数控机床的应用范围和特点

1、第1章前言1.1前言随着科学技术和市场经济的不断发展，对机械产品提出了高精度 、高效率通用性和灵活性的要求。虽然许多生产企业 （如汽车、家用电器等制造厂） 已经采用了自动机床和专用 自动生产线，可以提高生产效率、 提高产品质量、降低生产成本，但是由于市场竞争日趋激 烈，这就要求企业必须不断开发新产品。在频繁的开发新产品的生产过程中，使用刚性”（不可变）的自动化设备，由于其工艺过程的改变极其复杂，因此刚性自动化设备的缺点暴露无遗。另外，在机械制造业中，并不是所有产品零件都具有很大的批量。据统计，单件小 批量生产约占加工总量的 75%80%。对于单件、小批，复杂零件的加工，若用 刚性”自动 化设备

2、加工，则生产成本高、生产周期长，而且加工精度也很难符合要求。为了解决上述问题，并满足新产品的开发和多品种、小批量生产的自动化，国内外已研制生产了一种灵活的、通用的、万能的、能适应产品频繁变化的数控机床。数控机床就是针对这些要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床是机电一体化重要组成部分，是集精密机械技术、 计算机技术、自动控制技术、 微电子技术和伺服驱动技术于 一体的高度机电一体化典型产品。数控机床体现了当前世界机床进步的主流,是衡量机械制造工作水平的重要指标。在先进制造技术中起着重要的基础核心作用，数控机床是一种价格昂贵的精密设备，具有与普通机床不同的鲜明特点。1.2 .数控机床的发展自从1

3、952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工 业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。在数控机床的早期产品中，数控装置是专用的。近年来，数控系统技 术的突飞猛进，柔性制造系统的迅速发展和超高速切削超精密加工等技术的广泛应用，以及电子计算机信息技术的不断成熟，为数控机床的技术进步提供有利条件的同时，也提出了更高的要求。数控装置中的逻辑电路已被计算机所取代，从而实现了控制多样化和多功能化， 为更好地满足市场的需要，达到现代制造技术对数控机床所提出的更高要求，使数控机床控制功能实现最佳控制和自适应控制，在数控机床

4、中增加其系统诊断功能并通过传感器反馈， 实现加工智能化，更好地保证系统的可靠性是十分必要的。总之，数控机床应不断吸收最新最先进技术成就，朝着高可靠性、高速度化、高效率化、高精度化、高柔性化、高智能化、 数控编程自动化、制造控制系统小型化、 多功能复合化、设计宜人化等方向发展然而，由于我国工业基础相对薄弱，以企业为主体的创新体系尚未建立，数控机床产业化时间短；企业自身装备的数控化效率低，信息化管理水平不高， 对国外尖端技术的依存度很高；数控机床行业发展技术能力低下，研发能力有限，基础技术和关键技术研究还很薄弱，基础开发理论研究基础工艺研究和应用软件开发还不能适应数控技术快速发展的要求；科技人才不

5、足，缺乏高级技术人员， 科技投入和科研设施尚不适应等，这些问题的存在，使得我国数控机床首次将数控行业发展缓慢年国务院 8号文件国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见中,机床列入重大技术装备， 并提出明确要求：发展大型精密高速数控装备和数控系统及功能部 件，改变大型高精度数控机床大部分依赖进口的现状，满足机械航空航天等工业发展的需要。可见，以国家意志启动的振兴装备制造业的举措，为我国机床工具行业的发展创造了极好的外部环境，提供了前所未有的发展机遇。因此，在国家加大支持力度的前提下，企业要加强数控技术研发领域的投入，不断提高数控机床的技术水平，增强自身实力，以突破国际巨头的技术封锁。第2章 数控机

6、床的工作原理、组成及特点2.1工作原理数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。其工作原 理就是将加工过程中所需要的各种操作（如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、工件松开与夹紧、自动关停冷却液等） 和步骤，以及工件形状尺寸用数字化代码予以表示，通过控制介质（如磁盘或穿孔纸带等）将数字信息送入数控装置，数控装置则将对所输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，以控制机床伺服系统和其他驱动原件，从而使机床自动加工出生产中所需要的工件。简单地说，数控机床就是能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，将其译码，从而使机床动作并加工零件。2.2加工内容数控机床由主机、

7、数控装置、驱动装置、辅助装置、编程及其他附属设备几个部分组成。 数控机床的数控系统由显示器、伺服控制器伺服电机开关和传感器构成数控机床的加工一般包括对图纸进行分析， 确定需要数控加工部分；利用图形软件对需要数控加工部分造型； 加工条件，选择合适加工参数， 生成包括粗加工 半精加工 精加工的加工轨迹； 轨迹仿真检 验；生成代码；传给机床加工几项内容使用数控机床进行生产加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。2.3数控机床的特点数控机床就是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种加工设备。现代数控机床是一种典型的集光、机、电、磁技术于一体的加工设备。数控加工设备主要分切（磨） 削

8、加工、压力加工和特种加工 （如电火花加工、线切割加工等 ）三大类。切削加工类数控机床 的加工过程能按预定的程序自动进行，消除了人为的操作误差和实现了手工操作难以达到的 控制精度，加工精度还可以通过软件来校正和补偿，因此,可以获得比工作母机自身精度还要高的加工精度及重复定位精度 ；工件在一次装夹后，能先后进行粗、精加工，配置自动换刀装 置后,还能缩短辅助加工时间、提高生产率；由于机床的运动轨迹受可编程的数字信号控制，因而可以加工单件和小批量且形状复杂的零件，生产准备周期大为缩短。综上所述，数控机床具有高精度、高效率、高度自动化和柔性好等的特点。从近些年数控机床的生产现状和发展趋势看，由于计算机技

9、术在机床行业的广泛应用，与普通机床相比不仅在电器控制方面发生 很大的变化，而且在机械结构性能方面也形成了自身独特的风格和特点。具体说来，可以概 括为以下几个方面。2.3.1具有高度柔性数控铳床的最大特点是高柔性，即可变性。所谓柔性”即是灵活、通用、万能，可以适应加工不同形状工件的自动化机床。数控铳床一般都能完成钻孔、像孔、皎孔、铳平面、铳 斜面、铳槽、铳曲面(凸轮)和攻螺纹等加工，而且一般情况下，可以在一次装夹中完成所 需的加工工序。如图1所示齿轮箱，齿轮箱上一般有两个具有较高位置精度要求的孔，孔周有安装端盖的螺孔，按照老的传统加工方法步骤如下：90±0.03图 1(1) 划线 划底

10、面线 A,戈IJ力47JS7力52JS及90也.03中心线。(2) 刨(或铳)底面 A。(3) 平磨(或括削)底面 A。(4) 像加工(用校模)铳端面，像 力52JS7力47JS7保持中心距90±0.03。(5) 划线(或用钻模) 划8-M6孔线。(6) 钻孔攻丝 钻攻8-M6孔。以上工件至少需要 6道工序才能完成。如果用数控铳床加工，只需把工件的基准面A加工好，可在一次装夹中完成铳端面、像力52JS、力47JS7及钻攻8-M6孔，也就是将工序(4)、(5)和工序(6)合并为1道工序加工。更重要的是，如果开发新产品或更改设计需要将齿轮箱上2个孔改为3个孔，8-M6螺孔改为12-M6孔

11、，采用传统的加工方法必须重新设计制造锤模和钻模，则生产周期长。如 果采用数控铳床加工，只需将工件程序指令改变一下(一般只需0.5h1h),即可根据新的3图3样进行加工。这就是数控机床高柔性带来的特殊优点。2.3.2加工精度高质量稳定数控机床集中采用了提高加工精度和保证质量稳定性的多种技术措施：第一， 数控机床由数控程序自动控制进行加工，在工作过程中，一般不需要人工干预， 这就消除了操作者人为产生的失误或误差 ；第二，数控机床本身的刚度高、精度好，并且精度保持性较好，这更有利于零件加工质量的稳定，还可以利用软件进行误差补偿和校正，也使数控加工具有较高的精度。第三，数控机床的机械结构是按照精密机床

12、的要求进行设计和制造的，采用了滚珠丝杠、滚动导轨等高精度传动部件，而且刚度大、热稳定性和抗振性能好；第四， 伺服传动系统的脉冲当量或最小设定单位可以达到10pm 一 0.5pm,数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为 0.001mm）同时，工作中还大多采用具有检测反馈的闭环或半闭环控制，具有误差修正或补 偿功能，可以进一步提高精度和稳定性；第五，数控加工中心具有刀库和自动换刀装置，可以在一次装夹后，完成工件的多面和多工序加工，最大限度地减少了装夹误差的影响。因此，数控机床定位精度比较高。2.3.3加工质量稳定、可靠加工同一批零件，在同

13、一机床，在相同加工条件下， 使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。2.3.4生产效率高数控机床能最大限度地减少零件加工所需的机动时间与辅助时间，显著提高生产效率。 第一，数控机床的进给运动和多数主运动都采用无级调速，且调速范围大，可选择合理的切削速度和进给速度可以进行在线检测，因此，每一道工序都能选择最佳的切削速度和进给速度；第二，良好的结构刚度和抗振性允许机床采用大切削用量和进行强力切削；第三，一般不需要停机对工件进行检测，从而有效地减少了机床加工中的停机时间；第四，机床移动部件在定位中都采用自动加减速措施，因此可以选用很高的空行程运动速度，大大节约了辅助

14、运动时间。机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间。第五，加工中心可以采用自动换刀和自动交换工作台等措施，工件一次装夹，可以进行多面和多工序加工，大大减少了工件装夹、对刀等辅助时间数控加工工序集中，可减少零件周转时间；第六，加工工序集中，可以减少零件的周转，减少了设备 台数及厂房面积，给生产调度管理带来极大方便。因此，数控加工生产率较高，比一般零件可以高出34倍，复杂零件可提高十几倍甚至几十倍。2.3.5利于生产管理现代化采用数控机床加工能方便、精确计算零件的加工

15、时间，能精确计算生产和加工费用，主轴速度控制单元安装在数控机床的加工，可预先精确估计加工时间， 所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造(CAD/CAM )有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。 一机多工序加工， 减化生产过程的管理， 减少管理人员， 并且可实现无人 化生产。2.3.6劳动强度低、劳动条件好数控机床的操作者一般只需装卸零件、更换刀具、利用操作面板控制机床的自动加工。不需要进行繁杂的重复性手工操作，因此劳动强度可大为减轻。此外，数控机床一般都具 有较好的安全防护 、自动排屑、自

16、动冷却和自动润滑装置，操作者的劳动条件可得 到很大改善，可以一个人轻松地管理多台机床，数控机床的操作由体力型转为智力型。2.3.7适应性强灵活性好数控机床由于采用数控加工程序控制 ，当加工零件改变时、只要改变数控加工程序 ，便 可实现对新零件的自动化加工 。它能适应当前市场竞争中对产品不断更新换代的耍求，解决了多品种、单件小批量生产的自动化问题 ，也能满足飞机、汽车、造船、动力设备、 国防军工等制造部门形状复杂零件和型面零件的加工需要。2.3.8使用维护技术要求高数控机床是综合多学科、新技术的产物，机床价格高，设备一次性投资大，而机床的操作和维护要求较高。因此，为保证数控加工的综合经济效益，要

17、求机床的使用者和维修人员 应具有较高的专业素质 。与数控机床接触最多，能掌握机床运转脉搏 的是操作人员。他 们整夭操作数控机床，积累了丰富的的经验，对数控机床各部分的状态了如指掌。他们在正确使用和精心维护方面做得好与坏，往往对数控机床的状态有着重要的作用.因此，这就要 求数控机床操作人员有良好的职业素质。2.3.9白动化程度高可以减轻操作者的体力劳动强度 。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督机床运行。但是，由 于数控机床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。2.4数控机床加工特点数控机床已越来越多的应用于现代制造业，并

18、发挥出普通机床无法比拟的优势，数控机床(如图2所示)加工主要有以下几特点：1. 传动链短，与普通机床相比主轴驱动不再是电机 皮带齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。2. 刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控机床的刚性高，以便适应高精度的加5工要求。3. 轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。丝杠两端的支承 式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控机床的润滑部分采用油雾自 动润滑，这些措施都使得数控机床移动轻便。图 22.5数控机床机械结构设计的特点数控机床虽然也有普通机

19、床所具有的床身、立柱、导轨、工作台、刀架等部件，但为了与数控机床的高加工精度、高速切削相匹配，对机床主机部分的结构设计还提出了高精度、高刚度、低惯量、低摩擦、高谐振频率、适当的阻尼比等要求,因此数控机床的关键部件在结构设计中与普通机床相比有重大变化。2.5.1主传动系统的结构特点主传动系统实现各种刀具和工件所需的切削功率，且在尽可能大的转速范围内保证恒功率输出，同时为使数控机床能获得最佳的切削速度，主传动须在较宽的范围内实现无级变速。 现行数控机床采用高性能的直流或交流无级调速主轴电机，较普通机床的机械分级变速传动链大为简化。对加工精度有直接影响的主轴组件的精度、刚度、抗振性和热变形性能要求，

20、可以通过主轴组件的结构设计和合理的轴承组合及选用高精度专用轴承加以保证。为提高生产率和自动化程度，主轴上的卡盘有刀具或工件的自动夹紧、放松、切屑清理及卡盘准松机构。最近日本又开发研制了新型的陶瓷主轴，重量轻，热膨胀率低，用在加工中心上，具有高的刚性和精度。2.5.2进给系统结构特点数控机床的进给系统是由伺服电机驱动，通过滚珠丝杠带动刀具或工件完成各坐标方向的进给运动。为确定进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械装置时，以低摩擦、低惯量、高刚度 为原则，具体措施有：采用低摩擦、轻拖动、高效率的滚珠丝杠和直线滚 动导轨；采用大扭矩、宽调速的伺服电机直接与丝杠相联接，缩短和简化进给传动链；通过消

21、隙装置消除齿轮、丝杠、联轴器的传动间隙；对滚动导轨和丝杠预加载荷 ，预拉伸。2.5.3数控回转工作台和白动交换工作台数控锤、数控铳和加工中心，采用内部结构具有数控进给驱动机构特点的回转工作台，实现圆周任意角度的分度和进给运动。 对多工序数控机床，配置自动交换工作台，进一步缩短 辅助加工时间。2.5.4刀架系统回转刀架、带刀库的自动换刀系统及多刀架、多主轴布局对提高生产效率和自动化水平发挥了重要作用。为使刀具在机床上迅速定位、夹紧，普遍采用标准刀具系统和机夹刀具。2.5.5数控附件机床附件的作用是配合机床实现自动化加工。数控机床专用的附件有：！对刀仪，？自动编程机，#自动排屑器，?物料储运及上下

22、料装置，&自动冷却、润滑及各种新型配套件如导 轨防护罩等。2.5.6数控机床的外观造型特点数控机床的外观大都采用线型简洁的板块组合式全封闭安全防护罩，配备有现代特征的集操作、显示、控制于一体的操作面板，淘汰了普通机床各种操作手柄、手轮和线型复杂零散的多面型表面形态。安全防护罩可防止高压、大流量冷却液及铁屑飞溅、减少粉尘入侵 隔音降噪，有利于机床的精度保持和环境保护，真正体现了机、电、液一体化的特点；先进的数控数显装置；对机床的精度和刚度使用的可靠性、安全防护性及环保等有严格要求；采用先进标准的刀具系统及安装位置合理的自动换刀装置；采用整套商品化、标准化的新型配套件、自动排屑、润滑和冷却

23、装置等。依人机工程学宜人性原则设计的桌面式或悬挂式数控操 作面板，是机床与操作者联系和信息交流的唯一界面，指示灯、按钮、按键排列的设计 ，既适合人的操作特性，又利于人机间的协调与交流，通过视觉良好的键面色彩，标准化的象形符 号，能准确反映和传递两者间的信息。另外，采用触摸屏操作使得人机界面更加友好，加工过程的动态实时显示，使加工过程更加直观，操作更加容易。2.6数控机床的组成数控机床一般由下列几个部分组成：庄机，它是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。它是用于完成各种切削加工的机械部件。破控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）

24、以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、 数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。区动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴 电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。 当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。«助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、 排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和 数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。它

25、本身是机电一 体化的重要组成部分，也是现代机床技术水平的重要标志。第3章数控机床的应用数控机床发展至今已经有四十多年的历史了，它与电子技术，特别是计算机技术的发展密切相关，自世界上第一台数控机床于年在美国麻省理工学院研制出以来，数控机床在制造 工业，特别是汽车航空航天， 以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件还是在软件方面，都有飞速的发展随着现代经济和科学技术的飞跃发展，尤其是计算机数控系统的出现及微型计算机的迅速发展，再加上数控技术的普及和电子器件成本的降低，这些有利的条件都使得数控机床的适用应用范围越来越广泛，其加工成本不断降低，加工精度不断提高。 数控系统除了用来控制金属切削机床

26、外，还普遍用于控制诸如冲床线切割机气割机之类的简单机器直至机器人之类的复杂设备，在要求可靠性高柔性强和实现机电一体化等方面的生产加工中对数控机床都有广泛的需要 ，由于数控机床属于精密设备，致使成本较高，因此，目 前多用于形状复杂 精度要求高的中小批量零件加工。3.1适合数控机床加工的零件不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前应对其类型、规格、性能、 特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合加工零件的数控机床。根据数控加工的特点，和国内外大量应用实践，数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件。1. 多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。随着数控机床制造成本的逐步下降，现

27、在不管是国内还是国外， 加工大批量零件的情况也已经出现。加工很小批量和单件生产时，如能缩短程序的调试时间和工装的准备时间也是可以选用的。2. 形状复杂，加工精度要求高，制造精度高，对刀精确，能方便的进行尺寸补偿，通用 机床无法加工或很难保证加工质量的零件。3. 表面粗糙度值小的零件。在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情况下， 表面粗糙度取决于切削速度和进给速度。普通机床是恒定转速，直径不同切削速度就不同，像数控车床具有恒线速切削功能，车端面、不同直径外圆时可以用相同的线速度，保证表面粗糙度值既小且一致。在加工表面粗糙度不同的表面时，粗糙度小的表面选用小的进给速度，粗糙度大的表面选用

28、大些的进给速度，可变性很好，这点在普通机床很难做到。4. 轮廓形状复杂的零件。任意平面曲线都可以用直线或圆弧来逼近，数控机床具有圆弧 插补功能，可以加工各种复杂轮廓的零件。5. 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件。6. 必须在一次装夹中完成铳、锤、锻、皎或攻丝等多工序的零件。7. 价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件。8. 需要最短生产周期的急需零件。9. 在通用机床加工时极易受人为因素（如：情绪波动、体力强弱、技术水平高低等） 干扰，零件价值又高，一旦质量失控会造成重大经济损失的零件；3.2从数控机床的类型方面考虑3.2.1数控车床：包括主轴、溜板、刀架等。数控系

29、统包括显示器、控制面板、强电控制等。数控车床一 般具有两轴联动功能，z轴是与主轴平行方向的运动轴，X轴是在水平面内与主轴垂直方向的运动轴。远离工件方向为轴的正向。另外在最新的车铳加工中心，还增加了一个C轴，可用于工件的分度功能，在刀架中安放铳刀，对工件进行铳加工。刀具超过12把称为加工中心。数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面，圆锥面、螺纹表面、成形回转体面等。对于盘类零件可以进行钻孔、扩孔、绞孔、锤孔等。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等 加工。3.2.2数控铳床：适于加工三维复杂曲面，在汽车、航空航天、模具等行业被广泛采用。可分为数控立式 铳床、数控卧式铳床、数控仿形铳床等。3.2.3

30、加工中心：一般认为带有自动刀具交换装置（ATC）的数控镂铳床，称为加工中心。可以进行铳、锤、钻、扩、皎、攻丝等多种工序加工。不能包括磨削功能，因为微细的磨粒可能进入机床 导轨，从而破坏机床的精度。而磨床上有特殊的保护措施。加工中心可分为立式加工中心、 卧式加工中心。立式的主轴是垂直方向的，卧式的主轴是水平方向的。3.2.4数控钻床：分为立式钻床和卧式钻床。主要完成钻孔、攻丝功能，同时也可以完成简单的铳削功能。刀库可以存放多种刀具。3.2.5数控磨床： 用在高硬度、高精度加工表面。平面磨床、内圆磨床、轮廓磨床等。随着自动砂轮补偿技术、 自动砂轮修整技术和磨削固定循环技术的发展，数控磨床的功能越来

31、越强。3.2.6数控电火花成形机床(EDM Machine ):特种加工方法，利用两个不同极性的电极在绝缘体中产生放电现象，去除材料进而完成加工，适用于形状复杂的模具、难加工材料。3.2.7数控线切割机床：原理与电火花成形机床一样，就是电极是电机丝，加工液一般是去离子水。第4章数控机床的使用数控机床是综合应用计算机自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比，其优越性是显而易见的，不仅零件加工精度高，产品质量稳定，且自动化程度极高，可减轻工人的体力劳动强度 大大提高了生产效率，特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成

32、或根本不能加工 的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算 机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。4.1数控加工的概念数控机床的工作原理就是将加工过程所需的各种操作(如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液)和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表 示，通过控制介质(如穿孔纸带或磁盘等)将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信 息进行处理与运算，发出各种控制信号， 控制机床的伺服系统或其

33、他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。 数控加工一般包括以下几个内容：(1) 图纸分析，确定需要数控加工的部分；(2 )利用图形软件(如 Mastercam软件)对需 要数控加工的部分造型；(3) 根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹(包括粗加工、半精加工、 精加工轨迹)；(4) 轨迹的仿真检验；(5) 生成G代码；(6) 传给机床加工。4. 2数控机床使用中应注意的事项使用数控机床之前，应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料，以便正确操作使用机床，并注意以下几点：(1) 机床操作、维修人员必须是掌握相应机床专业知识的

34、专业人员或经过技术培训的 人员，且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床；(2) 非专业人员不得打开电柜门， 打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关。 只有专业维修人员才允许打开电柜门，进行通电检修；(3) 除一些供用户使用并可以改动的参数外，其它系统参数、主轴参数、伺服参数等， 用户不能私自修改，否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤害；(4 )修改参数后，进行第一次加工时，机床在不装刀具和工件的情况下用机床锁住、 单程序段等方式进行试运行，确认机床正常后再使用机床；(5) 机床的PLC 程序是机床制造商按机床需要设计的，不需要修改。不正确的修改， 操作机床可能造成机床的损坏，甚至伤

35、害操作者；(6) 建议机床连续运行最多 24小时，如果连续运行时间太长会影响电气系统和部分 机械器件的寿命，从而会影响机床的精度；(7) 机床全部连接器、接头等，不允许带电拔、插操作，否则将引起严重的后果。第5章数控机床的维护数控机床的应用越来越广泛， 相关数控机床技术方面文章本也很多，但对如何正确使用数控机床，如何对其进行有效的维护等方面的论述不是很多。科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机

36、技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体， 是机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。 数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流， 是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。具体有以下措施：5. 1配备高素质的编程、操作和维护人员数控机床是综合了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，其控制系统复杂、价格昂贵。因此配备的人员必须

37、具备以下基本素质， 应有高度的责任心和良好的职业道德。二是具有较广的知识面和勤学习、善思考、多动手的良好工作习惯。负责日常维护的人员， 不仅要掌握计算机原理、电子电工技术、自动控制与电力拖动、测量技术、机械传动及切削加工工艺知识，而且要具有一定的英语基础和较强的动手实践能力。才能全面掌控数控机床， 所以培养学生的综合素质和岗位技能，是学院数控设备良好运行的基本保障。5. 2建立数控设备的维护保养制度13数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统不同，各具不同的特性。其维护保养的内容和细则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照机床使用说明书要求，针对性地制订并严格制

38、定日常维护保养制度是非常必要的。日常维护工作可以分为每天检查、每周检查、每半年检查和不定期检查等各种检查周期。检查内容为常规检查内容。对一些频繁运动的元、部件（无论是机械传动部分还是驱动控制部分），都应该作为定期的检查对象。如重复定位精度，必须每次技能鉴定前作重点检查，以保证学生在考核中得到较好的尺寸精度。另外对于储存器（CMOS）供电电池，应在数控系统通电状态下更换新电池，以确保存储参数不丢失，数控系统正常运行。5. 3建立数控机床正常使用时的维护措施数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械

39、部件更是如此。为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对敷控系统进行日常的维护。概括起来，应注意下几个方面。1. 制订数控系统日常维护的规章制度根据各种部件特点。 确定各自保养条例。 如明文规定哪些地方需要夭夭清理 .如CNC系 统的输入/输出单元 一光电阅读机的清洁。检查机械结构部分是否润滑良好等 ），哪些部件要 定期检查或更换（如直流伺服电动机 电刷和换向器应每月检查一次）2. 应尽量少开数控柜和强电柜的门 ，因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上。容易引起元器件间绝缘电阻下降,甚至

40、导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法 是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。3. 定时清扫数控柜的散热通风系统应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高 （一般不允许超 55 C），造成 过热报警或数控系统工作不可靠。4. 经常监视数控系统用的电网

41、电压FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定 值的85% 110%的范围内波动。如果超出此范围 ，就会造成系统不能正常工作 ，甚至会引起 数控系统内部电子部件损坏。5. 定期更换存储嚣用电池比如FANUC公司所生产的数控系统内的存储器有两种：一是不需电池保持的磁泡存储器。二是需要用电池保持的CMOS RAM器件，为了在数控系统不通电期间能保持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路 ，在数控系统通电时 ，由+5V电源经一个二极管向 CMOS RAM供电，并对可充电电池进行充电；当数控系统切断电源时，则改 为由电池供电来维持 CMOS RAM内的信息，在一般情况下，即使电池尚未失效，也应每

42、年更 换15一次电池，以便确保系统能正常工作。另外，一定要注意，电池的更换应在散控系统供电状态下进行。5.4做好数控装置的维护5.4.1做好机床排故工作。机床一旦出现报警，说明机床已出现故障或处在非正常工作状态。应该首先查明原因， 然后才能继续运行。数控机床一旦停机，直接影响实习教学计划，后果非常严重。因此，维 护人员必须要有高超技术和严谨的工作作风，认真作好维修记录，对故障发生的原因进行科学地分析，发现故障的根源与规律，从而排除机床故障。5.4.2注意数控装置的防尘。首先，除进行必要的检修外， 平时应尽量少开柜门， 因为柜门常开易使空气中飘浮的灰 尘、油雾和金属粉末落在印刷线路板上和电器接插

43、件上，很容易造成元器件之间的绝缘电阻下降，从而引发故障甚至造成元器件损坏，所以加强数控柜和强电柜的密封管理很重要。有些数控机床的主轴速度控制单元安装在强电柜中，强电柜门关的不严是使电器元件损坏、是数控系统控制失灵的一个原因。其次，对一些已受外部灰尘、 油雾污染的电路板和接插件可采用专用电子清洁剂喷洗。5.4.3重视数控装置的散热。应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高 （一般不允许超过 55C）,造成过热报警或数控系统工作不可 靠。5.4.4应尽量少开

44、数控柜和强电柜的门。因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热， 这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门， 更不允许在使用时敞开柜门。5.4.5数控系统长期不用时的维护。为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲

45、置不用时， 为了避免数控系统损坏， 需注意 以下两点：（1）要经常给数控系统通电， 特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。（2）数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电动机中取出，以免由于化学腐蚀作用，使换向器表面腐蚀，造成换向性能变坏，甚至使整台电动机损坏。第6章数控机床的发展情况6.1.当代数控机床发展的特征6.1.1高精度化当代工业产品对精度提出了越来越高的要

46、求，象仪器、钟表、家用电器等等都有相当高精度的零件，典型的高精度零件如陀螺框架、伺服阀体、涡轮叶片、非球面透镜、光盘、磁 头、反射鼓等，这些零件的尺寸精度要求均在微米、亚微米级。因此，加工这些零件的机床也必须受到需求的牵引而向高精度发展。如中等规格的普通机加中心的定位精度，八十年代初为土 0.012 mm/300mm,到了九十年代初，已提高为土 0.0020. 005mm/全程（如瑞士 DIXI公司 的座标锤铳中心）。航天工业是当今高精度数控加工机床发展的典型的受益工业部门之一。 第一代惯性器件、伺服机构等高精度仪表零件的高精度关键部位的尺寸精度均在1 m以下。而当前第二代惯性器件，以动马达为

47、例，其关键部位的尺寸精度已提高到0.10.2m，为适应这种要求，机床主轴回转精度已达到0.1m以下。当前一些透镜、磁盘等的精度也已要求0.1m以下的精度，为适应这种需要，数控机床和机械加工中心也必须提高精度，才能与之相适应。为此,在计算机技术发展的推动下，各种加工精度补偿技术得到应用和发展。机床的结构材料，在高精度机床上也已开始普遍使用各种性能稳定、温度影响小新型材料：如花岗岩、人造花岗岩、精密陶瓷、Invar、Superinvar、Zerodur等。典型的实例有瑞士Studer的精密磨床（S系列），其床身采用人造花岗岩；日本东京精密公司的三坐标测量机结构件大多是花岗岩，而关键部位采用的是精密

48、陶瓷；德国Heidenhain公司的高精度光栅尺，是用Zerodur制造，其精度达0.2um/200um。为了保证机床的直线性精度，导轨普遍采用双 V型，超高速主轴则采用Si3N4陶瓷滚珠的轴承。6.1.2高速度化提高生产率是机床技术发展的的永恒主题，这也表现在提高机床主轴的转速上。在八十年代中期，中等规格的机加中心的最高转速为40006000r/min;而传统机床的转速均在3000r/ min以下；而到了九十年代，则达到了 800012000r/min，甚至达到50 000 r/min，为了适应主 轴的高速化，滚珠轴承采用油气润滑、喷雾润滑、环下润滑，使用陶瓷滚珠轴承等，各种新型轴承如静压轴

49、承、动压轴承、磁力悬浮轴承等也开始得到应用。另一方面，为提高生产率，缩短工具交换和托板交换等非切削时间也有很大的进步。如数控车床的刀架转位时间已从130s，减少到0.40.6 s;机加中心的换刀机构的改进 ，换刀时间也从510减少到1s 3s;托板交换 时间则由1220 s减少到610 s，有的少到2.5 ;坐标轴的快速移动目前已提高到1824m/min,甚至达到3040 m/min。所有这些对缩短非切削时间都起了很大的作用。上述各项措施突出表明了高速化对提高生产率的作用。6.1.3高柔性化当代产品的多样化和个性化 ，对机床提出了更高的柔性加工要求。如：车削加工中心可以进行铳削、钻孔;铳削加工

50、中心可以车削、钻孔、攻丝；切削与磨削可在一台机床上完成；最近还有一家日本公司为满足用户需要，将电加工与切削加工集成于一台机床上完成。这种将各种加工功能在一台机床上进行集成，均是为了能在一台机床上实现一次装夹就能完成不同工件的不同的加工要求，以充分展示机床加工的柔性。而机械加工中心的出现，正是适合了这种发展趋势，并与当代产品的多样化和个性化发展默契配合。单件、小批量产品的传统加 工，许多精密零件的生产准备时间很长，如惯性平台的四大件，以往的小批量的生产准备周期 要长达一年半以上，而使用机械加工中心，则可在同一机械加工中心上逐个完成台体、外环、 内环和基座这四大件的加工，成套提供装配，大大缩短了生

51、产准备周期和加工时间。6.1.4高度白动化自动化是指在全部加工过程中，减少人的“介入”，而能自动地完成规定的任务。传统的自动化往往与大批量生产加工联系在一起，使用大量专用机床和组合机床。而目前可以通过数控机床和机械加工中心，不仅能在大批量生产中实现自动化加工，也可在小批量、多品种产品的加工中实现自动化生产。另外还应注意的是自动化的“面”也在不断扩展，如自动编程、自动换刀、自动上下料（工件）、自动加工、自动检测、自动监控、自动诊断、自动对刀、自 动传输、自动调度、自动管理等等。自动化程度的提高，进一步推动了标准化和进线的生产能力。机械加工的自动化大大提高了生产率，但检测计量往往是一个薄弱环节。如

52、复杂箱体的加工，在机械加工中心上的加工周期已缩短到几个小时，而传统检测，则需要几倍于加工时间。而今生产型三坐标测量机进入生产线，缓解了这种矛盾，使自动化更加全面。另外，数控机床也有了自动检测的系统（如英国Renishaw公司的测量系统），使在线检测成为现实，检测自动 化更加完善。6.1.5造型宜人化当一台机床展示时，是其外观给人们留下第一形象。近年来，机床造型的宜人化已成为一门学科，宜人化的内容，除了外观、颜色之外，考虑操作使用时方便、省力等人体学知识也是一 个重要的方面。好的数控机床不仅要功能齐全、操作可靠安全、性能良好，而且要成为外观宜人和符合操作人体学的一件艺术品。6.1.6高的可靠性这

53、是一项硬指标，好的数控机床的无故障工作时间（MTBF）目前已达到30000h以上，甚至更高。航天工业总公司在仪表可靠性方面积累有相当丰富的经验，这可以移植到机床数控系统上来。如在技术管理上通常使用的元件筛选、在线装配、整机调试及环境试验、全面质 17量管理等等都可有借鉴之处。随着电子信息技术的发展， 世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化 时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。目前，欧、 美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步

54、，仍处于发展阶段。6.2国内数控机床的发展情况斗五”期间，中国数控机床行业实现了超高速发展。其产量2001年为17521台，2002年24803台，2003年36813台，2004年51861台，2004年产量是 2000年的3.7倍，平均年 增长39%; 2005年国产数控机床产量 59639台，接近6万台大关，是 九五”末期的4.24倍。 斗五”期间，中国机床行业发展迅猛的主要原因是市场需求旺盛。固定资产投资增速快、汽车和机械制造行业发展迅猛、外商投资企业增长速度加快所致。2006年，中国数控金切机床产量达到85756台，同比增长32.8%,增幅高于金切机床产量增幅18.4个百分点，进而使

55、金切机床产值数控化率达到37.8%，同比增加2.3个百分点。此外，数控机床在外贸出口方面亦业绩骄人，全年实现出口额3.34亿美元，同比增长63.14%,高于全部金属加工机床出口额增幅18.58个百分点。2007年，中国数控金切机床产量达123,257台，数控金属成形机床产量达 3,011台；国产数控机床拥有量约50万台，进口约20万台。2008年10月，中国数控机床产量达105,780台，比2007年同比增长2.96%。长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。究其原因，国内本土数控机床企业大多处于

56、 粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进 水平相比落后了 5-10年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15年。同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。国外公司在中国数控系统销量中的80%以上是普及型数控系统。如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破，中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击。同时，还要建立起比较完备