1數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)

主講陳運(yùn)安湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床原理與維修第一章數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)數(shù)控機(jī)床原理與維修第一章數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)

數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床的概念

湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)

數(shù)控技術(shù)

數(shù)控技術(shù)是數(shù)字控制技術(shù)（NC）的簡稱，是利用數(shù)字化的代碼構(gòu)成的程序?qū)刂茖ο蟮墓ぷ鬟^程實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)。

數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控系統(tǒng)（NCS）

是指利用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)中得到的控制信息是數(shù)字量（0、1），可以用不同的字長表示不同精度的信息，可對數(shù)字化信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算等復(fù)雜的信息處理工作，特別是可用軟件來改變信息處理的方式和過程，具有很強(qiáng)的“柔性”。采用計(jì)算機(jī)及控制軟件與相關(guān)元件實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床

裝備了數(shù)控系統(tǒng)（NCS）的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化在機(jī)械加工領(lǐng)域中的典型產(chǎn)品。集微電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、自動檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、檢測、液壓及氣壓傳動技術(shù)和加工工藝技術(shù)于一體的自動化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床在CNC系統(tǒng)控制下按照加工指令控制主軸系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、刀具庫系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等輔助設(shè)備的工作。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控車床數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控磨床數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控沖床數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)濟(jì)數(shù)控銑床數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院加工中心數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控銑床數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控龍門銑床數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控加工中心數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院五軸數(shù)控加工中心數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)數(shù)控機(jī)床發(fā)展慨況數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床發(fā)展慨況第一階段硬件數(shù)控（NC）一代1952年電子管二代1959年晶體管分立元件三代1965年小規(guī)模集成電路第二階段軟件數(shù)控（CNC）四代1970年小型計(jì)算機(jī)五代1974年微處理器六代1990年基于個人PC數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院我國數(shù)控技術(shù)慨況1958年由清華大學(xué)研制出樣機(jī)1966年誕生第一臺直線－圓弧插補(bǔ)晶體管數(shù)控系統(tǒng)1970年研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)1980～2000年以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控為主得到較快的發(fā)展2001年～現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床市場一派繁榮已掌握了5～6軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)

數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院我國數(shù)控技術(shù)概況存在的問題

1、高技術(shù)水平、全功能數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口2、配套的高質(zhì)量功能部件，數(shù)控系統(tǒng)附件依靠進(jìn)口3、應(yīng)有技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用4、相對較高技術(shù)水平的數(shù)控產(chǎn)品主要依靠引進(jìn)技術(shù)圖紙、合資生產(chǎn)或進(jìn)口組裝件數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院世界數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢數(shù)控機(jī)床性能發(fā)展方向①高速切削、高精密加工、高效益生產(chǎn)②高柔性化（適應(yīng)加工對象變化的能力）③工藝復(fù)合型和多軸化④高度自動化和實(shí)時智能化數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床功能發(fā)展方向

用戶界面圖形化科學(xué)計(jì)算可視化插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化內(nèi)裝高性能PLC

多媒體技術(shù)的應(yīng)用數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床體系結(jié)構(gòu)發(fā)展方向

①高度集成化②積木方式模塊化③網(wǎng)絡(luò)化④通用型開放式閉環(huán)控制模式數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院國外先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)

日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)德國SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)美國A-B數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)

日本FANUC公司推出的數(shù)控系統(tǒng)有FS5、FS7、FS3、FS6、F0、FS10等系列。F0系列數(shù)控系統(tǒng)

主要特點(diǎn)是體積小，價格低，適應(yīng)機(jī)電一體化的小型數(shù)控機(jī)床。是很多國家廣泛采用的數(shù)控系統(tǒng)之一。并有多種規(guī)格；

F0－MA/MB/MEA/MC/MF用于加工中心、銑床和鏜床

F0－TM/TB/TEA/TC/TF用于車床

F0－TTA/TTB/TTC用于一個主軸雙刀架或兩個主軸雙刀架四軸車床

F0－GA/GB用于磨床數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

德國SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)德國SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)有；

SINUMERIK8、810、820、850、880、840、802等系列德國SIEMENS公司典型CNC裝置主要有SINUMERIK318/810/820/850/880/805/840系列

T型－車床M型－銑床、加工中心G型－磨床

N型－沖床該系列采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)性好，在一種硬件上配置多種軟件，具有多種工藝類型，可以滿足多種機(jī)床的需要數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院美國A-B數(shù)控系統(tǒng)

美國A-B(Allen-Bradley)公司是美國最大的自動化系統(tǒng)制造商，生產(chǎn)的CNC系統(tǒng)有；Bandit系列－有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其中Ban-ditⅢ型可用于加工中心

8400系列－操作簡單，價格低廉系統(tǒng)，用于中小型數(shù)控機(jī)床

8200系列－結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)于鉆床、鏜床、車床、銑床等

8600系列－具有高級編程功能，完善的圖形顯示，靈活的配置和先進(jìn)的通信能力。具有多達(dá)五組零件程序并行處理能力，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)控制、多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)簡介

武漢華中數(shù)控系統(tǒng)廣州數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院武漢華中數(shù)控系統(tǒng)；武漢華中數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)的“世紀(jì)星”HNC－21/22T、HNC-21/22M數(shù)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC機(jī)，是具有全部自主知識產(chǎn)權(quán)數(shù)控系統(tǒng)，適應(yīng)于車床、銑床和加工中心的控制。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣州數(shù)控系統(tǒng)車床系統(tǒng)－GSK92BT、GSK980T、GSK980I等系列銑床系統(tǒng)－GSK928M、GSK980M、GSK990M等系列廣州數(shù)控系統(tǒng)其操作、編程方式與日本FANUC具有較大的相似之處，在國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)中使用率最高。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控基礎(chǔ)的組成和基本工作原理數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)算和控制系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的核心，數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要由CNC裝置決定。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院輸入/輸出設(shè)備

輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。

輸出裝置的作用是通過顯示器顯示正在編制的程序、坐標(biāo)值、工作狀態(tài)、報(bào)警信號等信息。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

伺服單元伺服單元接收來自數(shù)控系統(tǒng)的速度和位移指令，并將微弱指令信號經(jīng)過變換、放大成控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院驅(qū)動裝置

驅(qū)動裝置把經(jīng)過放大的指令變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動，通過簡單的機(jī)械連接使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院可編程控制器PLC

可編程控制器是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，當(dāng)用于控制機(jī)床順序動作時，稱為可編程機(jī)床控制器(PMC)，用于數(shù)控機(jī)床的PLC分為兩種；

1、集成型（內(nèi)裝性）；將數(shù)控系統(tǒng)與PLC綜合設(shè)計(jì)在一起。

2、獨(dú)立性（外裝性）；獨(dú)立專業(yè)的廠家生產(chǎn)。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

測量裝置

測量裝置的作用是通過位置傳感器將伺服電動機(jī)的角位移或數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，輸送給數(shù)控裝置，使之與指令信號進(jìn)行比較，由數(shù)控裝置發(fā)出糾正信號指令，以保證加工件的精度。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

機(jī)床本體

機(jī)床本體包括主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)及輔助裝置。對于數(shù)控加工中心，還有存放刀具的刀庫、自動換刀裝置（ATC）和自動托盤交換裝置等。與傳統(tǒng)的機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。剛度和抗振性，傳動系統(tǒng)和刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)與操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很大的變化。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機(jī)床機(jī)械傳動部件和支承部件

目前，數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢是“五高”，即高精度、高速度、高效率、高度工藝復(fù)合、高可靠性。為了適應(yīng)上述發(fā)展趨勢，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了較大的變化。對數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求具有更高的剛度和更高的抗震性。

數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機(jī)床的核心部件之一。是將驅(qū)動部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動。是一種增力機(jī)械，將高速轉(zhuǎn)動的扭矩轉(zhuǎn)換為低速移動的推力。其結(jié)構(gòu)如圖所示：數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院高精度滾珠絲杠自潤滑滾珠絲杠數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院高速滾珠絲杠數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院1、絲杠2、螺母3、滾珠4、回珠管滾珠絲杠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

工作原理

在絲杠1與螺母2上各加工有圓弧形螺旋槽，套裝在一起后即形成螺旋形滾道。當(dāng)絲杠與螺母做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，絲杠的螺旋面通過滾珠推動螺母軸向移動，同時滾珠沿螺旋槽滾動，使絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動摩擦。螺旋槽的兩端用回珠管4連接，使?jié)L珠滾道形成一個閉環(huán)的循環(huán)回路。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

傳動誤差及調(diào)整

由于滾珠絲杠螺母副在加工和安裝過程中都存在一定的誤差，在滾珠絲杠螺母副將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動時存在兩種誤差。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

螺距誤差即絲杠導(dǎo)程的實(shí)際值與標(biāo)稱值的誤差，如PⅡ級滾珠絲杠的螺距誤差為：

0.012mm/300mm。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

反向間隙

及絲杠與螺母無相對運(yùn)動時，絲杠與螺母之間的最大軸向竄動。由于螺母本身結(jié)構(gòu)的游隙，以及其受軸向載荷后的彈性變形，滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)間存在著軸向間隙。軸向間隙反映在絲杠在正向移動后，再作反向移動時，絲杠轉(zhuǎn)動α角，而螺母沒有移動，形成了反向間隙。為了保證絲杠與螺母間的靈活運(yùn)動，絲杠和螺母又必須有移動的反向間隙。但其間隙過大又會影響機(jī)床的加工精度。數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

滾動導(dǎo)軌副

滾動導(dǎo)軌副的作用是支承和引導(dǎo)機(jī)床的托板或工作臺完成直線運(yùn)動并承受切削負(fù)荷，數(shù)控機(jī)床要求工作臺在導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)無間隙的往復(fù)運(yùn)動。其結(jié)構(gòu)如圖所示：

數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院滾動導(dǎo)軌副數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院滾動導(dǎo)軌副數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院滾動導(dǎo)軌副數(shù)控機(jī)床原理與維修湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

滾動導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)形式較多，基本特點(diǎn)相同，都是利用滾動體（鋼球或鋼柱）的滾動將導(dǎo)軌副的滑動摩擦改變?yōu)闈L動摩擦（摩擦系數(shù)一般為0.003左右）以減少摩擦阻力。滾道導(dǎo)軌允許施加預(yù)緊力，可以消除運(yùn)動副間的傳動間隙，同時也提高了傳動精度。由于其動、靜摩擦系數(shù)變化小，運(yùn)動速度可大于60m/min。滾動導(dǎo)軌副由導(dǎo)軌、滾動體和滑塊三個主要零件組成，目