数控机床结构及应用第章

本章要点数控机床简介数控机床的组成第1章绪论数控机床的分类数控机床的坐标系数控机床的主要性能指标及功能第1章

绪论Introduction1.1

数控机床简介Ncmachinetoolprofile数控机床结构及应用1.1.1数控技术发展的原因

客观方面的原因：第二次世界大战中体现出来的对武器装备要求更加精良；计算机技术的产生和不断发展；机床技术的不断发展和成熟等。

主观方面的原因：要求减轻工人的劳动强度；不断提高劳动效率；工厂实现自动化的要求等。1.1.2数控系统的发展史硬线数控阶段(1952～1970年)1）1952年开始的第一代数控系统，其主要特点是以电子管、继电器、模拟电路元件为主2）1959年开始的第二代数控系统，其主要特点是以晶体管数字电路元件为主3）1965年开始的第三代数控系统，其主要特点是以集成数字电路器件为主。计算机数控阶段(1970年至今)1）1970年开始的第四代数控系统，其主要特点是基于小型计算机并采用中小规模集成电路的数控系统。2）1974年开始的第五代数控系统，其主要特点是基于微处理器并具有数字显示、故障自诊断功能的数控系统。3）1990年开始的第六代数控系统，其特点是基于PC的数控系统。1.1.3数控定义数控技术——是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。数控机床——为满足单件、小批、多品种、自动化生产的需要而研制的一种灵活的、通用的能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高的优点。1.1.4数控机床的优点适应能力强、适应于多品种、单件小批量零件的加工；加工精度高；工序高度集中，可以大大减轻工人的体力劳动；生产准备周期短，具有较高的加工生产率和较低的加工成本；能完成复杂型面的加工；技术含量高，有利于实现机械加工的现代化管理。1.2数控机床的组成Thecompositionofncmachinetools第1章

绪论Introduction数控机床结构及应用1.2.1数控机床的技术组成数控技术由机床技术、数控系统技术和外围技术等组成。机床技术包括基础件和配套件等；数控系统技术包括控制系统、驱动系统和测量与反馈系统等；外围技术包括工具系统、编程技术和管理技术等。图1—1

数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服装置、辅助控制装置、检测装置和机床本体组成。如图所示。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主轴箱电气柜控制面板主轴床身工作台冷却液箱1.3.1数控机床的组成立柱

控制介质是指将零件加工信息传送到数控装置去的程序载体。随数控装置类型的不同而不同，常用的有磁盘、移动硬盘、Flash（U盘）等（见图）。1.控制介质1.2.2数控机床的结构组成①几何信息：确定加工零件的几何形状，如位移、圆心、曲面法矢量等

.②辅助功能信息：说明加工条件，如刀具几何参数、进给速度和主轴转速、开关冷却液、程序结束等.③准备功能信息：说明插补类型、加工坐标平面、实现刀具半径补偿等.NC程序传入NC机床的途径:键盘手工敲入、穿孔纸带、拷贝、I/O通讯接口a)b)c)常用的控制介质a)磁盘b)移动硬盘c)U盘1.2.2数控机床的的结构组成成数控装置是是数控机床床的核心。。由输入装置置、控制器器、运算器器和输出装装置组成。。如图所示是是某数控车车床的数控控装置。它它由输入装装置（如键键盘）、控控制运算器器和输出装装置（如显显示器）等等构成。2.数控装置①输入装置置：接收外外部的输入入程序并存存储②控制器：：控制和协协调数控装装置各部分分协调工作作③运算器：：接收控制制信息，对对集合信息息进行插补补运算并向向输出装置置发出进给给脉冲④输出装置置：将脉冲冲输出给伺伺服系统FANUC西门子广州数控华中数控凯恩帝蓝天3.伺服机构1.2.2数控机床的的结构组成成构成:驱动装置、、伺服电动动机、传动动丝杠等工作过程：（弱电强强电电）脉冲信号伺伺服单元元放大器电电动机机运转工作台、主主轴移动丝丝杠转转动伺服系统是是数控装置置与机床本本体间的传传动联系环环节，可以以将来自数数控装置的的脉冲信号转换为机床床移动部件件的运动，使工工作台精确确定位或按按规定的轨轨迹做严格格的相对运动，最后加工工出符合图图纸的零件件。a)驱动装置b)伺服电动机伺服机构辅助控制装置置是介于数数控装置和和机床机械械、液压部部件之间的的强电控制制装置。由由于可编程程控制器（（PLC）具有响应应快、性能能可靠、易易于使用、、编程和修修改程序，，并可直接接驱动机床床电气等特特点，现已已广泛用作作数控机床床的辅助控控制装置。。图所示为某可编编程控制器器的外观图图。4.辅助控制装装置辅助控制装置1.2.2数控机床的的结构组成成检测反馈装装置将数控控机床各个个坐标轴的的实际位移移量、速度度参数检测测出来，转转换成电信信号，并反反馈到机床床的数控装装置中。检测装置的的检测元件件有多种，，常用的有有直线光栅、光电编码器、圆光栅、绝绝对编码尺尺等。5.检测装置光电编码器直线光栅1.2.2数控机床的的结构组成成机床本体是是数控机床床的主体，，是用于完完成各种切切削加工的的机械部分分，包括主主运动部件件、进给运运动执行部部件（如工工作台、滑滑板及其传传动部件））和床身、、立柱、支支承部件等等。6.机床本体数控机床加加工零件的的工作过程程如图所示。加工步骤如下：：（1）根据被加加工零件的的图样与工工艺方案，，用规定的的代码和程程序段格式式编写出加加工程序。。（2）将所编写写加工程序序指令输入入到机床数数控装置中中。（3）数控装置置对程序（（代码）进进行处理之之后，向机机床各个坐坐标的伺服服驱动机构构和辅助控控制装置发发出控制信信号。（4）伺服机构构接到执行行信号指令令后，驱动动机床的各各个运动部部件件，并控制制所需的辅辅助动作。。（5）机床自动动加工出合合格的零件件。数控装置伺服机构机床本体图样①②③④⑤程序工件1.2.3数控机床的的工作过程程1.3

数控机床的分类Theclassificationofthencmachinetools第1章绪论Introduction数控机床结结构及应用用金属切削类类数控机床床主要有：数数控车床、数控控铣床、数控磨床床、数控钻床、数控控镗床、数数控齿轮加加工机床以及数数控加工中中心等。数控车床数控铣床1.3.1按工艺用途途分类（2）金属成形形类数控机机床金属成形类类数控机床床指采用挤挤、冲、压压、拉等成成形工艺的的数控机床床。常用的的有数控压压力机、数数控折弯机机、数控弯弯管机、数数控旋压机机等。（3）数控特种种加工机床床特种加工类类数控机床床主要有数数控电火花花成形加工工机床、数数控电火花花线切割机机床如图、、数控激光光切割机床床等。（4）测量、绘绘图类测测量、绘绘图类数控机床主主要有三坐坐标测量仪仪、数控对对刀仪、数数控绘图仪仪等。1.3.1按工艺用途途分类1)点位控制（（PositioningControl）数控机床床：特点：只控控制起点和和终点的精精确位置，，与中间过过程无关包括：数数控钻、数数控镗、数数控冲床和和数控测量量机共性：中间间过程属““非切削段段”1.3.2按运动方式式分类加工零件类类型：带台台阶的圆柱柱零件、方方形零件它是点位控制制和单坐标标控制的结结合，可有有多个坐标标但不能联联动，起终终点之间属属“切削段段”。这类机床不不仅能保证证刀具在相相关点的定定位，还要要控制刀具具沿某一个个坐标轴方方向作直线运动的速度度和路线。该类设备有有：简易数数控车床、、数控铣床床等2)点位直线控控制数控机机床：1.3.2按运动方式式分类实现两个或或两个以上上坐标做关关联运动，，即联动3)轮廓控制数数控机床：：控制内容：：程序规定定的轨迹、、速度该类设备有有：数控车车床、数控控铣床、数数控磨床和和电加工机机床等。加工零件类类型：可加加工曲线、、曲面类零零件1.3.2按运动方式式分类（1）开环控制制系统机床伺服系系统不带位置检检测元件，伺服驱动动元件一般般为步进电电机。精度取决于于步进电机机的步距精精度和机械械传动的精精度，其线线路简单，，调整方便便，精度低低，一般用用于小型或或经济型数数控机床。。数控装置脉冲指令步进电机驱动线路工作台1.3.3按控制方式式分类（2）闭环控制制系统闭环控制系系统带有位置检检测元件，随时检测测工作台的的实际位移移，并反馈馈给数控装装置，并与与设定值进进行比较。。常使用直直流或交流流伺服电机机，位置检检测元件常常为直线光光栅、磁栅栅、同步感感应器等。。闭环控制加加工精度高高、速度快快，但维护护困难、成成本高系统统稳定性较较差。数控装置位置控制速度控制伺服电机测速机工作台位置检测器器1.3.3按控制方式式分类（3）半闭环控控制系统位置检测元元件安装在在伺服电机机的轴上或或滚珠丝杠杠的端部，，不直接反反馈机床的的位移量，，而是检测测伺服机构构的转角。。精度较闭环环系统低，，但其结构构简单，造造价较低不不受机械传传动装置的的影响，调调试方便，，广泛应用用在中等精精度及以上上的连续控控制机床中中。数控装置位置控制速度控制伺服电机测速机工作台转角检测器1.3.3按控制方式式分类两坐标、三三坐标、四四坐标、五五坐标NC机床１）两坐标标NC机床：类型：线切切割、二坐坐标铣（二二轴半）用途：可加加工二维轮轮廓零件。。三轴联动的的NC机床:可实现X、Y、Z三个坐标联联动用途：可用用于加工曲曲面类零件件1.3.4按联动轴数数分类四坐标联动动:除Ｘ、Ｙ、、Ｚ外还可可和另一旋旋转轴实现现联动用途：可加加工各种曲曲面、四轴轴直纹面叶叶轮、螺旋旋类零件和平面内内斜孔的壳壳体类零件件。类别：按旋转轴划划分：ＸＹＹＺＡ、ＸＸＹＺＢ、、ＸＹＺＣＣ与三坐标机机床相比它它的加工范范围、精度度都得到了了提高。1.3.4按联动轴数数分类用途：理论论上可实现现空间在不不干涉情况况下任何复复杂结构零零件的加工，，如加工曲曲面变斜角角、各种叶叶轮、闭式式叶盘、带有空空间斜孔的的复杂壳体体类零件4)五坐标联动动：除Ｘ、Ｙ、、Ｚ外还可可和两个旋旋转轴实现现联动（ＸＹＺＡＡＢ、ＸＹＹＺＡＣ、、ＸＹＺＢＢＣ）结构：两个个旋转坐标标都在主轴轴上；两个旋转坐坐标都在工工作台上；；一个旋转坐坐标在主轴轴上，另一一个在工作作台上1.3.4按联动轴数数分类1.3.5按功能水平平分类（1）经济型数控机床经经济型型数控机床床大多指采采用开环控制系统的的数控机床床，其功能简单，，价格便宜宜，适用于自动动化程度和和加工精度度要求不高高的场合。（2）中档数控车床，，中档数控控机床大多多指采用半闭环控制系统的的数控机床床，一般具具有单色显显示的CRT，程序储存和和编辑功能能，能进行刀尖尖圆弧半径径补偿、固固定循环、、螺纹切削削等功能。。（3）多功能型数控机床这这类类数控机床床的功能齐全，，价格较贵贵。加工复杂杂零件的大中型机床床及柔性制制造系统、计算机集成成制造系统统使用的数控控机床一般般为多功能能型。这是是指较高档档次的数控控车床，这这类机床一一般具备刀尖圆圆弧半径自自动补偿、、恒线速度度切削、倒倒角、固定定循环、螺螺纹切削、、图形显示示、用户宏宏程序等功功能。系统功能高档中档经济型功能无级变速、C轴功能机械变速分辩率0.1μm1μm10μm进给速度15～100m/min15～24m/min8～15m/min伺服驱动闭环半闭环开环电机交、直流伺服电机步进电机联动轴数2～4轴或2～5轴2～3轴通信功能MAP，联网功能RS232CRS485无显示功能三维图形彩显CRT图形显示数码或CRT字符内装PLC有有无主CPU32位或64位16位或32位8位1.4

数控机床的坐标系Ncmachinetoolcoordinatesystem第1章绪论Introduction数控机床结结构及应用用第一章绪绪论1.4数控机床的的坐标系第一章绪绪论1.刀具相对于于静止的工工件运动原原则即在考虑机机床坐标系系时,被加工工件件的坐标系系看作是相相对静止的的，其目的的是编程人人员可以根根据零件图图样来确定定机床的加加工过程。。1.4数控机床的的坐标系第一章绪绪论2.标准坐标系系的规定一个直线进进给运动或或一个圆周周进给运动动定义为一一个坐标轴轴。标准坐坐标系是一一个用X、Y、Z表示的直直线进给给运动的的直角坐坐标系，，用右手手法则判判定。大大拇指指指向X轴正方向向，食指指指向Y轴正方向向，中指指指向Z轴正方向向。坐标标系各坐坐标轴与与机床的的主要导导轨平行行。围绕绕X、Y、Z轴旋转的的坐标轴轴分别用用A、B、C表示，根根据右手手定则判判定，大大拇指指指向＋X、＋Y、＋Z方向，其其他四指指旋向分分别为+A、+B、+C方向。1.4数控机床床的坐标标系3.运动部件件方向规规定机床某一一运动部部件的正正方向，，规定为为增大刀刀具与工工件距离离的方向向，而对对钻、镗镗加工，，钻入或或镗入工工件的方方向是负负方向。。4.标准坐标标系的原原点标准坐标标系的原原点位置置是任意意的，A、B、C的旋转运运动也是是任意的的。1.4数控机床床的坐标标系第一章绪绪论标准坐标标系确定定过程——先确定Z轴，然后后确定X轴和Y轴。(1)Z坐标轴的的确定：：Z轴的方向向是由传传递切削削力主轴轴确定，，与主轴轴轴线平平行的坐坐标轴既既为Z轴。(2)X坐标轴的的确定：：一般平平行于工工件的装装卡面，，垂直于于Z轴。对于工件件旋转的的机床，，X轴的方向向是在工工件的径径向上，，且平行行于横向向导轨，，刀具离离开工件件的方向向为正方方向。对于刀具具旋转的的机床且Z轴竖直，，从主轴轴向立柱柱看，X的正方向向向右；；如果Z轴水平，，从主轴轴向工件件看时，，X正方向向向右；对于刀具具和工件件都不转转的机床床，X轴与主切切削方向向平行且且切削运运动方向向为正。。(3)Y坐标轴的的确定：：它垂直直于X、Z坐标轴，，运动的的正方向向可按右右手笛卡卡尔坐标标系来判判断。(4)旋转运动动：围绕绕坐标轴轴旋转的的运动A、B、C，它们的的正方向向用右手手螺旋法法则来判判定。1.4数控机床床的坐标标系第一章绪绪论5.附加坐标标X、Y、Z轴称为第第一坐标标；若有有与这些些轴平行行的第二二直线运运动时为为第二坐坐标系，，对应的的命名为为U、