程序CNC装置伺服系统机床部件编制加工驱动命令送入图8-11 数控控机床的的工作过过程四、数控控机床的的分类（一）按按数控机机床的工工艺用途途分类 1.一一般数控控机床：是与普普通机床床工艺可可行性相相似的各各种数控控机床，其其种类与与普通机机床一样样，如数数控车床床
8、、数控控铣床、数数控刨床床、数控控磨床、数数控钻床床等。 2.加加工中心心：是带带有刀库库和自动动换刀装装置的数数控机床床。 3.特特种数控控机床：是装备备了数控控装置的的特种加加工机床床，如数数控线切切割机床床、数控控激光加加工机床床等。（二）按按数控机机床的运运动轨迹迹分类 1.点点位控制制数控机机床：其其数控装装置只控控制机床床移动部部件从一一个位置置（点）移移动到另另一个位位置（点点），而而不控制制点到点点之间的的运动轨轨迹，刀刀具在移移动过程程中不进进行切削削加工。如如数控钻钻床、数数控冲床床等。 2.直直线控制制数控机机床：其其数控装装置除了了要控制制机床移移动部件件的起点点和终点
9、点的准确确位置外外，还要要控制移移动部件件以适当当速度沿沿平行于于某一机机床坐标标轴方向向或与机机床坐标标轴成4450的方向向进行直直线切削削加工。如如简易数数控车床床、简易易数控磨磨床等。 3.轮轮廓控制制数控机机床：其其数控装装置能够够同时对对两个或或两个以以上坐标标轴进行行联动控控制，从从而实现现曲线轮轮廓和曲曲面的加加工。如如具有两两坐标或或两坐标标以上联联动的数数控铣床床、数控控车床等等。（三）按按伺服系系统的控控制方式式分类1.开环环控制系系统：指指不带反反馈的控控制系统统，即系系统没有有位置反反馈元件件，通常常以功率率步进电电机或电电液伺服服电机作作为执行行机构。2.半闭闭环控制
10、制系统：半闭环环控制系系统是在在开环系系统的丝丝杠上装装有角位位移检测测装置，通通过检测测丝杠的的转角间间接地检检测移动动部件的的位移，然然后反馈馈给数控控装置。3.闭环环控制系系统：是是在机床床移动部部件上直直接装有有位置检检测装置置，将测测量的结结果直接接反馈到到数控装装置中，与与输入的的指令位位移进行行比较，用用偏差进进行控制制，使移移动部件件按照实实际的要要求运动动，最终终实现精精确定位位。（四）按按控制的的坐标轴轴数分类类 1.两两坐标数数控机床床：指可可以同时时控制两两个坐标标轴联动动而能加加工曲线线轮廓零零件的机机床，如如数控车车床。 2.三三坐标数数控机床床：指可可以联动动控制
11、的的坐标轴轴为三轴轴的数控控机床，可可以用于于加工不不太复杂杂的空间间曲面，如如三坐标标数控铣铣床。3.两个个半坐标标数控机机床：这这类机床床本身有有三个坐坐标轴，能能作三个个方向运运动，但但控制装装置只能能同时联联动控制制两个坐坐标轴，第第三个坐坐标轴仅仅能作等等距的周周期移动动，如经经济型数数控铣床床。 4.多多坐标数数控机床床：指可可以联动动控制的的坐标轴轴为四轴轴和四轴轴以上的的机床，其其机床结结构复杂杂、控制制精度较较高、加加工程序序复杂，主主要用于于加工形形状复杂杂的零件件，如五五坐标数数控铣床床。五、数控控机床的的加工特特点 1.对对零件加加工的适适应性强强：通过过改变加加工程序
12、序可对不不同零件件进行加加工，特特别适应应于目前前多品种种、小批批量、产产品更新新快的生生产特征征。2.自动动化程度度高：一一般情况况下，除除了装卸卸工件外外，其它它大部分分加工过过程都由由机床自自动完成成，大大大减轻了了工人的的劳动强强度。 3.加加工质量量稳定：在加工工过程，机机床自始始至终都都在给定定的控制制指令下下工作，消消除了操操作者的的技术水水平及情情绪变化化对加工工质量的的影响，因因而加工工质量稳稳定且一一批零件件的尺寸寸一致性性好。 4.生生产效率率高：数数控机床床的主轴轴转速和和进给量量的范围围大，允允许机床床进行大大切削量量的强力力切削，另另外在加加工中心心上，由由于刀库库
13、的使用用，可实实现在一一台机床床上进行行多道工工序的连连续加工工，大大大减少了了零件的的加工时时间和辅辅助时间间，因而而生产率率高。5.利于于生产管管理现代代化：数数控机床床使用数数字信号号与标准准代码作作为控制制信息，易易于实现现加工信信息的标标准化，目目前已与与计算机机辅助设设计与制制造（CCAD/CAMM）有机机地结合合起来，是是现代集集成制造造技术的的基础。六、数控控机床的的发展趋趋势 1.高高速度化化：近年年来，高高速加工工机床的的发展速速度很快快，目前前主轴转转速可达达1000，0000r/minn，进给给速度可可达800m/mmin。2.高精精度化：精密级级数控机机床的加加工精度
14、度可达00.00001mmm，表面面粗糙度度值Ra达0.002mm。 3.高高智能化化：在现现代数控控系统中中，引进进了自适适应控制制技术，可可自动控控制和优优化加工工参数，从从而使操操作者不不需具备备专门的的技能。4.高柔柔性化：数控机机床在提提高单机机柔性化化的同时时，朝着着单元柔柔性化和和系统柔柔性化方方向发展，如如柔性加加工单元元（FMMC）、柔柔性制造造系统（FFMS）等等。5.高自自动化：自800年代中中期以来来，以数数控机床床为主体体的加工工自动化化已从“点”的自动动化（单单台数控控机床）发发展到“线”的自动动化（FFMS）和和“面”的自动动化（柔柔性制造造车间），结结合信息息管
15、理系系统的自自动化，逐逐步形成成整个工工厂“体”的自动动化。6.高可可靠性：生产厂厂家通过过不断提提高数控控系统的的硬件质质量以及及促使系系统的硬硬件、软软件实现现模块化化、标准准化和通通用化，已已大大提提高了数数控机床床使用的的可靠性性。第二节数控机机床的机机械结构构一、数控控机床机机械结构构的特点点数控机床床是机电电一体化化产品的的典型代代表，尽尽管它的的机械结结构与普普通机床床的结构构有许多多相似之之处，但但并不是是简单地地在普通通机床上上配备数数控系统统即可，它它与普通通机床相相比，结结构上进进行了改改进，主主要表现现在以下下几个方方面： 1主主传动装装置多采采用无级级变速或或分段无无级变速速方式，可可利用程程序控制制主轴的的变向和和变速，主主传动具具有较宽宽的调速速范围。有有些数控控机床的的主传动动系统已已开始采采用结构构紧凑、性性能优异异的电主主轴。 2进进给传动动装置中中广泛采采用无间间隙滚珠珠丝杠传传动和无无间隙齿齿轮传动动，利用用贴塑导导轨或静静压导轨轨来减少少运动副副的摩擦擦力，提提高传动动精度。有有些数控控机床的的进给部部件直接接使用直直线电机机驱动，从从而实现现了高速速、高灵灵敏度伺伺服驱动动。
