数控机床基础知识教案

§1－1数控与数控机床§1－2数控机床的分类和常见数控机床简介§1－3数控机床的加工特点第一章数控机床基础知识第一章数控机床基础知识1

机床是人类社会生产力发展的重要标志，随着科学技术的飞跃发展，各机械制造业迅速发展，零件的形状越来越复杂，精度及批量生产要求越来越高，数控机床及其应用技术应运而生并在生产实践中显示了优越和强大的生命力。提供了一种自动化加工手段。1.1数控与数控机床2

一、数控与数控机床的概念数控又称为数字控制(NumericalControl),是一种利用数字化信息发出指令并实现自动控制的技术.（简称数控）——将通过计算机进行自动控制的技术统称为数控技术。数控技术:1.数控的定义

数控：3

2.数控加工的特点加工工艺是否先进、合理关系到加工质量的忧虑，在编制加工程序时必须认真分析加工过程的每一个细节，以免出现事故。（1）加工过程规范零件的切削用量的确定及机床的辅助控制都在加工前预先设计及优化处理，安排在规范的加工程序中并自动控制完成，不会受到人工干预。（2）工艺制定严密4

3.数控机床定义数字控制机床：(NumericalControlMachineTools)数控机床是采用了数字控制技术的加工设备,它通过数字化信息对机床的运动方向及加工过程进行控制,实现要求的机械动作,并自动完成加工任务.它是一种典型的技术密集且自动化程度很高的机电一体化产品.

简称数控机床。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。5

数控机床的产生与发展:

数控机床诞生于美国.1952年,美国帕森斯公司与麻省理工学院共同研制成功了世界上第一台数控机床,用来加工直升机叶片轮廓检查用样板.半个世纪以来,数控技术得到了迅猛的发展,其加工精度和加工效率不断提高.数控机床发展至今已经历了两个阶段共六个时代.1.硬件数控阶段:(NC)：早期的计算机运算速度低,不能适应机床实时控制的要求,人们只好用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统,这就是硬件连接数控,简称数控(NC).这个阶段一共经历了三代,即第一代的电子管数控机床,第二代的晶体管数控机床,第三代的小规模集成电路数控机床.2.计算机数控阶段:(CNC)：这个阶段也经历了三代:即第四代的小型计算机数控机床,第五代的微型计算机数控机床以及第六代基于PC的数控机床.前三代数控机床采用专用控制计算机的硬件数控装置,早已被淘汰;后三代的数控机床,则以小型／微型计算机取代硬件控制计算机作为核心部件，数控机床的许多控制功能由专用软件实现,其数控系统被称为软件控制系统,又称CNC系统.6数控机床的特点:1.具有高柔性.2.生产效率高,减少辅助时间和机动时间.3.加工精度高,产品质量稳定.4自动化程度高,劳动强度低.5能加工形状复杂的零件.7

二、数控机床的组成控制介质数控装置伺服机构辅助控制装置检测装置机床本体

外观图8

数控机床组成示意图9

1.控制介质将零件加工信息传送到数控装置去的程序载体，常用的有磁盘、U盘等移动硬盘U盘磁盘10加工信息即数控程序，，是数控机床床自动加工零零件的工作指指令。在对加加工零件进行行工艺分析的的基础上，确确定零件坐标标系在机床坐坐标系上的相相对位置，即即零件在机床床上的安装位位置；刀具与与零件相对运运动的尺寸参参数；零件加加工的工艺路路线、切削加加工的工艺参参数以及辅助助装置的动作作等。得到零零件的所有运运动、尺寸、、工艺参数等等加工信息后后，用由文字字、数字和符符号组成的标标准数控代码码，按规定的的方法和格式式，编制零件件加工的数控控程序单。编编制程序的工工作可由人工工进行；对于于形状复杂的的零件，则要要在专用的编编程机或通用用计算机上进进行自动编程程（APT），或CAD/CAM设计。编好的的数控程序，，存放在便于于输入到数控控装置的一种种介质上，它它可以是磁带带和磁盘等，，采用哪一种种存储载体，，取决于数控控装置的设计计类型。112.数控装置——数控机床的核核心。它由输输入装置（如如键盘）、控控制运算器和和输出装置（（如显示器））等构成。接受控制介质质上的数字化化信息，经过过控制软件或或逻辑电路进进行编译、运运算和逻辑处处理后，输出出各种信号和和指令，控制制机床的各个个部分，进行行规定的、有有序的运动。。——对数控机床进进行指挥、控控制123.伺服机构——驱动机床执行行机构实施运运动伺服机构——数控机床的执执行机构，由由驱动和执行行两大部分组组成。它接受受数控装置的的指令信息，，并按指令信信息的要求控控制执行部件件的进给速度度、方向和位位移。脉冲当量——每一脉冲使机机床移动部件件产生的位移移量。常用的的脉冲当量为为0.001mm～0.01mm。常用的位移执执行机构有功功率步进电动动机、直流伺伺服电动机、、交流伺服电电动机。伺服电动机驱动装置13辅助控制装置置——介于数控装置置和机床机械械、液压部件件之间的强电电控制装置。。作用：接受数数控装置输出出的主运动变变速、刀具选选择和交换、、辅助动作等等指令信息，，经过必要的的编译、逻辑辑判断、功率率放大后，直直接驱动相应应的电气、液液压和机械部部件，以完成成各种规定的的动作。4．辅助控制装置置可编程控制器器（PLC）14可编程控制器器(PLC)具有响应快，，性能可靠，，易于使用，，编程和修改改程序，并可可直接驱动机机床电气等特特点而成为广广泛应用的数数控机床辅助助控制装置。。15作用：检测数数控机床各个个坐标轴的实实际位移量，，经反馈系统统输入到机床床的数控装置置中。数控装装置将反馈回回来的实际位位移量与设定定值进行比较较，控制伺服服机构按指令令设定值运动动。常用检测元件件：直线光栅栅、光电编码码器、圆光栅栅、绝对编码码尺等。5．检测反馈装置直线光栅光电编码器5．检测反馈装置166.机床本体数控机床的机机床本体与传传统机床相似似，由主轴传传动装置、进进给传动装置置、床身、工工作台以及辅辅助运动装置置、液压气动动系统、润滑滑系统、冷却却装置等组成成。但数控机机床在整体布布局、外观造造型、传动系系统、刀具系系统的结构以以及操作机构构等方面都已已发生了很大大的变化。这这种变化的目目的是为了满满足数控机床床的要求和充充分发挥数控控机床的特点点。数控机床的主主体，是用于于完成各种切切削加工的机机械部分17数控机床的主主要三大部分分：（1）机床主体——机床床身。（2）数控装置——对数控机床进进行指挥、控控制。（3）伺服机构——驱动机床执行行机构实施运运动。18工作过程三、数控机床床的工作原理理19数控机床的加加工步骤：（1）根据零件图图样进行各项项准备。（2）按规定格式式编制出加工工程序。（3）将加工程序序以代码形式式完整记录在在信息（4）将代码输入入到数控装置置中。（5）数控装装置将结果以以脉冲信号形形式向伺服系系统发出执行行信号（6）伺服系统向向执行电机驱驱动机床进给给机构发出严严格指令。（7）机床自动加加工出合格零零件201机床坐标系（（标准坐标系系）四数控机床床的坐标系机床坐标系编编程坐标标系应用目的：为确定机床上上运动的位移移和方向，需需建立坐标系系21为了确定机床床的运动方向向与运动距离离,以描述刀具与与工件之间的的位置与变化化关系,我们需要建立立机床坐标系系.确认机床坐标标系应遵循的的基本原则是是:(1)刀具相对于静静止零件运动动原则.(2)机床坐标系采采用右手直角角笛卡尔坐标标系.（1）机床坐标标系的规定右手的大拇指指、食指和中指互互相垂直时,拇指的方向为为X轴的正方向,食指为Y轴的正方向,中指为Z轴的正方向.以X、Y、Z坐标轴线或以以与X、Y、Z坐标轴平行的的坐标轴线为为中心旋转的的圆周进给坐坐标轴分别以以A、B、C表示,其正方向由右右手螺旋法则则确定.22机床坐标系的的方向规定：：将增大刀具具与工件距离离的方向确定定为各坐标轴轴的正方向，，23机床坐标系各各坐标轴确定定的顺序先确定Z轴:与主轴轴线平平行或重合的的坐标轴为Z轴,以刀具远离工工件的方向为为正向.再确定X轴:平行于工件装装夹面,与Z轴垂直的水平平方向的坐标标轴为X轴,以刀具远离工工件的方向为为正向.最后确定Y轴:当X轴和Z轴确定以后,利用右手法则则确定Y轴及其正方向向.24模块二数控控机床结构及主要部部件+Ｚ+Ｘ+Ｙ0立式数控铣床床坐标系+Ｚ+Ｙ025（2）机床坐标系系、机床零点点和机床参考考点机床原点又称称机床零点，，也就是机床床坐标系的原原点，是指在在机床上设置置的一个固定定点，它在机机床装配、调调试时就确定定了，是数控控机床进行加加工运动的基基准参考点，，由厂家设定位位置,不允许用户更更改.。而机床参考点点是机床位置置测量系统的的基准点,一般位于机床床各坐标轴正正向极限位置置的附近,与机床原点的的距离是固定定的.机床参考点可可以与机床零零点重合，也也可以不重合合，通过参数数指定机床参参考点到机床床零点的距离离。铣床一般两点点重合，车床床不重合。机床回到了参参考点位置，，也就知道了了该坐标轴的的零点位置，，找到所有坐坐标轴的参考考点，CNC就建立起了机机床坐标系。。只有机床的的参考点确认认后，刀具（（或工作台））的移动才有有基准。262.编程坐标系（（工件坐标系系）、程序原原点和对刀点点编程坐标系也也称为工件坐坐标系，是编编程人员在编编程时使用的的，编程人员员选择工件上上的某一已知知点为原点（（也称程序原原点），建立立一个新的坐坐标系，称称为工件坐标标系。工件坐坐标系一旦建建立便一直有有效，直到被被新的工件件坐标系所取取代。确定编编程坐标系时时不必考虑工工件毛坯在机机床上的实际际装夹位置。。工工件件坐标系的原原点选择要尽尽量满足编程程简单，尺寸寸换算少，引引起的加工工误差小等条条件。一般情情况下，程序序原点应选在在尺寸标注注的基准或定定位基准上。。对车床编程程而言，工件件坐标系原点点一般选在在，工件轴线线与工件的前前端面、后端端面、卡爪前前端面的交点点上。27对刀点是零件件程序加工的的起始点，也也称为“起刀刀点”或“程程序起点”。。对刀的目的的是确定程序序原点在机床床坐标系中的的位置，对刀刀点可与程序序原点重合，，也可在任何何便于对刀刀之处，但该该点与程序原原点之间必须须有确定的坐坐标联系。可可以通过CNC将相对于程序序原点的任意意点的坐标转转换为相对于于机床零点的的坐标。对刀点选择的的原则：1、找正容易；；2、编程方便；；3、对刀误差小小；4、加工时检查查方便、可靠靠。对刀使刀位点与对对刀点重合的的操作。刀位位点指刀具的的定位基准点点。刀位点是指刀刀具的定位基基准点，对于于各种立铣刀刀，一般取刀刀具轴线与刀刀具底端面的的交点；对车车刀取刀尖；；钻头取钻尖尖。281.2数控机床分类类和常见数控控机床简介1.按控制运动的的轨迹分类点位控制数控控机床直线控制数控控机床连续控制数控控机床一、数控机床床的分类数控机床的分分类方法很多多，目前无统统一规定，下下面介绍几种种常用的分类类方法：29实行点对点的的准确控制，，而对其点到到点之间的运运动轨迹不作作要求，刀具具在定位运动动过程中不进进行切削，只只是快速进给给到定位位置置（不与工件件接触）。1）点位控制数数控机床数控钻床、数数控冲床属于于点位控制数数控机床。2）直线控制数数控机床除了要控制刀刀具相对于工工件（或工作作台）的起点点和终点的准准确位置外，，还要控制每每一程序段的的起点与终点点的位移过程程，使刀具以以给定的进给给速度作平行行于某一坐标标轴方向的直直线运动。1-20数控车床、数数控磨床属于直线控制制数控机床。。303）连续控制数数控机床又称轮廓控制制数控机床，，能同时对两两个或两个以以上的坐标轴轴进行控制，，从而按给定定的规律和速速度进行准确确的轮廓控制制，使其运动动轨迹成为所所需要的直线线、曲线或曲曲面。数控车床、数数控铣床、线线切割机床属于连续控制制数控机床。。31二、按伺服系系统的类型分分类数控机床伺服服驱动系统的的基本组成如如图所示。数数控机床的伺伺服驱动系统统按有无反馈馈检测单元分分为开环和闭闭环两种类型型，这两种类类型的伺服驱驱动系统的基基本组成不完完全相同。按按伺服系统统的特点，可可分为：32（1）开环控制数数控机床特点：控制系统不带带反馈装置，，执行机构采采用步进电动动机工作原理：数控装置发出出的脉冲指令令通过步进驱驱动电路，使使步进电动机机转过相应的的步距角，再再经传动系统统带动工作台台移动优缺点：精度不高、结结构简单、工工作稳定，价价格低33（2）闭环控制数数控机床特点：在工作台上安安装直线位移移检测装置，，将测量的位位移值反馈到到数控装置中中，与输入的的指令值比较较，再控制，，消除差值。。优缺点：精度高、结构构复杂、价格格高34（3）半闭环控制制数控机床特点：反馈环内没有有传动系统，，传动误差仍仍影响工作台台的位移精度度，故称半闭闭环控制优缺点：精度没闭环高高，但调试简简单，稳定性好、价价格低35三、按数控机机床的显示分分类（1）低档数控控机床特点：经济型型，根据加工工要求，合理理简化系统。。一般采用开环环步进电动机机驱动，用数数码管或CRT显示。36（2）中档数控机机床特点：用比较较齐全的CRT显示，显示字字符和图形，，人机对话。。（3）高档数控机机床特点：CRT具有中档功能能外，还具有有三维图形显显示。37二常见数控控机床简介1.数控车床特点：两轴联动，Z轴与主轴方向向平行的运动动；X轴是在水平面面内与主轴方方向垂直的运运动382.数控铣床特点：加工复杂三维维曲面，操作作方便，灵活活，在汽车，，模具，航天天等行业广泛泛应用393.加工中心特点：具有自动刀具具交换装置，，并能进行多多种工序加工工的数控机床床。一次装夹夹即可完成铣铣镗赚铰攻螺螺纹等多到工工序的加工。。分为立式，，卧式和万能能加工中心。。404.数控磨床特点：加工高硬度、、高精度表面面，有平面磨磨床、内圆磨磨床、轮廓磨磨床5.数控钻床特点：钻孔，攻螺纹纹，铣削等功功能。有立式式和卧式钻床床416.数控电火花成成型机床特点：特种加工机床床，其原理是是利用两个不不同极性的电电极的放电，，去除材料完完成加工。适适用于复杂模模具及难加工工材料的加工工。42电动（或液压压）回转刀架