简述数控机床的工作原理

数控机床的应用

在机械制造行业中，机床是一种主要的生产设备。机械制造行业的产品，其结构日趋复杂，精度和性能要求日趋提高，因此对生产设备——机床也相应地提出了高效率、高精度和高自动化的要求。

大批大量生产的产品，如汽车、拖拉机与家用电器的零件，为了提高产量和质量，广泛采用组合机床、凸轮控制的多刀多工位机床以及专用的自动生产线和自动化车间进行加工。但是应用这类专用机床和生产设备，生产准备周期长，使更新产品及修改加工工艺的时间较长，费用较高，制约了产品的更新换代。

在制造行业中，单件与小批量产品占到70％——80％，这类产品的零件一般都采用通用机床来加工，通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量，特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件，只能借助划线和样板，用手工操作的方法来加工，或者利用靠模和仿形机床来加工，其加工精度和生产效率仍会受到很大的限制。

数控机床，就是为了解决单件、小批量，特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制了第一台三坐标数控铣床，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，是一种新型的机床，可用于加工复杂曲面零件。该铣床的研制成功是机械制造行业中的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。从第一台数控机床问世到现在的半个世纪中，数控技术的发展非常迅速，几乎所有品种的机床都实现了数控化。数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业。此外，还出现了金属成型类数控机床：如数控折弯机，数控弯管机，数控步冲机等；特种加工数控机床：如数控线（电极）切割机、数控火焰切割机、数控激光切割机床等；其他还有：数控绘图机、数控三坐标测量机等。特别是相继出现的自动换刀数控机床（即加工中心Machining Center）、直接数字控制系统（即计算机群控系统，DNC，Direct Numerical Control）、自适应控制系统（AC，Adaptive Control）、柔性制造系统

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数控机床的工作原理及应用

随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产要求，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。

数控机床，是指采用数字程序进行控制的机床，现代数控系统都已经采用小型计算机或微型计算机来进行控制，且大量采用集成电路，使得功能大大增强。

工作原理：用数控机床进行加工，首先必须将工件的几何数据和工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。

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，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。 [键入文字] 研控兴业有限公司 [键入文字]

一个良好的数字控制系统不仅要求高效率，还要有稳定的性能。北京研控兴业引入的高性能嵌入式处理器系统有明显的优势，它比移动处理器系统解决方案拥有更高的效能和更低的成本。

在过去的十年中，工业电脑应用领域的市 场需求变成非常多样化，许多需求不再是普通的运算功能，如交通、数字标牌、工厂自动化、POS/KIOS、监控、汽车、医疗等等，我们通过使用内置的微型处理器、扩展I/O模块、专用ASIC和附加电路板，能够提供先进的功能，以应对各种各样的应用需求。

数控机床的工作原理

数控机床是根据预先输入的程序和指令来控制和操作的一种自动化机械设备。它与传统的机床相比，主要在于控制系统的不同。数控机床通过高速运转的电子计算机完成对机械运动的精确控制。接下来将详细介绍数控机床的工作原理。

1. 主要组成部分

数控机床主要由三个部分组成：机械部分、数控装置和执行机构。其中，机械部分是完成加工工作的实体，包括主轴、切削刀具等。数控装置是数控机床的智能核心，负责接收和解析数控程序，并输出控制信号。执行机构则按照控制信号来实现加工动作。

2. 工作流程

数控机床的工作流程一般包括以下几个步骤：

(1) 编写加工程序：通过计算机软件编写加工程序，包括切削路径、切削参数等。加工程序通常采用专门的数控语言来描述。

(2) 载入程序：将编写好的加工程序通过外部存储介质（如磁带、光盘等）导入数控机床的数控装置中。

(3) 解析程序：数控装置接收到加工程序后，会根据程序中的指令进行解析，并将解析的结果转换成相应的控制信号。

(4) 控制运动：数控装置将控制信号输出到执行机构，根据信号来控制主轴、进给轴等，从而实现加工动作。

(5) 监控和调整：数控装置能够实时监控机床的加工状态，通过传感器等设备来检测工件尺寸、刀具磨损等，并在需要时进行相应的调整。

(6) 完成加工：经过一系列的控制和调整，工件最终完成加工，达到预定的加工质量要求。

3. 优点和应用领域

数控机床相较于传统机床具有以下几个优点：

(1) 自动化程度高：数控机床通过计算机控制，能够实现高度自动化的加工过程，无需人工连续操作，提高了工作效率。

(2) 加工精度高：数控机床能够实现高精度的运动控制，保证加工的尺寸和形状的精度要求。

(3) 生产成本低：尽管数控机床的设备成本较高，但由于自动化加工，减少了人工操作和劳动力成本，从长远来看，生产成本相对较低。

数控机床广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造、电子仪器等领域。它能够加工各种复杂形状的零部件，并且准确度高、稳定性好，适用于批量生产和定制加工。同时，随着计算机技术的不断发展，数控机床也在不断更新改进，为工业制造注入了新的活力。

教 案

章节

课题 §2.2码盘工作原理

课型 新课 课时 2 教具学具

电教设施 码盘原理投影

教学目标 知识

教学点 1、码盘的概念。

2、码盘的类型。

3、各类码盘的工作原理。

能力

培养点 1、增强对专业知识的掌握与兴趣。

2、培养学生严谨的工作和学习作风。

德育

渗透点 培养学生认真的学习态度，严谨的工作作风。

教学重点

难点 重点 接触式码盘与光电式码盘的结构及检测方式

难点 接触式码盘与光电式码盘的工作原理

学法引导 1、讨论法（积极参与，总结规律）

2、引导法（举一反三）

3、比较法（区别异同，增加记忆）

4、演示法

教学内容

更新、补

充、删节 补充：脉冲编码器原理图

参考资料 《数控原理》、《数控技术》、《先进制造技术》等

课后体会

教 与 学 互 动 设 计

教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间

 导入新课

通过前面复习数控机床的组成时，我们知道其中有一个是检测装置，下面我们来复习以下上节课所学的内容：

1、检测装置的概念和作用分别是什么？

2、开环、闭环控制系统的精度各取决于什么因素？

3、数控机床对检测元件的要求是什么？

4、检测元件常用的检测方式有哪些？

我们已经知道。检测装置主要由检测传感器和测量电路组成，在这里我们主要学生几种常见的传感器。

 讲授新课

一、概述

 主要采用讲解法，让学生认真记录笔记。

1、概念

码盘又称编码器，是一种旋转式测量元件，通常安装在被检测轴上，岁被检测轴一起转动，可将被检测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。

2、分类

根据内部结构和检测方式分类

按照每转发出的脉冲数的多少分类

3、脉冲编码器工作原理

二、接触式码盘

 主要采用图解法，讲授其工作原理及其相关知识点。

通过用提问的方式检测学生掌握情况，调动学生积极性，使其引导到课堂上来

要求学生认真作好记录

采用图解法，通过分析图解使学生明确其工作原理及脉冲编码器的功用