数控机床的工作原理及基本组成课件.ppt

1、第第1章章 数控技术概论数控技术概论1.1 数控技术的发展数控技术的发展1.2 数控机床的工作原理及基本组成数控机床的工作原理及基本组成1.3 数控机床的分类数控机床的分类1.4 数控机床的特点和应用范围数控机床的特点和应用范围1.5 典型数控系统简介典型数控系统简介1.1 数控技术的发展数控技术的发展1.1.1 数控机床的产生数控机床的产生数控是数字控制数控是数字控制(NC，Numerical Control)的简称，是的简称，是用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的自动控制用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的自动控制技术。采用数字控制的机床或装备了数控系统的机床，称为技术。采

2、用数字控制的机床或装备了数控系统的机床，称为数控机床，它把机床的加工程序和运动变量数控机床，它把机床的加工程序和运动变量(如坐标方向、位如坐标方向、位移量、轴的转向和转速等移量、轴的转向和转速等)，以数字形式预先记录在控制介质，以数字形式预先记录在控制介质上，通过数控装置自动地控制机床运动，同时具有自动换刀、上，通过数控装置自动地控制机床运动，同时具有自动换刀、自动测量、自动润滑及冷却等功能。自动测量、自动润滑及冷却等功能。1.1.2 数控技术发展的几个主要阶段数控技术发展的几个主要阶段数控机床发展到今天，完全依赖于数控系统的发展。自数控机床发展到今天，完全依赖于数控系统的发展。自1952年美

3、国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了两个阶段共六代的发展。个阶段共六代的发展。下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展1.数控阶段数控阶段(1952-1970年年)早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床适时控制的要求。人们不得不影响还不大，但不能适应机床适时控制的要求。人们不得不采用电子元件来构成专门的逻辑部件，组成专用计算机来实采用电子元件来构成专门的逻辑部件，组成专用计算机来实现机床加工的要求，称为硬件连接数控，简称为数控现机床加工的要求，称为

4、硬件连接数控，简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即第一代数控第一代数控:1952-1959年，采用电子管元件构成的专用年，采用电子管元件构成的专用(NC)装置。装置。第二代数控第二代数控:1959-1964年，采用晶体管电路的年，采用晶体管电路的NC装置。装置。第三代数控第三代数控:1965-1970年，采用中小规模集成电路的年，采用中小规模集成电路的NC装置。装置。上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展2.计算机数控阶段计算机数控阶段(1970至今至今)到到1970年，通用小型计算机业已出现成批生产。其运算速年，

5、通用小型计算机业已出现成批生产。其运算速度比度比20世纪五六十年代有了大幅度的提高，这比专门世纪五六十年代有了大幅度的提高，这比专门“搭搭”成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件。从此进入了计算机数控阶段。随着计数控系统的核心部件。从此进入了计算机数控阶段。随着计算机技术的发展，这个阶段也经历了三代，即算机技术的发展，这个阶段也经历了三代，即第四代数控第四代数控:1970-1974年，采用大规模集成电路的小型通年，采用大规模集成电路的小型通用计算机数控用计算机数控(CNC，Cotnpuler Numerical

6、 Control)系统。系统。第五代数控第五代数控:1974-1990年，微处理器和半导体存储器应用年，微处理器和半导体存储器应用于数控系统于数控系统(MNC，Micro(CPU)NC）。）。上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展第六代数控第六代数控:1990年以后，年以后，PC，Personal Computer(个人计算机，国内习惯称微机个人计算机，国内习惯称微机)的性能已发展到的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，数控系很高的阶段，可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统从此进入了基于PC时代。时代。1.1.3 我国数控技术发展概况

7、我国数控技术发展概况我国从我国从1958年开始研究数控技术，年开始研究数控技术，1966年研制成功晶体年研制成功晶体管数控系统，并将样机应用于生产。管数控系统，并将样机应用于生产。1968年，研制成功年，研制成功X53 K-1立式铣床。立式铣床。20世纪世纪70年代初，加工中心研制成功。年代初，加工中心研制成功。1988年，我国的年，我国的FMS通过验收投人运行，用于生产、伺服通过验收投人运行，用于生产、伺服电动机的零件。电动机的零件。1981-2000年，我国数控技术经历了引进年，我国数控技术经历了引进国外先进技术、消化吸收、科技攻关和产业化攻关四阶段，国外先进技术、消化吸收、科技攻关和产业

8、化攻关四阶段，使我国的数控技术飞速发展。使我国的数控技术飞速发展。上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展1.1.4 数控技术发展趋势数控技术发展趋势数控机床是机械制造业乃至整个工业生产中不可缺少的复杂数控机床是机械制造业乃至整个工业生产中不可缺少的复杂工具。随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统的性工具。随着微电子技术和计算机技术的发展，数控系统的性能口趋完善，数控机床的应用领域日趋扩大。总的发展趋势能口趋完善，数控机床的应用领域日趋扩大。总的发展趋势是朝着高速度化、高精度化、多功能化、小型化、系统化、是朝着高速度化、高精度化、多功能化、小型化、系统化、多样化、成套性与高可

9、靠性等方向发展，以满足社会生产发多样化、成套性与高可靠性等方向发展，以满足社会生产发展中的各种需要。展中的各种需要。1.高速度、高精度化高速度、高精度化速度、精度是机械制造技术的关键性指标。由于采用了高速速度、精度是机械制造技术的关键性指标。由于采用了高速CPU芯片、多芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率检测元件的交流控制系统以及带高分辨率检测元件的交流数字伺服系统，同时采用了改善机床动态、静态特征等有效数字伺服系统，同时采用了改善机床动态、静态特征等有效上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展 措施，机床的速度、精度已大大提高。措施，机床的速度、精度已大大提高。提高微处理器的位

10、数和速度是提高数控系统的最有效的手段。提高微处理器的位数和速度是提高数控系统的最有效的手段。现代数控系统已经逐步由现代数控系统已经逐步由16位位CPU过渡到过渡到32位位CPU，日本，日本已开发出已开发出64位位CPU的数控系统。日本的的数控系统。日本的FANUC公司的数控公司的数控系统已广泛采用系统已广泛采用32位位CPU，如，如FANUC-15数控系统采用数控系统采用32位位CPU，实现了最小位移单位为，实现了最小位移单位为0.1m，最大进给速度，最大进给速度达到达到100 m/min。在数控机床的高速化中，提高主轴旋转非常重要。由于主轴在数控机床的高速化中，提高主轴旋转非常重要。由于主轴

11、旋转的高速化，使得切削时间比过去缩短了旋转的高速化，使得切削时间比过去缩短了80%。目前很。目前很多数控机床采用高速内装式主轴电动机，使主轴的驱动不必多数控机床采用高速内装式主轴电动机，使主轴的驱动不必通过齿轮箱，而是直接把电动机与主轴连接成一体装入主轴通过齿轮箱，而是直接把电动机与主轴连接成一体装入主轴部件中，可将主轴转速提高到部件中，可将主轴转速提高到4000-5000 r/min.上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展 第第13届欧洲国际机床展览会上展示的数控机床，其主轴最高届欧洲国际机床展览会上展示的数控机床，其主轴最高转速已达转速已达7 000-10 000 r/mi

12、n。提高数控机床的加工精度，可经过减少数控系统的误差和采提高数控机床的加工精度，可经过减少数控系统的误差和采用补偿技术实现，如提高数控系统的分辨率；使用补偿技术实现，如提高数控系统的分辨率；使CNC控制单控制单元精细化；提高位置检测精度元精细化；提高位置检测精度(本日交流伺服电动机有的已安本日交流伺服电动机有的已安装每转可产生装每转可产生106个脉冲的内藏位置检测器，位置检测精度个脉冲的内藏位置检测器，位置检测精度能达到能达到0.01mm/脉冲脉冲)。目前加工中心的定位精度就由过。目前加工中心的定位精度就由过去的士去的士5 m提高到提高到 1 m。2.多功能化多功能化数控加工中心数控加工中心(

13、MC，Machining Center)可以将许多工序可以将许多工序和许多工艺过程集中到一台机床上完成，实现自动换刀及自和许多工艺过程集中到一台机床上完成，实现自动换刀及自上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展 动更换工件，一次装夹完成全部加工工序，可以减少辅助时动更换工件，一次装夹完成全部加工工序，可以减少辅助时间，实现一机多用，最大限度地提高机床的开机率和利用率。间，实现一机多用，最大限度地提高机床的开机率和利用率。3.高效化高效化数控机床加工提倡以减少工序及辅助时间为主要目的复合加数控机床加工提倡以减少工序及辅助时间为主要目的复合加工，而且正朝着多轴、多系列控制功能方向发

14、展。工件在一工，而且正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工，数控技术的进各种措施，完成多工序、多表面的复合加工，数控技术的进步提供了多轴和多轴联动控制，如步提供了多轴和多轴联动控制，如FANUC-15系统的可控系统的可控轴数和联动轴数为轴数和联动轴数为2-15轴，西门子轴，西门子880系统控制轴数可达系统控制轴数可达24轴。装有滚珠丝杠的数控机床快速移动可达轴。装有滚珠丝杠的数控机床快速移动可达60 m/min，装有直线电动机的数控机床可达装有直线

15、电动机的数控机床可达120-160 m/min；磨床；磨床上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展 的砂轮线速度可达的砂轮线速度可达120-160 m/min，甚至，甚至200m/min。自动换刀时间可在自动换刀时间可在1s以下，托盘交换时间以下，托盘交换时间8s左右。左右。4.智能化智能化早期的系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调早期的系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保加工在规定期限内完成。而目前人工智能则度任务，以确保加工在规定期限内完成。而目前人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。在数控技术领域，试图用计算模型实现人类的各种智能

16、行为。在数控技术领域，智能控制的研究和应用正沿着几个重要分支发展智能控制的研究和应用正沿着几个重要分支发展:自适应控制自适应控制(AC，Adaptive Control)、模糊控制、神经网络控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。自适应控制是在加工过专家控制、学习控制、前馈控制等。自适应控制是在加工过程中不断检查能表示加工状态的相关参数，如切削力、切削程中不断检查能表示加工状态的相关参数，如切削力、切削温度，通过与机内设定参数的对比及响应的处理，对主轴转温度，通过与机内设定参数的对比及响应的处理，对主轴转上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展 速、执行部件

17、进给速度等进行校正，使数控机床能够始终在速、执行部件进给速度等进行校正，使数控机床能够始终在最佳的切削状态下工作，从而提高加工精度。在数控系统中最佳的切削状态下工作，从而提高加工精度。在数控系统中还可以配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设还可以配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在压力、温度、定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统性能大大位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。提高，从而达到最佳控制的目的。5.先进制造系统先进制造系统

18、柔性制造单元柔性制造单元(FMC，Flexible ManufacturingCell)是是一种几乎不用人参与而且能连续地对同一类型零件中不同零一种几乎不用人参与而且能连续地对同一类型零件中不同零件进行自动化加工的最小加工单元，是独立使用的加工设备，件进行自动化加工的最小加工单元，是独立使用的加工设备，又可以作为柔性制造系统或柔性自动线的基本组成模块。又可以作为柔性制造系统或柔性自动线的基本组成模块。上一页 下一页返回1.1 数控技术的发展数控技术的发展柔性制造系统柔性制造系统(FMS，Flexible Manufacturing system)是由加工系统、物料自动储运系统和信息控制系统是由

19、加工系统、物料自动储运系统和信息控制系统三者相结合并能自动运行的制造系统。这种系统可按任意顺三者相结合并能自动运行的制造系统。这种系统可按任意顺序加工一组不同工序与不同加工节拍的零件，工艺过程随加序加工一组不同工序与不同加工节拍的零件，工艺过程随加工零件的不同作适当调整，能在设备的技术范围内自动地适工零件的不同作适当调整，能在设备的技术范围内自动地适应加工零件和生产规模的变化。应加工零件和生产规模的变化。计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS，Computer Inlegrated Manufacturing System)是一种企业经营管理哲理的体是一种企业经营管理哲理的体现，它强调

20、企业的生产经营是一个整体，必须用系统工程的现，它强调企业的生产经营是一个整体，必须用系统工程的观点来研究和解决生产经营中出现的课题。集成的核心不仅观点来研究和解决生产经营中出现的课题。集成的核心不仅是设备的集成，更主要的是以信息为主导的技术集成和功能是设备的集成，更主要的是以信息为主导的技术集成和功能集成。计算机是集成的工具，计算机辅助的各单元技术是集集成。计算机是集成的工具，计算机辅助的各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁、信息共享是目标。成的基础，信息交换是桥梁、信息共享是目标。上一页返回1.2 数控机床的工作原理及基本组成数控机床的工作原理及基本组成1.2.1 数控机床的工作原理数控机

21、床的工作原理数控机床的工作原理示意图如数控机床的工作原理示意图如图图1-1所示。首先根据被加工所示。首先根据被加工零件的形状、尺寸及工艺要求等，采用手工或计算机进行零零件的形状、尺寸及工艺要求等，采用手工或计算机进行零件加工的程序编排，把加工零件所需机床的各种动作及工艺件加工的程序编排，把加工零件所需机床的各种动作及工艺参数变成数控装置所能接受的程序代码，并将这些程序代码参数变成数控装置所能接受的程序代码，并将这些程序代码存储在控制介质存储在控制介质(穿孔带、磁带、磁盘穿孔带、磁带、磁盘)上，然后经输入装置上，然后经输入装置读出信息并送入数控装置。当控制介质为穿孔带时，用光电读出信息并送入数控

22、装置。当控制介质为穿孔带时，用光电读带机输入；若控制介质为磁带或磁盘时，可用驱动器输入，读带机输入；若控制介质为磁带或磁盘时，可用驱动器输入，或用计算机和数控机床的接口直接进行通信。进入数控装置或用计算机和数控机床的接口直接进行通信。进入数控装置的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲信号，有的脉冲信的信息经一系列的处理和运算转变成脉冲信号，有的脉冲信号被传送到机床的伺服系统，经传动装置驱动机床有关运动号被传送到机床的伺服系统，经传动装置驱动机床有关运动部件；有的脉冲信号则传送到可编程控制器中，按顺序控制部件；有的脉冲信号则传送到可编程控制器中，按顺序控制下一页返回1.2 数控机床的工作原理及基本

23、组成数控机床的工作原理及基本组成 床的其他辅助动作，如工件夹紧、松开，切削液的开关，刀床的其他辅助动作，如工件夹紧、松开，切削液的开关，刀具的自动更换等。具的自动更换等。1.2.2 数控机床的组成数控机床的组成1.数控机床的组成数控机床的组成数控机床一般是由输入数控机床一般是由输入/输出设备、数控装置、伺服系统、输出设备、数控装置、伺服系统、机床本体和检测反馈装置组成，其基本组成框图如机床本体和检测反馈装置组成，其基本组成框图如图图1-2所所示。示。(1)输入输入/输出设备输出设备用于记载零件的加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等各用于记载零件的加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等各种加工信息

24、，从而控制机床的运动，实现零件的机械加工。种加工信息，从而控制机床的运动，实现零件的机械加工。常用的信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等，并通过输入设常用的信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等，并通过输入设上一页 下一页返回1.2 数控机床的工作原理及基本组成数控机床的工作原理及基本组成 备将记载的加工信息输人到数控系统中。有些数控机床也可备将记载的加工信息输人到数控系统中。有些数控机床也可采用操作面板上的按钮和键盘直接输入加工程序，或通过串采用操作面板上的按钮和键盘直接输入加工程序，或通过串行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统中。行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统中。(2)数控装置数控

25、装置数控装置是数控机床的核心，它的作用是接收输入装置输人数控装置是数控机床的核心，它的作用是接收输入装置输人的加工信息，完成数值的计算、逻辑判断、输入的加工信息，完成数值的计算、逻辑判断、输入/输出控制输出控制等功能。目前数控装置一般使用多个微处理器，以程序化的等功能。目前数控装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能。它是一种位置控制系统，根据输入软件形式实现数控功能。它是一种位置控制系统，根据输入数据插补出的理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出数据插补出的理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需的零件。所需的零件。(3)伺服系统伺服系统上一页 下一页返回1.2 数控机

26、床的工作原理及基本组成数控机床的工作原理及基本组成伺服系统是数控系统的执行部件，它包括电动机、速度控制伺服系统是数控系统的执行部件，它包括电动机、速度控制单元、测量反馈单元、位置控制等部分。伺服系统将数控系单元、测量反馈单元、位置控制等部分。伺服系统将数控系统发来的各种运动指令，转换成机床移动部件的运动，由于统发来的各种运动指令，转换成机床移动部件的运动，由于伺服系统直接决定刀具和工件的相对位置，所以伺服系统的伺服系统直接决定刀具和工件的相对位置，所以伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。目性能是决定数控机床加工精度和生产率的主要因素之一。目前许多数控机床使用了全数字伺服

27、驱动的直线电动机，这种前许多数控机床使用了全数字伺服驱动的直线电动机，这种电动机刚性好，可高速转动。电动机刚性好，可高速转动。(4)机床本体机床本体数控机床的主体是完成各种切削加工的机械部分，主要包括数控机床的主体是完成各种切削加工的机械部分，主要包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置。与普通机床相比，数控机床具有构、刀架及自动换刀装置。与普通机床相比，数控机床具有更好的刚性和抗振性，相对运动面的摩擦因数小，传动间隙更好的刚性和抗振性，相对运动面的摩擦因数小，传动间隙上一页 下一页返回1.2 数控机床的

28、工作原理及基本组成数控机床的工作原理及基本组成 小，所以数控机床的外观、整体结构、传动系统、刀具系统小，所以数控机床的外观、整体结构、传动系统、刀具系统以及操作机构与普通机床有着很大的差异。以及操作机构与普通机床有着很大的差异。(5)检测反馈装置检测反馈装置检测反馈装置的作用是将机床的实际位置、速度等参数检测检测反馈装置的作用是将机床的实际位置、速度等参数检测出来，转变成电信号，传输给数控装置，通过比较，校核机出来，转变成电信号，传输给数控装置，通过比较，校核机床的实际位置与指定位置是否一致，并由数控装置发出指令床的实际位置与指定位置是否一致，并由数控装置发出指令修正所产生误差。检测反馈装置主

29、要使用感应同步器、磁栅、修正所产生误差。检测反馈装置主要使用感应同步器、磁栅、光栅、激光测量仪等。光栅、激光测量仪等。2.数控机床的工作过程数控机床的工作过程数控机床的工作过程如数控机床的工作过程如图图1-3所示。加工零件时，应先根据所示。加工零件时，应先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和上一页 下一页返回1.2 数控机床的工作原理及基本组成数控机床的工作原理及基本组成 刀具位移数据，再按照编程的有关规定编写加工程序，然后刀具位移数据，再按照编程的有关规定编写加工程序，然后制作信息载体的加工信息输入到数控装置，在数控装置

30、内部制作信息载体的加工信息输入到数控装置，在数控装置内部的控制软件支持下，经过处理计算后，发出相应的指令，通的控制软件支持下，经过处理计算后，发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，完成对零件的切削加过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，完成对零件的切削加工。工。上一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类数控机床的种类很多，为了便于了解和区分，可从以下几个数控机床的种类很多，为了便于了解和区分，可从以下几个方面对其进行分类。方面对其进行分类。1.3.1 按加工方式介类按加工方式介类1.金属切削类数控机床金属切削类数控机床此类数控机床有数控车床、数控钻床、数控铣床、数控镗床、此类数控

31、机床有数控车床、数控钻床、数控铣床、数控镗床、数控磨床和加工中心等。数控磨床和加工中心等。2.金属成型类数控机床金属成型类数控机床此类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力此类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机。机。3.特种加工类数控机床特种加工类数控机床上一页 下一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类此类数控机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、此类数控机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机等。数控激光切割机等。4.其他类数控机床其他类数控机床如自动装配机、数控三坐标测量仪等。如自动装配机、数控三坐标测量仪等。1.3.2 按控制系统功

32、能分类按控制系统功能分类1.点位控制数控机床点位控制数控机床如如图图1-4(a)所示，点位控制所示，点位控制(Positioning Control)数数控机床仅能控制两个坐标轴，带动刀具或工作台从一个点控机床仅能控制两个坐标轴，带动刀具或工作台从一个点(坐坐标位置标位置)准确地快速移动到下一个点准确地快速移动到下一个点(坐标位置坐标位置)，然后控制，然后控制第三个坐标轴进行钻削、撞削等切削加工。它具有较高的位第三个坐标轴进行钻削、撞削等切削加工。它具有较高的位置定位精度，在移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨置定位精度，在移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨上一页 下一页返回1.3 数控

33、机床的分类数控机床的分类 迹没有要求。点位控制数控机床主要有数控钻床、数控铣床迹没有要求。点位控制数控机床主要有数控钻床、数控铣床及数控冲床，用于加工平面内的孔系。及数控冲床，用于加工平面内的孔系。2.直线控制数控机床直线控制数控机床如图如图1-4(b)所示，直线控制所示，直线控制(Contouring Control)数数控机床不仅要求有准确的定位功能，而且要求从一点到另一控机床不仅要求有准确的定位功能，而且要求从一点到另一点要按直线点要按直线(一般是平行坐标轴的直线一般是平行坐标轴的直线)运动，并能控制位移运动，并能控制位移速度。这一类机床在两点之间移动时要进行切削加工，故对速度。这一类机

34、床在两点之间移动时要进行切削加工，故对于不同的刀具和工件加工，应选用不同的切削用量及进给速于不同的刀具和工件加工，应选用不同的切削用量及进给速度，如数控撞铣床、简易数控车床、加工中心等。度，如数控撞铣床、简易数控车床、加工中心等。3.轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床如如图图1-4(c)所示，轮廓控制所示，轮廓控制(Contouring Control)数数控机床具有同时控制几个坐标轴协调运动，即具有多轴联动控机床具有同时控制几个坐标轴协调运动，即具有多轴联动上一页 下一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类 的功能，使刀具相对于工件按程序制定的轨迹和速度运行，的功能，使刀具相对于工件按程序

35、制定的轨迹和速度运行，能在运动过程中进行连续切削加工，这类数控机床有用于加能在运动过程中进行连续切削加工，这类数控机床有用于加工曲线和曲面形状零件的数控车床、数控铣床、加工中心等。工曲线和曲面形状零件的数控车床、数控铣床、加工中心等。现在的数控机床基本上是这种类型的机床。现在的数控机床基本上是这种类型的机床。1.3.3按伺服控制方式介类按伺服控制方式介类1.开环控制数控机床开环控制数控机床开环控制开环控制(Open Loop Control)数控机床不带位置检测反数控机床不带位置检测反馈装置。数控装置输出的指令脉冲由驱动电路功率放大，驱馈装置。数控装置输出的指令脉冲由驱动电路功率放大，驱动步进

36、电动机转动，再经传动机构带动执行部件运动，如动步进电动机转动，再经传动机构带动执行部件运动，如图图1-5所示。所示。上一页 下一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类开环控制数控机床工作比较稳定，反应快，调试维修方便，开环控制数控机床工作比较稳定，反应快，调试维修方便，结构简单，但控制精度低，故这类数控机床多为经济型数控结构简单，但控制精度低，故这类数控机床多为经济型数控机床。机床。2.闭环控制数控机床闭环控制数控机床闭环控制闭环控制(Close Loop Control)数控机床的工作台上安装数控机床的工作台上安装了位置检测反馈系统，用以检测机床工作台的实际移动位置，了位置检测反馈系统，

37、用以检测机床工作台的实际移动位置，并与数控装置的指令位置进行比较，对差值进行控制，使其并与数控装置的指令位置进行比较，对差值进行控制，使其误差减少。闭环控制框图如误差减少。闭环控制框图如图图1-6所示。所示。闭环控制数控机床加工精度高，但结构复杂，造价高，调试闭环控制数控机床加工精度高，但结构复杂，造价高，调试维修困难。维修困难。3.半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床上一页 下一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类将检测元件与电动机或丝杠同轴安装，则为半闭环控制将检测元件与电动机或丝杠同轴安装，则为半闭环控制(Semi-Close Loop Control)数控机床，如数控机床，如图图

38、1-7所示。所示。由于半闭环的环路内不包括丝杠螺母副及工作台，所以具有由于半闭环的环路内不包括丝杠螺母副及工作台，所以具有比较稳定的控制特性，调试比较方便，因此被广泛采用。但比较稳定的控制特性，调试比较方便，因此被广泛采用。但其控制精度不如闭环控制数控机床。其控制精度不如闭环控制数控机床。1.3.4 按数控系统的功能水平分类按数控系统的功能水平分类这种分类方法的界线是相对的，不同时期的划分标准会有所这种分类方法的界线是相对的，不同时期的划分标准会有所不同。就目前的发展水平，大体可按以下标准进行划分。不同。就目前的发展水平，大体可按以下标准进行划分。高档数控机床高档数控机床此类数控机床的分辨率为

39、此类数控机床的分辨率为0.1 m，进给速度在，进给速度在15100 m/min，采用闭环控制，以直流或交流伺服电动机驱动，采用闭环控制，以直流或交流伺服电动机驱动，上一页 下一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类 联动轴数为联动轴数为3轴以上，有制造自动化协议轴以上，有制造自动化协议(MAP，Manufacturing Automalion Protocol)通信接口，具通信接口，具有联网功能，可以进行三维图形显示，内装有强功能的有联网功能，可以进行三维图形显示，内装有强功能的(可编可编程控制器程控制器)PLC，配有，配有32位以上位以上CPU。2.中档数控机床中档数控机床此类数控机床的

40、分辨率为此类数控机床的分辨率为1m，进给速度在，进给速度在1524 m/min，采用半闭环控制，以直流或交流伺服电动机驱动，采用半闭环控制，以直流或交流伺服电动机驱动，联动轴数联动轴数24轴，有轴，有RS-232 C或直接数控或直接数控(DNC，Direct Numerical Control)接口，具有较齐全的屏幕显接口，具有较齐全的屏幕显示功能示功能(不仅可以显示字符，还可以显示图形不仅可以显示字符，还可以显示图形)，具有人机对，具有人机对话及自诊断功能，有内装话及自诊断功能，有内装PLC，CPU一般为一般为1632位。位。上一页 下一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类3.低档数控

41、机床低档数控机床此类数控机床的分辨率为此类数控机床的分辨率为10m，进给速度在，进给速度在815 m/min，采用开环控制，以步进电动机驱动，联动轴数一，采用开环控制，以步进电动机驱动，联动轴数一般不超过般不超过2轴，没有通信功能，只有简单的数码管显示或单轴，没有通信功能，只有简单的数码管显示或单色屏幕字符显示，无内装色屏幕字符显示，无内装PLC，一般采用，一般采用4位的位的CPU。我国还有经济型数控的提法。所谓经济型数控，即低档数控我国还有经济型数控的提法。所谓经济型数控，即低档数控系统，是指由单板机、单片机和步进电动机组成的数控系统系统，是指由单板机、单片机和步进电动机组成的数控系统以及其

42、他功能简单、价格低廉的数控系统。它主要用于旧机以及其他功能简单、价格低廉的数控系统。它主要用于旧机床的改造。床的改造。1.3.5 按可联动的抽数分类按可联动的抽数分类1.两轴控制两轴控制上一页 下一页返回1.3 数控机床的分类数控机床的分类两轴控制指的是可以同时控制两个坐标轴。两轴控制指的是可以同时控制两个坐标轴。图图1-8(a)是是X、Y、Z三个坐标轴中同时控制三个坐标轴中同时控制X、Y两个坐标轴所加工的曲线两个坐标轴所加工的曲线形状。如果控制形状。如果控制X、Z坐标或坐标或Y、Z坐标，则可加工成坐标，则可加工成图图1-8(b)所示形状的零件。所示形状的零件。2.两轴半控制两轴半控制(两个轴

43、是连续控制，第三轴是点位或直线控两个轴是连续控制，第三轴是点位或直线控制制)可实现三个主要轴可实现三个主要轴X、Y、Z之间的两维控制。之间的两维控制。3.多轴控制多轴控制三轴控制即三个轴同时插补，实现三维连续控制，刀具在空三轴控制即三个轴同时插补，实现三维连续控制，刀具在空间可作任意方向的移动，用于加工三维立体形状的零件，如间可作任意方向的移动，用于加工三维立体形状的零件，如图图1-9所示。所示。四轴控制即同时控制三个坐标轴和一个旋转坐标，用于加工四轴控制即同时控制三个坐标轴和一个旋转坐标，用于加工叶轮或圆柱凸轮，如叶轮或圆柱凸轮，如图图1-10所示。所示。上一页 下一页返回1.3 数控机床的

44、分类数控机床的分类五轴控制即三个坐标再加上转台的回转及刀具的摆动。刀具五轴控制即三个坐标再加上转台的回转及刀具的摆动。刀具可在空间任意方向移动，当加工如可在空间任意方向移动，当加工如图图1-11所示的曲面时，所示的曲面时，刀具可以相对曲面保持一定角度。还可加工圆锥台的外圆周刀具可以相对曲面保持一定角度。还可加工圆锥台的外圆周面。此性质决定了五轴控制特别适合加工蜗轮机叶片、机翼面。此性质决定了五轴控制特别适合加工蜗轮机叶片、机翼等复杂零件。等复杂零件。上一页返回1.4 数控机床的特点和应用范围数控机床的特点和应用范围1.4.1 数控机床的加工特点数控机床的加工特点1.适应性强适应性强数控机床加工

45、形状复杂的零件或新产品时，不必像通用机床数控机床加工形状复杂的零件或新产品时，不必像通用机床那样采用很多工艺装备，仅需要少量夹具。一旦零件图有修那样采用很多工艺装备，仅需要少量夹具。一旦零件图有修改，只需修改相应的程序部分，就可在短时间内将新零件加改，只需修改相应的程序部分，就可在短时间内将新零件加工出来。因而生产周期短，灵活性强，为多种小批量的生产工出来。因而生产周期短，灵活性强，为多种小批量的生产和新产品的研制提供了有利条件。和新产品的研制提供了有利条件。2.适合加工复杂型面的零件适合加工复杂型面的零件由于计算机具有高超的运算能力，可以准确地计算出每个坐由于计算机具有高超的运算能力，可以准

46、确地计算出每个坐标轴瞬间应该运动的运动量，因此数控机床能完成普通机床标轴瞬间应该运动的运动量，因此数控机床能完成普通机床难以加工或根本不能加工的复杂型面的零件。所以数控机床难以加工或根本不能加工的复杂型面的零件。所以数控机床下一页返回1.4 数控机床的特点和应用范围数控机床的特点和应用范围 在航天、航空领域在航天、航空领域(飞机的螺旋桨及蜗轮叶片飞机的螺旋桨及蜗轮叶片)及模具加工中，及模具加工中，得到了广泛应用。得到了广泛应用。3.加工精度高、加工质量稳定加工精度高、加工质量稳定数控机床所需的加工条件，如进给速度、主轴转速、刀具选数控机床所需的加工条件，如进给速度、主轴转速、刀具选择等，都是由

47、指令代码事先规定好的，整个加工过程是自动择等，都是由指令代码事先规定好的，整个加工过程是自动进行的，人为造成的加工误差很小，而且传动中的间隙及误进行的，人为造成的加工误差很小，而且传动中的间隙及误差还可以由数控系统进行补偿。因此，数控机床的加工精度差还可以由数控系统进行补偿。因此，数控机床的加工精度较高。此外，数控机床能进行重复性的操作，尺寸一致性好，较高。此外，数控机床能进行重复性的操作，尺寸一致性好，降低了废品率。数控技术中增加了机床误差、加工误差修正降低了废品率。数控技术中增加了机床误差、加工误差修正补偿的功能，使数控机床的加工精度及重复定位精度进一步补偿的功能，使数控机床的加工精度及重

48、复定位精度进一步提高。提高。上一页 下一页返回1.4 数控机床的特点和应用范围数控机床的特点和应用范围4.加工生产率高加工生产率高数控机床能够减少零件加工所需的机动时间和辅助时间。数数控机床能够减少零件加工所需的机动时间和辅助时间。数控机床的主轴转速和进给量范围比通用机床的范围大，每一控机床的主轴转速和进给量范围比通用机床的范围大，每一道工序都能选用最佳的切削用量，数控机床的结构刚性允许道工序都能选用最佳的切削用量，数控机床的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，从而有效节省了机动数控机床进行大切削用量的强力切削，从而有效节省了机动时间。数控机床移动部件在定位中均采用加减速控制，并可时

49、间。数控机床移动部件在定位中均采用加减速控制，并可选用很高的空行程运动速度，缩短了定位和非切削时间。使选用很高的空行程运动速度，缩短了定位和非切削时间。使用带有刀库和自动换刀装置的加工中心时，工件往往只需进用带有刀库和自动换刀装置的加工中心时，工件往往只需进行一次装夹就可完成所有的加工工序，减少了半成品的周转行一次装夹就可完成所有的加工工序，减少了半成品的周转时间，生产效率非常高。数控机床加工质量稳定，还可减少时间，生产效率非常高。数控机床加工质量稳定，还可减少检验时间。数控机床可比普通机床提高效率检验时间。数控机床可比普通机床提高效率23倍，对复杂倍，对复杂零件的加工，生产率可提高十几倍甚至

50、几十倍。零件的加工，生产率可提高十几倍甚至几十倍。上一页 下一页返回1.4 数控机床的特点和应用范围数控机床的特点和应用范围5.一机多用一机多用某些数控机床，特别是加工中心，一次装夹后，几乎能完成某些数控机床，特别是加工中心，一次装夹后，几乎能完成零件的全部工序的加工，可以代替零件的全部工序的加工，可以代替57台普通机床。台普通机床。6.减轻操作者的劳动强度减轻操作者的劳动强度 数控机床的加工是由程序直接控制的，操作者一般只需装卸数控机床的加工是由程序直接控制的，操作者一般只需装卸零件和更换刀具并监控数控机床的运行，大大减轻了操作者零件和更换刀具并监控数控机床的运行，大大减轻了操作者的劳动强度