数控机床基础知识

1、数控加工的基础，中国劳动社会保障出版社，广东省农垦湛江技工学校，第一章数控机床的基础知识，11NC和数控机床的分类和常见数控机床的轮廓13NC机床的加工特征，特别是航空宇宙、造船、机床、重型机械和防卫工业中使用的零件，精度高， 要求形状复杂，加工批次小，用普通机床加工这些零件效率低，劳动强度大，有时不能加工。 为了解决这些问题，生产出了具有高精度、高效率、柔软、通用性高的自动加工设备的数控机床，为多品种、小批量特别是结构复杂、精度要求高的零件提供了自动加工手段。广东省农垦湛江技工学校，11NC和数控机床，1.1NC和数控机床的概念数控即数字控制(简称NC )，是20世纪中期发展的自动控制技术，

2、是用数字信号控制的方法。 数控机床(Numerical Control Tool )是一种用数字信号控制机床运动及其加工过程的机床，或配备数控系统的机床。 计算机数控(computernumericalcontrol )系统采用计算机控制加工功能，实现数字控制，通过接口与外围设备连接。 简称为CNC系统。广东省农垦湛江技工学校，图11，1.2数控机床构成，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、检查装置和机床主体构成。 如图11所示。 控制介质、数控装置、伺服机构、辅助控制装置、检测装置、机床主体、主轴箱、柱、控制柜、主轴、床、桌子、冷却液箱、广东省农垦湛江技工学校、控制介质

3、是将部件加工信息传递给数值控制装置的程序介质。 常用的例子取决于NC设备的类型，比如磁盘、移动硬盘和闪存(u ) (参见图12 )。 1、控制介质，a )，b )，c )，图12中常用的控制介质a )磁盘b )移动硬盘c) U盘，广东省农垦湛江技工学校，数控装置是数控机床的核心。 图13中表示数控车床的数控装置。 由键盘等输入装置、控制运算器的装置、显示器等输出装置构成。 2、数控装置、图13的数控装置、广东省农垦湛江技工学校、伺服机构是数控机床的致动器，如图14所示，由驱动装置和致动器部件(例如伺服电机)的大部分构成。 (a )驱动装置，b )伺服电机，图14伺服机构，3 .伺服机构，广东省

4、农垦湛江技工学校，辅助控制装置是介于数值控制装置和机床、液压部件间的强电控制装置。 可编程控制器(PLC )具有响应快、性能可靠、易于使用、编程和程序修正容易、能直接驱动机床电气等特点，目前已广泛用作数控机床的辅助控制装置。 图15显示了可编程控制器的外观图。 4、辅助控制装置，图15的辅助控制装置，广东省农垦湛江技工学校，检测反馈装置检测数控机床各坐标轴的实际位移量、速度参数，转换成电信号，反馈给机床的数控装置。 检测装置的检测元件有多种，常用的有直线光栅(参照图16 )、光电式编码器(参照图17 )、圆光栅、绝对代码标尺等。 图17光电式编码器，5 .检查装置，图16直线格子，广东省农垦湛

5、江技工学校，机床主体是数控机床主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括主运动部件、进给运动执行部件(如工作台、滑板及其传动部件)和床、柱、支撑部件等。 6、机床本体、广东省农垦湛江技工学校、1.3数控机床工作原理、数控机床零件加工的工作过程如图18所示。加工步骤如下： (1)根据被加工零件的图案和工艺计划，以规定的代码和分段形式制定加工程序。 (2)将制作好的加工程序指令输入机床的数值控制装置。 (3)数值控制装置在处理了程序(代码)后，向机床各坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置输出控制信号。广东省农垦湛江技工学校，(4)伺服机构接收执行信号，驱动机床各运动部件，控制必要的辅助动作。 (5)

6、机床自动加工合格的零件。广东省农垦湛江技工学校，1.4数控机床坐标系，数控机床坐标系通常分为机床坐标系和编程坐标系。 (1)机床坐标系(2)编程坐标系(3)对刀点和交换点，广东省农垦湛江技工学校，1.4.1机床坐标系，(1)机床相对运动的规定(2)机床坐标系的规定(3)运动方向的规定(4)坐标轴方向的决定(5)机床原点(6)机床参考点， 广东省农垦湛江技工学校(1)规定机床相对运动的数控机床的加工动作主要分为刀具的动作和工件的动作，在确定机床坐标系的方向时，认为工件总是静止的，工具在运动。 这种程序员可以不考虑机床上的工件和工具的具体动作，而根据零件模式来决定机床的加工过程。广东省农垦湛江技工

7、学校，(2)规定机床坐标系的标准机床坐标系中的x、y、z坐标系的相互关系，如图110a所示，由右手笛卡尔坐标系决定。 1 )伸出右手大拇指、食指、中指，互为90。 拇指表示x坐标，食指表示y坐标，中指表示z坐标。 2 )拇指的方向是x坐标的正方向，食指的方向是y坐标的正方向，中指的方向是z坐标的正方向。 3 )以x、y、z坐标为中心旋转的旋转坐标分别用a、b、c表示，根据右手的螺旋法则，拇指的方向是z、y、z坐标中的任一轴的正方向，剩下的四根手指的旋转方向是旋转坐标a、b、c的正方向。图110右手直角坐标系，a )、b )、和广东省农垦湛江技工学校，(3)运动方向的规定是相对于机床坐标系的方向

8、，将增大刀具和工件的距离的方向决定为各坐标轴的正方向，如图111所示是NC车床上的两个运动方向。广东省农垦湛江技工学校，(4)坐标轴方向的确定1)Z坐标的运动方向：由传递切削动力的主轴决定，与主轴轴线平行的坐标轴为z坐标，z坐标的正方向是刀具离开工件的方向。 图111所示的数控车床的z坐标。 广东省农垦湛江技工学校，2)X坐标x坐标与工件的安装平面平行，一般在水平面内。 在确定x坐标的方向时，必须考虑两种情况：当工件进行旋转运动时，刀具远离工件旋转中心的方向为x坐标的正方向。 图111所示的数控车床的x坐标。 如果刀具进行旋转运动，则在z坐标为水平时，观察者沿着刀具主轴观察工件时，分为x运动方

9、向朝向右方向的情况，和z坐标为水平时，观察者观察工件时，x运动方向朝向右方向的情况，当z坐标垂直时，观察者朝向刀具主轴打开列、图112立式NC铣床的坐标系，广东省农垦湛江技工学校，3) Y坐标决定x、z坐标的正方向，根据x和z坐标的方向，可以用右手的直角坐标系决定y坐标的方向。 图112所示的y坐标。广东省农垦湛江技工学校，(5)机床原点机床原点，也称为机床原点，即机床坐标系的原点，是指设置在机床上的固定点，在机床组装、调整时确定，成为数控机床加工运动的基准。 1 )数控车床的机床原点位于数控车床上，机床原点如图113所示设置在卡盘端面和主轴中心线的交点处。2)NC铣床的原点位于NC铣床上，机

10、床的原点通常如图114所示，在x、y、z坐标的正方向界限位置上。 图113NC车床的机床原点，图114NC铣床的机床原点，图115表示NC车床的基准点和机床原点。 图115的NC车床的参考点是广东省农垦湛江技工学校，1.4.2编程坐标系，编程坐标系也称为工作坐标系，是程序员根据零件模式和加工技术等制作的坐标系。 编程坐标系一般用于编程，确定编程坐标系时不需要考虑工件在机床上的实际安装位置。 编程坐标系的原点(编程原点)必须尽可能在部件的设计基准或工艺基准上选择，编程坐标系的各轴的方向必须与所使用的NC机床对应的坐标轴的方向一致，如图116所示，是车削部件的编程坐标系和编程原点、图116的编程坐

11、标系、广东省农垦湛江技工学校，1.4.3对刀点和交换点，对刀点是NC加工中的刀具对工件的运动的起点，程序也从这一点执行，所以对刀点也称为“起点”或“程序开始点” 对刀仪的选择原则如下： (1)容易寻找。 (2)编程容易。 (3)对刀仪的误差很小。 (4)加工时检查方便可靠。广东省农垦湛江技工学校、广东省农垦湛江技工学校、12NC机床的分类和常见数控机床的介绍，1.2.1机床的分类以控制运动的方式被分类(1)点控制数控机床(2)直线控制数控机床(3)轮廓控制数控机床、 广东省农垦湛江技工学校，(1)要点控制数控机床扣动控制数控机床的特征是，如图119所示，不控制移动轨迹，在移动和定位过程中什么也

12、不加工。广东省农垦湛江技工学校，(2)直线控制数控机床，直线控制数控机床也是自然数为点直线控制机床。 机床的移动部件不仅实现了从一个位置向另一个位置的正确定位，而且如图120所示，其特征在于，控制工作台，以规定的速度在平行坐标轴方向上进行直线切削运动(一部分机床也可以加工45倾斜直线)。广东省农垦湛江技工学校，(3)轮廓控制数控机床，轮廓控制数控机床同时控制两个以上轴。 不仅控制机床移动零件的起点和终点，还控制加工中各点的速度、方向和位移量，运动轨迹以任意的直线、圆弧、螺旋等，将工件加工成一定的轮廓形状。广东省农垦湛江技工学校，图120直线控制加工图，图121轮廓控制加工图，广东省农垦湛江技工

13、学校，2 .按照伺服系统的特征分类，(1)开环控制数控机床开环控制数控机床的特征，其控制系统具有反馈装置、广东省农垦湛江技工学校，(2)对数控机床进行闭环控制的闭环控制数控机床的特征是，在机床的移动部件上直线安装直线位移检测装置(例如直线格子等)，将测量的实际位移值反馈给数控装置，与输入的指令位移值进行比较， 用比较的差控制机床，使移动部件以实际所需的位移量运动，直到没有差，最终实现移动部件的正确运动和定位，大幅度提高加工精度。广东省农垦湛江技工学校，(3)半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床的特征是，在伺服电机的轴和数控机床的传动螺钉上设置角度检测装置(例如光电式编码器等)，通过检测螺钉的旋

14、转角间接地检测移动部件的实际位移根据、广东省农垦湛江技工学校、图124半闭环电路图、图123闭环电路图、广东省农垦湛江技工学校、3 .数控机床的表示分类为： (1)下级数控机床(2)中级数控机床(3)高级数控机床，广东省农垦湛江技工学校， 1.2.2常见数控机床介绍，1 .数控机床一般具有双轴联动功能，z轴是与主轴方向平行的运动轴，x轴是水平面内与主轴方向垂直的运动轴。 图125表示数控车床的外观图。 广东省农垦湛江技工学校，图125NC车床，广东省农垦湛江技工学校，2 .数控铣床世界第一个数控铣床是数控铣床，适合加工三维复杂曲面，被汽车、航空宇宙、模具等行业广泛采用。 图126表示数控铣床，

15、随着时代的发展，数控铣床走向加工中心。 图126的数控铣床，、广东省农垦湛江技工学校，3 .加工中心，数控加工中心具备自动刀具交换装置，是一种可在多道工序中加工的数控机床。 上面的工件可以用一次夹头加工铣床、镗削、钻头、扩张、铰链、攻丝等多工序。 图127立式加工中心，广东省农垦湛江技工学校，4 .数控磨床，数控磨床主要用于高硬度、高精度表面的加工，分为数控平面磨床、数控内圆磨床、数控轮廓磨床等。广东省农垦湛江技工学校，5 .数控钻床主要具备钻头、攻丝等功能，同时也具有简单的铣削功能，在工具仓库中可以保管多种工具。 数控钻床分为数控立式钻床和数控卧式钻床。 图128显示的是NC立式钻床的外观图。 图128NC立式钻床，广东省农垦湛江技工学校，6 .数控电火花加工机，数控电火花加工机是特殊加工机。 其工作原理是利用两个不同极性的电极在绝缘液体中产生放电现象，去除材料完成加工。 图129表示NC电火花加工机的外观图。 图129数控电火花加工机、广东省农垦湛江技工学校、7 .数控电火花加工机、数控电火花加工机的工作原理与数控电火花加工机相同，其电极是线电极，加工液一般采用去离子水。 图130表示NC电火花线切割机的外观图。 图130的数控线切割机，广东省农垦湛江技工学校