數(shù)控機床概述課件

第一章數(shù)控機床概述

§1.1數(shù)控機床的基本工作原理§1.2數(shù)控機床分類

§1.3數(shù)控機床發(fā)展概況

練習(xí)與思考

第一章數(shù)控機床概述§1.1數(shù)控機床的基本工作原理§1§1.1數(shù)控機床的基本工作原理

一、數(shù)控機床的組成

二、數(shù)控機床加工的基本工作原理

三、數(shù)控機床加工特點

四、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍

§1.1數(shù)控機床的基本工作原理一、數(shù)控機床的組成2數(shù)控機床主要由以下幾個部分組成：機床本體

數(shù)控系統(tǒng)

（CNC裝置）驅(qū)動裝置

輔助裝置

一、數(shù)控機床的組成數(shù)控機床主要由以下幾個部分組成：一、數(shù)控機床的組成3

機床本體是數(shù)控機床加工運動的機械部分，主要包括支承部件（床身、立柱等）、主運動部件（主軸箱）、進給運動部件（工作臺滑板、刀架）等。數(shù)控系統(tǒng)（CNC裝置）是數(shù)控機床的控制核心，一般是一臺專用的計算機。

機床本體4驅(qū)動裝置是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部分，包括主軸電機、進給伺服電機等。輔助裝置

指數(shù)控機床的一些配套部件，包括刀庫、液壓、氣動裝置、冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、夾具、換刀機械手等。

驅(qū)動裝置5加工程序計算機數(shù)字控制裝置(CNC）主軸電機機床本體進給電機位置檢測速度控制單元主軸控制單元可編程控制器(PLC)機床數(shù)控系統(tǒng)基本工作流程加工程序計算機數(shù)字控制裝置(CNC）主軸電機速度控制單元主軸61．?dāng)?shù)控系統(tǒng)即位置控制系統(tǒng)的三個基本功能1）輸入功能指零件加工程序和各種參數(shù)的輸入。2）插補功能

在加工零件的實際輪廓或軌跡的已知點之間確定一些中間點的方法。通常在給定直線或圓弧的起點和終點之間進行密化。3）伺服控制

將計算機送出的位置進給脈沖或進給速度指令，經(jīng)變換和放大后化為伺服電機（步進或直、交流電機）的轉(zhuǎn)動，從而帶動機床工作臺移動。

1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)即位置控制系統(tǒng)的三個基本功能1）輸入功能指零72．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的工作過程對輸入的零件加工程序、控制參數(shù)、補償數(shù)據(jù)等進行識別和譯碼，并執(zhí)行所需要的邏輯運算，發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖，控制機床的驅(qū)動裝置，操作機床實現(xiàn)預(yù)期的加工功能。2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的工作過程對輸入的零件加工程序、控制參數(shù)、補償數(shù)83.主軸控制單元

主要控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動。3.主軸控制單元主要控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動。94.進給控制單元

進給驅(qū)動裝置是由交、直流電機、速度檢測元件和速度控制元件組成。速度控制單元主要控制機床各坐標(biāo)軸的切削進給運動。4.進給控制單元進給驅(qū)動裝置是由交、直流電機、速度檢測元105.可編程邏輯控制器

是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。PLC處于計算機控制裝置與機床之間，對計算機控制裝置和機床的輸入輸出信號進行處理，實現(xiàn)輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速S及刀具功能T的控制和譯碼。即按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的啟停、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、刀具的更換、工件的夾緊松開、液壓、冷卻、潤滑、氣動等進行控制。5.可編程邏輯控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)11二、數(shù)控機床加工的基本工作原理數(shù)控機床加工時，是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及機床各部件的移動量、速度及動作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式，編制成程序單，并輸入到機床專用計算機中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床各部分進行規(guī)定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的工件。

二、數(shù)控機床加工的基本工作原理數(shù)控機床加工時，是根據(jù)工件圖樣12三、數(shù)控機床加工特點1.適應(yīng)性強2.精度高

3.效率高4.減輕勞動強度、改善勞動條件

三、數(shù)控機床加工特點1.適應(yīng)性強131.適應(yīng)性強靈活、通用、萬能，可加工不同形狀的工件。能完成鉆、鏜、锪、鉸、銑削、車削、攻螺紋等加工。

1.適應(yīng)性強靈活、通用、萬能，可加工不同形狀的工件。能完成鉆142.

精度高目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（每輸出一個脈沖后滑板的移動量稱為脈沖當(dāng)量）一般為0.001mm，高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達0.0001mm。而切削進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù)控機床能達到比較高的加工精度，一般可達0.005～0.1mm。對于中、小型數(shù)控機床，定位精度普遍可達到0.03mm，重復(fù)定位精度為0.01mm。數(shù)控機床的自動加工方式不但可避免人工操作誤差，工件加工的質(zhì)量穩(wěn)定，更重要的是可進行復(fù)雜曲面的加工。

2.

精度高目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（每輸出一個脈沖后滑板的移153.

效率高與普通機床相比可提高生產(chǎn)效率3～5倍。對于復(fù)雜成型面的加工，生產(chǎn)效率可提高十倍，甚至幾十倍。

3.

效率高與普通機床相比可提高生產(chǎn)效率3～5倍。對于復(fù)164.

減輕勞動強度、改善勞動條件利用數(shù)控機床進行加工，只需按圖樣要求編制加工程序，然后輸入并調(diào)試程序，安裝坯件進行加工，觀察監(jiān)視加工過程并裝卸零件。除此之外，不需要進行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動強度與緊張程度可大為減輕，勞動條件也相應(yīng)得到改善。4.

減輕勞動強度、改善勞動條件利用數(shù)控機床進行加工，只需按17

數(shù)控機床是一種高度自動化的機床，有一般機床所不具備的許多優(yōu)點，所以數(shù)控機床的應(yīng)用范圍在不斷擴大，但數(shù)控機床的技術(shù)含量高，成本高，使用維修都有一定難度，若從最經(jīng)濟的方面考慮，數(shù)控機床適用于加工：1．多品種小批量零件（合理生產(chǎn)批量為10～100件之間）；2.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高或必須用數(shù)學(xué)方法確定的復(fù)雜曲線、曲面等零件。四、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍數(shù)控機床是一種高度自動化的機床，有一般機床所不具備的許多183．需要頻繁改型的零件；4．鉆、鏜、鉸、锪、攻絲及銑削工序聯(lián)合進行的零件，如箱體、殼體等；5．價格昂貴，不允許報廢的零件；6．要求百分之百檢驗的零件；7.需要最小生產(chǎn)周期的急需零件。3．需要頻繁改型的零件；19§1.2數(shù)控機床分類

一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類

二、按加工方式分類

三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類

四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類

§1.2數(shù)控機床分類一、按控制刀具與工件相對運動20一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類點位控制（PointtoPointControl）或位置控制（Positioning）數(shù)控機床

輪廓控制ContouringControl數(shù)控機床

一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類點位控制（Pointt211．點位控制（PointtoPointControl）或位置控制（Positioning）數(shù)控機床

這類機床只能控制工作臺或刀具從一個位置精確地移動到另一位置，在移動過程中不進行加工，各個運動軸可以同時移動，也可以依次移動見圖1-3（a）。如數(shù)控鏜、鉆、沖，數(shù)控點焊機及數(shù)控折彎機等均屬次類機床。1．點位控制（PointtoPointControl222.

輪廓控制（ContouringControl）數(shù)控機床

這類機床能夠同時對兩個或兩個以上坐標(biāo)軸進行連續(xù)控制，具有插補功能，工作臺或刀具邊移動邊加工見圖1-3（b）（c）。如數(shù)控銑、車、磨及加工中心等是典型的輪廓控制數(shù)控機床，數(shù)控火焰切割機、數(shù)控線切割及數(shù)控繪圖機等也都采用輪廓控制系統(tǒng)。2.輪廓控制（ContouringControl）數(shù)控23二、按加工方式分類1.金屬切削類：如數(shù)控車、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等。2.金屬成型類：如數(shù)控折彎機、彎管機、四轉(zhuǎn)頭壓力機等。3.特殊加工類：如數(shù)控線切割、電火花、激光切割機等。4.其他類：如數(shù)控火焰切割機、三坐標(biāo)測量機等。二、按加工方式分類1.金屬切削類：24三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類1.兩坐標(biāo)數(shù)控機床：兩軸聯(lián)動，用于加工各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床。2.三坐標(biāo)數(shù)控機床：三軸聯(lián)動，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。3.多坐標(biāo)數(shù)控機床：四軸或五軸聯(lián)動，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。圖1-4為兩種不同類型的四軸聯(lián)動數(shù)控機床。

三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類1.兩坐標(biāo)數(shù)控機床：兩軸聯(lián)動，用于加工25四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類1.開環(huán)控制數(shù)控機床

2.閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）數(shù)控機床

3.半閉環(huán)控制（Semi-closedLoopControl）數(shù)控機床

四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類1.開環(huán)控制數(shù)控機床261.開環(huán)控制數(shù)控機床工作原理如圖1-5所示：

指令脈沖驅(qū)動器步進電機機床工作臺這類機床不帶位置檢測反饋裝置，通常使用功率補進電機或電液脈沖馬達作為執(zhí)行機構(gòu)，數(shù)控裝置輸出的脈沖通過環(huán)形分配器和驅(qū)動電路，使步進電機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的步距角。1.開環(huán)控制數(shù)控機床工作原理如圖1-5所示：

27再經(jīng)過減速齒輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，最后轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。其反應(yīng)快，調(diào)試方便，比較穩(wěn)定，維修簡單。但系統(tǒng)對移動部件的誤差沒有補償和校正，步進電機的步距誤差、齒輪與絲杠等的傳動鏈誤差都將反映到被加工零件的精度中去，所以精度比較低。此類數(shù)控機床多為經(jīng)濟類機床。再經(jīng)過減速齒輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，最后轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。其282．閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）數(shù)控機床

這類機床帶有檢測反饋裝置，位置檢測器安裝在機床運動部件上，加工中將監(jiān)測到的實際運行位置值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位置相比較，用差值對移動部件進行控制，其精度高。2．閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）數(shù)控機29從理論上說，閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度主要取決于檢測裝置的精度，但這并不意味著可以降低機床的結(jié)構(gòu)與傳動鏈的要求，傳動系統(tǒng)的剛性不足及間隙、導(dǎo)軌的爬行等各種因素將增加調(diào)試的困難，嚴(yán)重時會使閉環(huán)控制系統(tǒng)的品質(zhì)下降甚至引起振蕩。故閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整都有較大的難度，此類機床主要用于一些精度要求較高的鏜銑床、超精車床和加工中心等。工作原理如圖1-6。從理論上說，閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度主要取決于檢測裝置的精度，但這303．半閉環(huán)控制（Semi-closedLoopControl）數(shù)控機床與閉環(huán)控制不同的是，檢測元件安裝在電機的端頭或絲杠的端頭（如圖1-6所示）。該系統(tǒng)不是直接測量工坐臺的位移量，而是通過檢測絲杠或電機軸上的轉(zhuǎn)角間接地測量工作臺的位移量，然后反饋給數(shù)控裝置。顯然，半閉環(huán)控制系統(tǒng)的實際控制量是絲杠的轉(zhuǎn)動，而由絲杠轉(zhuǎn)動變換為工作臺的移動，不受閉環(huán)的控制，這一部分的精度由絲杠——螺母（齒輪）副的傳動精度來保證。其特點是比較穩(wěn)定，調(diào)試方便，精度介于開閉環(huán)之間，被廣泛采用。3．半閉環(huán)控制（Semi-closedLoopContr31指令位置比較電路速度控制電路伺服電機機床工作臺

速度反饋半閉環(huán)位置反饋閉環(huán)

圖1-6指令位置比較電路速度控制電路伺服電機32

§1.3數(shù)控機床發(fā)展概況一、工業(yè)化國家數(shù)控機床的發(fā)展概況二、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況三、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

§1.3數(shù)控機床發(fā)展概況一、工業(yè)化國家數(shù)控機床的33進入80年代，數(shù)控機床進一步發(fā)展。近年來具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)有以下幾個方面：1.計算機直接控制系統(tǒng)2.自適應(yīng)控制機床

3.柔性制造系統(tǒng)

4.計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)

進入80年代，數(shù)控機床進一步發(fā)展。近年來具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)341．計算機直接控制系統(tǒng)（DNC----

DirectNumericalControl）計算機直接控制系統(tǒng)又稱群控。其特點是：使用計算機對生產(chǎn)過程加強管理，使程序的編制、生產(chǎn)的準(zhǔn)備與計劃安排等工作和機床工作協(xié)調(diào)一致，以提高各個數(shù)控機床的使用效率。

1．計算機直接控制系統(tǒng)（DNC----

352．自適應(yīng)控制機床（AC----AdaptiveControl）一般數(shù)控機床，是按預(yù)先編好的程序進行加工的。但在編程時，實際上有許多參數(shù)只能參照過去的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來決定，不可能準(zhǔn)確地考慮到它們的一切變化，如毛坯的不均勻，刀具與工件材質(zhì)的變化，刀具的磨損，工件的變形，熱傳導(dǎo)性的差別等等，這些變化直接或間接地影響著加工質(zhì)量，使加工不能在最佳狀態(tài)下進行。2．自適應(yīng)控制機床（AC----AdaptiveContr36如果控制系統(tǒng)能對實際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時地測量并反饋給機床進行修正，則可使切削過程隨時都處在最佳狀態(tài)。所謂最佳狀態(tài)，指的是最高生產(chǎn)率、最低加工成本、最好的加工質(zhì)量等。由于CNC系統(tǒng)自身帶由計算機，只要加上相應(yīng)的檢測元件、控制線路和有關(guān)軟件就可以制造出這種自適應(yīng)控制機床。如果控制系統(tǒng)能對實際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時地測量并反373．柔性制造系統(tǒng)（FMS----FlexibleManufacturingSystem）柔性制造系統(tǒng)是在柔性制造單元（FMC----FlexibleManufacturingCell）基礎(chǔ)上研制和發(fā)展起來的。柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時，能連續(xù)地對同一組零件內(nèi)不同的工件進行自動化加工（包括工件在單元內(nèi)部的運輸和交換）的最小單元。它即可以作為獨立使用的加工設(shè)備，又可以作為更大更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)或柔性自動線的基本組成模塊。3．柔性制造系統(tǒng)（FMS----FlexibleManuf38柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機床和其他自動化工藝設(shè)備如清洗機、成品試驗機、噴漆機等組成）、智能機器人、全自動輸送系統(tǒng)及自動化倉庫組成見（圖1-7）。這種系統(tǒng)可按任意順序加工一組不同工序與不同加工節(jié)拍的工件，工藝流程可隨工件不同而調(diào)整，全部生產(chǎn)過程有一臺中央計算機進行生產(chǎn)程序的調(diào)度，若干臺計算機進行工位控制。其中各個制造單元相對獨立，能適時地平衡資源的利用。柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機床和其他自動化工藝設(shè)備394．計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)（CIMS-Computer

_integratedManufacturingSystem）為實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程自動化，人們正著手研制包括計劃設(shè)計、工藝、加工、裝配、檢驗、銷售等全過程都由計算機控制的集成生產(chǎn)系統(tǒng)。它具有計算機控制的自動化信息流和物質(zhì)流，對產(chǎn)品的構(gòu)思和設(shè)計直到最終裝配、檢驗這一全過程進行控制，以實現(xiàn)工廠自動化這一偉大的目標(biāo)。4．計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)（CIMS-Computer

40我國數(shù)控機床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出了最早的樣機。1966年誕生了第一臺用于直線——圓弧插補的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。1970年北京第一機床廠的XK5040型數(shù)控升降臺銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場。但由于相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)差，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的支撐工業(yè)——電子工業(yè)薄弱，致使在1970～1976年間開發(fā)出的加工中心、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床及數(shù)控鉆床因系統(tǒng)不過關(guān)，多數(shù)機床沒有在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。二、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況我國數(shù)控機床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出了最早的樣4180年代前期，在引入了日本FANUC數(shù)控技術(shù)后，我國的數(shù)控機床才真正進入小批量生產(chǎn)的商品化時代。目前我國已經(jīng)有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，但絕大多數(shù)全功能數(shù)控機床還是采用國外的CNC系統(tǒng)。從機床的整體來看，無論是可靠性、精度、生產(chǎn)效率和自動化程度，與國外相比，還存在著不小的差距。

80年代前期，在引入了日本FANUC數(shù)控技術(shù)后，我國的數(shù)控機42三、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢未來數(shù)控機床的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下三個方面：

1.數(shù)控技術(shù)水平

2.數(shù)控系統(tǒng)方面

3.驅(qū)動系統(tǒng)方面

三、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢未來數(shù)控機床的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下三431．?dāng)?shù)控技術(shù)水平高精度定位精度微米級、納米級；高速度主軸轉(zhuǎn)速10000r/min、快速進給100m/min、換刀時間2～3s；高柔性多主軸、多工位、多刀庫；1．?dāng)?shù)控技術(shù)水平高精度定位精度微米級、納米級；44多功能立臥并用、復(fù)合加工；高自動化自動上下料、自動監(jiān)控、自動測量、自動通訊。對單臺主機不僅要求提高其柔性和自動化程度，還要求其具有進入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。多功能立臥并用、復(fù)合加工；452．?dāng)?shù)控系統(tǒng)方面目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，如日本的FANUC，德國的SIEMENS和美國的AB公司產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位、32位甚至64位微處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴大到了數(shù)十兆字節(jié)以上，機床分辨率可達0.1微米，高速進給可達100m/min以上，一般控制軸數(shù)在3～15軸，最多可達24軸，并采用先進的電裝工藝。

2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)方面目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，如日本463．驅(qū)動系統(tǒng)方面交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速，交流傳動系統(tǒng)以由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點漂移、溫度漂移等弱點。

3．驅(qū)動系統(tǒng)方面交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速，交流傳動系統(tǒng)以由模擬式47練習(xí)與思考1.數(shù)控機床有哪幾部分組成？2.試述機床數(shù)控系統(tǒng)的組成。3.機床數(shù)控系統(tǒng)有哪些功能？4.試述數(shù)控機床加工的基本工作原理。5．?dāng)?shù)控機床有哪些類型？6．?dāng)?shù)控機床加工有哪些特點？7．何謂點位控制及輪廓控制，所用的數(shù)控機床有何不同？8．何謂開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)，它們各有何特點？9．何謂自適應(yīng)數(shù)控機床？10．何謂柔性制造系統(tǒng)？11．未來數(shù)控機床的發(fā)展趨勢是什么？練習(xí)與思考48第一章數(shù)控機床概述

§1.1數(shù)控機床的基本工作原理§1.2數(shù)控機床分類

§1.3數(shù)控機床發(fā)展概況

練習(xí)與思考

第一章數(shù)控機床概述§1.1數(shù)控機床的基本工作原理§49§1.1數(shù)控機床的基本工作原理

一、數(shù)控機床的組成

二、數(shù)控機床加工的基本工作原理

三、數(shù)控機床加工特點

四、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍

§1.1數(shù)控機床的基本工作原理一、數(shù)控機床的組成50數(shù)控機床主要由以下幾個部分組成：機床本體

數(shù)控系統(tǒng)

（CNC裝置）驅(qū)動裝置

輔助裝置

一、數(shù)控機床的組成數(shù)控機床主要由以下幾個部分組成：一、數(shù)控機床的組成51

機床本體是數(shù)控機床加工運動的機械部分，主要包括支承部件（床身、立柱等）、主運動部件（主軸箱）、進給運動部件（工作臺滑板、刀架）等。數(shù)控系統(tǒng)（CNC裝置）是數(shù)控機床的控制核心，一般是一臺專用的計算機。

機床本體52驅(qū)動裝置是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部分，包括主軸電機、進給伺服電機等。輔助裝置

指數(shù)控機床的一些配套部件，包括刀庫、液壓、氣動裝置、冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、夾具、換刀機械手等。

驅(qū)動裝置53加工程序計算機數(shù)字控制裝置(CNC）主軸電機機床本體進給電機位置檢測速度控制單元主軸控制單元可編程控制器(PLC)機床數(shù)控系統(tǒng)基本工作流程加工程序計算機數(shù)字控制裝置(CNC）主軸電機速度控制單元主軸541．?dāng)?shù)控系統(tǒng)即位置控制系統(tǒng)的三個基本功能1）輸入功能指零件加工程序和各種參數(shù)的輸入。2）插補功能

在加工零件的實際輪廓或軌跡的已知點之間確定一些中間點的方法。通常在給定直線或圓弧的起點和終點之間進行密化。3）伺服控制

將計算機送出的位置進給脈沖或進給速度指令，經(jīng)變換和放大后化為伺服電機（步進或直、交流電機）的轉(zhuǎn)動，從而帶動機床工作臺移動。

1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)即位置控制系統(tǒng)的三個基本功能1）輸入功能指零552．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的工作過程對輸入的零件加工程序、控制參數(shù)、補償數(shù)據(jù)等進行識別和譯碼，并執(zhí)行所需要的邏輯運算，發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖，控制機床的驅(qū)動裝置，操作機床實現(xiàn)預(yù)期的加工功能。2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的工作過程對輸入的零件加工程序、控制參數(shù)、補償數(shù)563.主軸控制單元

主要控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動。3.主軸控制單元主要控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動。574.進給控制單元

進給驅(qū)動裝置是由交、直流電機、速度檢測元件和速度控制元件組成。速度控制單元主要控制機床各坐標(biāo)軸的切削進給運動。4.進給控制單元進給驅(qū)動裝置是由交、直流電機、速度檢測元585.可編程邏輯控制器

是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。PLC處于計算機控制裝置與機床之間，對計算機控制裝置和機床的輸入輸出信號進行處理，實現(xiàn)輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速S及刀具功能T的控制和譯碼。即按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的啟停、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、刀具的更換、工件的夾緊松開、液壓、冷卻、潤滑、氣動等進行控制。5.可編程邏輯控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)59二、數(shù)控機床加工的基本工作原理數(shù)控機床加工時，是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及機床各部件的移動量、速度及動作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式，編制成程序單，并輸入到機床專用計算機中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床各部分進行規(guī)定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的工件。

二、數(shù)控機床加工的基本工作原理數(shù)控機床加工時，是根據(jù)工件圖樣60三、數(shù)控機床加工特點1.適應(yīng)性強2.精度高

3.效率高4.減輕勞動強度、改善勞動條件

三、數(shù)控機床加工特點1.適應(yīng)性強611.適應(yīng)性強靈活、通用、萬能，可加工不同形狀的工件。能完成鉆、鏜、锪、鉸、銑削、車削、攻螺紋等加工。

1.適應(yīng)性強靈活、通用、萬能，可加工不同形狀的工件。能完成鉆622.

精度高目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（每輸出一個脈沖后滑板的移動量稱為脈沖當(dāng)量）一般為0.001mm，高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達0.0001mm。而切削進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù)控機床能達到比較高的加工精度，一般可達0.005～0.1mm。對于中、小型數(shù)控機床，定位精度普遍可達到0.03mm，重復(fù)定位精度為0.01mm。數(shù)控機床的自動加工方式不但可避免人工操作誤差，工件加工的質(zhì)量穩(wěn)定，更重要的是可進行復(fù)雜曲面的加工。

2.

精度高目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（每輸出一個脈沖后滑板的移633.

效率高與普通機床相比可提高生產(chǎn)效率3～5倍。對于復(fù)雜成型面的加工，生產(chǎn)效率可提高十倍，甚至幾十倍。

3.

效率高與普通機床相比可提高生產(chǎn)效率3～5倍。對于復(fù)644.

減輕勞動強度、改善勞動條件利用數(shù)控機床進行加工，只需按圖樣要求編制加工程序，然后輸入并調(diào)試程序，安裝坯件進行加工，觀察監(jiān)視加工過程并裝卸零件。除此之外，不需要進行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動強度與緊張程度可大為減輕，勞動條件也相應(yīng)得到改善。4.

減輕勞動強度、改善勞動條件利用數(shù)控機床進行加工，只需按65

數(shù)控機床是一種高度自動化的機床，有一般機床所不具備的許多優(yōu)點，所以數(shù)控機床的應(yīng)用范圍在不斷擴大，但數(shù)控機床的技術(shù)含量高，成本高，使用維修都有一定難度，若從最經(jīng)濟的方面考慮，數(shù)控機床適用于加工：1．多品種小批量零件（合理生產(chǎn)批量為10～100件之間）；2.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高或必須用數(shù)學(xué)方法確定的復(fù)雜曲線、曲面等零件。四、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍數(shù)控機床是一種高度自動化的機床，有一般機床所不具備的許多663．需要頻繁改型的零件；4．鉆、鏜、鉸、锪、攻絲及銑削工序聯(lián)合進行的零件，如箱體、殼體等；5．價格昂貴，不允許報廢的零件；6．要求百分之百檢驗的零件；7.需要最小生產(chǎn)周期的急需零件。3．需要頻繁改型的零件；67§1.2數(shù)控機床分類

一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類

二、按加工方式分類

三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類

四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類

§1.2數(shù)控機床分類一、按控制刀具與工件相對運動68一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類點位控制（PointtoPointControl）或位置控制（Positioning）數(shù)控機床

輪廓控制ContouringControl數(shù)控機床

一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類點位控制（Pointt691．點位控制（PointtoPointControl）或位置控制（Positioning）數(shù)控機床

這類機床只能控制工作臺或刀具從一個位置精確地移動到另一位置，在移動過程中不進行加工，各個運動軸可以同時移動，也可以依次移動見圖1-3（a）。如數(shù)控鏜、鉆、沖，數(shù)控點焊機及數(shù)控折彎機等均屬次類機床。1．點位控制（PointtoPointControl702.

輪廓控制（ContouringControl）數(shù)控機床

這類機床能夠同時對兩個或兩個以上坐標(biāo)軸進行連續(xù)控制，具有插補功能，工作臺或刀具邊移動邊加工見圖1-3（b）（c）。如數(shù)控銑、車、磨及加工中心等是典型的輪廓控制數(shù)控機床，數(shù)控火焰切割機、數(shù)控線切割及數(shù)控繪圖機等也都采用輪廓控制系統(tǒng)。2.輪廓控制（ContouringControl）數(shù)控71二、按加工方式分類1.金屬切削類：如數(shù)控車、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等。2.金屬成型類：如數(shù)控折彎機、彎管機、四轉(zhuǎn)頭壓力機等。3.特殊加工類：如數(shù)控線切割、電火花、激光切割機等。4.其他類：如數(shù)控火焰切割機、三坐標(biāo)測量機等。二、按加工方式分類1.金屬切削類：72三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類1.兩坐標(biāo)數(shù)控機床：兩軸聯(lián)動，用于加工各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床。2.三坐標(biāo)數(shù)控機床：三軸聯(lián)動，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。3.多坐標(biāo)數(shù)控機床：四軸或五軸聯(lián)動，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。圖1-4為兩種不同類型的四軸聯(lián)動數(shù)控機床。

三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類1.兩坐標(biāo)數(shù)控機床：兩軸聯(lián)動，用于加工73四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類1.開環(huán)控制數(shù)控機床

2.閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）數(shù)控機床

3.半閉環(huán)控制（Semi-closedLoopControl）數(shù)控機床

四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類1.開環(huán)控制數(shù)控機床741.開環(huán)控制數(shù)控機床工作原理如圖1-5所示：

指令脈沖驅(qū)動器步進電機機床工作臺這類機床不帶位置檢測反饋裝置，通常使用功率補進電機或電液脈沖馬達作為執(zhí)行機構(gòu)，數(shù)控裝置輸出的脈沖通過環(huán)形分配器和驅(qū)動電路，使步進電機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的步距角。1.開環(huán)控制數(shù)控機床工作原理如圖1-5所示：

75再經(jīng)過減速齒輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，最后轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。其反應(yīng)快，調(diào)試方便，比較穩(wěn)定，維修簡單。但系統(tǒng)對移動部件的誤差沒有補償和校正，步進電機的步距誤差、齒輪與絲杠等的傳動鏈誤差都將反映到被加工零件的精度中去，所以精度比較低。此類數(shù)控機床多為經(jīng)濟類機床。再經(jīng)過減速齒輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，最后轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。其762．閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）數(shù)控機床

這類機床帶有檢測反饋裝置，位置檢測器安裝在機床運動部件上，加工中將監(jiān)測到的實際運行位置值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位置相比較，用差值對移動部件進行控制，其精度高。2．閉環(huán)控制（ClosedLoopControl）數(shù)控機77從理論上說，閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度主要取決于檢測裝置的精度，但這并不意味著可以降低機床的結(jié)構(gòu)與傳動鏈的要求，傳動系統(tǒng)的剛性不足及間隙、導(dǎo)軌的爬行等各種因素將增加調(diào)試的困難，嚴(yán)重時會使閉環(huán)控制系統(tǒng)的品質(zhì)下降甚至引起振蕩。故閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整都有較大的難度，此類機床主要用于一些精度要求較高的鏜銑床、超精車床和加工中心等。工作原理如圖1-6。從理論上說，閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度主要取決于檢測裝置的精度，但這783．半閉環(huán)控制（Semi-closedLoopControl）數(shù)控機床與閉環(huán)控制不同的是，檢測元件安裝在電機的端頭或絲杠的端頭（如圖1-6所示）。該系統(tǒng)不是直接測量工坐臺的位移量，而是通過檢測絲杠或電機軸上的轉(zhuǎn)角間接地測量工作臺的位移量，然后反饋給數(shù)控裝置。顯然，半閉環(huán)控制系統(tǒng)的實際控制量是絲杠的轉(zhuǎn)動，而由絲杠轉(zhuǎn)動變換為工作臺的移動，不受閉環(huán)的控制，這一部分的精度由絲杠——螺母（齒輪）副的傳動精度來保證。其特點是比較穩(wěn)定，調(diào)試方便，精度介于開閉環(huán)之間，被廣泛采用。3．半閉環(huán)控制（Semi-closedLoopContr79指令位置比較電路速度控制電路伺服電機機床工作臺

速度反饋半閉環(huán)位置反饋閉環(huán)

圖1-6指令位置比較電路速度控制電路伺服電機80

§1.3數(shù)控機床發(fā)展概況一、工業(yè)化國家數(shù)控機床的發(fā)展概況二、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況三、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

§1.3數(shù)控機床發(fā)展概況一、工業(yè)化國家數(shù)控機床的81進入80年代，數(shù)控機床進一步發(fā)展。近年來具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)有以下幾個方面：1.計算機直接控制系統(tǒng)2.自適應(yīng)控制機床

3.柔性制造系統(tǒng)

4.計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)

進入80年代，數(shù)控機床進一步發(fā)展。近年來具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)821．計算機直接控制系統(tǒng)（DNC----

DirectNumericalControl）計算機直接控制系統(tǒng)又稱群控。其特點是：使用計算機對生產(chǎn)過程加強管理，使程序的編制、生產(chǎn)的準(zhǔn)備與計劃安排等工作和機床工作協(xié)調(diào)一致，以提高各個數(shù)控機床的使用效率。

1．計算機直接控制系統(tǒng)（DNC----

832．自適應(yīng)控制機床（AC----AdaptiveControl）一般數(shù)控機床，是按預(yù)先編好的程序進行加工的。但在編程時，實際上有許多參數(shù)只能參照過去的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來決定，不可能準(zhǔn)確地考慮到它們的一切變化，如毛坯的不均勻，刀具與工件材質(zhì)的變化，刀具的磨損，工件的變形，熱傳導(dǎo)性的差別等等，這些變化直接或間接地影響著加工質(zhì)量，使加工不能在最佳狀態(tài)下進行。2．自適應(yīng)控制機床（AC----AdaptiveContr84如果控制系統(tǒng)能對實際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時地測量并反饋給機床進行修正，則可使切削過程隨時都處在最佳狀態(tài)。所謂最佳狀態(tài)，指的是最高生產(chǎn)率、最低加工成本、最好的加工質(zhì)量等。由于CNC系統(tǒng)自身帶由計算機，只要加上相應(yīng)的檢測元件、控制線路和有關(guān)軟件就可以制造出這種自適應(yīng)控制機床。如果控制系統(tǒng)能對實際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時地測量并反853．柔性制造系統(tǒng)（FMS----FlexibleManufacturingSystem）柔性制造系統(tǒng)是在柔性制造單元（FMC----FlexibleManufacturingCell）基礎(chǔ)上研制和發(fā)展起來的。柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時，能連續(xù)地對同一組零件內(nèi)不同的工件進行自動化加工（包括工件在單元內(nèi)部的運輸和交換）的最小單元。它即可以作為獨立使用的加工設(shè)備，又可以作為更大更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)或柔性自動線的基本組成模塊。3．柔性制造系統(tǒng)（FMS----FlexibleManuf86柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機床和其他自動化工藝設(shè)備如清洗機、成品試驗機、噴漆機等組成）、智能機器人、全自動輸送系統(tǒng)及自動化倉庫組成見（圖1-7）。這種系統(tǒng)可按任意順序加工一組不同工序與不同加工節(jié)拍的工件，工藝流程可隨工件不同而調(diào)整，全部生產(chǎn)過程有一臺中央計算機進行生產(chǎn)程序的調(diào)度，若干臺計算機進行工位控制。其中各個制造單元相對獨立，能適時地平衡資源的利用。柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機床和其他自動化工藝設(shè)備874．計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)（CIMS-Computer

_integratedManufacturingSystem）為實