[资料]第2章 机床的基础知识

1、logo 第第2 2章章 机床的基础知识机床的基础知识 本章内容本章内容 2.5 数控机床简介 2.4 机床的液压传动 2.3 普通车床传动系统分析 2.2 机床的机械传动 2.1 机床的分类和型号 2.1 机床的分类和型号 机床种类繁多，为便于设计、制造、使用和管理，需进行适当的分类。按加 工方式分为12大类（jb1838-85）： 按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床 按加工精度分：普通精度、精密、高精度 按自动化程度：手动、机动、半自动、自动机床 按机床质量分：仪表机床、中型、大型、重型机床 2.1.1 机床的分类 类类 别别 车车 床床 钻钻 床床 镗镗 床床 磨床磨床 齿轮齿

2、轮 加工加工 机床机床 螺纹螺纹 加工加工 机床机床 铣床铣床 刨插刨插 床床 拉床拉床 电加电加 工工 机床机床 锯锯 床床 其它其它 机床机床 代代 号号 cztm2m3mysxbldgq 读读 音音 车车 钻钻 镗镗磨磨二磨二磨三磨三磨牙牙丝丝铣铣刨刨拉拉电电割割其其 2.1.2 机床的型号 机床的型号是机床产品的代号，由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律 组成，它简明地表示出机床的类型、主要规格、性能和结构特征。 按gb/t 15375-94金属切削机床型号编制方法规定 （一）通用机床型号 例：例： c a 6 1 4 0 机床类别代号（车床类）机床类别代号（车床类） 通用特性代号（普

3、通型）通用特性代号（普通型） 机床组别代号（落地及卧式车床组）机床组别代号（落地及卧式车床组） 机床系别代号（卧式车床系）机床系别代号（卧式车床系） 机床主参数代号（最大车削直径机床主参数代号（最大车削直径400mm） v如，最大磨削直径为如，最大磨削直径为320mm，第一次重大设计，第一次重大设计 改进的高精度万能外圆磨床，其型号为：改进的高精度万能外圆磨床，其型号为： m g 1 4 32 a 类别代号（磨床类） 通用特性代号（高精度） 组别代号（外圆磨床组） 系别代号（万能外圆磨床系） 主参数代号（最大磨削直径的1/10） 重大改进顺序号 通用特性代号 通用特性通用特性代号代号通用特性通

4、用特性代号代号 高高 精精 度度g自自 动动 换换 刀刀h 精精 密密m仿仿 形形f 自自 动动 z加加 重重 型型c 半半 自自 动动b轻轻 型型q 数字程序数字程序控控制制k简简 式式j 组别组别 类别类别 0123456789 车床车床c 仪表车仪表车 床床 单轴自单轴自 动半自动半自 动车床动车床 多轴自多轴自 动、半动、半 自动车自动车 床床 回轮、回轮、 转塔转塔 车床车床 曲轴曲轴 及凸及凸 轮轴轮轴 车床车床 立式立式 车床车床 落地及落地及 卧式车卧式车 床床 仿形及仿形及 多刀车多刀车 床床 轮、轴、辊、轮、轴、辊、 锭及铲齿车锭及铲齿车 床床 其他车床其他车床 钻床钻床z

5、 坐标镗坐标镗 钻床钻床 深孔钻深孔钻 床床 摇臂摇臂 钻床钻床 台式台式 钻床钻床 立式立式 钻床钻床 卧式钻卧式钻 床床 铣钻床铣钻床中心孔钻床中心孔钻床 镗床镗床t 深孔镗深孔镗 床床 坐标坐标 镗床镗床 立式立式 镗床镗床 卧式铣卧式铣 镗床镗床 精镗床精镗床 汽车、拖拉汽车、拖拉 机修理用镗机修理用镗 床床 磨床磨床 m 仪表磨仪表磨 床床 外圆磨外圆磨 床床 内圆磨内圆磨 床床 砂轮砂轮 机机 坐标坐标 磨床磨床 导轨导轨 磨床磨床 刀具刃刀具刃 磨床磨床 平面及平面及 端面磨端面磨 床床 曲轴、凸轮曲轴、凸轮 轴、花键轴轴、花键轴 及轧辊磨床及轧辊磨床 工具磨床工具磨床 2m超精

6、机超精机 内圆珩内圆珩 磨机磨机 外圆外圆 及其及其 他珩他珩 磨机磨机 抛光抛光 机机 砂带砂带 抛光抛光 及磨及磨 削机削机 床床 刀具刃刀具刃 磨及研磨及研 磨机床磨机床 可转位可转位 刀片磨刀片磨 削机床削机床 研磨机研磨机其他磨床其他磨床 3m 球轴承球轴承 套圈沟套圈沟 磨床磨床 滚子轴滚子轴 承套圈承套圈 滚道磨滚道磨 床床 轴承轴承 套圈套圈 超精超精 机机 叶片叶片 磨削磨削 机床机床 滚子加滚子加 工机床工机床 钢球加钢球加 工机床工机床 气门、活塞气门、活塞 及活塞环磨及活塞环磨 削机床削机床 汽车、拖汽车、拖 拉机修磨拉机修磨 机床机床 通用机床类、组划分表（1） 组别

7、组别 类别类别 0123456789 齿轮加工机齿轮加工机 床床y 仪表齿仪表齿 轮加工轮加工 机机 锥齿轮锥齿轮 加工机加工机 滚齿滚齿 及铣及铣 齿机齿机 剃齿剃齿 及珩及珩 齿机齿机 插齿插齿 机机 花键轴花键轴 铣床铣床 齿轮磨齿轮磨 齿机齿机 其他齿轮加其他齿轮加 工机工机 齿轮倒角齿轮倒角 及检查机及检查机 螺纹加工机螺纹加工机 床床s 套丝套丝 机机 攻丝攻丝 机机 螺纹铣螺纹铣 床床 螺纹磨螺纹磨 床床 螺纹车床螺纹车床 铣床铣床x 仪表铣仪表铣 床床 悬臂及悬臂及 滑枕铣滑枕铣 床床 龙门铣龙门铣 床床 平面平面 铣床铣床 仿形仿形 铣床铣床 立式立式 升降升降 台铣台铣 床

8、床 卧式升卧式升 降台铣降台铣 床床 床身铣床身铣 床床 工具铣床工具铣床其他铣床其他铣床 刨插床刨插床b 悬臂刨悬臂刨 床床 龙门刨龙门刨 床床 插床插床 牛头刨牛头刨 床床 边缘及摸具边缘及摸具 刨床刨床 其他刨床其他刨床 拉床拉床l侧拉床侧拉床 卧式卧式 外拉外拉 床床 连续连续 拉床拉床 立式立式 内拉内拉 床床 卧式内卧式内 拉床拉床 立式外立式外 拉床拉床 键槽及螺纹键槽及螺纹 拉床拉床 其他拉床其他拉床 锯床锯床g 砂轮片砂轮片 锯床锯床 卧式卧式 带锯带锯 床床 立式立式 带锯带锯 床床 圆锯床圆锯床弓锯床弓锯床锉锯床锉锯床 其他锯床其他锯床q 其他仪其他仪 表机床表机床 管子

9、加管子加 工机床工机床 木螺钉木螺钉 加工机加工机 刻线刻线 机机 切断切断 机机 通用机床类、组划分表（2） 机床名称机床名称主参数名称主参数名称折算系数折算系数 卧式车床卧式车床 立式车床立式车床 摇臂钻床摇臂钻床 卧式镗床卧式镗床 坐标镗床坐标镗床 外圆磨床外圆磨床 内圆磨床内圆磨床 矩台平面磨床矩台平面磨床 齿轮加工机床齿轮加工机床 龙门铣床龙门铣床 升降台铣床升降台铣床 龙门刨床龙门刨床 插床及牛头刨床插床及牛头刨床 拉床拉床 床身上最大回转直径床身上最大回转直径 最大车削直径最大车削直径 最大钻孔直径最大钻孔直径 镗轴直径镗轴直径 工作台面宽度工作台面宽度 最大磨削直径最大磨削直径

10、 最大磨削孔径最大磨削孔径 工作台面宽度工作台面宽度 最大工件直径最大工件直径 工作台面宽度工作台面宽度 工作台面宽度工作台面宽度 最大刨削宽度最大刨削宽度 最大插削及刨削长度最大插削及刨削长度 额定拉力（吨）额定拉力（吨） 110 1100 11 110 110 110 110 110 110 1100 110 1100 110 11 各类主要机床的主参数和折算系数 机床的传动方法 机械 传动 2.2 机床的机械传动 液压 传动 气压 传动 电气 传动 2.2.1 机床上常用的传动副及传动关系 在机械传动中，常用的传动元件有：传动带与带轮、齿轮、蜗轮蜗杆、 齿轮齿条、丝杠螺母等。每一对传动元

11、件称为传动副，各种传动副具有不同的 传动特点。 下面介绍常用传动副及其传动特点： 1.皮带传动 2.齿轮传动 3.蜗轮蜗杆传动 4.齿轮齿条传动 5.丝杠螺母传动 优点：传动平稳，中心距变化范围大，结构简单，制造、维修方便，有过载保护。 缺点：外廓尺寸大，传动比不准确，摩擦损失大，传动效率低。 优点：传动比准确恒定，结构紧凑，工作可靠，可传递较大的 扭矩且传动效率 高，使用寿命长。 缺点：制造复杂，精度不高时传动不平稳，有噪声。 优点：可获得较大的传动比，传动准确、平稳，结构紧凑，承载能力大，无噪声。 缺点：传动效率较低，摩擦产生的热量大，需良好的润滑条件 优点：传动效率较高，结构紧凑。 缺点

12、：制造精度不高时传动不平稳，有噪声。 优点：传动平稳，无噪声，传动精度高。 缺点：传动效率低。 v 若某传动链从若某传动链从 输入轴到输出轴间有输入轴到输出轴间有 m个传动副，其传动个传动副，其传动 链总传动比等于传动链链总传动比等于传动链 中所有传动比的乘积，中所有传动比的乘积， 即：即： 1.变速机构变速机构 变速机构用来改变从动件的旋转速度或移动速度。主要变速机构用来改变从动件的旋转速度或移动速度。主要 通过改变传动比大小使从动轴得到各种不同的转速。机床上通过改变传动比大小使从动轴得到各种不同的转速。机床上 常用的变速机构有：常用的变速机构有： （1）塔轮变速机构）塔轮变速机构 （2）滑

13、移齿轮变速机构）滑移齿轮变速机构 （3）离合器变速机构）离合器变速机构 （4）摆动齿轮变速机构）摆动齿轮变速机构 变速机构变速机构 （1）塔轮变速机构）塔轮变速机构 优点：运动平稳，结构简单。 缺点：停止转动时才能手动推带换档，使用不方便。 塔轮塔轮 塔轮是具有多种直径的带轮，改变转速用的传动件。通常两个塔轮配套使用。当带所处 的主动轮和从动轮直径相等时，实现等速传动。改变带的位置，当带处于主动轮直径小 于从动轮直径位置时，实现减速传动；处于主动轮直径大于从动轮直径位置时，实现增 速传动。塔轮传动可用于需要有级变速而功率较小的地方。 （2）滑移齿轮变速机构）滑移齿轮变速机构 变速机构变速机构

14、优点：结构紧凑，传动效率高。 缺点：不能在运转中变速。 （3）离合器变速机构）离合器变速机构 变速机构变速机构 优点：变速时齿轮不需移动，可以采用斜齿轮，使传动平稳。 缺点：用摩擦离合器可在运转中变速。 （4）摆动齿轮变速机构）摆动齿轮变速机构 变速机构变速机构 优点：外廓尺寸小。 缺点：结构刚度低，传递力矩受限。 2.换向机构换向机构 换向机构用来改变机床运动部件的运动方向，机床上换向机构用来改变机床运动部件的运动方向，机床上 普遍采用由圆柱齿轮和圆锥齿轮组成的换向机构。机床上普遍采用由圆柱齿轮和圆锥齿轮组成的换向机构。机床上 常用的换向机构有：常用的换向机构有： （1）三星齿轮换向机构）三

15、星齿轮换向机构 （2）中间齿轮换向机构）中间齿轮换向机构 （3）锥齿轮换向机构）锥齿轮换向机构 换向机构换向机构 （1）三星齿轮换向机构）三星齿轮换向机构 优点：结构简单、紧凑，制造方便。 缺点：结构刚性差，只能传递小功率。 换向机构换向机构 （2）中间齿轮换向机构）中间齿轮换向机构 优点：可传递较大的扭矩，结构稳固可靠，可以快速反转。 缺点：结构较大，制造成本较高。 换向机构换向机构 （3）锥齿轮换向机构）锥齿轮换向机构 优点：可以改变两个垂直轴之间的旋转方向。 缺点：制造较难。 2.3 普通车床传动系统分析 车床占机床总数的20%35%； 加工范围：轴、盘套零件上内外回转面、端面、螺纹面等

16、； 运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动 ； 所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等； 车床种类：卧式、立式、转塔、仿形、自动和半自动、 专门化车床（曲轴、凸轮轴车床、铲齿车床） 加工精度：经济加工精度it8it7,表面粗糙度ra1.252.5 普通车床的基本结构及运动普通车床的基本结构及运动 主轴箱主轴箱 进给箱进给箱 溜板箱溜板箱 尾座尾座 床身床身 挂挂 轮轮 机机 构构 刀架刀架 床腿床腿 光杠光杠 丝杠丝杠 为便于了解和分析机床的运动和传动情况，常用机床的传动系统图。 主运动传动链 传动系统 纵向进给传动链：与主轴方向平行 进给运动传动链 横向进给传动链：与主轴方向垂直 螺纹

17、进给传动链 刀架快速移动传动链 c6132型普通车床 传动路线： c6132车床传动系统 1.传动路线传动路线 主运动传动链的传动路主运动传动链的传动路 线表达式如下：线表达式如下： 2.传动计算传动计算 根据传动路线表达式主轴可得到根据传动路线表达式主轴可得到12种转速。主轴工作转速计算式为：种转速。主轴工作转速计算式为： 即即 式中式中 n电 电电动机转速，电动机转速，r/min； i i 变 变变速箱总传动比；变速箱总传动比； i i 带 带皮带传动比；皮带传动比； i i 主 主主轴箱输入轴至主轴的传动比；主轴箱输入轴至主轴的传动比； 图图2-3所示齿轮的啮合位置，主轴的工作转速为：所

18、示齿轮的啮合位置，主轴的工作转速为： 可见，当改变变速箱中滑移齿轮的位置和主轴箱中离可见，当改变变速箱中滑移齿轮的位置和主轴箱中离 合器合器m1的位置时，可得到其余的位置时，可得到其余11种转速。其中：种转速。其中： 由主运动传动路线： 1.进给运动传动路线：进给运动传动路线： 进给运动传动链的传动路线表达式如下： 增倍齿轮增倍齿轮 增倍齿轮增倍齿轮由三轴滑移齿轮机构组成。可变换四种传动比：由三轴滑移齿轮机构组成。可变换四种传动比： 它们之间依次相差它们之间依次相差2倍，其作用是将基本组的传动比倍，其作用是将基本组的传动比 成倍地增加或缩小，从而可以加工出不同螺距的螺纹。成倍地增加或缩小，从而

19、可以加工出不同螺距的螺纹。 2.螺纹加工传动：螺纹加工传动： 从进给运动的传动路线图上可知，进给箱的变速级数从进给运动的传动路线图上可知，进给箱的变速级数 达达55=20种，还有种，还有7组不同传动比的挂轮可根据需要组不同传动比的挂轮可根据需要 任意配换，所以可以车出各种不同螺距的螺纹。任意配换，所以可以车出各种不同螺距的螺纹。 在在c6132车床上可以车出公制、英制和模数螺纹。车床上可以车出公制、英制和模数螺纹。 车公制螺纹时，要求工件每转一转，刀具应均匀地移动一车公制螺纹时，要求工件每转一转，刀具应均匀地移动一 个导程个导程p的距离。当车削各种螺纹时，按工件导程的距离。当车削各种螺纹时，按

20、工件导程p从车床铭从车床铭 牌上即可查出各手柄位置及配换挂轮齿数。牌上即可查出各手柄位置及配换挂轮齿数。 对于铭牌上没有的螺纹或非标准螺纹的加工，则需要计算对于铭牌上没有的螺纹或非标准螺纹的加工，则需要计算 配换的挂轮。配换的挂轮。 图上所示的啮合位置，其传动路线为：图上所示的啮合位置，其传动路线为： 则工件导程则工件导程p： 若若p已知，就可求出挂轮已知，就可求出挂轮a、b、c、d的齿数。的齿数。 可操纵溜板箱中的变向机构实现丝杠的转向，车出右可操纵溜板箱中的变向机构实现丝杠的转向，车出右 旋螺纹或左旋螺纹。旋螺纹或左旋螺纹。 v3.纵向和横向进给传动计算纵向和横向进给传动计算 v 图上所示

21、的啮合位置，其传动路线为： 若若a=60、b=65、c=65、d=45，当离合，当离合 器器m左 左及及m右右分别接合时，纵向和横向进给量分别分别接合时，纵向和横向进给量分别 为：为： 2.4 2.4 机床的液压传动机床的液压传动 液压传动是应用液体作为工作介质，通过液压元件来液压传动是应用液体作为工作介质，通过液压元件来 传递运动和动力。传递运动和动力。 2.4.1 液压传动的基本知识 液压传动在机床上的应用比较广，如拉刀的直线运动，就是由拉床上 的液压装置驱动的；万能外圆磨床、平面磨床的工作台的运动也是采用液压 传动方式。 磨床在磨削工件时，工作台必须连续往复运动。在液压系统中，工作台 的

22、运动方向是由电磁换向阀来控制的。 平面磨床工作台往复运动液压传动系统平面磨床工作台往复运动液压传动系统 1、液压传动系统 的工作原理 液压传动系统的组成液压传动系统的组成 2、液压传动系统的组成、液压传动系统的组成 一般液压传动系统主要由以下五部分组成：一般液压传动系统主要由以下五部分组成： （1）动力元件（油泵）动力元件（油泵）作用是将机械能转换成油液液作用是将机械能转换成油液液 压能，给液压系统提供压力油；压能，给液压系统提供压力油； （2）执行元件（液压缸或液压马达）执行元件（液压缸或液压马达） 作用是将液压能作用是将液压能 转换成机械能并分别输出直线运动或旋转运动；转换成机械能并分别输

23、出直线运动或旋转运动； （3）控制元件（如溢流阀、节流阀和换向阀等）控制元件（如溢流阀、节流阀和换向阀等） 作用作用 是分别控制液压系统油液的压力、流量和流向，以满足执是分别控制液压系统油液的压力、流量和流向，以满足执 行元件对力、速度和运动方向的要求；行元件对力、速度和运动方向的要求； （4）辅助元件（如油箱、油管、滤油器、密封件等）辅助元件（如油箱、油管、滤油器、密封件等） 起辅助作用，以保证液压系统正常工作；起辅助作用，以保证液压系统正常工作； （5）工作介质（矿物油）工作介质（矿物油） 传递能量的介质。传递能量的介质。 2.4.2 液压传动的特点及其在机床中的应用液压传动的特点及其在机

24、床中的应用 1.液压传动突出的优点液压传动突出的优点: （1 1）从结构上看）从结构上看 液压传动的控制、调节比较简单，操作方便，布局灵活。当与电液压传动的控制、调节比较简单，操作方便，布局灵活。当与电 气或气压传动相配合使用时，易于实现远距离操纵和自动控制；气或气压传动相配合使用时，易于实现远距离操纵和自动控制； （2 2）从工作性能上看）从工作性能上看 液压装置能在大范围内实现无级调速，也可以在运行中很方便地液压装置能在大范围内实现无级调速，也可以在运行中很方便地 调速，动作快速、稳定。因为工作介质是液体，所以运动传递平稳、调速，动作快速、稳定。因为工作介质是液体，所以运动传递平稳、 均匀

25、。均匀。 （3 3）从维护使用上看）从维护使用上看 液压元件能自行润滑，因此使用寿命长，且能实现系统的过载保液压元件能自行润滑，因此使用寿命长，且能实现系统的过载保 护。元件易实现系列化、标准化。护。元件易实现系列化、标准化。 缺点：缺点：由于不可避免存在泄露，所以由于不可避免存在泄露，所以液压系统不能实现严格的定传动比液压系统不能实现严格的定传动比 传动，传动效率较低。传动，传动效率较低。 液压传动在机床中的应用液压传动在机床中的应用 2.液压传动在机床中的应用液压传动在机床中的应用: （1）进给运动传动装置）进给运动传动装置 此项在机床上应用最广，如磨床的砂轮架，车床、六此项在机床上应用最

26、广，如磨床的砂轮架，车床、六 角车床、自动车床的刀架或转塔刀架，磨床、铣床、刨床、角车床、自动车床的刀架或转塔刀架，磨床、铣床、刨床、 组合机床的工作台进给运动。这些进给运动一般要求有较组合机床的工作台进给运动。这些进给运动一般要求有较 大的调速范围，且在工作中能无级变速，因此，采用液压大的调速范围，且在工作中能无级变速，因此，采用液压 传动是最合适的。传动是最合适的。 （2）往复主体运动的传动装置）往复主体运动的传动装置 龙门刨床的工作台，龙门刨床的工作台，牛头刨床牛头刨床或插床的滑枕等。这些或插床的滑枕等。这些 部件一般需要作高速往复运动，并要求换向冲击小，换向部件一般需要作高速往复运动，

27、并要求换向冲击小，换向 时间短，因此，可采用液压传动来实现。时间短，因此，可采用液压传动来实现。 牛头刨床 （3）仿形装置）仿形装置 车床、铣床、刨床上的仿形加工，如仿形车床车床、铣床、刨床上的仿形加工，如仿形车床 的仿形刀架。由于工作时要求灵敏度高，靠模接触的仿形刀架。由于工作时要求灵敏度高，靠模接触 力小，寿命长，因此，也可采用液压传动来实现。力小，寿命长，因此，也可采用液压传动来实现。 （4）辅助装置）辅助装置 机床上的夹紧装置、变速操纵装置、工件和刀机床上的夹紧装置、变速操纵装置、工件和刀 具装卸装置、工件输送装置、静压支承等，均可采具装卸装置、工件输送装置、静压支承等，均可采 用液压

28、传动来实现，这样有利于简化机床结构，提用液压传动来实现，这样有利于简化机床结构，提 高机床自动化的程度。高机床自动化的程度。 当然，液压传动在数控机床上应用更多。当然，液压传动在数控机床上应用更多。 液压传动在机床中的应用液压传动在机床中的应用 可编程控制液压尾座液压夹具 辅助装置 2.5 数控机床简介数控机床简介 2.5.1数控机床的定义数控机床的定义 数字控制数字控制ncnumerical control，用数字化信息发，用数字化信息发 出指令并实现自动控制的技术；出指令并实现自动控制的技术； 计算机数控计算机数控cnccomputerized numerical control，指用计算

29、机实现部分或全部数控功能，是现代，指用计算机实现部分或全部数控功能，是现代 化工业生产中的一门新型高新技术。化工业生产中的一门新型高新技术。 数字控制机床（数控机床）数字控制机床（数控机床）是一种用数字化的代码作为是一种用数字化的代码作为 指令，由数字控制系统进行处理、实现自动控制的机床。指令，由数字控制系统进行处理、实现自动控制的机床。 数控机床数控机床是综合应用计算机技术、自动控制、精密测是综合应用计算机技术、自动控制、精密测 量和机械设计等领域的先进技术成就而发展起来的一种新量和机械设计等领域的先进技术成就而发展起来的一种新 型自动化机床。它有效地解决了多品种、小批量生产精密、型自动化机

30、床。它有效地解决了多品种、小批量生产精密、 复杂零件的自动化问题。复杂零件的自动化问题。 2.5.2 数控机床的工作原理和组成数控机床的工作原理和组成 1. 1.数控机床的工作原理数控机床的工作原理 数控机床通过控制刀具相对于工件的运数控机床通过控制刀具相对于工件的运 动实现对零件的加工。数控装置按加工程序动实现对零件的加工。数控装置按加工程序 规定的运动轨迹要求，将刀具对工件的运动规定的运动轨迹要求，将刀具对工件的运动 分割成最小的位移量，通过不断地向各坐标分割成最小的位移量，通过不断地向各坐标 轴方向输出脉冲形式的指令，使刀具沿各坐轴方向输出脉冲形式的指令，使刀具沿各坐 标移动若干个脉冲当

31、量标移动若干个脉冲当量，实现对工件的相对，实现对工件的相对 运动，完成对零件的加工。运动，完成对零件的加工。 数控机床的工作原理数控机床的工作原理( (续续) ) 用数控机床加工零件时，首先应将加工零件用数控机床加工零件时，首先应将加工零件 的几何信息和工艺信息编制成加工程序，由输入的几何信息和工艺信息编制成加工程序，由输入 装置送入数控系统中，经过数控系统的处理、运装置送入数控系统中，经过数控系统的处理、运 算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经 过转换、放大，驱动伺服电动机带动各轴运动，过转换、放大，驱动伺服电动机带动各轴运动， 并进行反馈控制

32、，使刀具与工件及其他辅助装置并进行反馈控制，使刀具与工件及其他辅助装置 严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有 条不紊地工作，从而加工出零件的全部轮廓。条不紊地工作，从而加工出零件的全部轮廓。 2.5.2 数控机床的工作原理和组成数控机床的工作原理和组成 2.2.数控机床的控制原理数控机床的控制原理 数控加工中数据转换的过程数控加工中数据转换的过程: 刀具补偿处理：刀具补偿处理： 编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆编程时，通常都将车刀刀尖作为一点来考虑，但实际上刀尖处存在圆 角，如下左图所示。当用按理论刀尖点编出的程序进行

33、端面、外径、内径角，如下左图所示。当用按理论刀尖点编出的程序进行端面、外径、内径 等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。但在进行倒角、等与轴线平行或垂直的表面加工时，是不会产生误差的。但在进行倒角、 锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，如下右图所示。具有刀尖锥面及圆弧切削时，则会产生少切或过切现象，如下右图所示。具有刀尖 圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量，避免少 切或过切现象的产生。切或过切现象的产生。 刀补处理 插补处理插补处理 插补处理：插补处理： 数控装置在控制刀具进行轮廓加工时，需

34、要在规定的加数控装置在控制刀具进行轮廓加工时，需要在规定的加 工轮廓起点和终点之间进行数值的工轮廓起点和终点之间进行数值的“密化密化”，计算出多个中，计算出多个中 间点的坐标值，以控制机床各坐标轴的运动，这种计算中间间点的坐标值，以控制机床各坐标轴的运动，这种计算中间 值的过程称为插补运算。值的过程称为插补运算。 如，加工曲线如，加工曲线l l，可将，可将l l分成分成l0， l1， l2，等等 线段，设切削线段，设切削li 的时间为的时间为 ti ，刀具在各坐标方向的，刀具在各坐标方向的 位移量为位移量为 xi 和和 yi 时，时， 则则 直线插补：直线插补： 在数控机床上在数控机床上 加工

35、任意曲线的零加工任意曲线的零 件时，用直线去逼件时，用直线去逼 近曲线，逼近误差近曲线，逼近误差 应满足零件公差应满足零件公差 t的要求，即的要求，即 max t 数控机床的组成数控机床的组成 3.数控机床的组成数控机床的组成 数控机床一般由输入装置、数控系统、伺服系统、数控机床一般由输入装置、数控系统、伺服系统、 检测环节和机床本体检测环节和机床本体( (组成机床本体的各机械部件组成机床本体的各机械部件) )等部等部 分组成分组成。 数控机床组成示意图数控机床组成示意图 数控机床的组成数控机床的组成 （1）程序编制）程序编制 数控机床的程序编制是建立在对加工零件进行充分数控机床的程序编制是建

36、立在对加工零件进行充分 的工艺基础上的。一般地，程序编制的过程包括：的工艺基础上的。一般地，程序编制的过程包括： 确定零 件的编 程坐 标系 确定零 件加工 的工艺 路线 主运动 的启、 停、方 向、变 速 进给 运动 的速 度 选择 刀具 辅助 装置 的设 置 标准格 式的数 控程 序单 （2）输入装置）输入装置 操作面板：操作面板：是操作人员与数控装置进行信息交流的工具，组成：是操作人员与数控装置进行信息交流的工具，组成： 按钮站按钮站/状态灯状态灯/按键阵列按键阵列/显示器。下图为西门子的一款显示器。下图为西门子的一款 数控系统的操作面板：数控系统的操作面板： 数控机床的组成 人机交互设

37、备 数控机床在加工运行时，通常都需要 操作人员对数控系统进行状态干预，对输 入的加工程序进行编辑、修改和调试，对 数控机床运行状态进行显示等，也就需要 人机交互设备：键盘、显示器、光电阅读 机等。 数控机床的组成数控机床的组成 （3） 计算机数控（计算机数控（cnc）装置）装置 数控装置是数控机床的中枢，它如同机床的数控装置是数控机床的中枢，它如同机床的“大脑大脑”，指挥着机，指挥着机 床按预定程序动作。床按预定程序动作。 组成：组成：计算机计算机(硬件和软件硬件和软件)系统、可编程控制器系统、可编程控制器(plc)和接口电路和接口电路 作用：作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动

38、轨迹处理、机根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机 床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单伺服单 元、驱动装置和元、驱动装置和plc等等)，所有这些工作是由，所有这些工作是由cnc装置内硬件和软件装置内硬件和软件 协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。 （4） 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统 伺服驱动的作用，是把来自数控装置的位置伺服驱动的作用，是把来自数控装置的位置 控制移动指令控制移动指令( (包括速度和位移信号）转变成机床包括速度

39、和位移信号）转变成机床 工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精 确定位，加工出符合图样要求的工件。常用的伺确定位，加工出符合图样要求的工件。常用的伺 服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流 伺服电动机。伺服电动机。 数控机床的组成数控机床的组成 （5） 位置检测装置位置检测装置 位置检测装置是高性能数控机床的重要组成部分，安装在位置检测装置是高性能数控机床的重要组成部分，安装在 工作台或丝杠上，其作用是将机床移动的实际位置、速度参数工作台或丝杠上，其作用是将机床移动的实际位置、速度参数 检测出来，转换成

40、电信号，并反馈到检测出来，转换成电信号，并反馈到cnc装置中，使装置中，使cnc能能 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。指令，纠正所产生的误差。 数控机床的组成数控机床的组成 （6）数控机床的机械部件）数控机床的机械部件机床本体机床本体 数控机床的机械部件包括：数控机床的机械部件包括：主运动部件主运动部件（如（如 主轴组件、变速箱等），主轴组件、变速箱等），进给运动执行部件进给运动执行部件，如，如 工作台、拖板及其传动部件，床身、立柱等工作台、拖板及其传动部件，床身、立柱等支承支承 部件部件；此

41、外，还有冷却、润滑、转位和夹紧等；此外，还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅辅 助装置助装置。对于加工中心类的数控机床，还有存放。对于加工中心类的数控机床，还有存放 刀具的刀具的刀库刀库，交换刀具的，交换刀具的机械手机械手等部件。等部件。 数控机床是高精度和高生产率的自动化加工数控机床是高精度和高生产率的自动化加工 机床，与普通机床相比，应具有更好的抗振性和机床，与普通机床相比，应具有更好的抗振性和 刚度，要求进给传动部分之间的间隙要小。所以刚度，要求进给传动部分之间的间隙要小。所以 其设计要求比通用机床更严格，加工、制造精度其设计要求比通用机床更严格，加工、制造精度 更高。更高。 名目繁多的数控机

42、床名目繁多的数控机床 卧式数控车床立式数控车床 名目繁多的数控机床名目繁多的数控机床 立式数控铣床卧式数控铣床立卧两用数控铣床 龙门式数控铣床龙门加工中心 名目繁多的数控机床名目繁多的数控机床 数控线切割快走丝机床数控线切割慢走丝机床 名目繁多的数控机床名目繁多的数控机床 数控加工中心数控加工中心 卧式加工中心立式加工中心 加工中心是带有刀库及自动换刀装置的数控机床，它可以在一台机床上实现多 种加工。加工中心的刀库容量少则几把，多则几百把。 加工中心上，工件一次装夹，可完成多种加工，既节省辅助工时，又提高加工 精度。加工中心特别适用于箱体、壳体的加工。车削加工中心可以完成所有回转体 零件的加工

43、。 dmg dmc 70 h 卧式加工中心 2.5.3 数控机床的分类数控机床的分类 目前数控机床的品种很多，通常按下面四种方法进行分类。目前数控机床的品种很多，通常按下面四种方法进行分类。 1、按运动方式分类、按运动方式分类 （1）点位控制数控机床）点位控制数控机床 是指数控系统只控制机床的运动部件（刀具或工作台）是指数控系统只控制机床的运动部件（刀具或工作台） 从从一点准确地移动到另一点一点准确地移动到另一点，而点与点之间运动的轨迹不需，而点与点之间运动的轨迹不需 要严格控制。为了减少移动部件的运动与定位时间，一般先要严格控制。为了减少移动部件的运动与定位时间，一般先 以快速移动到终点附近

44、位置，然后以低速准确移动到终点定以快速移动到终点附近位置，然后以低速准确移动到终点定 位位置，以保证良好的定位精度。位位置，以保证良好的定位精度。 移动过程中刀具不进行切削。移动过程中刀具不进行切削。 这类机床主要有数控坐标镗床、 数控钻床、数控冲床等。 数控机床的分类数控机床的分类 （2）直线控制数控机床）直线控制数控机床 是指数控系统不仅控制是指数控系统不仅控制 刀具或工作台从一个点准确刀具或工作台从一个点准确 地移动到下一个点，而且保地移动到下一个点，而且保 证在两点之间的运动轨迹是证在两点之间的运动轨迹是 一条直线。刀具移动过程可一条直线。刀具移动过程可 以进行切削。这类机床有数以进行

45、切削。这类机床有数 控车床、数控钻床和数控铣控车床、数控钻床和数控铣 床等。床等。 数控机床的分类数控机床的分类 （3）轮廓控制数控机床）轮廓控制数控机床 也称连续切削数控机也称连续切削数控机 床床 ，是指数控系统能够对，是指数控系统能够对 两个或两个以上的坐标轴同两个或两个以上的坐标轴同 时进行严格连续控制。它不时进行严格连续控制。它不 仅能控制移动部件从一个点仅能控制移动部件从一个点 准确地移动到另一个点，而准确地移动到另一个点，而 且还能控制整个加工过程每且还能控制整个加工过程每 一点的速度与位移量，将零一点的速度与位移量，将零 件加工成一定的轮廓形状。件加工成一定的轮廓形状。 这类机床

46、有数控铣床、数控这类机床有数控铣床、数控 车床、数控线切割机床和加车床、数控线切割机床和加 工中心等。工中心等。 2、按伺服系统控制方式分类、按伺服系统控制方式分类 （1）开环控制数控机床）开环控制数控机床 开环控制系统的特征是系统中没有位置和速度检测反馈开环控制系统的特征是系统中没有位置和速度检测反馈 装置，指令信息单方向传送，不再反馈回来。装置，指令信息单方向传送，不再反馈回来。 受步进电动机的步距精度和工作频率以及传动机构的传受步进电动机的步距精度和工作频率以及传动机构的传 动精度影响，开环系统的速度和精度都较低。但由于开环控动精度影响，开环系统的速度和精度都较低。但由于开环控 制结构简

47、单，调试方便，容易维修，成本较低，仍被广泛应制结构简单，调试方便，容易维修，成本较低，仍被广泛应 用于经济型数控机床上。用于经济型数控机床上。 数控机床的分类数控机床的分类 数控机床的分类数控机床的分类 （2） 半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床不是直接检测工作台的位移量，而是采用半闭环控制数控机床不是直接检测工作台的位移量，而是采用 转角位移检测元件转角位移检测元件，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作 台的实际位移量，反馈到计算机中进行位置比较，用比较的差值台的实际位移量，反馈到计算机中进行位置比较，用比较的差值 进行控制。由

48、于反馈环内没有包含工作台，故称半闭环控制。进行控制。由于反馈环内没有包含工作台，故称半闭环控制。 半闭环控制精度较闭环控制差，但稳定性好，成本较低，调半闭环控制精度较闭环控制差，但稳定性好，成本较低，调 试维修也较容易，因此应用比较普遍。试维修也较容易，因此应用比较普遍。 数控机床的分类数控机床的分类 （3） 闭环控制数控机床闭环控制数控机床 闭环控制数控机床是利用安装在工作台上的闭环控制数控机床是利用安装在工作台上的直线位移检测元件直线位移检测元件（光（光 栅尺）将工作台实际位移量反馈到计算机中，与所要求的位置指令进行栅尺）将工作台实际位移量反馈到计算机中，与所要求的位置指令进行 比较，用比

49、较的差值进行控制，直到差值消除为止。可见，闭环控制系比较，用比较的差值进行控制，直到差值消除为止。可见，闭环控制系 统可以消除机械传动部件的各种误差和工件加工过程中产生的干扰的影统可以消除机械传动部件的各种误差和工件加工过程中产生的干扰的影 响，从而使加工精度大大提高。响，从而使加工精度大大提高。 这类机床特点是加工精度高，移动速度快，但调试和维修比较复杂，这类机床特点是加工精度高，移动速度快，但调试和维修比较复杂， 成本高，目前主要用于精度要求很高的数控坐标镗床、数控精密磨床等。成本高，目前主要用于精度要求很高的数控坐标镗床、数控精密磨床等。 数控机床的分类数控机床的分类 3、按联动轴数分类

50、、按联动轴数分类（对于轮廓控制数控机床）（对于轮廓控制数控机床） （1） 二轴联动二轴联动 主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工 曲线柱面。曲线柱面。 （2） 二轴半联动二轴半联动 主要用于三轴以上机床主要用于三轴以上机床 的控制，其中两根轴可以联的控制，其中两根轴可以联 动，而另外一根轴可以作周动，而另外一根轴可以作周 期性进给。期性进给。 数控机床的分类数控机床的分类 （3） 三轴联动三轴联动 一般分为两类：一般分为两类： 第一类第一类 ：x、y、z三个直线坐标轴联动，比较多见于数控三个直线坐标轴联动，比较多见于数控 铣床、加工中心等，下图为

51、用球头铣刀铣削三维空间曲面。铣床、加工中心等，下图为用球头铣刀铣削三维空间曲面。 第二类第二类 ：除了同时控制：除了同时控制x、y、z其中两个直线坐标轴外，其中两个直线坐标轴外， 还同时控制某一旋转坐标轴，如数控车床。还同时控制某一旋转坐标轴，如数控车床。 数控机床的分类数控机床的分类 （4） 四轴联动四轴联动 同时控制同时控制x、y、z 三个直线坐标轴外，还三个直线坐标轴外，还 同时控制某一旋转坐标同时控制某一旋转坐标 轴。轴。 数控机床的分类数控机床的分类 （5） 五轴联动五轴联动 同时控制同时控制x、y、 z三个直线坐标轴外，三个直线坐标轴外， 还同时控制某两个旋还同时控制某两个旋 转坐

52、标轴。刀具可以转坐标轴。刀具可以 被定在空间的任何方被定在空间的任何方 位。位。 数控机床的分类数控机床的分类 4、按加工工艺及机床用途分类、按加工工艺及机床用途分类 按工艺用途分类，数控机床可分为按工艺用途分类，数控机床可分为 （1）金属切削类）金属切削类 主要包括数控钻床、车床、铣床、镗床、磨床和齿轮加主要包括数控钻床、车床、铣床、镗床、磨床和齿轮加 工机床等，及加工中心。工机床等，及加工中心。 （2）金属成形类）金属成形类 主要包括数控压床、冲床、弯管机等。主要包括数控压床、冲床、弯管机等。 （3）特种加工类）特种加工类 主要包括数控电火花切割机、数控火焰切割机、数控激主要包括数控电火花切割机、数控火焰切割机、数控激 光加工机等。光加工机等。 另外，我国也有按数控系统的功能水平分类的，分为高、另外，我国也有按数控系统的功能水平分类的，分为高、 中、低三档。中、低三档。 2.5.4 数控机床的特点和应用数控机床的特点和应