第一章数控机床概述范文Word文档下载推荐.docx

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数控机床概述

内容提要：

本章主要介绍数控技术、数控机床等的基本概念；

数控机床的组成与各部分介绍；

数控机床加工的特点；

数控机床的工作原理及分类；

数控机床的应用范围；

数控机床的产生、及发展；

与数控技术发展相关的新技术。

第一节 

数控机床简介

a） 

自从本世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化。

b） 

现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；

c） 

数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；

d） 

是国家的战略技术：

东芝事件、考克斯报告！

e） 

基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；

f） 

专家们预言:

二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。

数字控制与数控技术：

1、数字控制（NumericalControl 

NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。

2、数控技术（NumericalControlTechnology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。

3、数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。

它数控技术典型应用的例子。

4、数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。

5、计算机数控系统（ComputerNumericalControl 

CNC）以计算机为核心的数控系统。

第二节 

数控机床的组成与各部分介绍

数控系统与数控机床的组成

1、操作面板

a、它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。

b、组成：

按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；

。

c、它是数控机床特有部件

2、控制介质与输入输出设备

a、控制介质是记录零件加工程序的媒介

b、输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。

交互的信息通常是零件加工程序。

即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。

c、数控机床常用的控制介质和输入输出设备下表

控制介质

输入设备

穿孔纸带

纸带阅读机

纸带穿孔机

磁带

磁带机或录音机

磁盘

磁盘驱动器

通讯

现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。

它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。

采用的方式有：

a、串行通讯（RS-232等串口）、

b、自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等）

c、网络技术（internet，LAN等）。

3、CNC装置（CNC单元）

a、组成：

计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。

b、作用：

根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。

CNC装置是CNC系统的核心

4、伺服单元、驱动装置和测量装置

a、伺服单元和驱动装置

主轴伺服驱动装置和主轴电机

进给伺服驱动装置和进给电机

b、测量装置 

位置和速度测量装置。

以实现进给伺服系统的闭环控制。

c、作用 

保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：

进给运动指令：

实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。

主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）

5、PLC、机床I/O电路和装置

a、PLC（ProgrammableLogicController）：

用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；

b、机床I/O电路和装置：

实现I/O控制的执行部件（由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；

c、功能：

接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作

接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。

6、机床

a、机床：

数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。

由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。

第三节 

数控机床的加工特点

数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：

1、能适应不同零件的自动加工；

2、生产效率和加工精度高、加工质量稳定；

3、能高效优质完成复杂型面零件的加工；

4、工序集中，一机多用；

5、数控机床是一种高技术的设备。

第四节 

数控机床的工作原理及分类

一、数控装置的工作过程

CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的过程。

下面简要说明CNC装置的工作情况。

1、程序输入

将编写好的数控加工程序输入给CNC装置的方式有：

纸带阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、通讯接口输入及连接上一级计算机的DNC（DirectNumericalControl）接口输入。

CNC装置在输入过程中还要完成校验和代码转换等工作，输入的全部信息都放到CNC装置的内部存储器中。

2、译码

在输入的工件加工程序中含有工件的轮廓信息（起点、终点、直线、圆弧等）、加工速度（F代码）及其它辅助功能（M、S、T）信息等，译码程序以一个程序段为单位，按一定规则将这些信息翻译成计算机内部能识别的数据形式，并以约定的格式存放在指定的内存区间。

3、数据处理

数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能处理。

刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹，编程员只需按零件轮廓轨迹编程，减轻了工作量。

速度计算是解决该加工程序段以什么样的速度运动的问题。

编程所给的进给速度是合成速度，速度计算是根据合成速度来计算各坐标运动方向的分速度。

另外对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判断并处理。

辅助功能诸如换刀、主轴启停、切削液开关等一些开关量信号也在此程序中处理。

辅助功能处理的主要工作是识别标志，在程序执行时发出信号，让机床相应部件执行这些动作。

4、插补

插补的任务是通过插补计算程序在已知有限信息的基础上进行“数据点的密化”工作，即在起点和终点之间插入一些中间点。

5、位置控制

它的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机，进而控制工作台或刀具的位移。

6、输入/输出（I/O）处理控制

I/O处理主要处理CNC系统和机床之间的来往信号的输入和输出控制。

7、显示

CNC系统的显示主要是为操作者提供方便，通常有：

零件程序显示、参数设置、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示、刀具加工轨迹动态模拟显示以及在线编程时的图形显示等

8、诊断

主要是指CNC系统利用内装诊断程序进行自诊断，主要有启动诊断和在线诊断。

启动诊断是指CNC系统每次从通电开始进入正常的运行准备状态中，系统相应的内诊断程序通过扫描自动检查系统硬件、软件及有关外设是否正常。

只有当检查的每个项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常的准备状态。

否则，CNC系统将通过报警方式指出故障的信息，此时，启动诊断过程不能结束，系统不能投入运行。

在线诊断程序是指在系统处于正常运行状态中，由系统相应的内装诊断程序，通过定时中断周期扫描检查CNC系统本身以及各外设。

只要系统不停电，在线诊断就不会停止。

二、数控机床的分类：

数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：

1、按工艺用途分类

切削加工类：

数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC等。

成型加工类：

数控折弯机、数控弯管机等。

特种加工类：

数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。

其它类型：

数控装配机、数控测量机、机器人等。

2、按控制功能分类

点位控制数控系统

仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；

对轨迹不作控制要求；

运动过程中不进行任何加工。

适用范围：

数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。

轮廓控制数控系统

轮廓控制（连续控制）系统：

具有控制几个进给轴同时谐调运动（坐标联动），使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。

适用范围：

数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。

现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。

3、按联动轴数分类

2轴联动（平面曲线）

3轴联动（空间曲面，球头刀）

4轴联动（空间曲面）

5轴联动及6轴联动（空间曲面）。

联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。

4、按进给伺服系统的类型分类

按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。

开环数控系统

没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置Õ

进给系统），故系统稳定性好。

无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。

一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。

这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。

一般用于经济型数控机床。

半闭环数控系统

半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置（常用伺服电机）或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。

半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。

由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。

因此，其精度较闭环差，较开环好。

但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。

半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。

全闭环数控系统

全闭环数控系统的位置采