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第1章 数控机床概述

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数控机床概述

数控机床概述



控制装置

对于数控机床的控制是由数控（ NC ）和程控（ PC ） 两组装置有机结合来实现的。数控装置是以数值 信息对机床进行控制，即，进行数值信息的读入、 存储、运算处理，产生表示移动量和速度的脉冲， 去控制伺服电动机。而程控装置则是按所定的动 作顺序，按着输入输出的条件使各机构动作，即： 由程序中的辅助功能 M 、刀具功能 T 等来控制主轴 的正反转，切削液的开、停，刀具交换等动作。

（三）进给机构 现在的进给机构均已采用了精密的滚珠丝杠，使丝 杠的旋转运动变为床身的直线运动。导轨的滑动面 采用了具有低摩擦、较高振动衰减特性的氟化物树 脂材料。为了保持机床精度，对机床的进给轴、滚 珠丝杠、滑动面及平衡链条等还必须进行润滑，现 在机床上广泛使用自动给油装置，对各部分进行定 时、定量的润滑。




由于它将钻、铣等多种机床的功能集一身，不但省 却了工件的反复搬动、安装、换刀等手续而且使加 工精度大为提高。从此，数控机床的一个新的种 类——加工中心（machining center）诞生了，并逐 步成了数控机床中的主力。 现在，数控技术已经应用在各种加工机床上，例如 数控车床、数控铣床、数控齿轮加工机床、数控电 火花、线切割、激光加工机床等等 数控机床已发展到不但具有刀具自动交换装置，而 且具有工件自动供给、装卸、刀具寿命检测、排屑 等各种附加装置，可以进行长时间的无人运转加工。 当今的数控机床已经在机械加工部门占有非常重 要的地位，是FMS( Flexible Manufacturing System )、 CIMS(ComputerIntegrated Manufacturing System )、 FA ( Factory Automation )的基本构成单位。
数控机床(1.概论)

数控机床(1.概论)


数控机床通过程序调试、试切削后，进入正常批量加工时，操作者一般只要进行工件上 下料装卸，再揿一下程序自动循环按钮，机床就能自动完成整个加工过程。 对于零件程序编制分为手动编程和自动编程。手动编程是指编程员根据加工图纸和工艺， 采用数控程序指令。（目前一般都采用ISO数控标准代码）和指定格式进行程序编写。然 后通过操作键盘送入数控系统内，再进行调试、修改等。对于自动编程目前已较多地采用 了计算机CAD/CAM图形交互式自动编程，通过计算机有关处理后，自动生成的数控程序， 可通过接口直接输入数控系统内。图1-2框图中所示的程序介质目前主要有三种： ⑴ 纸带 需要利用纸带穿孔机和光电阅读机进行程序纸带制作和输送。 ⑵ 磁带 既采用录音机进行程序输入、输出。 ⑶ 软盘 既计算机软盘，需借助于软驱进行程序输入、输出。 这里需要特别说明的是，由于目前一般都采用微处理机数控系统，系统内存容量已大大 增加，数控系统内存ROM中本身就有编程软件，实现了在线编程，并且零件程序也能较多 地直接保存在数控系统内存RAM中， 对于程序存储介质的使用，主要是指某一数控机床所 加工的零件品种较多时，为了工厂均衡生产的需要，把某些暂时不用的零件程序保存在程 序介质中，等以后要用时再输入。既程序介质只起到外存储器的作用。它与以前硬线联接 的NC数控机床对程序介质的使用要求是有本质区别的，既要求数控机床与程序介质同步运 行来加工零件。
G
件
D
工 件 批 量
专用机床
工
专用机床
普通机床
k
C F 通用机床 E B 数控机床 数控机床
工件复杂程度
nmin
nmax
生产批量n
a)
b)
图1-1 数控机床的适用范围示意图
数控机床总费用更为合理。 另外就数控机床的应用特点还有： 1）采用数控加工方法将为产品质量的稳定性提供可靠的保证，同时也为宣传本企业 产品质量提供了一定的广告效益。 2）数控机床的高柔性，使新产品开发周期短，可加速企业产品的更新换代。 3）人员安排的不同。数控机床的使用对机床操作工的技能要求较低，但对数控编程 和维修人员的技术素质要求较高。可采用一人操作多台数控机床的生产模式，来适当减少 生产所需的职工人数。 4）从图1-1b所示平均单件工艺成本与生产批量的关系曲线图可知，数控机床适用于 中小批量的加工，即图1-1b中数控机床最小经济批量nmin与最大经济批量nmax是其适用范围。
第一章 数控机床概述

第一章 数控机床概述


第一节 数控机床的加工特点及其应用
6)数控机床加工的自动化程度很高，除刀具的进给运动外， 对零件的装夹、刀具的更换、切屑的排除等工作均能自动 完成。 7)采用数控机床加工，能通过选用最佳工艺路线和切削用 量，有效地减少加工中的辅助时间，较大地提高生产效率。 8)在数控机床上加工零件，一般可省去前期划线、中间检 验等工作，通常还可省去复杂的工装，减少对零件的安装、 调整等工作，故能明显缩短加工的准备时间，降低生产费 用。
新型数控车床的空转动时间大为缩短。
第三节 数控车床概述
(3)高柔性 数控车床具有高柔性，适应70%以上的多品 种、小批量零件的自动加工。 (4)高可靠性 随着数控系统的性能提高，数控机床的无故 障时间迅速提高。 (5)工艺能力强 数控车床既能用于粗加工又能用于精加工， 可以在一次装夹中完成其全部或大部分工序。 (6)模块化设计 数控车床的制造采用模块化原则设计。 三、数控车床的组成及布局
第一章
第一节 数控机床的加工特点及其应用
一、数控机床的加工特点 1)能加工超精零件。 2)能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件。 3)能加工普通机床不能(或不便)加工的多种零件。 4)能加工经一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。 5)一台数控机床可同时加工两个或多个相同的零件，也可 同时加工多工序的不同零件。
一、数控机床的组成
图1-16 数控机床的组成
第二节 数控机床的组成及工作原理
1.输入装臵 (1)控制介质输入 所谓控制介质就是数控信息的物质载体， 通常有穿孔纸带、磁带、磁盘等；相应的输入装臵是光电 纸带阅读机、录音机、磁盘驱动器等。 (2)手工输入 利用键盘和显示屏，输入控制机床运动和刀 具运动的指令。 (3)直接输入存储器 从自动编程机上、其他计算机上或网 络上，将编制好的加工程序通过通信接口直接输入数控装 臵的存储器，这是现代数控机床的发展趋势。
第一章 数控机床的基本知识

第一章 数控机床的基本知识


驱动系统
南通航院
其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，包括信号放大和驱动元件。其性能好坏 动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。 直接决定加工精度、表面质量和生产率。 直接决定加工精度、表面质量和生产率。 脉冲当量δ 相对于每个脉冲信号， 脉冲当量δ ——相对于每个脉冲信号，机床移动部 相对于每个脉冲信号 件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 0.001mm
第一章、 第一章、数控机床概述
三、数控机床的基本概念
南通航院
数控机床是由普通机床发展而来的， 数控机床是由普通机床发展而来的，它们之间最主 是由普通机床发展而来的 要的区别是： 要的区别是： 前者可以按事先编制好的加工程序自动地对工件进 行加工； 行加工；而后者的整个加工过程必须通过技术工人的手 工操作来完成。 工操作来完成。 示例：
第一章 数控机床概述
步进电机 常用的伺服元件 直流伺服电机 交流伺服电机
南通航院
编码盘 常用的检测元件 光栅 磁珊
（2）主轴驱动系统
第一章 数控机床概述
4、机床
南通航院
早期采用通用机床，现在采用了新的加强刚性、 早期采用通用机床，现在采用了新的加强刚性、减 小热变形、提高精度等方面的设计措施， 小热变形、提高精度等方面的设计措施，使其发生了很 大的变化。 大的变化。 目前已模块化生产， 目前已模块化生产，分为六大块
第一章
数控机床概述
南通航院
二、自动化加工与数控机床 机床数控技术是以数字化的信息处理实现机床自 动控制的一门技术。 动控制的一门技术。 数控机床把刀具和工件之间的相对位置，机床电 数控机床把刀具和工件之间的相对位置， 动机的启动和停止，主轴变速，工件松开夹紧， 动机的启动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具 的选择，冷却泵的启动、 的选择，冷却泵的启动、停止等各种操作和顺序动作 等信息用数码化的数据送入数控装置或计算机， 等信息用数码化的数据送入数控装置或计算机，经过 译码、运算， 译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他 执行元件，使机床自动加工出所需工件。 执行元件，使机床自动加工出所需工件。
1数控机床概述

1数控机床概述


辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构
计算机数控系统
机床 I/O 电路和装置
操作面板 PLC 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床
2019年11月18日5时35分
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第一节 数控技术与数控机床
机床本体 机床：数控机床的主体，是实现制造加工的 执行部件。
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第一章 数控机床概述
1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度 补偿功能。
1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机 进入实用阶段。
1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系统。
第 一
1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的研发
们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。
第 一
采用的方式有：
章
数
串行通讯（RS-232等串口）、
控
机 床
自动控制专用接口和规范(DNC方式，MAP协议等)
概
述
网络技术（internet，LAN等）。
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第一节 数控技术与数控机床
CNC装置(CNC单元)
第一章 数控机床概述
内容提要：
本章主要介绍数控技术、数控机床
第
一
章
的基本概念、体系结构、工作原理及分
数
控 机
类；数控机床的应用范围及发展动向。
床
概
述
2019年11月18日5时35分
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第一章 数控机床概述
数控机床操作与养护技能作业指导书

数控机床操作与养护技能作业指导书

数控机床操作与养护技能作业指导书第1章数控机床概述 (4)1.1 数控机床的发展历程 (4)1.2 数控机床的组成与分类 (4)1.3 数控机床的工作原理 (5)第2章数控机床操作基础 (5)2.1 操作前的准备工作 (5)2.1.1 熟悉机床结构及功能 (5)2.1.2 阅读机床说明书 (5)2.1.3 确认机床状态 (5)2.1.4 准备工装夹具及刀具 (6)2.2 数控机床的操作面板 (6)2.2.1 操作面板布局 (6)2.2.2 功能键操作 (6)2.2.3 显示屏及键盘操作 (6)2.3 数控机床的基本操作流程 (6)2.3.1 开机 (6)2.3.2 回零 (6)2.3.3 装夹工件 (6)2.3.4 设置加工参数 (6)2.3.5 选择加工程序 (6)2.3.6 启动加工 (7)2.3.7 停机 (7)2.3.8 检查加工质量 (7)第3章数控编程基础 (7)3.1 数控编程的基本概念 (7)3.1.1 数控编程术语 (7)3.1.2 数控编程步骤 (7)3.2 常用数控编程指令 (8)3.2.1 常用准备功能指令 (8)3.2.2 常用辅助功能指令 (8)3.2.3 常用刀具功能指令 (8)3.3 数控编程实例解析 (8)第4章数控机床加工工艺 (9)4.1 数控加工工艺的基本原则 (9)4.1.1 合理性原则 (9)4.1.2 经济性原则 (9)4.1.3 安全性原则 (9)4.1.4 可靠性原则 (9)4.2 数控加工工艺路线的制定 (9)4.2.1 分析零件图纸 (9)4.2.2 确定加工方法 (9)4.2.3 制定加工工序 (9)4.2.4 选择加工设备 (10)4.3 数控加工工艺参数的确定 (10)4.3.1 切削速度的选择 (10)4.3.2 进给量的确定 (10)4.3.3 切削深度的确定 (10)4.3.4 刀具的选择与更换 (10)4.3.5 切削液的应用 (10)第5章数控机床刀具与夹具 (10)5.1 数控机床刀具的选择与使用 (10)5.1.1 刀具类型的选择 (10)5.1.2 刀具规格的选择 (10)5.1.3 刀具的使用 (10)5.2 数控机床夹具的选择与使用 (11)5.2.1 夹具类型的选择 (11)5.2.2 夹具规格的选择 (11)5.2.3 夹具的使用 (11)5.3 刀具补偿与刀具磨损 (11)5.3.1 刀具补偿 (11)5.3.2 刀具磨损 (11)第6章数控机床的安装与调试 (11)6.1 数控机床的安装 (12)6.1.1 安装前的准备工作 (12)6.1.2 安装基础及地脚螺栓 (12)6.1.3 机床安装及调整 (12)6.1.4 电气系统的安装 (12)6.2 数控机床的调试 (12)6.2.1 调试前的检查 (12)6.2.2 数控系统的调试 (12)6.2.3 机床功能测试 (12)6.2.4 附件及刀具的调试 (12)6.3 数控机床的验收 (12)6.3.1 验收标准 (12)6.3.2 验收流程 (13)6.3.3 验收报告 (13)第7章数控机床的操作技巧与注意事项 (13)7.1 操作技巧 (13)7.1.1 熟悉数控机床的操作面板 (13)7.1.2 合理选择切削参数 (13)7.1.3 正确装夹工件 (13)7.1.4 精确对刀 (13)7.1.5 合理使用刀具补偿功能 (13)7.1.6 注意程序检查 (13)7.2 常见操作错误及预防措施 (13)7.2.1 操作错误：误操作功能键 (13)7.2.2 操作错误：切削参数设置不当 (14)7.2.3 操作错误：工件装夹不稳定 (14)7.2.4 操作错误：对刀不准确 (14)7.3 数控机床的安全操作 (14)7.3.1 严格遵守安全操作规程 (14)7.3.2 定期检查设备 (14)7.3.3 避免操作过程中与他人交谈 (14)7.3.4 保持操作环境整洁 (14)7.3.5 穿戴合适的劳动保护用品 (14)7.3.6 注意刀具安全 (14)第8章数控机床的维护与保养 (14)8.1 数控机床的日常维护 (14)8.1.1 检查机床运行状态 (14)8.1.2 清洁机床 (15)8.1.3 检查电气系统 (15)8.1.4 检查液压系统 (15)8.1.5 检查气动系统 (15)8.2 数控机床的定期保养 (15)8.2.1 机床外观保养 (15)8.2.2 机床内部保养 (15)8.2.3 电气系统保养 (15)8.2.4 液压、气动系统保养 (15)8.3 数控机床的故障排除 (15)8.3.1 故障诊断 (15)8.3.2 故障排除 (15)8.3.3 故障预防 (16)8.3.4 交接班记录 (16)第9章数控机床的故障诊断与维修 (16)9.1 数控机床故障诊断方法 (16)9.1.1 望诊法 (16)9.1.2 听诊法 (16)9.1.3 问诊法 (16)9.1.4 触诊法 (16)9.1.5 诊断工具使用 (16)9.2 常见数控机床故障分析 (16)9.2.1 电气故障 (16)9.2.2 机械故障 (16)9.2.3 系统故障 (16)9.2.4 通讯故障 (17)9.3 数控机床维修实例 (17)9.3.1 实例一：数控车床主轴故障 (17)9.3.2 实例二：数控铣床进给系统故障 (17)9.3.3 实例三：数控磨床数控系统故障 (17)9.3.4 实例四：数控加工中心通讯故障 (17)第10章数控机床的升级与改造 (17)10.1 数控机床升级与改造的必要性 (17)10.2 数控机床升级与改造的方案 (17)10.3 数控机床升级与改造的实施与验收 (18)第1章数控机床概述1.1 数控机床的发展历程数控机床（Numerical Control Machine Tool）起源于20世纪40年代末期，由美国首次研发成功。

第1章 数控机床概述

第1章 数控机床概述


二、基准脉冲插补
逐点比较插补法 逐点比较插补法又称代数运算法、醉步法，它
是一种最早的插补算法，其原理是：CNC系统 在控制加工过程中，能逐点计算和判别刀具的 运动轨迹与给定轨迹的偏差，并根据偏差控制 进给轴向给定轮廓方向靠近，使加工轮廓逼近 给定轮廓曲线。逐点比较法是以折线来逼近直 线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的 最大误差不超过一个脉冲当量，因此只要将脉 冲当量，即坐标轴进给一步的距离取得足够小， 就可满足加工精度的要求。
数控系统（CNC装置）：是数控机床的控制核心，一 般是一台专用的计算机。
驱动装置：是数控机床执行机构的驱动部分，包括主 轴电动机、进给伺服电动机等。
辅助装置：指数控机床的一些配套部件，包括刀库、 液压装置、气动装置、冷却系统、排屑装置、夹具、 换刀机械手等。
数控机床的组成
机床数控系统的基本工作流程如图l.1所 示。
每向x或y方向进给一步，均进行∑N减1计算，当∑N减至零时即到终点，停止 插补。另一种方法是分别求出x坐标和y坐标应进给的步数，即∣xe∣和 ∣ye∣的值，当沿x方向进给一步时，Nx－1；当沿y方向进给一步时， Ny－1；当Nx和Ny都为零时，达到终点，停止插补。
逐点比较直线插补
举例 设在第一象限插补直线段OA，起点为坐
拢，以缩小偏差。当时，向+x方向前进一步；当时，向+y方向前进一步。 （3）新偏差计算 进给一步后，计算新加工点与零件轮廓的偏差，作为下一步偏差判别的依据。
计算公式为式（1.1）或式（1.2）。 （4）终点判别 判别终点的方法有两种，一是计算出x和y方向坐标所要进给的总步数，即
N ( xe x0 ) ( ye y0 ) xe ye
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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
第一章-数控机床概述

第一章-数控机床概述


2．高可靠性
▪ 数控机床的平均无故障工作时间（小时）。
▪
3．机床功能复合化
复合化是为了提高零件加工效率，减
少辅助时间。能减少装卸时间，提高机床
生产效率，减少半成品库存量，又能保证
和提高形位精度。
4．智能化、网络化、柔性化
▪ 智能化是指数控机床控制加工精度和加工 效率的智能化。
▪ 网络化可以进行跨地域的协同设计、协同 制造、信息共享、远程监控及远程服务
接受控制介质上的数字化 信息，经过控制软件或逻辑 电路进行编译、运算和逻辑 处理后，输出各种信号和指 令，控制机床的各个部分， 进行规定的、有序的运动。
4．伺服系统
伺服系统用于完成坐标轴的驱动。直接影响数控 机床加工的速度、位置精度及加工的形状精度。
伺服机构——数控机床的执行机构，由驱动和执行两 大部分组成。它接受数控装置的指令信息，并按指令信息 的要求控制执行部件的进给速度、方向和位移。
（1）低档数控机床 （2）中档数控机床 （3）高档数控机床
4．按数控机床的加工工艺和用途分类
（1）切削加工类数控机床 （2）成型加工类数控机床 （3）特种加工类数控机床
二、常见数控机床简介
1．数控车床
数控车床——具有两轴联动功能，Z轴是与主轴方 向平行的运动轴，X轴是在水平面内与主轴方向垂直的 运动轴。
数控机床的工作过程
➢ 1.2.2 数控机床的工作原理
▪
在数控机床上加工零件通常需要经过以下几个步骤。
▪ ① 制订工艺规程。
▪ ② 将NC程序通过输入装置传输到数控机床的CNC系统。
▪ ③ CNC系统分析程序段，并按要求将相应的指令、数值传 送到各个坐标轴的伺服系统及机床强电控制系统。
▪ ④ 伺服系统驱动机床的运动部件。
数控机床编程与操作课后答案

数控机床编程与操作课后答案

数控机床编程与操作课后答案第一章：数控机床概述1.什么是数控机床？简要说明其主要特点和优势。

数控机床是一种通过预先编写好的程序控制工件加工的机床。

其主要特点包括高精度、高效率、多功能性和灵活性等，其优势在于提高生产效率、降低生产成本、减少人为失误等。

2.数控机床有哪些常见的分类？简述各种分类的特点。

数控机床可以按控制系统分为数控机床和通用机床；按动力系统分为液压、气动和电动数控机床；按加工方式分为车、铣、钻、磨等数控机床；按动作坐标轴数分为二、三、四、五轴数控机床等。

不同分类的数控机床各有其适用领域和特点。

第二章：数控机床编程基础1.请简要说明G代码和M代码的作用及区别。

G代码用于定义刀具轨迹、加工速度和进给速度等；M代码用于控制辅助功能，如启动、停止、换刀、冷却等。

区别在于G代码主要控制运动轨迹，M代码主要控制机床辅助功能。

2.数控机床编程的基本步骤是什么？基本步骤包括确定加工工件及刀具类型、编写工艺卡、编制刀具路径、编写G代码等。

第三章：数控机床操作与维护1.数控机床日常操作中需要注意哪些问题？日常操作需注意严格按照操作规程操作机床、定期检查润滑、保持机床清洁、防止机床过负荷运行等。

2.数控机床维护保养的重要性是什么？维护保养可以延长机床使用寿命、保证机床精度稳定性、减少故障率、确保加工质量等，对于提高生产效率和降低成本至关重要。

结语本文简要介绍了数控机床的基本概念、编程基础、操作注意事项以及维护保养的重要性。

掌握数控机床的相关知识对于提高工件加工质量、提高生产效率具有重要意义。

希望读者通过学习和实践，能够熟练掌握数控机床编程与操作技能。

第一章 数控机床概述

第一章 数控机床概述

第一章数控机床概述第一节数控机床简介一、数控机床的产生1、产生的原因a、机床向自动化、专门化的方向发展，但是生产品种有限、样机的生产仍在用手工或普通机床上制造、特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件，仍只能借助划线和样板用手工方法来加工。

b、航空、航天技术发展、精度要求高，难加工材料（如合金），形状复杂。

2、数控机床的出现：从1949年开始研究，到1952年开发的数控铣床（MIT直线插补）。

3、结论、数控的出现：主要是为了解决那些批量不大，精度要求高，形状复杂的零件自动化生产而产生的。

二、数控机床的特点1、特点：适应性强、加工精度高、加工生产率高、良好的经济效益。

2、适用范围a、用通用机床加工时，要求设计制造复杂的专用夹具或需很长调整时间的零件。

b、小批量生产（100件以下）的零件。

c、轮廓形状复杂，加工精度要求高或必须用数字方法决定的复杂曲线、曲面零件。

d、要求精密复制的零件。

e、预备多次改型设计的零件。

f、铝、镗、铰、锟、攻丝及铣削工序联合进行的零件，如箱体零件。

g、价值高的零件，如飞机大梁等零件。

第二节数控机床的控制原理和组成一、数控机床的控制原理1、数控：它是一种系统，它能译解一套以某种符号形式预先记录的指令，使所控制的机床执行这些指令，然后监控执行的结果，以保持要求的精度和功能。

2、数控机床：（把机床的各种操作，操作要求和控制的尺寸都用数字的形式表示出来，把这些数字通过信息载体，通过计算机的运算，发出各种指令）用数字信息进行控制的机床。

二、数控机床的组成1、输入：数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。

2、数控装置：硬件：数控装置软件：数控装置系统软件：包括管理软件和控制软件所组成，管理软件系指零件加工程序的输入、输出、系统的显示功能和诊断，控制软件则包括译码处理、刀具补偿、插补运算、位置控制和速度控制。

3、伺服驱动系统：包括伺服控制线路、功率放大线路和伺服电机等执行装置，它接收计算机数控装置发来的各种动作命令，驱动受控设备运动。

机床数控技术 第4版 第1章 概述


第一章 数控机床概述
辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构
计算机数控系统
操作面板
PLC
机床 I/O 电路和装置 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床
第一章 数控机床概述
CNC装置(CNC单元)
➢组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口 板、特殊功能模块以及相应的控制软件。
辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构
计算机数控系统
机床 I/O 电路和装置
操作面板
PLC 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床
第一章 数控机床概述
伺服单元、驱动装置和测量装置
伺服单元和驱动装置 ➢主轴伺服驱动装置和主轴电机 ➢进给伺服驱动装置和进给电机
➢ 数控技术（Numerical Control Technology）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。
➢ 数控机床（Numerical Control Machine Tools）是采用数 字控制技术对机床加工过程进行自动控制的一类机床。是 数控技术典型应用的例子。
➢ 数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的 装置。
机床数控技术
2024年5月
第一章 数控机床概述
内容提要 本章主要介绍数控技术、数控机床的基本 概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床 的应用范围及发展动向。
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第一章 数控机床概述
第一节 数控技术与数控机床

第1章 数控机床概论

第1章数控机床概述学习目标：数控机床是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。

本章主要讲述数控机床的基本概念、数控机床的分类以及数控机床的技术与发展水平等。

本章要求理解并掌握数控机床的基本概念和分类，了解数控技术的发展趋势以及以数控机床为基础的自动化生产系统的发展。

1.1 数控机床的基本概念1.1.1 数控机床及其特点数控（Numerical Control，NC）——数字控制，用数字和符号构成的数字化信息自动控制机床运转的技术。

数控机床（Numerically Controlled Machine Tool ）——采用了数控技术的机床。

数控机床是一种高效、新型的自动化机床，具有广泛的应用前景。

它与普通机床相比具有以下特点：（1）适应性、灵活性好（2）精度高、质量稳定（3）生产效率高（4）劳动强度低、劳动条件好（5）有利于现代化生产和管理（6）使用、维护技术要求高1.1.2 数控机床的组成数控机床的种类很多，但任何一种数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机床主体四部分组成，如图1-1所示。

此外数控机床还有许多辅助装置，如自动换刀装置，自动工作台交换装置自动对刀仪，自动排屑装置及电、液、气、冷却、润滑、防护等装置。

图1-1 数控机床的组成（1）控制介质是指将零件加工信息传送到控制装置中去的程序载体。

（2）数控系统是数控机床的核心。

（3）伺服系统是数控系统的执行机构之一，执行由CNC装置输出的运动指令。

（4）机床主体也称主机，它包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。

（5）辅助装置是数控机床在实现整机的自动化控制中，为了提高生产效率、加工精度、还需要配备许多辅助装置，如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。

1.1.3 数控机床的工作过程如图1-2所示，数控机床的加工，首先要将被加工零件图样上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过处理与计算后，发出相应的控制命令，再通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而完成零件的加工。

第一部分数控机床概述


(4)可编程控制器(PLC)
数控设备用可编程控制器主要完成数控设备的各种执 行机构的逻辑顺序控制, 即用PLC程序代替用继电器控制 线路, 实现数控设备的辅助功能、主轴转速功能、刀具功 能的译码和控制。
数控设备用PLC有内装型和独立型两种。内装型PLC 从属于CNC装置, PLC硬件电路可与CNC装置其它电路制作 在同一块印刷板上, 也可以作成独立的电路板。独立型 PLC独立CNC装置, 本身具有完备的硬、软件功能, 可以 独立完成所规定的控制任务。
第一台数控机床诞生至今五十年以来, 数控机 床的核心—数控系统的发展经历了二个阶段和 六代的发展。
1.数控（NC）阶段 2. 计算机数控（CNC）阶段
数控（NC）阶段（1952—1970）
早期的计算机运算速度低, 这对当时的科学计算和数 据处理影响不大, 但它不能适应机床实时控制的要求。
人们不得不采用数字逻辑电路, 搭成机床专用计算机 作为数控系统, 被称为硬件连接数控（HARD—WIRED NC）,简称为数控（NC）。
(5)反馈系统
反馈系统的作用是通过测量装置将机床移动的实 际位置、速度参数检测出来, 转换成电信号, 并反馈到 CNC装置中, 使CNC能随时判断机床的实际位置, 速度是 否与指令一致, 并发出相应指令, 纠正所产生的误差。
(6)辅助控制装置 辅助控制装置包括刀库的转位换刀, 液压泵、冷却泵等控
制接口电路, 电路含有换向阀电磁铁、接触器等强电电气元件 。现代数控机床采用可编程控制器进行控制, 所以辅助装置的 控制电路变得十分简单。
随着电子元器件的发展, 这个阶段又历经三代: 1952年的第一代—电子管计算机组成的数控系统； 1959年的第二代—晶体管计算机组成的数控系统； 1965年的第三代—小规模的集成电路计算机组成的数 控系统。

第一章数控机床概述


数控技术发展的几个问题
一、高速化
2）直线电机进给系统： 直线电机进给系统：
取消了源动力和工作台部件之间的一切中间传动环节， 取消了源动力和工作台部件之间的一切中间传动环节，使得 机床进给传动链的长度为零，这就是所谓的“直接驱动” 机床进给传动链的长度为零，这就是所谓的“直接驱动”（direct drive）或“零传动”。直线电机驱动方式具有进给速度高、加速 drive） 零传动” 直线电机驱动方式具有进给速度高、 度大、启动推力大、刚度和定位精度高、 度大、启动推力大、刚度和定位精度高、行程长度不受限制等优点 采用直线电动机驱动的高速加工中心已成为21 采用直线电动机驱动的高速加工中心已成为21 世纪机床的发展方 向之一，其中，永磁式直线电动机以其时间常数小、 向之一，其中，永磁式直线电动机以其时间常数小、高频响应特性 好、推力强度高、损耗低、控制比较容易等一系列特点在高速、高 推力强度高、损耗低、控制比较容易等一系列特点在高速、 精密、高频响数控机床的进给驱动部件研究中具有明显的优势。 精密、高频响数控机床的进给驱动部件研究中具有明显的优势。 直线电机高速进给单元主要由直线电动机、工作台、滚动导轨、 直线电机高速进给单元主要由直线电动机、工作台、滚动导轨、 反馈测量系统、防护系统等五部分组成。 反馈测量系统、防护系统等五部分组成。
数控技术发展的几个问题
2、FMS 、
美国国防部机床特别工作组对FMS的定义：由自动物料 的定义： 美国国防部机床特别工作组对 的定义 搬运系统相连接的一系列自动机床或若干台制造设备， 搬运系统相连接的一系列自动机床或若干台制造设备，用一 台公用的多级数字式既定程序计算机控制， 台公用的多级数字式既定程序计算机控制，可供随机制造属 于预定范围内的零部件的制造系统组成。 于预定范围内的零部件的制造系统组成。 1）加工系统：多台制造设备“互补”、“互替”两种配置 ）加工系统：多台制造设备“互补” 互替” 方式 2）物料系统：存储、输送和装卸三个子系统组成 ）物料系统：存储、 3）能量系统 ） 4）信息系统：管理计算机、加工计算机、专用控制装置 ）信息系统：管理计算机、加工计算机、
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第1章 数控机床概述
课程名称：数控机床编程原理 授课教师：杨 林 丰 工作单位：华南理工大学机械与汽
车工程学院
第1章 数控机床概述
第1章 数控机床概述
1.1 数控机床的产生和发展 1.2 数控机床的特点 1.3 数控机床的分类 1.4 数控机床的基本原理和坐标系 1.5 数控机床的主要性能指标
第1章 数控机床概述
第1章 数控机床概述
工件

刀具
用于简易 数控车床、数 控铣床。
图1.2 直线控制切削加工
第1章 数控机床概述
3. 轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够控制机床刀具或工件沿直线、 圆弧或抛物线等曲线轨迹移动，移动过程中可进行切削 加工，移动速度根据工艺要求由编程确定，可实现曲线 或者曲面轮廓加工，加工示例如图1.3所示。
20世纪80年代，出现以数台加工中心为主体，再配 上工件自动装卸和监控检验装置而构成的柔性制造单元 （FMC）。
20 世 纪 80 年 代 末 90 年 代 初 ， 计 算 机 集 成 制 造 系 统 （CIMS）计算机集成制造系统 投入使用，并呈现出迅 猛发展的趋势。
第1章 数控机床概述
我国从1958年开始研究数控技术，于1966年研制成 功晶体管数控系统，并生产出了数控线切割、数控铣 床等产品。——初级阶段
常见的数控机床有数控车床、数控铣床、数控加 工中心等。
第1章 数控机床概述
1.1.2 数控机床的产生和发展 1949年，美国帕森公司（Parsons）接受美国空军委
托，研制一种计算机控制装置，用来实现飞机、火箭等 的复杂零部件的加工。帕森公司首先提出了机床数控制 方案，并与美国麻省理工学院伺服机构研究所合作。于 1952年研制出世界上第一台数控机床——三坐标立式数 控铣床。
第1章 数控机床概述
Z n
P(X, Y, )Z
O刀 位 点
Y C
Z B
X
图1.5 五轴联动铣削曲面零件
第1章 数控机床概述
Z
B C
WW
Y
X
图1.6 六轴加工中心坐标示意图
第1章 数控机床概述
1.3.3 按伺服系统的控制方式分类 按伺服系统的控制方式不同可将数控机床分为开环 控制、 闭环控制和半闭环控制数控机床。 1. 开环控制数控机床 这类数控机床的运动部件没有位置检测反馈装置， 采用步进电动机驱动， 如图1.7所示。
第1章 数控机床概述
二轴联动主要用于数控车床加工回转体端面、圆锥 面、圆弧面等，或者用于数控铣床加工箱板类零件的曲 线轮廓等。
二轴半联动主要用于三轴以上机床控制的机床，其 中两轴联动，另外一轴作周期性进给。可以用来铣削空 间曲面。
三轴联动主要用于数控铣床和加工中心等，用来铣 削三维空间曲面。
多轴联动数控机床指能够同时控制四个以上坐标轴联 动，用于加工形状复杂零件。
第1章 数控机床概述
结构简单，调试方便，经济实用；但是运行时有 震动，精度低，一般用于经济型数控机床。
CNC 数控系统
步进 电动机
工作台
图1.7 开环控制数控机床结构
第1章 数控机床概述
2. 闭环控制数控机床 这类数控机床的运动部件上安装有位置测量反馈
1.1 数控机床的产生和发展
1.1.1 数控技术与数控机床 数控(Numerical Control—NC）技术是近代发展
起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机床运 动及其加工过程进行控制的一种方法。采用数控技术 实现数字控制的一整套装置和设备，称为数控系统。
数控机床就是装备有数控系统，采用数控技术控 制的机床。
一般按照
“先快后慢”的
原则移动刀具。
刀 具 工件
仅仅用于数控
钻床、数控镗床、
A1
数控冲床。
2
3
B
图1.1 点位控制切削加工
第1章 数控机床概述
2. 直线控制数控机床 这类数控机床不仅要控制机床刀具从一点移动到
另一点，而且要沿直线轨迹（一般与某一坐标轴平行 或成45°角）以一定速度移动，移动过程中可进行切 削加工， 加工示例如图1.2所示。
第1章 数控机床概述
工件
刀具
图1.3 轮廓控制切削加工
第1章 数控机床概述
多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动，称 为多轴联动。按照联动轴数，可分为二轴联动、二轴半 联动、三轴联动和多轴联动数控机床，如图1.4所示。
Z
O Y
X Y
(a)
(b)
(c)
图1.4 不同联动轴数所能加工的型面
(a) 二轴联动； (b) 二轴半联动； (c) 三轴联动
机床数控技术的产生，不仅为复杂零件的加工提供 了方便，而且加工精度高，一致性好，生产效率高，能 够大大减轻工人的劳动强度，因此很快受到了人们的关 注。
第1章 数控机床概述
1959年，克耐—杜列克公司开发出具有自动换刀装 置，能够一次装夹、多工序加工的加工中心。
1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有一定 柔性的加工系统，即柔性制造系统（FMS）。
第1章 数控机床概述
1.2 数控机床的特点
与普通机床相比，数控机床具有以下特点： （1） 自动化程度高，劳动强度低。 （2） 加工精度高。 （3） 产品一致性好。 （4） 能够实现复杂工件的加工。 （5） 生产效率高。 （6） 机械传动链短，结构简单。
第1章 数控机床概述
1.3 数控机床的分类
1.3.1 按工艺用途分类 按工艺用途不同，可将数控机床分成以下几类： （1） 单工序数控机床。（数控车床、数控铣床） （2） 加工中心。（立式、卧式、车削加工中心） （3） 特种加工数控机床。（电火花、线切割） （4） 其他类型的数控设备。 （三坐标）
20世纪80年代初，我国从德国、美国、日本等国 家引进一些数控系统和技术，在一定程度上促进了这 项技术的发展。到1985年，我国已经拥有了加工中心、 数控铣床、数控磨床等80多个品种的数控机床。—— 实用阶段
20世纪90年代后，我国逐渐由计划经济转向市场 经济，研究数控系统，应用数控机床已经成为企业的 个体行为，数控技术及产品发展加快。——蓬勃发展。
第1章 数控机床概述 1.3.2 按运动轨迹分类
1. 点位控制数控机床 这类数控机床的特点是在刀具相对于工件的移动过
程中不进行切削加工，只要求刀具从一点移动到另一 点并准确定位，而对运动的速度和轨迹没有严格的要 求。
如图1.1所示，刀具从A点到B点可以走①、 ②或 ③中的任意一条路经。
第1章 数控机床概述