第七章 数控机床的机械系统

《数控技术》自学指导书一、课程名称:数控技术二、自学学时:30课时三、教材名称:《数控技术》,赵玉刚宋现春编著,机械工业出版社四、课程简介:本课程是高等学校机械类专业学生必修的一门专业基础课程。

通过本课程的学习，使学生掌握现代数控技术的基本理论体系、方法和应用工具;具有综合运用所学知识，正确使用数控设备的能力;了解与本课程有关的机电一体化新技术及发展趋势;提高分析问题和动手动脑的综合能力;为学习其他有关课程和将来从事数控技术方面的工程设计与开发打好必要的基础。

本课程主要研究数控机床的工作原理、各组成部分及其在机械生产中的应用．基本教学内容有:数控技术概述、数控加工程序的编制、计算机数控装置、进给伺服系统、数控技术的发展、数控机床的故障诊断与维修等。

六、考核方式：开卷考试七、自学内容指导:第一章绪论1、本章内容概述:了解机床数控技术基本概念及其发展概况;掌握数控机床的工作流程、基本组成、工作原理、分类、特点和适用范围.２、自学学时安排：2学时3、知识点:概述、数控技术概念，数控机床概念。

数控机床的基本工作原理，数控机床的工作流程,数控机床的组成。

数控机床的特点,数控机床的适用范围。

点位、直线、轮廓控制数控机床概念,开环、闭环、半闭环数控机床概念,多轴联动数控机床的含义和实例。

４。

本章重点:点位、直线、轮廓控制数控机床概念,开环、闭环、半闭环数控机床概念,多轴联动数控机床的含义和实例.5。

习题1．数控机床是由哪几部分组成,它的工作流程是什么?2.按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？4.数控机床有哪些特点？3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别?第二章数控机床的加工程序的编制1、本章内容概述:掌握数控编程基础知识;掌握常用G、M指令的编程方法；掌握数控编程的工艺处理原则；了解程序编制中的数学处理方法。

2、自学学时安排：103、知识点:数控编程基本概念，数控编程的一般步骤，数控编程代码的含义，手工编程和自动编程两种方法的异同数控机床的坐标系和坐标轴的确定,机床原点与机床坐标系，工件原点和工件坐标系,绝对坐标与相对坐标,尺寸设定单位,数控加工程序的结构常用的准备功能G指令（包括坐标系相关指令、运动方式相关指令、刀具补偿指令、子程序调用指令),常用的辅助功能M指令，F、S、T指令。

《数控机床故障诊断与维护》课程标准课程代码：学时：64 学分：4一、课程的地位与任务《数控机床故障诊断与维护》是一门专业课程，先修课程有机械制造、气动液压、电控及PLC 技术应用等。

本课程是机电技术的综合应用，对学习机、电技术综合能力的培养有明显的促进作用。

同时也是数控的一门专业主干核心课程，具有实践性强、应用面广的特点。

通过《数控机床故障诊断与维护》的教学，使学生能够获得数控机床的基本理论和基本知识，初步掌握数控机床故障诊断与维护的基本思路、基本方法和基本原则，具有分析并排除数控机床常见故障的能力。

为今后学习后续课程和从事相关工作打下扎实的基础。

二、课程的主要内容和学时分配1.课程的主要内容第一章数控机床维修与维护基础第一节数控机床概述(1)数控机床的产生背景(2)数控机床的基本概念(3)数控机床的组成(4)数控机床的工作过程(5)数控机床的种类(6)数控机床的常用数控系统简介第二节数控机床的故障维修基础(1)数控机床的故障定义(2)数控机床常见故障的特点与规律(3)数控机床常见故障的种类(4)数控机床发生故障时的诊断方法第三节数控机床的日常维修维护与保养(1)数控机床日常维修维护工作的内容(2)数控机床机体的维护与保养(3)数控机床电气控制系统的日常维护(4)数控机床维修人员应具备的基本要求(5)数控机床的维修维护的技术资料(6)数控机床故障诊断与维护常用仪器仪表及工具第四节FANUCOi系统数控机床基本操作(1)数控机床面板介绍(2)数控机床的基本操作(3)手动进给操作第二章数控系统硬件故障诊断与维护第一节数控系统硬件概述第二节数控系统硬件的更换方法第三节数控系统硬件故障的诊断方法第四节数控机床的抗干扰措施第三章数控系统软件故障诊断与维护第一节数控系统软件的组成第二节数控系统的参数设置第三节数控系统的参数备份与恢复第四节数控系统软件故障的诊断与处理方法第四章数控机床PLC故障诊断与维护第一节数控机床PLC基础(1)数控机床中PMC的用途(2)数控机床用PLC种类(3)数控机床PLC梯形图程序(4)数控机床PLC梯形图符号第二节数控机床用PLC的操作(1)FANUCOi数控系统的PMC调试功能(2)PMC的基本操作(3)PMC编程实例第三节数控系统PMC故障诊断(1)数控系统PMC的故障类型及原因(2)通过PMC进行故障诊断的方法(3)数控机床PMC控制功能程序分析(4)典型PLC故障的分析与诊断流程第五章数控机床进给伺服系统故障诊断与维护第一节进给伺服系统的概述(1)进给伺服系统的组成(2)数控机床对进给伺服驱动系统的要求(3)进给伺服驱动系统的分类第二节步进电动机伺服系统及工作原理(1)步进进给伺服驱动系统(2)步进电动机进给伺服驱动系统的工作原理(3)步进电动机驱动系统的常见故障与维修第三节交流伺服进给驱动装置的组成及工作原理(1)交流进给伺服系统的特点(2)模拟式交流伺服控制原理(3)数字交流伺服系统控制原理(4)交流伺服系统的维护与调整第四节位置检测装置的组成及工作原理(1)位置检测装置的要求(2)位置检测方式分类(3)位置检测元件及其维护(4)位置检测故障的诊断第六章主轴驱动系统故障诊断与维护第一节数控机床主轴驱动系统基本知识(1)数控机床对主轴传动的要求(2)主轴系统分类及特点(3)主轴伺服系统故障的形式及诊断第二节交流主轴伺服系统概述(1)交流主轴伺服系统的特点(2)交流主轴调速原理(3)交流数字式主轴伺服系统（4）交流模拟式主轴伺服系统第三节交流主轴驱动系统故障诊断与维修（1）交流数字式主轴伺服系统故障的诊断与排除（2）交流模拟式主轴伺服系统故障的诊断与排除（3）主轴伺服系统故障实例及分析第七章数控机床机械结构故障诊断与维护第一节数控机床精度的检验第二节主传动机械结构的维护与维修第三节进给系统机械传动结构的维修第四节换刀装置的维护与故障诊断第五节其它辅助故障诊断与维护2.学时分配本课程在教学过程中，强调基础理论和基本概念的掌握，同时注重学生的实际动手操作，要求能把基础理论应用于实践中，让学生具备处理和排除数控机床基本故障的能力。

第七章数控机床的控制系统概述学习目的：1．什么是数控技术、数控系统和数控机床，数控系统对机床的控制包括哪几方面？2．数控机床控制系统组成有哪些，他们的作用各是什么？3．数控机床的控制方式有几种，各有什么特点？4．数控机床的接口有几类，他们的接口规范是什么？第一节数控机床的控制系统一、数字控制技术简介1．数字控制技术数字控制（Numerical Control）技术，简称数控技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。

数控技术不仅用于机床的控制，而且还用于其它设备的控制，产生了诸如数控绘图机、数控测量机等数控设备。

2．数控系统和数控机床用数字控制技术实现自动控制的系统称为数控系统。

数控系统中的控制信息是数字量，其硬件基础是数字逻辑电路。

最初数控系统是由数字逻辑电路构成的，所以也成为硬件数控系统。

现代数控系统采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部基本数控功能，所以成为计算机数控系统（Comouter Numerical Control），简称CNC系统。

计算机数控系统是在硬件和软件共同作用下完成数控任务的，具有真正的“柔性”。

数控系统对机床的控制包括顺序控制和数字控制两个方面。

顺序控制是指对刀具交换、主轴调速、冷却液开关、工作台的极限位置等一类开关量的控制。

数字控制是指机床进给运动的控制，用于实现对工作台或刀架的位移、速度这一类数字量的控制。

数控系统与机床的有机结合称为数控机床，如数控车床、数控铣床、数控加工中心等。

数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电力拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。

二、数控机床控制系统的组成序记载机床加工所需的各种信息，包括零件的加工轨迹、工艺信息及开关命令。

输入装置是将程序载体上的数控编码转换成相应的脉冲信息，传送并存入数控装置内。

输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统的运行。

常用的输入/输出装置有光电阅读机、磁带录放机、磁盘驱动器、键盘和CRT显示器等。

章节练习答案第一章绪论1．数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。

2．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。

（2）闭环控制系统；其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。

（3）半闭环控制系统：其特点：a. 反馈信号取自于传动链的旋转部位；b. 检测电动机轴上的角位移；c. 精度及稳定性较高，价格适中。

应用最普及。

3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。

如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。

（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。

b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。

如：简易数控车床和简易数控铣床等。

（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。

具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。

4．数控机床有哪些特点？答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。

适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等第二章数控加工编程基础1．什么是“字地址程序段格式”，为什么现代数控系统常用这种格式？答：字地址程序段的格式：NxxGxxXxxYxxZxxSxxFxxTxxMxx；特点是顺序自由。

2．G41、G42、G43、G44的含义如何？试用图说明。

数控机床的系统组成及其功能数控机床是一种高度自动化的机床，它利用数字控制技术来加工金属或其他材料。

数控机床的系统组成包括以下几个主要部分：1.数控装置：数控装置是数控机床的核心部件，它通过接收输入的加工程序，将加工过程转化为一系列的指令，控制机床的各个部件进行精确的运动。

数控装置一般由计算机硬件、控制软件和输入输出接口等组成。

2.进给系统：进给系统是数控机床的重要部分，它负责将动力传递给机床的各个运动部件，包括工作台、主轴、刀架等。

进给系统通常由电动机、丝杠、齿轮、轴承等组成，通过改变电动机的转速和旋转方向来控制机床的运动速度和方向。

3.主轴系统：主轴系统是数控机床的关键部件，它负责驱动刀具进行切削加工。

主轴系统一般由电动机、主轴、轴承、刀具夹头等组成，通过调节电动机的转速和旋转方向来控制刀具的旋转速度和旋转方向。

4.辅助装置：数控机床的辅助装置包括冷却系统、润滑系统、排屑系统、照明系统等，它们分别负责提供冷却液、润滑油、排除切屑、照明等工作。

这些辅助装置对于保证机床的正常运转和加工过程的顺利进行至关重要。

5.控制系统：控制系统是数控机床的基础部分，它通过接收操作者输入的指令，将加工过程转化为一系列的数控指令，控制机床的各个部件进行精确的运动。

控制系统通常由控制器、操作面板、传感器等组成，通过调节电动机的转速和旋转方向来控制刀具的旋转速度和旋转方向。

数控机床的功能非常广泛，它可以加工各种类型的零件，包括金属和非金属材料，如钢、铸铁、有色金属、塑料等。

数控机床可以完成多种加工操作，如车削、铣削、钻孔、攻丝、磨削等。

此外，数控机床还可以进行精确的测量和检验，确保加工出的零件符合精度要求。

除了自动化和高精度，数控机床还具有高效率的特点。

由于数控机床可以同时控制多个坐标轴，因此它可以一次装夹多个工件，减少装夹和测量时间，提高生产效率。

此外，数控机床还可以进行在线监测和故障诊断，及时发现并解决问题，减少停机时间和维修成本。

第七章FANUC--0i系统数控铣床操作第一节FANUC0i数控系统简介FANUC系列是具有与O-C系列同等的高可靠性的CNC系统是世界上最成功的CNC,精确和完整控制确保其故障率很低，O-D系列配置高可靠性的FANUCC系列和B系列AC伺服电机，机床主轴可配置高速，大功率的FANUCAC主轴电机系列。

O-D系列以包括的方式提供给用户，它包括CNC单元、控制电机、主轴电机和控制电机放大器。

O-TD系列配置，OMD系列一种配置。

用户可根据具体应用选择最佳的系统配置。

FANUC数控仿真系统是一个基于WINDOWS操作系统的应用软件，可根据电脑雕刻排版软件生成的加工数据进行加工，还可根据标准G代码数控程序进行加工。

系统是基于WINDOWS应用软件，并对BEIJING-FANUCSERIESOM-MDII数控系统进行高度仿真，具有良好的人机界面和方便的操作性能;具有同FANUCO-SERIESCNC控制器相同的屏幕、面板组成和功能，加载NC文件时，自动对程序进行语法检查;具有自动、编辑、MDI、MPG、JOG等模式和Dry、M01等开关;编辑模式中，实时提供G代码功能与格式提示信息系统实时处理NC代码，生成机床移动指令。

第二节控制面板与操作一.基本操作内容及步骤某k714B数控铣床的操作面板由CRT/MDI面板和机械操作面板组成。

1.CRT/MDI面板（见图7-1-1）图7-1CRT/MDI面板CRT/MDI面板是由一个9英寸显示器和一个MDI键盘组成的。

按任何一个功能按钮和“CAN”,画面的显示就会消失，这时系统内部照常工作。

之后再按其中任何一个功能键，画面会再一次显示。

CRT/MDI面板上的各键功能见表7-1-1.表7-1-1CRT/MDI面板上键的详细说明键RESETHELPOpSHIFTINPUTCANALTERINSERTDELETEPOSPROGOFFSETSETTINGSYS TEMMESSAGECUSTOMGRAPHEOB名称复位键帮助键动运行操作等。

数控机床的机械结构在数控机床进展的最初阶段，其机械结构与通用机床相比没有多大的变化，只是在自动变速、刀架与工作台自动转位与手柄操作等方面作些改变。

随着数控技术的进展，考虑到它的操纵方式与使用特点，才对机床的生产率、加工精度与寿命提出了更高的要求。

数控机床的主体机构有下列特点：1）由于使用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，数控机床的极限传动结构大为简化，传动链也大大缩短；2）为习惯连续的自动化加工与提高加工生产率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度与阻尼精度，与较高的耐磨性，而且热变形小；3）为减小摩擦、消除传动间隙与获得更高的加工精度，更多地使用了高效传动部件，如滚珠丝杠副与滚动导轨、消隙齿轮传动副等；4）为了改善劳动条件、减少辅助时间、改善操作性、提高劳动生产率，使用了刀具自动夹紧装置、刀库与自动换刀装置及自动排屑装置等辅助装置。

根据数控机床的适用场合与机构特点，对数控机床结构因提出下列要求：一、较高的机床静、动刚度数控机床是按照数控编程或者手动输入数据方式提供的指令自动进行加工的。

由于机械结构（如机床床身、导轨、工作台、刀架与主轴箱等）的几何精度与变形产生的定位误差在加工过程中不能人为地调整与补偿，因此，务必把各处机械结构部件产生的弹性变形操纵在最小限度内，以保证所要求的加工精度与表面质量。

为了提高数控机床主轴的刚度，不但经常使用三支撑结构，而且选用钢性很好的双列短圆柱滚子轴承与角接触向心推力轴承铰接出相信忒力轴承，以减小主轴的径向与轴向变形。

为了提高机床大件的刚度，使用封闭界面的床身，并使用液力平衡减少移动部件因位置变动造成的机床变形。

为了提高机床各部件的接触刚度，增加机床的承载能力，使用刮研的方法增加单位面积上的接触点，并在结合面之间施加足够大的预加载荷，以增加接触面积。

这些措施都能有效地提高接触刚度。

为了充分发挥数控机床的高效加工能力，并能进行稳固切削，在保证静态刚度的前提下，还务必提高动态刚度。

第七章数控车床中级工题库第一节数控车床中级工理论（应知）试卷数控车床中级工理论（应知）试卷1单位：________________ 姓名：_____________准考证号：__________________一、填空：（每空1分，共20分）1．夹具夹紧力的装置的确定应包括夹紧力的_大小_ _方向__和____作用点______三个要素。

2．常用作车刀材料的硬质合金有_钨钴_____和__钨钛钴______两类。

3．专用夹具主要由定位、夹紧、夹具体、辅助部分组成。

4．切削力的轴向分力是校核机床___进刀机构强度___的主要依据。

5．数控机床坐标轴的移动控制方式有__点动、连续移动、手摇脉冲发生器移动__ 三种。

6．每一道工序所切除的____金属层厚度__________，称为工序间的加工余量。

7．要使车床能保持正常的运转和解少磨损，必须经常对车床的所有摩擦_部分进行__润滑_____。

8．划线要求划出的线条除___清晰均匀____外，最重要的是要保证_尺寸______。

9．在数控机床上对刀可以用__手工_____对刀，也可以用_对刀仪_对刀。

二、选择填：（每题2分，共计30分）1．闭环进给伺服系统与半环进给伺服系统主要区别在于_____B______A．位置控制器 B.检测单元 C.伺服单元 D.控制对象2．______A____时间是辅助时间的一部分。

A. 检验工件B.自动进给C. 加工工件3．绘图时.大多采用_____A____比例，以方便看图。

A. 1:1B. 1:2C. 2:14．用来表示机床全部运动关系的示意图称为机床的____A____。

A.传动系统图B.平面展开图C.传动示意图5．自动定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，不太长的工件装夹后_______A____A.一般不需找正B.仍需找正C.必需找正6．在电火花穿孔加工中，由于放电间隙的存在，工具电极的尺寸应__C_____被加工孔的尺寸A.大于B.等于C.小于7．选择粗基准时，应当选择_____C___的表面A．任意 B．比较粗糙 C．加工余量小或不加工8．生产批量越大，分摊到每个工件上的准备与终极时间就越___B___。

数控机床的数控系统原理解析数控机床作为现代制造业中不可或缺的设备之一，其高精度、高效率的加工能力得到了广泛的应用。

而数控机床的核心就是数控系统，它的原理和工作方式对于了解数控机床的运作机制至关重要。

数控系统是指通过计算机控制机床的运动和加工过程，实现工件的自动加工。

它主要由硬件和软件两部分组成。

硬件部分包括主控器、伺服系统、编码器等。

主控器是数控系统的核心，它接收计算机发送的指令，并将指令转化为机床运动的控制信号。

伺服系统负责控制机床各轴的运动，通过控制电机的转动来实现机床的定位和加工。

编码器则用于反馈机床轴的实际位置，确保机床的运动精度。

软件部分包括数控程序和数控编程。

数控程序是由一系列指令组成的，它描述了机床的运动轨迹、加工工艺等信息。

数控编程则是将工件的设计图纸转化为数控程序的过程，它需要按照数控系统的语法规则进行编写。

数控系统的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：首先，操作员通过计算机界面输入加工工艺和加工参数。

然后，计算机将这些信息转化为数控程序，并发送给主控器。

主控器解析数控程序，并将指令转化为相应的控制信号。

伺服系统接收到控制信号后，控制电机的转动，使机床按照预定的轨迹进行运动。

同时，编码器不断反馈机床轴的实际位置，确保机床的运动精度。

最后，机床完成加工任务，操作员可以通过计算机界面查看加工结果。

数控系统的优势在于其高精度、高效率的加工能力。

相比传统的手动操作，数控机床可以实现更精确的加工，提高产品的质量和精度。

同时，数控机床具有自动化程度高、生产效率高的特点，可以大幅度提高生产效率和降低生产成本。

尽管数控系统在现代制造业中的应用越来越广泛，但是其原理和工作方式对于一般人来说仍然较为复杂。

因此，操作员需要经过专门的培训和学习，才能熟练掌握数控机床的操作和维护。

总之，数控机床的数控系统是现代制造业中不可或缺的设备之一。

了解其原理和工作方式对于提高生产效率和产品质量至关重要。

随着科技的不断进步，数控系统将在未来的制造业中发挥更加重要的作用。