數(shù)控操作技工培訓(xùn)教材

1、數(shù)控操作技工培訓(xùn)教材第一章概論第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本概念一、數(shù)控機(jī)床的定義數(shù)字控制(numerical control )是近代發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其 加工過程進(jìn)行控制的一種方法，簡(jiǎn)稱為數(shù)控(NC)。數(shù)控機(jī)床，就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國(guó)際信息處理聯(lián)盟 (I nternatio nal Federatio n of In formation Processi ng ，即IFIP)第五技術(shù)委員會(huì)， 對(duì)數(shù) 控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一部裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼，或其他符號(hào)編碼指 令規(guī)定的程序。定義中所

2、指的那種程序控制系統(tǒng)，就是所說的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字值，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作 和加工零件。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程序控制器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品。二、數(shù)控機(jī)床加工機(jī)械零件的一般過程金屬切削機(jī)床加工零件，是操作者根據(jù)圖樣的要求，不斷地改變刀具與工件之間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(位置、 速度等)，使刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工，最終得到所需要的合格的零件。數(shù)控機(jī)床的加工，是把刀具與工件的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)分割成一些最小的單位量，即最小位移量，由數(shù)控系統(tǒng) 按照零件程序的要求，使坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相

3、對(duì)運(yùn)動(dòng)，以完成零件的 加工。通過圖1-1，可以了解數(shù)控機(jī)床加工機(jī)械零件的原理。例如，在平面上，要加工任意曲線L的零件。要求刀具T沿工件形狀的曲線軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行切削加工。可以將曲線L分解成： l0 , l1 , l2, h等線段。牛。要求刀具T沿工件形狀的曲線軌跡運(yùn)動(dòng)*在數(shù)控加工中，使數(shù)控機(jī)床動(dòng)作的是數(shù)控裝置給數(shù)控機(jī)床傳遞運(yùn)動(dòng)命令的脈沖群，每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于 機(jī)床的單位位移量。在進(jìn)行曲線加工時(shí)，可以用一給定的數(shù)學(xué)函數(shù)，來(lái)模擬線段 li。根據(jù)給定的數(shù)學(xué)函數(shù)，如線性函、圓函數(shù)或高次函數(shù)，在理想的軌跡或輪廓上的已知點(diǎn)之間，進(jìn)行數(shù) 據(jù)點(diǎn)的密化，確定一些中間點(diǎn)的方法，稱之為插補(bǔ)。按照規(guī)定的直線，給出兩端點(diǎn)間

4、的插補(bǔ)數(shù)字信息，借此信息控制刀具的運(yùn)動(dòng)，加工出理想的曲面，稱 為直線插補(bǔ)。而按照規(guī)定的圓弧、其它二次曲線或高次函數(shù)，給出兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，控制刀具運(yùn)動(dòng)，加工出理想的曲面，則稱為圓弧插補(bǔ)、二次曲線插補(bǔ)（如拋物線插補(bǔ)）或高次函數(shù)插補(bǔ)（如螺旋線插補(bǔ)）等。處理這些插補(bǔ)的算法，稱之為插補(bǔ)運(yùn)算。數(shù)控裝置，就是一臺(tái)能夠接受零件圖樣加工要求的信息，并按照一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。實(shí)時(shí) 地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度控制指令（如 Vzi , Vyj等等）及切削用量的特殊用途的電子計(jì)算機(jī)。除了數(shù)控裝置以外，為了使數(shù)控機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)，還需要有一個(gè)足夠的功率，能快速響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置。在數(shù)控機(jī)床上采用的驅(qū)動(dòng)裝置，按其原理基本上是

5、兩種控制方式。它是按照任意軌跡信息 （path-information ）的指令 W與實(shí)際測(cè)量值 X在比較器中比較，形成的控制分量來(lái)區(qū)分的。1.關(guān)斷電路（cut-off ）在關(guān)斷電路中，比較器發(fā)出的一個(gè)信號(hào)，符合X-W=02調(diào)節(jié)電路（regulation ）信號(hào)由調(diào)節(jié)電路送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)X-W 0關(guān)斷電路原理，用于點(diǎn)位（poi nt-to-poi nt）控制，而調(diào)節(jié)電路則用于軌跡（contin uous-path ）控制。點(diǎn)位控制和直線控制一般是單軸或兩軸聯(lián)動(dòng)。而連續(xù)軌跡控制則是兩軸或者兩軸以上的聯(lián)動(dòng)。當(dāng)然，數(shù)控機(jī)床要實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工，還必須有能滿足和實(shí)現(xiàn)上述加工方式要求的機(jī)床主機(jī)、刀具以及其 它一

6、整套輔助、配套設(shè)備。所以，只要具備了數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主機(jī)以及相應(yīng)的配套設(shè)備，就可以組成一臺(tái)數(shù)控機(jī)床， 完成各種零件的數(shù)控加工。三、發(fā)展數(shù)控機(jī)床的原因近代，大工業(yè)生產(chǎn)大量采用了剛性自動(dòng)化。在汽車工業(yè)及輕工消費(fèi)品生產(chǎn)方面，采用了大量的組合機(jī) 床自動(dòng)線，生產(chǎn)流水線；在標(biāo)準(zhǔn)件（如螺釘、螺母及帶輪等）的生產(chǎn)中則采用凸輪控制等用于特殊加工的 專用機(jī)床。這類機(jī)床，適合于大批量零件的生產(chǎn)，但由于建立制造過程較難，所以更換產(chǎn)品及修改生產(chǎn)工 藝需要較長(zhǎng)的時(shí)間和比較多的費(fèi)用。進(jìn)入80年代以來(lái)，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品更新極為迅速，中、小批量零件的生產(chǎn)越來(lái)越多。對(duì)于 工業(yè)國(guó)家來(lái)說，中、小批零件的生產(chǎn)幾乎占產(chǎn)品數(shù)

7、量的75%-80%而且隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)以及輕工消費(fèi)品生產(chǎn)的高速增長(zhǎng)，復(fù)雜圖形的零件越來(lái)越多，精度要求也越來(lái)越高。這就使傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)化不能 滿足要求，而柔性加工的重要性更加突出，可調(diào)的柔性自動(dòng)化也就迅速地發(fā)展起來(lái)。數(shù)控機(jī)床就是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化最重要的裝備，是發(fā)展柔性生產(chǎn)的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)：1 ）能完成很多普通機(jī)床難以完成，或者根本不能加工的復(fù)雜型面的零件加工。因此，數(shù)控機(jī)床首先 在航空、航天等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。在復(fù)雜型面的模具加工中，在蝸輪葉片及螺旋槳的加工中，也都得到了廣 泛的應(yīng)用。2）采用數(shù)控機(jī)床，可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。由于數(shù)控機(jī)床是按照預(yù)定的程序自 動(dòng)加工，加工過程

8、不需要人工干預(yù)。而且加工精度還可以利用軟件來(lái)進(jìn)行校正及補(bǔ)償。因此，可以獲得比 機(jī)床本身精度還要高的加工精度及重復(fù)精度。3 ）可以提高生產(chǎn)率。采用數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床可以提高生產(chǎn)率2-3倍。尤其對(duì)某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)率可以提高十幾倍甚至幾十倍。4）可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。一些數(shù)控機(jī)床，例如加工中心、車削中心等，都可以自動(dòng)換刀。一次裝卡以后，幾乎能完成零件全部加工部位的加工，可以替代5-7臺(tái)普通機(jī)床，并節(jié)省了廠房面積。5）幾乎不需要專用的工裝卡具。采用普通的通用工夾具，只需更換程序，就可適應(yīng)不同品種及尺寸 規(guī)格零件的自動(dòng)加工。6）減少了在制品，從而加速了流動(dòng)資金的周轉(zhuǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。7 ）大大減輕了工

9、人的勞動(dòng)強(qiáng)度。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的性能對(duì)比見表1-1。從表1-1可以看出，數(shù)控機(jī)床不僅可以節(jié)約勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)開 發(fā)新產(chǎn)品和促進(jìn)老產(chǎn)品的更新?lián)Q代、加速流動(dòng)資金運(yùn)轉(zhuǎn)和縮短交貨期，都起著很大作用。表1-1數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的對(duì)比序 號(hào)項(xiàng)目數(shù)控 機(jī)床普通 機(jī)床1加工異形復(fù)雜零件的能力強(qiáng)弱序 號(hào)項(xiàng)目數(shù)控 機(jī)床普通 機(jī)床7初期投資高低2改變加工對(duì)象的柔性程度高低8對(duì)操作人員素質(zhì)的要求高低3加工零件質(zhì)量和加工精度高低9對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備和生產(chǎn)調(diào)度的要求高低4加工效率高低10運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)（包括人力、原材料、 電力、廠房）低高5設(shè)備利用率高低11維修技術(shù)及費(fèi)用高低6產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)與C

10、AD連接 功能高低12對(duì)不合格品再加工（即回用）的費(fèi)用低高但是，數(shù)控機(jī)床的初期投資及維修技術(shù)等費(fèi)用較高，要求管理及操作人員的素質(zhì)也較高。合理地選擇 及使用數(shù)控機(jī)床，可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與競(jìng)爭(zhēng)能力。綜上所述，對(duì)于單件、中小批量生產(chǎn)；形狀比較復(fù)雜，精度要求較高的零件加工；產(chǎn)品更新頻繁，生 產(chǎn)周期要求短的加工，大都采用數(shù)控機(jī)床，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，滿足用戶的要求，獲得很 好的經(jīng)濟(jì)效益。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成及分類一、數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為保證達(dá)到高精度、高效率、高自動(dòng)化程度，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)具有以下一些特點(diǎn)： 高剛度。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床要在高速和重切削條件下工作，因此機(jī)床的床身

11、、工作臺(tái)、 主軸、立柱、刀架等主要部件，均需具有很高的剛度，工作中應(yīng)無(wú)變形或振動(dòng)。例如：床身 應(yīng)合理布筋，能承受重載與重切削力；工作臺(tái)與拖板應(yīng)具有足夠的剛性，能承受工件重量并 使工作平穩(wěn)；主軸在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)具有高的徑向扭鉅和軸向推力；立柱在床身上移動(dòng)，應(yīng) 平穩(wěn)，能承受大的切削抗力；刀架在切削加工中應(yīng)十分平穩(wěn)而無(wú)振動(dòng)。 高靈敏度。數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)狀態(tài)下工作，要求精度比普通機(jī)床高，因而運(yùn)動(dòng)部件應(yīng) 具有高靈敏度。導(dǎo)軌部件通常用滾動(dòng)導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等，以減少摩擦力，在低速 運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。工作臺(tái)、刀架等部件的移動(dòng)，由直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)滾珠絲杠 或靜壓絲杠傳動(dòng)。主軸既要在高剛度、高速下

12、回轉(zhuǎn)，又要有高靈敏度，因而多數(shù)采用滾動(dòng)軸 承或靜壓軸承。 高抗振性。數(shù)控機(jī)床的一些運(yùn)動(dòng)部件，除了應(yīng)具有高剛度、高靈敏度外，還應(yīng)具有 高抗振性，在高速重切削情況下應(yīng)無(wú)振動(dòng)，以保證加工工件的高精度和高表面光潔度。應(yīng)該 指出的是，特別要避免切削時(shí)的諧振。 熱變形小。機(jī)床的主軸、工作臺(tái)、刀架等運(yùn)動(dòng)部件，在運(yùn)動(dòng)中常易產(chǎn)生熱量。為保 證部件的運(yùn)動(dòng)精度，要求各運(yùn)動(dòng)部件的發(fā)熱量最少，以防產(chǎn)生熱變形。為此，立柱一般采取 雙壁框式結(jié)構(gòu)，在提高剛度的同時(shí)，使零件結(jié)構(gòu)對(duì)稱，防止因熱變形而產(chǎn)生傾斜偏移。為使 主軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量最少，通常采用恒溫冷卻裝置，使主軸軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱 易于消散。為減少電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱

13、的影響，在電機(jī)上安裝有散熱裝置或熱管消熱裝置。 高精度保持性。數(shù)控機(jī)床的加工精度較高。在高速?gòu)?qiáng)力切削下滿載工作，為保證機(jī) 床在長(zhǎng)期內(nèi)具有穩(wěn)定的加工精度，要求數(shù)控機(jī)床具有高的精度保持性。除了各有關(guān)零件應(yīng)正 確選擇材料，以防止使用中的變形和快速磨損外，還要求采取一些工藝措施，如淬火和磨削 導(dǎo)軌、粘貼抗磨塑料導(dǎo)軌等，以提高運(yùn)動(dòng)部件的耐磨性。 高可靠性。數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)或半自動(dòng)條件下工作，尤其在柔性制造系統(tǒng)中的數(shù)控機(jī) 床，可在24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)中實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，因此要求機(jī)床具有高的可靠性。為此，除一些運(yùn)動(dòng)部 件應(yīng)保證不出故障外，特別是數(shù)控系統(tǒng)動(dòng)作頻繁的刀庫(kù)、換刀機(jī)構(gòu)、托盤、工件交換裝置等 部件，必須保證在長(zhǎng)期工

14、作中十分可靠。 刀具先進(jìn)。數(shù)控機(jī)床要能充分發(fā)揮效能，實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、高自動(dòng)化，除了機(jī) 床本身應(yīng)滿足上述要求外，刀具也必須先進(jìn)，應(yīng)有高耐用度，其結(jié)構(gòu)也要合理。對(duì)于不同的 數(shù)控機(jī)床，要有不同的刀具系統(tǒng)及相應(yīng)的刀片?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在技術(shù)上的發(fā)展趨勢(shì)，是不斷提高精度、效率、自動(dòng)化程度及智能化。因此，機(jī)床的主要部件，如導(dǎo)軌、主軸、工作臺(tái)、傳動(dòng)絲杠、刀庫(kù)、機(jī)械手、刀具預(yù)調(diào)裝置 等，應(yīng)符合上述要求。目前，數(shù)控機(jī)床正向著高速化發(fā)展。圖2-1是加工中心主軸轉(zhuǎn)速高速化發(fā)展趨向圖，圖2-2是加工中心進(jìn)給速度高速化發(fā)展趨向圖。數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)的 進(jìn)展情況見表2-1，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求及其對(duì)策見表2-2。表2-

15、1數(shù)控機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的發(fā)展序 號(hào)項(xiàng)目50年代末60年代初60年代末70年代80年代新近水平1主軸速度（r/min）200030006000800010000100002快速進(jìn)給（m/min）4.86 9.8101524 363定位精度（ym）± 20± 15± 10± 8土 3± 5土 14重復(fù)精度（ym）108520.55加工圓弧真圓度（ym）5025201046刀具交換（ATC）刀 具數(shù)（把）ATC1648ATC1660ATC30 120刀具管理120刀具管理系統(tǒng)1207工件更換（APC）無(wú)APC無(wú)APCAPCAPC多個(gè)托盤，F(xiàn)MS，無(wú)

16、人運(yùn)輸車APC多個(gè)托 盤，F(xiàn)MS8數(shù)控系統(tǒng)真空管晶體管ICLSI，磁泡存儲(chǔ)器16、32位微 處理器，彩色CRT32、64位微處 理器，MAP表2- 2數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要素及其對(duì)策項(xiàng)目注意要點(diǎn)床身結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌主軸驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床設(shè)計(jì)1. 根據(jù)精度要求正確布 局2. 在確保精度條件下， 提高效率和自動(dòng)化程 度高精度，復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)特 別注意布局合理V V多用超高精度軸承（液 體靜壓）驅(qū)動(dòng)源隔離高分辯率一般精度時(shí)注意剛性V 平、平平多用高精度滾動(dòng)軸承直接傳動(dòng)半閉環(huán)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)時(shí)注意可靠性平-平軸承間適當(dāng)距離直接傳動(dòng)精度1. 提高關(guān)鍵部件精度2. 采取工藝措施提高精 度保持性3. 采用精度補(bǔ)償米用長(zhǎng)年變化抑制對(duì)策非懸伸

17、導(dǎo)軌準(zhǔn)直調(diào)整消除各種間隙閉環(huán)、數(shù)字化時(shí)效處理對(duì)懸伸進(jìn)行支撐前后支承孔高同心度消除驅(qū)動(dòng)不平衡半閉環(huán)加補(bǔ)償剛度1. 提高部件剛度2. 一體化適當(dāng)布筋3. 預(yù)加載荷接合面提高剛度加適量預(yù)加載荷支承間距離大時(shí)加粗 軸徑高剛度伺服電機(jī)一體化適當(dāng)布筋預(yù)加載荷，采用合適 磨擦副采用復(fù)合軸承，預(yù)加載 荷采用大直徑滾珠絲 杠，預(yù)加載荷伺服剛性化熱 變 形1. 減少熱源2. 采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)3. 采用冷卻措施熱源隔離強(qiáng)制潤(rùn)滑強(qiáng)制冷卻螺母預(yù)加載荷可調(diào)整強(qiáng)制空冷對(duì)稱結(jié)構(gòu)采用減少摩擦對(duì)策前軸承軸向支承力持，低粘度潤(rùn)滑劑進(jìn)給絲杠有軸向力支 承，中空滾珠絲杠低熱咼效伺服電機(jī)振動(dòng)1. 采用抗振材料2. 消除不平衡3. 隔離振源咼

18、衰減材料、鑄件內(nèi)腔 夾砂運(yùn)動(dòng)面間有合適油 膜、氣層回轉(zhuǎn)件平衡，主軸電機(jī)隔離驅(qū)動(dòng)電機(jī)隔離振動(dòng)接合面減少摩擦適當(dāng)?shù)哪Σ了ト醮胧┲鬏S、電機(jī)軸對(duì)準(zhǔn)隔振離合器加減速控制可靠性1. 結(jié)構(gòu)上盡量簡(jiǎn)化2. 提高各元部件質(zhì)量足夠剛度不變形咼耐磨減摩擦材料 適當(dāng)潤(rùn)滑高剛度 正確潤(rùn)滑平衡 隔振高質(zhì)量元件、系統(tǒng) 適應(yīng)控制伺 服1. 高剛度2. 高應(yīng)答，高靈敏度提高伺服剛度高精度控制，高速應(yīng)答5 / 64二、數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成及其功能特點(diǎn)（一）構(gòu)成 數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成（見圖 1 2）1）主機(jī) 是數(shù)控機(jī)床的主體，包括床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。2）CNC 裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、 C

19、RT 顯示器、鍵盤、紙帶 閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件。3）驅(qū)動(dòng)裝置 是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元、 主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。4 ）數(shù)控機(jī)床的輔助裝置 指數(shù)控機(jī)床的一些必須的配套部件， 用以保證數(shù)控機(jī)床運(yùn)行。 它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān) 控檢測(cè)裝置。5 ）編程機(jī)及其他一些附屬裝備。（二）功能和特點(diǎn)1. 主機(jī) 主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。根據(jù)不同的零件加工 要求，有車床、銑床、鉆床、鏜床、磨床、重型機(jī)床、電加工機(jī)床以及其它類型。與普通機(jī) 床不同的是，數(shù)控機(jī)床的主機(jī)結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)：1）由

20、于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短。2）為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度，阻 尼精度及耐磨性，熱變形較小。3）更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。2. CNC （computerized numerical control） 裝置 這是數(shù)控機(jī)床的核心。用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置都具備下面一些功能。1）多坐標(biāo)控制（多軸聯(lián)動(dòng)） 。2） 實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ)（直線、圓弧、拋物線等）。3）代碼轉(zhuǎn)

21、換（EIA / ISO代碼轉(zhuǎn)換、英制/公制轉(zhuǎn)換、二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換、絕對(duì)值/ 增量值轉(zhuǎn)換等）。4）人機(jī)對(duì)話、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入，加工程序輸入，編輯及修改。5）加工選擇，各種加工循環(huán)，重復(fù)加工、凹（凸）模加工，鏡象加工等。6）可實(shí)現(xiàn)各種補(bǔ)償功能，進(jìn)行刀具半徑、刀具長(zhǎng)度、傳動(dòng)間隙、螺距誤差的補(bǔ)償。7）實(shí)現(xiàn)故障自診斷。8）CRT 顯示，實(shí)現(xiàn)圖形、軌跡、字符顯示。9）聯(lián)網(wǎng)及通信功能。3. 驅(qū)動(dòng)裝置 是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件。 普通機(jī)床的主軸和進(jìn)給系統(tǒng)，主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給箱及主軸箱的齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和變速。而數(shù)控機(jī)床主軸和進(jìn)給則是由數(shù)控裝置發(fā)出進(jìn)給指令， 通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給軸實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)時(shí)，

22、可以完成點(diǎn)位、直線、平面曲線或空間曲線的加工。一般來(lái)說，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)， 要求有好的快速響應(yīng)性能， 能靈敏而準(zhǔn)確的跟蹤由數(shù) 字控制裝置發(fā)來(lái)的數(shù)字指令信號(hào)。4. 數(shù)控機(jī)床的輔助裝置他是保證數(shù)控機(jī)床功能充分發(fā)揮所需要的配套部件。 由于這些配套裝置包括的面很廣， 有電器、 液壓、氣動(dòng)元件及系統(tǒng)， 冷卻、排屑、防護(hù)、 潤(rùn)滑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等一系列裝置，它對(duì)開發(fā)數(shù)控機(jī)床本身的功能具有很大的作用，因此受到 了各產(chǎn)業(yè)部門的重視，發(fā)展極為迅速。5. 程編機(jī)及其他一些附屬設(shè)備 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床，不僅可以利用 CNC 裝置上的鍵盤直接輸入零件的程序，也可以利用自 動(dòng)程編機(jī)， 在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制， 將程序記錄在信

23、息載體上 （如紙帶、磁帶、磁盤等）， 然后送入數(shù)控裝置。對(duì)于較為復(fù)雜的零件，一般都是采用這種辦法。對(duì)這種方式，我們稱為 自動(dòng)程序編制，或計(jì)算機(jī)程序編制。數(shù)控機(jī)床構(gòu)成框圖見圖 13。 大型的，特殊曲面的零件程序， 往往要用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)， 還可以利用電子計(jì)算機(jī)的 通用外圍設(shè)備，如打印機(jī)、自動(dòng)穿孔機(jī)來(lái)制作程序單及控制帶?，F(xiàn)在隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， 大多數(shù)零件的程序編制工作， 已經(jīng)可以由微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí) 現(xiàn)了。為了便于使用，一些公司還可以提供一些專用的程編機(jī)，并配有完整的附屬設(shè)備。使 用專用的程編軟件，可以方便的，高質(zhì)量的編制出各種需要的零件程序。三、數(shù)控機(jī)床的分類 目前，為了研究數(shù)控機(jī)床，可從不同

24、的角度對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分類。（一）按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 對(duì)于一些孔加工用數(shù)控機(jī)床， 只要求獲得精確的孔系坐標(biāo)定位 精度（見圖 14），而不管從一個(gè)孔到另外一個(gè)孔是按照什么軌跡運(yùn)動(dòng)，如坐標(biāo)鉆床，坐標(biāo) 鏜床以及沖床等，就可以采用簡(jiǎn)單而價(jià)格低廉的點(diǎn)位控制系統(tǒng)。這種點(diǎn)位控制系統(tǒng)，為了確保準(zhǔn)確的定位，系統(tǒng)在高速運(yùn)行后，一般采用3 級(jí)減速，以減小定位誤差。但是由于移動(dòng)件本身存在慣性，而且在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力有可能變化。 所以即使系統(tǒng)關(guān)斷后，工作臺(tái)并不立即停止，形成定位誤差A(yù)d,而且這個(gè)值有一定的分散性。2. 直線控制數(shù)控機(jī)床 某些數(shù)控機(jī)床不僅要求具有準(zhǔn)確定位的功能， 而且要求從一點(diǎn)到另

25、一點(diǎn)之間按直線移動(dòng)，并能控制位移的速度（見圖15）。因?yàn)檫@一類型的數(shù)控機(jī)床在兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)，要進(jìn)行切削加工。所以對(duì)于不同的刀具和工件，需要選用不同的切削用量及 進(jìn)給速度。這一類的數(shù)控機(jī)床包括：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等。一般情況下這些數(shù)控 機(jī)床，有兩個(gè)到三個(gè)可控軸，但同時(shí)控制軸只有一個(gè)。為了能在刀具磨損或更換刀具后，可得到合格的零件，這類機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)常常具有 刀具半徑補(bǔ)償功能、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)墓δ?，和主軸轉(zhuǎn)速控制的功能。3. 輪廓控制的數(shù)控機(jī)床 更多的數(shù)控機(jī)床，具有輪廓控制的功能（見圖 16），即可 以加工曲線或者曲面的零件。這類機(jī)床有二坐標(biāo)及二坐標(biāo)以上數(shù)控銑床，可加工曲面的數(shù)控 車床，加

26、工中心等。這類數(shù)控機(jī)床應(yīng)能同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸具有插補(bǔ)功能（見圖17），對(duì)位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床絕大多數(shù)都具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的功能， 不僅有刀具半徑補(bǔ)償、 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、還有機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、絲杠、齒輪的間隙誤差補(bǔ)償?shù)纫幌盗泄δ?。按照可?lián)動(dòng)（同時(shí)控制）軸數(shù)，且相互獨(dú)立的軸數(shù)，可以有2軸控制、 2.5軸控制、 3軸控制、 4 軸控制、 5軸控制等。2.5 軸控制（兩個(gè)軸是連續(xù)控制，第三軸是點(diǎn)位或直線控制）的原理，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)主要 軸 X， Y， Z 內(nèi)的兩維控制。3軸控制是三個(gè)坐標(biāo)軸 X，Y，Z 都同時(shí)插補(bǔ)，是三維連續(xù)控制（見圖 18）。5軸連續(xù)控制是一種很

27、重要的加工形式（見圖1 9）,這時(shí)3個(gè)坐標(biāo)X , 丫 ,乙與轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)，刀具的擺動(dòng)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)（也可以是與兩軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)動(dòng)，或刀具做兩個(gè)方向的 擺動(dòng)）。由于刀尖可以按數(shù)學(xué)規(guī)律導(dǎo)向，使之垂直于任何雙倍曲線平面（double curve）,因此特別適合于加工透平葉片、機(jī)翼等。（二）按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)類型分類1. 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 這是比較原始的一種數(shù)控機(jī)床, 這類機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)將零 件的程序處理后,輸出數(shù)字指令信號(hào)給伺服系統(tǒng),驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。沒有來(lái)自位置傳感器的反 饋信號(hào)。最典型的系統(tǒng)就是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng)。這類機(jī)床較為經(jīng)濟(jì),但是速度及精度 都較低。因此,目前在國(guó)內(nèi),仍作為一種經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控

28、機(jī)床,多用于對(duì)舊機(jī)床的改造。2. 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床可以接受插補(bǔ)器的指令, 而且隨時(shí)接受工作臺(tái)端 測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較,并根據(jù)其差值不斷地進(jìn)行誤差修正。這類數(shù)控機(jī)床可以 消除由于傳動(dòng)部件制造中存在的精度誤差給工件加工帶來(lái)的影響。這種采用閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床（見圖 110）,可以得到很高的加工精度,但是由 于很多的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié),如絲杠副、工作臺(tái)都包括在反饋環(huán)路內(nèi),而各種機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié),包 括絲杠與螺母、工作臺(tái)與導(dǎo)軌的摩擦特性,各部件的剛性,以及位移測(cè)量元件安裝的傳動(dòng)鏈 間隙等等,都是可變的,都直接影響伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。有一些是非線性的參數(shù),因此閉 環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較

29、大的難度。設(shè)計(jì)和調(diào)整得不好,很容易形成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。所以,閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床,主要用于一些精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超 精銑床等。3. 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床 大多數(shù)數(shù)控機(jī)床是半閉環(huán)伺服系統(tǒng), 將測(cè)量元件從工 作臺(tái)移到電機(jī)端頭或絲杠端頭。這種系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺(tái),因此 可以獲得穩(wěn)定的控制特性。而且由于采用了高分辨率的測(cè)量元件,可以獲得比較滿意的精度 及速度。（三）按數(shù)控裝置類型分類1. 硬件式數(shù)控機(jī)床 （即 NC 機(jī)床） 這是早期的數(shù)控機(jī)床, 數(shù)控裝置中的輸入、 運(yùn)算、 插補(bǔ)運(yùn)算以及控制功能均由集成電路或晶體管等器件組成。一般來(lái)說,不同的數(shù)控機(jī)床都需 要專門設(shè)計(jì)

30、不同的邏輯電路。這類數(shù)控機(jī)床數(shù)控裝置的通用性較差,因其全部由硬件組成, 所以功能和靈活性也較差。2. 軟件式數(shù)控機(jī)床（即 CNC 機(jī)床） 70年代中期,隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,芯片的 集成度越來(lái)越高。利用中、大規(guī)模及超大規(guī)模的集成電路,組成 CNC 裝置成為可能。采用這 一類裝置的數(shù)控機(jī)床,其主要的功能,幾乎全由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床,只需編 制不同的軟件就可以實(shí)現(xiàn)。而硬件幾乎可以通用。這就為硬件的大批量生產(chǎn)提供了條件。批 量生產(chǎn)有利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本,所以現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床,都采用 CNC 裝置。這種軟件式數(shù)控,由于有很高的柔性,給機(jī)床廠以及機(jī)床的用戶以很大的方便。

31、他們 可以根據(jù)各自的需要開發(fā)出不同的用戶程序,使得數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用更為廣泛,并能深入到機(jī) 械加工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中去。（四）按加工方式分類1. 金屬切削類數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控車床、加工中心、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床等。2. 金屬成型類數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。3. 數(shù)控特種加工機(jī)床 如數(shù)控線（電極）切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光 切割機(jī)床等。4. 其他類型的數(shù)控機(jī)床 如火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等（見表 1- 2）表1 - 2數(shù)控機(jī)床分類表數(shù)控機(jī)床的種類控制系統(tǒng)類別執(zhí)行機(jī)構(gòu)類別加工對(duì)象類別數(shù)控車床點(diǎn)位、直線控制開環(huán)、半閉環(huán)沒錐度、圓弧的軸輪廓控制開環(huán)、半閉環(huán)、

32、閉環(huán)有錐度、圓弧的軸加工中心機(jī)床點(diǎn)位、直線控制開環(huán)、半閉環(huán)齒輪箱、框架等箱體特殊用途的輪廓控制開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)飛機(jī)零件的輪廓加工數(shù)控銑床點(diǎn)位、直線控制開環(huán)、半閉環(huán)箱體輪廓控制開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)平面輪廓的凸輪、樣 板、沖模，壓、鑄模數(shù)控鉆床點(diǎn)位控制開環(huán)、半閉環(huán)印刷電路基板、多孔零件數(shù)控鏜床點(diǎn)位、直線控制開環(huán)、半閉環(huán)箱體閉環(huán)精密箱體數(shù)控磨床輪廓控制半閉環(huán)、閉環(huán)凸輪、軋輥、沖模數(shù)控電加工機(jī)床亍輪廓控制開環(huán)、半閉環(huán)模具數(shù)控金屬成型機(jī)床點(diǎn)位直線輪廓控制半閉環(huán)、開環(huán)沖壓、板材、彎管等（五）按照功能水平分類可以把數(shù)控機(jī)床分為高、中、低檔（經(jīng)濟(jì)型）三類：這種分類方法，目前在我國(guó)用的很多，但是因?yàn)闆]有一個(gè)確切

33、的定義，所以涵意不很 明確。這里，我們?cè)噲D對(duì)按照功能水平分類的界限作一個(gè)限定。1. 分辨率和進(jìn)給度 分辨率為10 g，進(jìn)給速度在815m/ min為低檔；分辨率為1 即，進(jìn)給速度為1524m/min為中檔；分辯率為0.1 口，進(jìn)給速度為15100m/min為高檔。2. 伺服進(jìn)給類型采用開環(huán)、步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)為低檔；中高檔則采用半閉環(huán)的直流伺服系統(tǒng)及交流伺服系統(tǒng)（也包括采用閉環(huán)伺服系統(tǒng)）。3. 聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 低檔數(shù)控機(jī)床最多聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為 23軸，中、高檔則為24軸或35 軸以上。4. 通信功能 低檔數(shù)控一般無(wú)通信功能。中檔可以有RS-232或DNC （ directnumerical control

34、直接數(shù)字控制）接口。高檔的還可有MAP （manufacturing automationprotocal制造自動(dòng)化協(xié)議）通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能。5. 顯示功能低檔數(shù)控一般只有簡(jiǎn)單的數(shù)碼管顯示或簡(jiǎn)單的CRT （Cathode RayTube陰極射線管）字符顯示。而中檔數(shù)控則具有較齊全的 CRT顯示，不僅有字符，而且有圖 形，人機(jī)對(duì)話，自診斷等功能。高檔數(shù)控還可以有三維圖形顯示。6. 內(nèi)裝PC （programmable controller可編程控制器）低檔數(shù)控一般無(wú)內(nèi)裝 PC，中、高檔數(shù)控都有內(nèi)裝PC。高檔數(shù)控具有強(qiáng)功能的內(nèi)裝 PC,有軸控制的擴(kuò)展功能。7. 主CPU （central pr

35、ocessing unit中央處理單元）低檔數(shù)控一般采用 8位CPU， 中檔及高檔已經(jīng)逐步的由16位CPU向32位CPU過渡。外國(guó)的一些新的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)選用 了 64位CPU，并選用具有精簡(jiǎn)指令集的RISC中央處理單元，以提高運(yùn)算速度。根據(jù)以上的一些功能及指標(biāo)，就可以將各種類型的產(chǎn)品分為低、中、高檔三類數(shù)控系 統(tǒng)。所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控，都是相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控而言。在不同的國(guó)家和不同的時(shí)期含意是不同 的。其目的是根據(jù)實(shí)際機(jī)床的使用要求，合理地簡(jiǎn)化系統(tǒng)，以降低產(chǎn)品價(jià)格。在我國(guó)，把由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)和其它功能簡(jiǎn)單、價(jià)格低的 系統(tǒng)稱為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控。主要用于車床、線切割機(jī)床、以及老機(jī)床改造等。

36、它是屬于低檔數(shù)控 的一種，目前在我國(guó)，這類數(shù)控有一定批量的生產(chǎn)。區(qū)別于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控，則把功能比較齊全的數(shù)控系統(tǒng)，稱為全功能數(shù)控，或稱標(biāo)準(zhǔn)型數(shù) 控。第三節(jié) 典型的數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床的品種很多，幾乎各種類型的機(jī)床，都有成功的數(shù)控產(chǎn)品。兩面介紹幾種典 型的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，其中包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控鉆、鏜床、數(shù)控磨床、 數(shù)控電加工機(jī)床及一些特殊類型的數(shù)控機(jī)床。介紹各類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，以及這類數(shù)控機(jī)床 的典型產(chǎn)品。介紹的產(chǎn)品將以我國(guó)在最近幾年新開發(fā)的品種為代表。至于國(guó)外最近推出的新 產(chǎn)品、新結(jié)構(gòu)、新的功能將在以后的一些章節(jié)中介紹。由于每一類機(jī)床，品種都很多，功能和應(yīng)用范圍也有差別。受篇幅限制，

37、這里不能一 一列舉，只能選擇其中的主要品種和機(jī)型作簡(jiǎn)要介紹，以此了解數(shù)控機(jī)床的概貌。一、數(shù)控車床 數(shù)控車床是目前使用較廣泛的數(shù)控機(jī)床，主要用于軸類和盤類回轉(zhuǎn)體零件的加工，能 自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)、鉸孔 等工作，特別適宜復(fù)雜形狀零件的加工。在車床上由程序確定主軸轉(zhuǎn)速是很必要的，應(yīng)該有刀具補(bǔ)償功能，由程序選定刀具并 控制轉(zhuǎn)塔刀架。對(duì)于工件輪廓形狀不太復(fù)雜， 控制系統(tǒng)帶有圓弧插補(bǔ)器， 有一個(gè)轉(zhuǎn)塔刀架的數(shù)控車床， 常常采用手工編制程序。只有在加工復(fù)雜輪廓或同時(shí)有兩把刀具進(jìn)行加工時(shí)，才采用計(jì)算機(jī) 自動(dòng)編制程度。例如S3 -1200型數(shù)控車床，（圖1

38、11）是沈陽(yáng)第三機(jī)床廠與美國(guó) Pratt&Whitney。公 司合作生產(chǎn)的產(chǎn)品。這臺(tái)車床是美國(guó) P&W 公司 1980 年設(shè)計(jì)完成的新產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)先進(jìn)、精度 高、剛性好。機(jī)床總體布局采用機(jī)、電、液一體化，有完善的安全保護(hù)裝置，除有硬件保護(hù) 外，還可設(shè)定軟件區(qū)域保護(hù)，有多種診斷功能；主傳動(dòng)采用交流無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。主軸采用預(yù) 加載荷的推力角接觸軸承，既適用于高速?gòu)?qiáng)力切削，又適于精加工。有恒速切削機(jī)能，可提 高加工效率，降低工件表面的粗糙度。床身采用鑲鋼導(dǎo)軌，在移動(dòng)的刀架導(dǎo)軌面上粘附聚四氟乙烯軟帶，并配有可調(diào)節(jié)流量 的自動(dòng)點(diǎn)滴潤(rùn)滑系統(tǒng)，精度保持性好。星形轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)位，

39、共有 12個(gè) 工位，每轉(zhuǎn)一個(gè)工位只需 0.7s,液壓系統(tǒng)采用疊加閥分散布置，管路排列整齊，便于裝配維 修。刀架定位精度 0.01/300mm,重復(fù)定位精度 0.005mm,加工精度0.005mm。加工外圓的 圓度0.004mm。加工表面粗糙度 R/.6g，刀架移動(dòng)最小當(dāng)量（分辨率）0.001mm,反應(yīng)靈 敏，誤差不超過兩個(gè)脈沖當(dāng)量，機(jī)床噪聲為72.576dB （A）。二、數(shù)控銑床 主要用于各類較復(fù)雜的平面、曲面和殼體類零件的加工。如各類模具、樣板、葉片、 凸輪、連桿和箱體等。銑削輪廓外形需要軌跡控制，而銑削框形面可以用直線控制。銑削平面零件只要二軸1軌跡控制。 2 軸控制是指用二軸作為軌跡控制

40、，第三軸作逐行進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)。2三軸軌跡控制，則是切深運(yùn)動(dòng)也與其他兩軸聯(lián)動(dòng)，這樣可以進(jìn)行空間銑削。 線性插補(bǔ)器是必不可少的，圓弧插補(bǔ)器適用于手工編制程序的簡(jiǎn)單銑削加工。主軸轉(zhuǎn) 速有時(shí)用手動(dòng)調(diào)整，在軌跡控制時(shí)，進(jìn)給量由程序確定。對(duì)稱功能用作很大，零件偏移對(duì)所有銑床都很有用。銑削曲面時(shí)建議用刀具直徑補(bǔ)償，能夠在垂直于輪廓的任何方向上作直徑補(bǔ)償時(shí)，在 銑削精密零件時(shí)很有用。北京第一機(jī)床廠生產(chǎn)的 XK 50401數(shù)控立式升降臺(tái)銑床，就是一種典型的數(shù)控銑床 （圖 1 12）。其數(shù)控系統(tǒng)可控制 x， y，z 三個(gè)坐標(biāo)軸，并可同時(shí)聯(lián)動(dòng)。能完成直線銑削，組成各種 往復(fù)循環(huán)和框式循環(huán)或按坐標(biāo)位置加工，也可銑削具有曲線

41、輪廓的零件。主軸半自動(dòng)變速，采用電液控制，可以遠(yuǎn)距離操縱。 導(dǎo)軌采用鑲鋼淬火，以提高壽命和精度保持性。主傳動(dòng)齒輪均用鉻鉬鋼制造，并經(jīng)淬 火和磨齒?；ㄦI軸亦經(jīng)淬火并磨削，而且是內(nèi)徑定心的。有獨(dú)立的導(dǎo)軌潤(rùn)滑泵，自動(dòng)定時(shí)定量潤(rùn)滑。有半自動(dòng)的刀具安裝及拆卸裝置。三、數(shù)控仿形銑床 數(shù)控仿形銑床主要用于各種復(fù)雜型腔模具或工件的銑加工，特別對(duì)不規(guī)則的三維曲面 和復(fù)雜邊界構(gòu)成的工件更顯示其優(yōu)越性。新型的數(shù)控仿形銑床一般包括三個(gè)部分：1. 數(shù)控（CNC）功能 它類似一臺(tái)數(shù)控銑床具有的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控功能。有用戶宏程序，三軸聯(lián)動(dòng)，以及刀具半徑及長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)?。還可以有手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI ） ，前后臺(tái)編輯等。2. 仿形功能

42、在機(jī)床上裝有仿形儀，可以選用多種仿形形式，如筆式手動(dòng)、雙向、單 向鉗位、輪廓、部分輪廓、三向， NTC（ numerieal Tracer control 數(shù)字仿型）等。還可以有 多種離模方式：如切線離模，法向離模， Z 軸快退等。3. 數(shù)字化功能 在仿形加工的同時(shí)，要采集仿形指運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，并處理成加工所需 的標(biāo)準(zhǔn)指令，存入存儲(chǔ)器，或其它介質(zhì)（如軟盤） 。以后也可以利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。所 以要求有大量的數(shù)據(jù)處理的功能。SKF718 數(shù)控仿形銑床（見圖 113），是長(zhǎng)征機(jī)床廠生產(chǎn)的，采用了國(guó)內(nèi)開發(fā)的數(shù)字 化仿形數(shù)控系統(tǒng)。在一個(gè)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)控、仿形和數(shù)字化的全部功能。除實(shí)現(xiàn)數(shù)控加 工外

43、，還可以用裝在主軸箱側(cè)面上的仿形測(cè)量?jī)x，在數(shù)字化程序控制下，自動(dòng)掃描模型，直 接生成數(shù)控加工指令，實(shí)時(shí)存入軟盤，以備進(jìn)行數(shù)字化加工，從而解決了復(fù)雜表面和模具加 工任務(wù)。該機(jī)床位置控制分辨率（最小輸入單位）為0.001mm ,仿形進(jìn)給速度為2 2000mm/ min，數(shù)控加工進(jìn)給速度為 05000mm/ min，快速行程最高速度為 10000mm/min。四、加工中心 加工中心和數(shù)控車床一樣，是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床。它主要 用于箱體類零件和復(fù)雜曲面零件的加工，能進(jìn)行銑鏜、鉆、攻絲等工序。因?yàn)樗哂凶詣?dòng)換 刀功能，工件一次裝卡后，能自動(dòng)地完成或者接近完成工件各面的所有加工工序。

44、箱體類零件的加工中心，一般是在鏜、銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，可稱為鏜銑類加工 中心，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為加工中心。另外還有一類加工中心， 是以軸類零件為主要加工對(duì)象。 是在車床基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 一般具有 C 軸控制，除可進(jìn)行車削、鏜削之外，還可進(jìn)行端面和周面上任意部位的鉆削、銑 削和攻絲加工。在具有插補(bǔ)功能的條件下，可以實(shí)現(xiàn)各種曲面銑削加工。這類加工中心也設(shè)有刀庫(kù)，根據(jù)加工工件的需要，配置相應(yīng)的動(dòng)力或非動(dòng)力刀具。這 類加工中心，習(xí)慣上稱為車削中心。大多數(shù)加工中心帶有軌跡控制。通常在同一系統(tǒng)內(nèi)可以用增量數(shù)據(jù)輸入（銑削外形） ， 也可以用絕對(duì)數(shù)據(jù)輸入（定位） ，要求多軸同時(shí)移動(dòng)，否則定位時(shí)間過長(zhǎng)。主軸轉(zhuǎn)速

45、應(yīng)該由程 序選定。進(jìn)給量和更換刀具也由程序確定。在銑削外形時(shí)應(yīng)有刀具直徑補(bǔ)償功能，在任意方向垂直于銑削曲面的刀具直徑補(bǔ)償功 能，對(duì)加工精密零件很有用。南京機(jī)床廠生產(chǎn)的新產(chǎn)品， TH6150 型臥式加工中心。各有能存儲(chǔ) 60 把刀具的鏈?zhǔn)降?庫(kù)和雙工位自動(dòng)交換工作臺(tái)?？赏瓿摄娖矫?、銑溝槽、鏜孔、鉆孔、擴(kuò)孔、攻鉸螺紋、車螺 紋等工序，特別適用于航空、航天、儀器、機(jī)床等行業(yè)中小批量復(fù)雜箱（殼）體類零件的加 工。500 x 500mm500kg20 6000r/min該機(jī)工作臺(tái)面尺寸 工作臺(tái)承載 主軸轉(zhuǎn)速主軸電機(jī)功率（ 60ED）15kW主軸最大扭矩382Nm進(jìn)給速度11000mm/min快速進(jìn)給速度

46、15m/min這臺(tái)加工中心采用直流電機(jī)可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，采用斜齒滑移齒輪作機(jī)械擴(kuò)大組； 進(jìn)給系統(tǒng)和刀庫(kù)傳動(dòng)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。與直流系統(tǒng)相比，過載能力大，響應(yīng)速度快， 維修保養(yǎng)方便。采用光柵直接測(cè)量，全閉環(huán)控制，機(jī)床定位精度高，床身整體結(jié)構(gòu)（ x 軸和 z 軸導(dǎo)軌在同一大件上）剛性好、裝配、調(diào)整方便。鑲鋼淬硬導(dǎo)軌，使用壽命高，精度保持性 好。采用分離式鏈?zhǔn)降稁?kù)，與圓盤式刀庫(kù)相比，靈活性好，刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)不影響立柱精度，機(jī)械 手結(jié)構(gòu)新，動(dòng)作可靠，換刀時(shí)間短（3s）。穿梭式雙工位交換工作臺(tái)，更新零件不需附加調(diào)整 時(shí)間，機(jī)床利用率高。有自動(dòng)排屑功能。備有大流量冷卻系統(tǒng)和刀具內(nèi)部冷卻裝置，可提高 切削用

47、量和增加刀具的耐用度。全封閉防護(hù)罩及安全裝置，防止鐵屑和冷卻液飛濺，保證操 作者安全。四坐標(biāo)控制，可實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，有多種自動(dòng)診斷功能，可配置自動(dòng)程編機(jī)以實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)編程。中捷友誼廠從德國(guó)沙爾曼（ SCHARMANN ）公司引進(jìn)的 SOLON31 臥式鏜銑加工中 心（圖 114）：工作臺(tái)面尺寸1000x 1000mm交換工作臺(tái)數(shù)工作臺(tái)最大載荷 主軸轉(zhuǎn)速主軸電機(jī)功率 主軸最大扭矩 刀庫(kù)容量26000kg123000/82500r/min 30/15kW1620/1225Nm60/80切削進(jìn)給（ x， y， z）16000mm/min快速進(jìn)給（ x， y， z）112000mm/min這臺(tái)大型立式加

48、工中心，數(shù)控系統(tǒng)可配備西門子8ME或發(fā)那科6MB系統(tǒng)。采用鑲鋼淬火導(dǎo)軌，提高壽命和精度保持性。主軸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，高精度、高轉(zhuǎn)速。采用了光柵直接 測(cè)量系統(tǒng)，工作精度高，設(shè)有三個(gè)工作臺(tái)，縮短了輔助時(shí)間采用雷尼肖（RENISNAW）公司生產(chǎn)的探針自動(dòng)測(cè)量工件和結(jié)果打印。有效的自動(dòng)排屑裝置及全封閉式防護(hù)間，保證操作安 全。機(jī)床主軸有可移動(dòng)式和非移動(dòng)式兩種由用戶自選。該機(jī)床應(yīng)用廣泛，最適用于多工作面 銑、鉆、鏜、鉸、攻絲、兩維、三維面等多種工序加工。對(duì)中，小批量、多品種生產(chǎn)，是一 種理想的現(xiàn)代化高效設(shè)備。這臺(tái)設(shè)備的加工精度高。鏜孔圓度0.005mmRo0.8 m表面粗糙度 0.01/300mm±

49、; 0.015/ 300mm0.08 (jm調(diào)頭鏜孔精度同軸度 孔距精度 銑削接刀精度沈陽(yáng)第三機(jī)床廠生產(chǎn)的 S3137 車削中心（圖 1 1 5），為雙刀架四坐標(biāo)連續(xù)控制，并 設(shè)有 C 軸坐標(biāo)，帶主軸定向停車裝置，分度及圓周定位，上刀架可安裝 12 把刀具，其中有 6 把可回轉(zhuǎn)動(dòng)力刀具。下刀架可安裝 8 把刀具，該機(jī)床除能進(jìn)行各種形狀的內(nèi)外表面的車削加 工外，還能完成鉆削、攻螺紋、銑削以及在圓周面上銑螺旋槽和曲線的加工。機(jī)床裝有自動(dòng)對(duì)刀裝置，可完成對(duì)刀和檢測(cè)刀具磨損，最大限度地減少調(diào)整時(shí)間。 機(jī)床還配備了清華大學(xué)研制的 AE 刀具破損監(jiān)示儀，來(lái)監(jiān)控刀具的破損程度。 機(jī)床配有美國(guó) AB 公司 8

50、600TC 控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)、多過程的控制，還具有多種接口五、數(shù)控鉆床及鏜床 由于加工中心的發(fā)展，絕大多數(shù)數(shù)控鉆床已被加工中心取代，但有些以鉆為主要工序 的零件仍需應(yīng)用數(shù)控鉆床來(lái)加工。如：加工印刷電路板等，故數(shù)控鉆床還有一定的需要量， 它是能自動(dòng)進(jìn)行鉆孔的數(shù)控機(jī)床。大多數(shù)鉆床用點(diǎn)位控制，同時(shí)沿兩軸或三個(gè)軸移動(dòng)可以減少定位時(shí)間。 有時(shí)也采用直線控制，為的是進(jìn)行平行于機(jī)床軸線的鉆削加工。 坐標(biāo)鉆床用作精密鏜孔。鏜銑床配置直線或軌跡控制。沿兩個(gè)軸同時(shí)移動(dòng)，使定位加快，多軸同時(shí)移動(dòng)使定位 更快。圓弧插補(bǔ)器在軌跡控制器中很有用。轉(zhuǎn)速不一定要由程序控制，但進(jìn)給量一般要由程序確定。 位置顯示在鏜銑床上

51、很有用。自動(dòng)程編可減少程編時(shí)間和程編差錯(cuò)，特別是對(duì)于有復(fù)雜而規(guī)則的孔系的工件（如同 一圓周上的孔系），如果用手工程編，則應(yīng)該有固定加工循環(huán)。采用 G代碼（G81G89）,- 個(gè)鉆孔循環(huán)可以包括：快速趨近；以給定進(jìn)給量鉆孔到要求深度；主軸停止旋轉(zhuǎn)，刀 具退出；刀具抬起，接通快速，準(zhǔn)備下一個(gè)鉆孔循環(huán)。鉆削中心是一種可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及連續(xù)輪廓控制銑削的數(shù)控機(jī)床。 用于電氣及機(jī)械行業(yè)中小型零件的加工。圖1 16是北京第三機(jī)床廠生產(chǎn)的ZH5120型立式鉆削中心。該機(jī)床可安裝 7 把刀具?？梢赃M(jìn)行各種鉆削及攻絲，并可進(jìn)行高精度銑削（直線及圓 弧插補(bǔ)）。采用交流變頻調(diào)速，無(wú)氣動(dòng)和液壓環(huán)節(jié)，無(wú)齒

52、輪傳動(dòng)，極大地提高了可靠性。采用 高鋼性焊接結(jié)構(gòu)的床身和立柱。各坐標(biāo)滾珠絲杠與驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接相連，具有螺距誤差補(bǔ)償， 間隙補(bǔ)償，保證高精度定位。六、數(shù)控磨床 近年來(lái)，由于磨具、磨料的發(fā)展，磨削技術(shù)在金屬加工中，用得相當(dāng)廣泛。 數(shù)控磨床要實(shí)行多品種，中小批量零件的自動(dòng)加工，需要具備以下功能：1 ）零件搬運(yùn)的自動(dòng)化及工件識(shí)別功能。2）砂輪自動(dòng)交換及砂輪形狀精度、安裝精度的檢查功能。3）修整的數(shù)控化功能。4）監(jiān)視功能（砂輪工作壽命，加工精度機(jī)械控制功能） 。5）適應(yīng)控制功能（砂輪周轉(zhuǎn)速度，砂輪切入等） 。 對(duì)于高精度的數(shù)控磨床還需要 CNC 系統(tǒng)具有更高的分辨率。 現(xiàn)在用的最多的是數(shù)控外圓磨床、數(shù)控平

53、面成型磨床及數(shù)控坐標(biāo)磨床。 北京數(shù)控設(shè)備廠研制的用于外圓磨床的數(shù)控系統(tǒng)， 可控制三軸， 兩軸聯(lián)動(dòng)， 具有直線、 圓弧插補(bǔ)、有砂輪修正補(bǔ)償功能。脈沖當(dāng)量0.10.5（m/脈沖，快速10m/ min，速度范圍0.0110000mm/ min。還具有跳轉(zhuǎn)功能及固定磨削循環(huán)。上海機(jī)床廠生產(chǎn)的 H194 數(shù)控端面外磨床。 是一種砂輪斜切入磨床， 主要用于多階梯軸 類零件的自動(dòng)磨削。主要參數(shù)：脈沖當(dāng)量x軸0.0005mmz 軸 0.001mm移動(dòng)速度x軸0.12500mm/ minz 軸 1 5000mm/ min工件圓度0.007mm,圓柱度0.007mm，工件尺寸分散度 0.014,自動(dòng)測(cè)量檔0.01

54、, x、 z 兩軸聯(lián)動(dòng)， MDI 數(shù)控輸入。具有自動(dòng)磨削、自動(dòng)成型修正砂輪、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)測(cè)量、及安全聯(lián)鎖、 安全保護(hù)等功能。當(dāng)杪輪沖擊工件或砂輪沖壓電機(jī)超過指定負(fù)載時(shí)，砂輪架即快退、停止、并報(bào)警。圖1 17是上海第三機(jī)床廠生產(chǎn)的 MK9020數(shù)控光學(xué)曲線磨床，是由數(shù)控多自由度的 磨頭及工作臺(tái)，精密投影測(cè)量?jī)x組成。適用于加工經(jīng)熱處理硬化的各種精密復(fù)雜的模具、樣 板、成型刀具、滾輪等。工作臺(tái)拖板和滑座采用燕尾式滾針導(dǎo)軌并由滾珠絲杠傳動(dòng)。 滑板采用雙 V 型鑲鋼滾針 導(dǎo)軌，并用可調(diào)偏心連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，往復(fù)平穩(wěn)、換向無(wú)沖擊，定位精度高。采用交流變頻調(diào) 速系統(tǒng)控制砂輪轉(zhuǎn)速和滑板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)

55、級(jí)調(diào)速。砂輪架和滑座有多個(gè)自由度，可對(duì)各 個(gè)方向進(jìn)行加工。數(shù)控系統(tǒng)是三軸CNC系統(tǒng)，分辨率為1 口，可做兩軸聯(lián)動(dòng)軌跡連續(xù)磨削，一軸控制砂 輪修正器，可隨時(shí)修正補(bǔ)償，確保工件加工精度。七、數(shù)控電加工機(jī)床 數(shù)控電加工機(jī)床是模具加工的重要設(shè)備。主要可以分為兩大類，數(shù)控線（電極）切割 機(jī)床和數(shù)控電火花加工機(jī)床。（一）數(shù)控線切割機(jī)床 在我國(guó)早期成功使用的最廣泛的數(shù)控機(jī)床，就是數(shù)控線切割機(jī)床。它包括主機(jī)、脈沖電源及數(shù)控系統(tǒng)三個(gè)部分。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜、使用方便，在模具行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 數(shù)控系統(tǒng)一般是單板機(jī)，稱之為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控線切割機(jī)床。新開發(fā)的數(shù)控線切割機(jī)床，是慢走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床，這類機(jī)床都采用半閉環(huán) 控制，設(shè)有精度補(bǔ)償裝置：數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存容量大，控制功能更智能化。x，y，u，v，四軸控制，切割精度可達(dá)土 0.005mm；切割表面粗糙度可達(dá) Rq0.4阿，最大切割速度達(dá)250mm/ min; 切割錐度可達(dá)± 30°。（二）數(shù)控電火花成形機(jī)床 數(shù)控電火花成形機(jī)床有主軸頭、電源、以及數(shù)控系統(tǒng)等部分。主軸頭有電源伺服主軸頭；力矩電機(jī)主軸頭；直流電機(jī)伺服主軸頭等。電源