叶挺数控机床打印版

6. 辅助控制装置 其作用是接受数控装置输出的主运动换向、变 速、启停、刀具选择和交换等的指令信息，并发出 控制辅助装置的指令。常用h PLC作辅助控制装置。9
7. 机床 由主传动装置、进给传动装置、床身、工作台 和辅助装置组成。
二、工作原理
加工程序
数控 装置
伺服 系统
零件图
数控系统
图1-2 数控机床的工作原理图
这类数控机床不带位置检测反馈装置。开环
控制的数控机床工作比较稳定，反应快，调试方
便，维修简单，但控制精度低，这类数控机床多
为经济型。
h
14
2. 闭环控制数控机床
指令 位置比 较电路
速度控 制电路
伺服 电动机
工作台
速度检测
位置检测
图1-7 闭环控制框图 这类数控机床带有位置检测反馈装置。位置检测装置 安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位 置，并与CNC装置的指令位置h进行比较，用差值进行控制15。
4．行程；
5．主轴转速和调节范h围；
2
6．进给速度和调节范围； 7．准备功能（G功能）； 8．辅助功能（M功能）； 9. 自动加减速功能； 10. 开关量接口。 §1.2 数控机床的产生与发展
第一代数控机床：1952年由美国帕森兹公司和麻省理 工学院合作研制成功，使用电子管元件。中国58年生产。
第二代数控机床： 1959年，以美国耐克•杜列
第五代数控机床： 1974年开始出现的以微处 理器为核心的数控系统。中国81年生产。
第六代数控机床： 1990年生产出了基于工控 PC机的通用CNC系统。中国92年生产。
h
4
二、我国数控机床的状况
中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性

•
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1.3 数控机床的分类
一. 按运动轨迹分类
1．点位控制数控机床 点——点位置精确控制，保证的是定位精度，以慢~快~慢 的运动方式。 这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控点焊机 和数控折弯机等，其相应的数控装置称为点位控制数控 装置。
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2．直线控制数控机床 位置控制+速度和路线控制，只能沿 某个坐标轴方向〔平行或45°〕切 削加工。
点和对刀点.
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1.机床原点：固定不变的. 1)数车:卡盘端面与主轴中心线交点.
• 2)数铣:一般取XYZ轴正向极限位置. • 2.机床参考点:出厂时设定. • 1)数车:离原点最远的极限点. • 2)数铣:与原点重合. • 3.工件原点:程序原点 • 1)满足编程简单、尺寸换算少、加工误差小 • 等条件 . • 2)一般工件原点应选择尺寸标注基准或定位 • 基准.
计算机集成制造系统〔Computer-Integrated Manufacturing System，CIMS〕，是指用最 先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺 、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体 化的高效率的柔性集成制造系统。
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1.1.3 我国数控机床开展概况
1958年开始并试制成功第一台电子管数控机 床。1965年开始研制晶体管数控系统，直 到20世纪60年代末至70年代初成功。从20 世纪80年代开始，先后从日本、美国、德 国等国家引进先进的数控技术。如北京机 床研究所从日本FANUC公司引进FANUC3 、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列产 品的制造技术；上海机床研究所引进美国 GE公司的MTC-1数控系统等。

分辨率 (μm)
进给速度 (m/min)
其它
高级型
32
普及型
16
5 <5, 3
=< 0.1
>= 24,(1μm)； >=10,(0.1μ
m)
三维动态， MAP,
数字交流伺 服
< 24,(1μm)； 字符/图形
>0.1,<10
<
10,(0.1μm)
交流伺服
经济型 8/16
<3
<10
<8
字符,步进电
机
二、数控机床的特点及应用
• 数控机床的控制轴数通常指机床数控系统能够控制的进给 轴数。数控机床的控制轴数与数控系统的运算处理能力、运
算速度及内存容量等有关。联动轴数是指数控机
• 床同时控制多个进给轴，使它们按规定的轨迹和进给速度协 调运动，它反映机床加工曲面的能力。
• 8．刀库的容量和换刀时间
• 刀库容量是指带有自动交换刀具系统的数控机床 的刀库能存放加工所需刀具的数量。它反映加工 中心能加工工序内容的多少。
• 换刀时间指带有自动交换刀具系统的数控机床， 将主轴上使用的刀具与装在刀库上的下工序需用 的刀具进行交换所需的时间。
• 9．机床重量和外形尺寸
• 机床重量和外形尺寸间接反映机床的刚度和加工 尺寸范围，是运输、安装的重要参考指标。
• 二、数控机床的精度指标
• 1、定位精度
• 是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达 到的实际位置的精度。即实际位置与指令位置的一 致程度，不一致量表现为误差。
ENIAC在美国宾夕法 尼亚大学诞生。
第一台数控机床出现的时间
美国麻省理工学院

第一节 金属切削机床
第二节 数控机床概论
复习思考题
返回 目录
第一节 金属切削机床
一、金属切削机床
金属切削机床通常是指用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的一种机器。
二、金属切削机床的分类与编号
1.机床的分类 按照万能程度，机床又分为： （1）通用机床 （2）专门化机床 （3）专用机床 2.机床型号的编制方法 （1）型号表示方法。型号的构成如下：
二、加工中心的分类
l.按加工范围分类 2.按机床结构分类 3.按数控系统分类 4.按精度分类
第一节 加工中心概述
三、加工中心的发展
1.高速化 (1)主轴转速的高速化 1)选用陶瓷轴承 2)主轴轴承采用预紧量可调装置 3)改进主轴轴承润滑、冷却方式 ①油气润滑方式 ②喷注润滑。这是近年开始采用的新型润滑方式，其原理 如图3-1所示。 (2)进给速度的高速化 (3)自动换刀的高速化 (4)自动托盘交换装置的高速化
针轴承 15-堵头
第三节 数控车床传动系统的主要结构
安全联轴器的作用是在进给过程中当进给力过大或滑板移 动过载时，为了避免整个运动传动机构的零件损坏，安全联轴 器动作，终止运动的传递。其原理如图2-11所示。
图2-11 安全联轴器工作原理
第三节 数控车床传动系统的主要结构
2．横同滑板传动系统。横向滑板通过矩形导轨安装在纵 向滑板的上面．作横向进给运动。如图2-12所示。
四、尾座套筒的驱动
尾座套筒的驱动是由液压驱动来实现
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第三节 数控车床传动系统的主要结构
一、主轴箱
数控机床主轴箱是个比较复杂的传动部件。如图2-7所示 为TND360数控机床的主轴箱展开图。
图2-7 TND360数控机 床的主轴箱展开图

二、 数控机床的发展过程
7
随着微电子技术和计算机技术的不断发展，数控技术也随之不断更新， 先后出现了计算机直接数控（DNC）、柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统
（CIMS）等先进制造系统 数控技术的发展速度非常迅速，计算机数控在制造领域的加工优势进一步被突出体现
出来。
三、我国数控机床的发展概况
四、 按进给伺服系统的类型分类
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按有无位置检测装置可分为：
开环数控系统 闭环数控系统
四、 按进给伺服系统的类型分类
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按检测装置的安装位置可分为：
全闭环数控系统 半闭环数控系统
（按检测装置的安装位置）
全闭环和半闭环
三、按加工方式分类
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（1）开环数控系统 没有位置检测装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统的稳定性好。
三、按加工方式分类
25
按加工方式的不同，常将数控机床分为两种：一般数控机床和加工中心机床。 （1）一般数控机床 最常见的有数控车床、数控钻床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。 这类数控机床的特点与传统机床相似，但具有很高的精度，较高的生产率和较高的自动化程 度，适合于加工单件、小批量、高精度和复杂形状的工件。 由于一般的数控机床不带刀库，只能实现一道工序中的自动化。当改变工序时，需要人工完 成刀具的更换和调整等工作，阻碍了生产率的进一步提高。
二、按控制方式分类（按控制系统的功能）
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（3）轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床的特点是能够同时对两个及 以上的坐标轴进行加工控制。 加工时不仅能控制起点和终点的坐标，而且能 控制整个加工过程中每一刀位点的坐标和速度，即控 制刀具运动轨迹，将工件加工成所需的特定轮廓形状。

国内�华中系统�见图 1�6�、航天系统、广州数控系统、大森系统
图 1�6
6
健雄职业技术学院
数控加工技术
国外�西门子系统�见图 1�7�、发那科系统�见图 1�8�、三菱系
统、飞利浦系统、发格系统
机床带系统�美国�幸辛那提、法道、哈斯
日本�马扎克、森精机、新日本、戴维
德国�德马吉、科宝
瑞士�米克朗
有自动化仓库。
�4�有管理信息系统�如刀具与机床的利用率报告
5、计算机集成制造系统 CIMS
有三个系统�
�1�CAD/CAM 系统�产品造型
性能分析、仿真 生成
程序
�2�CAP/CAC 系统�计算机辅助生产计划与计算机辅助生产控
制系统�对加工过程进行计划、调度与控制。�1�+�2�完成无图纸
加工。
�3�工厂自动化系统�实现产品的自动装配、测试�材料的自
动运输处理�工厂管理的自动化。�1�+�2�+�3�=无人工厂数控
机床是最基本的工作单位。
五、几个基本概念
1、数控�一种自动化控制技术�用数字信号控制机床的运动和加工
过程。
2、数控机床�采用了数控技术的机床�或者说是装备了数控系统的
机床。
3、数控系统�一种程控系统�能逻辑的处理输入到系统中具有特定
4
图 1�7
图 1�8
3、伺服系统�是数控系统的执行机构�它接受数控系统的指令信息�按
指令信息的要求控制执行部件的进给速度、方向和位移。它包括�
�1�进给伺服系统�进给运动的执行机
构�包括位置控制单元、速度控制单元、
执行电动机�见图 1�9�、测量回馈单元
等部分�见图 1�10�。

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第三节数控加工刀具和机床夹具
进给速度进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求 以及刀具和工件材料来选择。
背吃刀量在机床、工件和刀具的刚度允许的情况下，背吃刀 量等于加工余量。这是提高生产率的一个有效措施。
确定对刀点与换刀点 对刀点就是刀具相对于工件运动的起点。在编程时不管实际
上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，都是把工 件看做静止，而刀具在运动。对刀点可以设在被加下零件上 ，也可以设在与零件定位基准有固定尺寸联系的夹具上的某 一位置。选择对刀点时要考虑到找正容易，编程方便，对刀 误差小，加工时检查方便、可靠。具体选择原则如下:
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第三节数控加工刀具和机床夹具
标程序—加工程序); 按程序单制作控制介质(如穿孔纸带、磁带、磁盘等); 检验与修改加工程序; 首件试加工以进一步修改加工程序，并对现场问题进行处理; 编制数控加工工艺技术文件(如数控加工工序卡，程序说明卡，
走刀路线图等)。
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第一节数控加工工艺的基础知识
数控加工工艺的适应性
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第二节数控加工工艺分析
平板形零件的加工 该类零件可选择数控电火花线切割机床加工。 板材零件的加工 这类零件可根据零件形状考虑采用数控剪板机，数控板料折
弯机及数控冲压机加工。
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第三节数控加工刀具和机床夹具
数控加工刀具
切削用量的确定 数控切削用量主要包括背吃刀量、主轴转速及进给速度等。
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第四节数控加工工艺路线的确定和 工艺文件的编制
工序的划分 根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方
法进行: 按所用刀具划分工序为了减少换刀次数、减少空程时间，可

特 削加工，只需进行一次装夹就可以完成
征 对零部件的全加工。
双主轴、3刀塔的 复合加工CNC车床
项目
最大车削旋径
主轴间距
最大棒才加工能力
数
X/Z最大行程
控
Y轴最大行程
车
X1/X2轴快速进给
床
Y1/Y2轴快度进给
的 种 类
Z1/Z2轴快速进给 最大主轴转速
和
刀塔形式
特
刀塔刀位数
征
电动机功率
参数 Ø200 mm 11485mm 51mm 200mm 80mm 50m/min 25m/min 50m/min 5000rpm 鼓行刀塔3个 12 22KW
高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多
数
品种、多规格生产。
控
数控车床按车削中心是在普通数控车床基础上发展起
车
来的一种复合加工机床。除具有一般二轴联动数控车床
床
的各种车削功能外，车削中心的转塔刀架上有能使刀具
的
旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续（不等
种
速回转）运动和进行连续精确分度的C轴功能，并能与X
数
控
直接用刀具试切对刀
车 自动对刀
削
机外对刀仪对刀
的
对
刀
对刀是确定工件在机床上的位置， 也即是确定工件坐标系与机床坐 标系的相互位置关系。对刀过程 一般是从各坐标方向分别进行， 它可理解为通过找正刀具与一个 在工件坐标系中有确定位置的点 (即对刀点)来实现
对刀实例
分析零件图样
分析零件的几何要素：首先从零件图的分析中,了解工件的外形、
艺
角度定位问题。对于偏心工件要解决偏心夹具或装夹问题

控
机
床
计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）是以计
概 述
算机为核心的数控系统。
2
建 阳 农业工 程 学校
第一节 数控机床的发展史
第 一
一、数控机床的历史
章 机床的产生：1769年，瓦特发明了蒸汽机
数
1775年，威尔金森发明立式钻床
控 – 从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：
数
机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了坚实的技术
控
基础。
机 床 概
– 数控技术正是在这种背景下诞生和发展起来的。 它的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了
述 加工自动化技术的发展。
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建 阳 农业工 程 学校
主要发展沿革：
第 一
1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第
章 一台三座标数控机床。
号，可获得稳定的控制特性。应用较广。
章
工作台
输入 数 控
控制
伺服
数
装置
电路
电机
控
机
速度检测元件
床
速度反馈
概 述
位置反馈
转角检测元件
图1.7 半闭环控制系统框图
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建 阳 农业工 程 学校
（3）闭环控制数控机床
概
述
11
建 阳 农业工 程 学校
第二节 数控机床分类
第 一、按加工方式和工艺用途分类
一
章 数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备和分类方法。
在机床行业，数控机床通常从以下不同角度进行分类。
按工艺用途分类
数 控 机 床

典型数控机床的组成如图1-8所示。由图可知，数控机床主要由零件 加工程序、输入装置、数控系统、伺服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈 装置、机床本体等七部分组成。
图 1-8 数控机床的组成
（1）加工程序
加工程序可存储在控制介质（也称信息载体、程序载体）。数控机床中，常 用控制介质有穿孔纸带、磁带、磁盘、光盘等。
.
5
图1-2 点位控制机床加工示意图
图1-3 点位直线控制数控机床加工示意图
(1)点位控制数控机床
点位控制数控机床的特点是指刀具从某一点位置准确移动到目标点 位置。如图1-2所示为点位控制数控机床加工。
(2)点位直线控制数控机床
点位直线控制数控机床的特点是将点位控制和直线控制结合起来，
同时具有点位控制和直线控制的功能。如图1-3所示为点位直线控制数控
（2） 加工精度高，产品质量稳定
数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情况下工作过程不 需要人工干预，因而消除了人为误差，使同一批工件的尺寸一致性好，产 品合格率高，加工质量稳定。
（3）自动化程度高，劳动强度低
在数控机床上加工零件是程序控制下自动完成的。加工完毕后自动停车， 操作者除手工装夹毛坯、装刀、对刀、操作键盘等外，其余全部加工过程 都可由数控机床自动完成。
数控机床种类繁多，功能各异。而数控机床目前尚无统一分类方法， 为了便于了解和研究，人们从不同的角度对其进行了分类。
1.按加工工艺方式分类
(1)金属切削类数控机床 (2)金属成型类数控机床 (3)特种加工机床 (4)其他机床类
2. 按运动轨迹分类
按数控机床运动轨迹可分为点位控制机床、点位直线控制机床和 轮廓控制机床三类。
.
11
（4） 生产效率高

数控技术是采用数字控制的方法对某一工作过程实现自 动控制的技术（即用数字的系统控制工作的机床）。它所 控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流 向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形 式数据运算的出现。
我们是制造人，我们的工作就是制造，是金属切削制 造。因此，我们的数控技术是采用数字控制的方法对某一 零件的加工过程实现自动控制的技术。
（SINUMERIK）数控系统、三菱（MITSUBISHI）数控系统、广州数控 （GSK）数控系统、华中数控系统。
什么是数控机床？
数控机床是数字控 制机床（Computer numerical control machine tools）的简 称，是一种装有程序控 制系统部的自动化机床。 该控制系统能够逻辑地 处理具有控制编码或其 他符号指令规定的程序， 并将其译码，从而使机 床动作数控折弯机并加 工零件。
数控系统：
数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为 （Numerical Control System），根据计算机 存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值 控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专 用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成 的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制， 它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和 开关量。
NC与CNC:
NC (Numerical Control)指用离散的数字信息控制机械等装置的运行， 只能由操作者自己编程.
CNC是计算机数字控制机床(Computer number control)的简称，是一 种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码 或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。
（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当 时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多 处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控， 即第五代数控系统。到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已 发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基 于PC的阶段，也就是进入了数控系统的第六代。 。

计算机数控阶段也经历了三代:
1970年第四代—小型计算机数控系统； 1974年第五代—微处理器组成的数控系统 1990年第六代—基于PC的数控系统 。
1948—1956年 数控机床处于研究试制阶段
1956—1960年 数控机床处于工业应用阶段
1960年以后
数控机床处于高速发展阶段
20世纪70年代末、80年代初数控机床得到广泛的普 及和应用
2、数控系统具有多轴控制、多轴联动 和复合加工的控制功能
理论上数控机床只需要3轴联动，但在实 际加工中3轴联动对于三维曲面加工很难用上 刀具的最佳几何形状进行切削，不仅加工效 率低而且表面粗糙度高，往往采用手动进行 修补，但在修补过程中，已加工的表面也可 能丧失精度。5轴联动除了X、Y、Z这3轴外， 主要还有刀具轴旋转、工作台旋转这两种方 式的复合运动，采用5轴联动可以使用刀具的 最佳几何形状对工件进行加工。那么5轴联动 数控机床是数控技术的制高点标志之一。
二、数控技术的发展趋势
1、高速、高精度加工 2、数控系统具有多轴控制、多轴联动和 复合加工的控制功能 3、数控系统开放化、智能化和网络化
1、 高速、高精度加工
目前加工中心主轴转速最高可达40 000转 /分、进给速度可达24米/分-30米/分，定位精 度都在几微米。这就要求数控系统应采用高速 高精度的数控系统、驱动系统应采用直线电动 机作为进给伺服系统、采用高速永磁同步电动 机。
四、数控机床的组成
CNC（computer Numerical Control）计
算机数控机床一般由输入输出设备、CNC装 置(或称CNC单元)、伺服单元、驱动单元 (或称执行机构) 、可编程控制器及机床 本体等组成。除了机床本体之外，其他系统都
称为计算机数控(CNC)系统。

32
数控机床的主要装置
输入 数控 伺服 机床
检测装置
33
数控机床的组成部分
控制装置， 伺服系统、 检测（测量）装置、 机械传动装置 和其他辅助装置组成。

34
控制系统
控制系统：用于数控机床的运算、管理和 控制，通过输入介质得到数据，对这些数 据进行解释和运算并对机床产生作用。 它是数控机床的中心环节包括计算机、a外 界输入装置、数控装置。b、控制器，里面 有一套专为处理数字控制加工管理的软件。 c、运算器。d、输出装置。 可编程程序控制器，（可编程序控制器简 称PC,它是专管开关量的处理的器件，并且 负责传递来自NC或机床的信息
5
数控机床占机床总量的百分比
数控机床占机床总量的百分比是一个国家和 一个企业的生产能力的重要标志，1999年 德国、日本数控率是80%以上，我国是58%。 1999年我厂的数控机床占机床总量的2%。
6
我国数控机床的发展
90年代以后，国内机床制造业开始大量生 产数控机床。 现有数控机床的主要种类： 数控车床、立式、卧式、车床加工中心 数控钻、铣、镗床和加工中心 数控磨床立式、卧式、外圆、内圆、无心 齿轮加工机床滚齿、插齿、剃齿、铣齿、磨 齿及其他
4
我国数控机床的发展
我国于1956年已开始涉足对数控机床的研 制，但步伐较慢，仅是科研性质。 我国80年代中期国内机床制造行业开始对机 床进行数控化制造和改造，初期用的是国外 的数控技术、电子元件和传动件。 80年代末期国内不少研究所和有关厂家联手 制作了国内的数控系统、电子元件和有关传 动件。
31
数控机床的工作原理：
数控—即数字控制（Numerical Controlling简称NC） 数控机床—它是利用数字信号对机床的运 动及加工过程进行控制的一种机床。 计算机(Computer) 计算机数字控制（Computer Numerical Controlled）简称（CNC ） 因此我们在很多数控机床上都看到“CNC” 三个大字，意思就是由计算机进行数字控 制的机床，简称数控机床。