《数控机床安装调试与维护》课件 项目一 认识数控机床

项目一

认识数控机床1.1数控机床概述及分类学习目标1.知识目标（1）了解数控机床的类别和主要特性。（2）理解数控机床组成的相关知识。2.能力目标（1）能够根据工作任务选择合适的数控机床。（2）能够根据数控机床的类型确定其主要构成部件。3.素质目标（1）树立安全第一的意识，严格数控加工操作规程。（2）培养勤奋努力的学习态度以及严谨的工作作风。

数控机床（Computernumericalcontrolmachinetools）是一种装有程序控制系统的自动化机床，综合了机械、自动化、计算机、微电子等技术，解决了复杂、精密、小批量零件的加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，如图1.1.1所示。（a）数控铣床

（b）数控车床

（c）加工中心图1.1.1

常见的数控机床1.1.1数控机床的特点1.复杂形状加工能力：数控机床能够轻松应对飞机、汽车、船舶、模具和动力设备等行业中复杂形状零件的加工需求。2.高质量加工：数控加工采用数字程序控制，避免了人为误差，并通过软件技术对加工误差进行补偿校正，从而显著提高了零件的加工精度，获得质量稳定的产品。3.高效率加工：数控机床可以采用较大切削用量，有效节省机动工时。4.高柔性加工：数控机床只需改变加工程序即可适应不同品种的零件加工，且几乎不需要制造专用工装夹具，因此加工柔性好，有利于缩短产品的研制与生产周期，适应多品种、中小批量的现代生产需求。5.减轻劳动强度，改善劳动条件：数控加工是按事先编好的程序自动完成的，在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直至零件加工完毕。6.有利于生产管理：数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期，易于在工厂或车间实行计算机管理。1.1.2数控机床的分类1.按工艺用途分：普通数控机床、加工中心机床、柔性制造单元；2.按控制运动轨迹分:点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床（图1.1.2（c）所示为轮廓控制系统的加工示意图，其特点是能够实现复杂形状的高精度加工。（a）数控钻床的加工

（b）数控铣床的加工

（c）轮廓控制系统的加工

图1.1.2加工示意图1.1.2数控机床的分类3.按控制运动轨迹分：开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床；

图1.1.3开环控制系统框图

图1.1.4闭环控制系统框图图1.1.5

半闭环控制系统框图1.1.3数控机床的组成及工作过程数控机床的组成：数控机床主要由输入输出设备、CNC（计算机数字控制）系统、伺服系统和机床本体四部分构成。1.输入/输出设备：输入/输出设备的主要功能是进行程序编制、程序与数据输入，同时具备显示、存储和打印等功能。2.CNC系统：数控系统堪称数控机床的“大脑”和“核心”，一般由通用或专用计算机组成。3.伺服系统：伺服系统负责接收数控系统发出的指令信息，并严格按照指令要求驱动机床的运动部件，以加工出符合图样要求的零件。4.机床本体：机床本体是数控机床的主体部分，涵盖了床身、立柱等支承部件，主轴等运动部件，工作台，刀架以及进给运动执行部件和传动部件；此外，还包括冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。1.1.3数控机床的组成及工作过程数控机床的工作过程：数控机床工作过程主要分为准备阶段、编程阶段、准备信息载体阶段、加工阶段四个阶段，如图1.1.6所示。1.准备阶段：在这一阶段，首先根据加工零件的图样，确定相关的加工数据，包括刀具轨迹的坐标点、切削用量（如切削速度、进给量等）以及刀具的尺寸信息等。同时，结合工艺方案、夹具的选择和刀具类型的确定，进一步明确其他辅助信息，为后续编程和加工奠定基础。图1.1.6

数控机床工作过程2.编程阶段：在编程阶段，根据加工工艺信息，使用机床数控系统能够识别的语言（如G代码）编写数控加工程序。程序本质上是对加工工艺过程的详细描述，包括刀具的运动轨迹、切削参数等。编写完成后，将程序内容填写到程序单中，以便后续使用。3.准备信息载体阶段：在程序编写完成后，需要将程序存储到信息载体（如磁带、磁盘等）上，这些载体保存了加工零件所需的全部信息。随着计算机网络技术的发展，现在可以直接通过计算机与机床数控系统进行通信，实现程序的快速传输和加载，减少了传统信息载体的使用。4.加工阶段：在加工阶段，机床的数控系统（NC系统）对程序进行译码、寄存和运算，并向机床的伺服机构发出运动指令。伺服机构根据指令驱动机床的各运动部件，按照程序要求自动完成对工件的加工。这一阶段的核心是数控系统与伺服系统的协同工作，确保加工过程的高精度和高效率。1.1.3数控机床的组成及工作过程

在教师的带领下，学生来到数控加工实训室，通过观察、操作与记录，深入学习数控机床的类型与工作过程，具体任务实施过程如下：1.准备过程：任务实施类别具体内容设备数控车床（CK6166，开环控制）、数控铣床（XK714，半闭环控制）、加工中心（VMC850，闭环控制）工具活页工单、手电筒、卷尺、安全警示牌（“正在调研，请勿操作”）安全防护劳保鞋、防护手套、实训室应急预案（触电、机械伤害）表1.1.1

任务准备事项任务实施2.现场认知与数据采集：任务操作步骤数据记录示例工艺类型判断1.观察机床主体结构数控车床：卧式主轴＋卡盘，无刀库加工中心：立式主轴＋刀库（24刀位）2.测量工作台尺寸数控铣床工作台：1 200 mm×600 mm（适合平板类零件）

控制方式识别1.寻找驱动部件标识数控车床：步进电机铭牌（开环）加工中心：伺服电机＋直线光栅尺（闭环）2.对比传动链开环机床：丝杠直接连接步进电机闭环机床：丝杠末端安装编码器

功能关联分析1.观察机床运动轴数控铣床：X/Y/Z三轴直线插补加工中心：五轴联动2.记录典型加工场景数控车床→加工螺纹（需主轴与Z轴联动）表1.1.2现场认知与数据采集1.2认识常用数控系统学习目标：1.知识目标（1）掌握FANUC0iC、西门子802S、华中HNC-818的典型型号、硬件组成及性能参数。（2）了理解数控系统的核心功能。（3）了解国内外数控系统的发展趋势。2.能力目标（1）能通过系统型号判断适用的机床类型。（2）能识读数控系统硬件连接图，区分电源接口、伺服接口和通信接口。3.素质目标（1）关注华中数控等民族品牌的技术进步。（2）养成“看说明书→观察现象→分析原理”的技术思维习惯，提升自主学习能力。

在全球数控系统领域，日本FANUC公司的产品以高质量、高性能和全功能特性占据重要地位，其数控系统对电压、温度等工业环境要求宽松，在我国市场占有率较高。目前，主流的FANUC数控系统包括多个系列，覆盖从普及型到高端精密加工的不同需求。1.FANUC数控系统概述：国内常见的FANUC数控系统主要有普及型系列包括FANUC0C/D、0iA/B/C/D、21/21i等，适用于4轴及以下的普及型数控机床，中档及全功能系列、辅助控制系列、开放式系统。2.FANUC0iC数控系统的基本配置：FANUC0iC数控系统是集高可靠性、高性价比与高集成度于一体的小型化系统，采用高速串行伺服总线（光缆连接）、串行I/O数据口及以太网接口，支持单机运行及柔性加工生产线联网。该系统具备丰富的高精高速控制功能，如AI前瞻控制、AI轮廓控制、刚性攻螺纹、坐标系旋转等，同时集成磨床专用控制、以太网通信及数据服务器等特色功能，其基本配置如图1.2.1所示。1.2.1FANUC0iC数控装置1.2.1FANUC0iC数控装置图1.2.1

FANUC

0iC数控系统的基本配置图1.2.2FANUC0iC系列工作原理框图

1.2.1FANUC0iC数控装置3.FANUC0iC数控装置的基本硬件:FANUC0iC数控装置由轴控制卡、显示卡、CPU卡、存储器、电源单元及主板等核心部件组成，各模块协同工作实现数控系统的运算、控制与通信功能，其架构如图1.2.2所示。1.2.2SIEMENS802S系列数控装置1.802S数控系统的组成：SIEMENS802S系列数控系统是西门子公司于20世纪90年代末推出的经济型控制系统，专为简易数控机床设计，集CNC（计算机数控）与PLC（可编程逻辑控制器）功能于一体，主要包括802S、802Se、802SBaseline等型号。2.802S数控系统的总体连接框图：802S数控系统基于32位微处理器（AM486DE2）构建，采用分离式操作面板（OP020）与机床控制面板（MCP），可控制2～3个步进电动机进给轴及1个伺服主轴（或变频器）。其总体连接架构如下：（1）核心组件与控制对象：搭载AM486DE2芯片，负责CNC运算、PLC逻辑处理及通信协调。OP020：独立操作面板，支持程序输入、参数设置及系统监控。MCP：机床控制面板，集成启停按钮、模式选择旋钮、手轮等实体按键，用于实时操控机床。进给轴：适配2～3个步进电动机，常与西门子STEPDRIVEC/C＋步进驱动器配套。主轴：支持伺服主轴或变频器控制，实现转速调节与定向功能。（2）I/O模块与扩展能力：PLC模块内置16点数字输入（DI）与16点数字输出（DO），通过总线插头直接连接至ECU（电子控制单元）模块。可级联DI/O模块，最大扩展至64点输入与64点输出，满足复杂机床的开关量控制需求（如限位开关、电磁阀驱动）。1.2.2SIEMENS802S系列数控装置（3）步进驱动信号链：脉冲信号（PULSE）：决定步进电动机的转角位移，步距角通常为0.36°（对应每脉冲进给量0.001 mm，需结合丝杠螺距计算）。方向信号（DIRECTION）：控制电动机旋转方向。使能信号（ENABLE）：激活驱动电源，确保电动机响应控制指令。配套：STEPDRIVEC/C＋驱动器接收数控系统输出的脉冲、方向信号，驱动步进电动机实现精确进给。1.2.3华中数控系统

华中数控（HNC）是国内自主可控数控技术的代表，产品覆盖经济型到高端五轴机床，具备性价比高、开放性强、本地化服务响应快等优势，广泛应用于高校实训、中小企业生产线及国产机床配套。其主要类型分为经济型、高端系列、开放式平台。1.典型型号与核心性能

：经济型系列（HNC-808、HNC-818B）、中高端系列（HNC-848、HNC-858）、开放式平台。2.基本配置与硬件架构：（1）系统组成：操作与显示：标配7/9/10.1英寸彩色LCD触摸屏，支持手势缩放、程序图形预览；集成式MDI键盘，中文按键标识，降低学习门槛。驱动控制：通过SERCOSⅢ总线连接HSV-18S/20S伺服驱动器，适配国产永磁同步电机，支持直联/齿轮箱传动；支持模拟量（0～10 V）或数字总线（CANopen）控制，兼容电主轴与普通主轴电机；内置64DI/64DO，可扩展至256点。支持以太网（TCP/IP）、RS232、USB接口，无缝接入MES系统，实现远程程序传输与生产监控。

1.2.3

华中数控系统（2）硬件核心模块：工业PC机：采用国产龙芯CPU，运行嵌入式Linux系统，支持用户自定义界面开发。伺服驱动器：HSV-20S系列支持实时数据采集，内置安全扭矩关闭（STO）功能，符合ISO13849标准。传感器接口：集成光栅尺、编码器双反馈接口，支持全闭环控制，提升加工精度。任务实施：一、数控系统硬件认知实训：（一）实训目标能识别三大系统的核心部件，绘制硬件连接图。（二）实施步骤1.分组观察甲组：FANUC0iC实训台，标注FSSB总线、I/O模块接口。乙组：西门子802S实训台，识别STEPDRIVEC驱动器与ECU连接。丙组：华中HNC-818实训台，观察SERCOSⅢ总线与国产伺服连接。1.2.3

华中数控系统（三）实训记录实训记录见表1.2.1。表1.2.1

实训记录系统品牌电源模块型号伺服接口类型I/O点数通信接口FANUC0iCA06B-6114-H207JA40（光缆）1 024/1 024RS232/以太网西门子802S6FX8002-1AA01X100（电缆）64/64