数控机床的组成及工作原理.docx

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数控机床的组成及工作原理

1.2数控机床的组成及根本工作原理

一、数控机床组成

数控机床由：

程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反响系统、机床本体组成。

1、程序的存储介质，又称程序载体

1〕穿孔纸带〔过时、淘汰〕；

2〕盒式磁带〔过时、淘汰〕；

3〕软盘、磁盘、U盘；

4〕通信。

2、输人/输出装置

1〕对于穿孔纸带，配用光电阅读机；〔过时、淘汰〕；

2〕对于盒式磁带，配用录放机；〔过时、淘汰〕；

3〕对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡；

4〕现代数控机床，还可以通过手动方式〔MDI方式〕；

5〕DNC网络通讯、RS232串口通讯。

3、CNC单元

CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个局部组成。

CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。

其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。

准备功能：

G00,G01,G02,G03,

辅助功能:

M03,M04

刀具、进给速度、主轴：

T,F,S

4、伺服系统

由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。

它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。

对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。

每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。

如三轴联动的机床就有三套驱动系统。

脉冲当量：

每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。

常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。

5、位置反响系统〔检测反响系统〕

伺服电动机的转角位移的反响、数控机床执行机构〔工作台〕的位移反响。

包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。

〔作业：

让同学们网上查找反响元件，下节课用5分钟自述所查内容〕

反响装置把检测结果转化为电信号反响给数控装置，通过比拟，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。

反响系统包括半闭环、闭环两种系统。

6、机床的机械部件

1〕主运动部件

2〕进给部件〔工作台、刀架〕

3〕根底支承件〔床身、立柱等〕

4〕辅助局部，如液压、气动、冷却和润滑局部等

5〕储藏刀具的刀库，自动换刀装置〔ATC〕

对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件，数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且其传动和变速系统更便于实现自动化扩展。

二、工作步骤〔合上书，闭眼想1分钟〕

在数控机床上加工零件要经过以下的步骤：

〔1〕准备阶段：

根据加工零件的图纸，确定有关加工数据〔刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息等〕。

根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。

o将与加工零件有关的信息：

〔2〕编程阶段

根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序〔对加工工艺过程的描述〕，并填写程序单。

〔3〕准备信息载体

根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体〔穿孔带、磁带、磁盘等〕上，通过信息载体将全部加工信息传给数控系统。

假设数控加工机床与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统。

（4）加工阶段

当执行程序时，机床数控系统（CNC）将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工。

总的说来，数控机床就是将与加工零件有关的信息，用规定的文字、数字和符号组成的代码,按一定的格式编写成加工程序单，将加工程序通过控制介质输入到数控装置中，由数控装置经过分析处理后，发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。

RS-232端具有DB9针式（DTE）和DB9孔式（DCE）两种接口可供选择。

用户在订购时，根据需要选择RS-232串口类型。

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//sihaidj・com

金坛四海电机〔步进电机及驱动器〕

1.3数控机床的分类及应用范围

数控机床的品种很多，根据其控制原理、功能和组成，可以从几个不同的角度进行分类：

一、按工艺用途分类：

数控机床是从普通机床的根底上开展起来的，各种类型的数控机床根本上起源于同类型的普通机床，按工艺用途分为：

1）数控车床（NCLathe）

2）数控铳床（NCMillingMachine）

3）加工中心（MachineCenter）

4）数控钻床（NCDrillingMachine）

5）数控镇床（NCBoringMachine）

7）数控外圆磨床

8）数控轮廓磨床

9）数控坐标磨床

（NCExternalGrindingMachine）（NCContourGrindingMachine）（NCJigGrindingMachine）

10）数控工具磨床（NCToolGrindingMachine）

11）数控电火花加工机床（NCDiesinkingElectricDischargeMachine）（NCEDMMachine）

12）数控线切割机床（NCWireElectricDischargeMachine）

13）数控激光加工机床（NCLaserBeamMachine）

14）数控工具磨床（NCPunchingMachineorPunchingPress）

15）数控超声波加工机床（NCUltrasonicMachine）

16）数控齿轮加工机床（NCGearHollingMachine）

还有数控等离子切割机，数控火焰切割机、数控折弯机、数控弯管机、数控水切割机等等。

二、按运动方式分类：

1）点位控制系统（PositioningControl）

只控制刀具从一点移到另一点的位置，而在移动过程中不进行切削加工，如坐标锂床、钻床和冲床等。

要求坐标位置有较高的定位精度，为提高生产效率，采用机床设定的最高进给速度进行定位运动，在接近定位点前要进行分级或连续降速，以便低速趋近终点，从而减少运动部件的惯性过冲和因此引起的定位误差。

在定位移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有任何要求。

2）直线控制系统（Straight—LineControl）

直线控制系统是控制刀具或根底工作台以一定速度，沿平行于某一坐标轴方向，由一个位置到另一位置的精确移动。

也称点位直线移动控制系统。

3）轮廓控制系统（ContourControl）（又称连续控制或多坐标联动控制）

是对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制（二轴、二轴半、三轴、四轴、五轴联动），它不仅要控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且要控制整个加工过程的每一点的速度、方向和位移量，即要控制加工的轨迹，加工出要求的轮廓。

运动轨迹是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。

这类机床的数控装置的功能是最齐全的，能够进行两坐标甚至多坐标联动的控制,也能够进行点位和直线控制。

除了少数专用的数控机床，如数控钻床、冲床等以外，现代的数控机床都具有轮廓控制功能。

三、按控制方式分类：

实际上是按有无反响及反响的位置来分：

1）开环数控机床（OpenLoopControl）

指不带反响的控制系统，系统内没有位置反响元件，通常采用步进电机作为执行机构。

输入的数据经过数控系统的运算，发出指令脉冲，通过坏形分配器和驱动电路，使步进电机转过一个步距角，再经过传动机构带开工作台移动一个脉冲当量的距离。

移动部件的移动速度和位移由输入脉冲的频率和脉冲个数决定的。

2）半闭坏数控机床（Semi-closedLoopControl）

在驱动电机端部或在传动丝杠端部安装角位移检测装置（光电编码器或感应同步器），通过检测电机或丝杠的转角间接测量执行部件的实际位置或位移，然后反响到数控系统中。

获得比

开环系统更高的精度，但它的位移精度比闭环系统的要低，与闭环系统相比，易于实现系统的稳定性。

现在人多数数控机床都广泛采用这种半闭坏进给伺服系统。

惯性较人的机床移动部件不包括在检测范围内。

3）闭坏数控机床（ClosedLoopControl）

在机床移动部件上直接接有检测装置，将测得的结果直接反响到数控系统中。

实际上是将位移指令值与位置检测装置测得的实际位置反响信号，实时进行比拟，根据其差值进行控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。

具体的讲解见第四章伺服系统

四、数控机床的应用范附

数控车床：

包括主轴、溜板、刀架等。

数控系统包括显示器、控制面板、强电控制等。

数控车床一般具有两轴联动功能，Z轴是与主轴平行方向的运动轴，X轴是在水平面内与主轴垂直方向的运动轴。

远离工件方向为轴的正向。

另外在最新的车铳加工中心，还增加了一个C轴，可用于工件的分度功能，在刀架中安放铳刀，对工件进行铳加工。

刀具超过12把称为加工中心。

数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面，圆锥面、螺纹外表、成形回转体面等。

对于盘类零件可以进行钻孔、扩孔、绞孔、锤孔等。

机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。

数控铳床：

适于加工三维复杂曲面，在汽车、航空航天、模具等行业被广泛采用。

可分为数控立式铳床、数控卧式铳床、数控仿形铳床等。

加工中心：

一般认为带有自动刀具交换装置（ATC）的数控锂铳床，称为加工中心。

可以进行铳、锂、钻、扩、较、攻丝等多种工序加工。

不能包括磨削功能，因为微细的磨粒可能进入机床导轨，从而破坏机床的精度。

而磨床上有特殊的保护措施。

加工中心可分为立式加工中心、卧式加工中心。

立式的主轴是垂直方向的，卧式的主轴是水平方向的。

数控钻床：

分为立式钻床和卧式钻床。

主要完成钻孔、攻丝功能，同时也可以完成简单的铳削功能。

刀库可以存放多种刀具。

数控磨床：

用在高硬度、高精度加工外表。

平面磨床、内圆磨床、轮廓磨床等。

随着自动砂轮补偿技术、自动砂轮修整技术和磨削固定循环技术的开展，数控磨床的功能越来越强。

数控电火花成形机床：

（EDMMachine）

特种加工方法，利用两个不同极性的电极在绝缘体中产生放电现象，去除材料进而完成加工,适用于形状复杂的模具、难加工材料。

数控线切割机床：

原理与电火花成形机床一样，就是电极是电机丝，加工液一般是去离子水。

复习题

1-1.数控机床的定义？

加工原理？

1-2.数控机床对刀具和夹具有什么要求？

1-3.数控机床由哪些局部组成？

各组成局部有什么作用？

1-4.数控机床按工艺方法分类有哪几种？

1-5.什么是开环、闭环、半闭环控制系统？

区别如何？

1-6.什么是脉冲当量？

1-7.FMS、FMC、CIMS的概念，及根本组成局部？