第七章.数控机床
第七章标准型数控系统
本章学习目标：
单微处理器和多微处理器CNC装置的硬件组成 掌握多微处理器CNC装置的两种典型结构 掌握标准型数控系统的软件组成及结构 理解并行处理技术的实现方式了解多任务性与并行处理技术常采用 的两种方法：资源分时共享和时间重叠流水处理 熟悉前后台型软件和中断型结构模式各自的特点
7.1.1 单微处理器CNC结构
（2）系统总线。 总线是CPU与各组成部件、接口等之间的信息公共传输线，是由一组组传送数字信息 的物理导线组成的，是CNC装置内部数据或信息交换的通道，由数据总线（DB）、地址总 线（AB）、控制总线（CB）组成。 数据总线（DB）：是各部分之间数据交换的通道。它是双向总线，表示数据可输入处理器, 也可从处理器输出。线的根数与数据宽度相等，数据走向由地址总线
7.1.2 多微处理器CNC结构
CNC管理模 块（CPU） 输入输出模 块（CPU） 可编程控制 模块 操作面板显 示模块
CNC插补模 块（CPU） 主存储器模 块（CPU） 位置控制模 块（CPU） 主轴控制模 块（CPU）
系 统 总 线
图7-2 多微处理器共享总线结构框图
7.1.2 多微处理器CNC结构 （2）共享存储器结构。在该结构中，采 用多端口存储器来实现各CPU之间的连接 和信息交换，每个端口都配有一套数据、 地址、控制线，以供端口访问。由多端控 制逻辑电路解决访问冲突，其结构如图73所示。当CNC系统功能复杂要求CPU数 量增多时，由于各个CPU争用共享存储器 时会造成信息传输的阻塞，从而降低系统 的效率，其扩展功能较为困难。
和控制总线决定。
地址总线（AB）：用来确定数据总线上传输的数据的来源或目的地。它是单向总线，传送 的是地址信号。 控制总线（CB）：用来确定数据总线上信息流的时间序列。它是单向总线，传送的是一 些控制信号。例如数据传输的读写控制以及中断复位等信号。
《数控机床故障诊断与维护》课程标准
《数控机床故障诊断与维护》课程标准课程代码：学时：64 学分：4一、课程的地位与任务《数控机床故障诊断与维护》是一门专业课程，先修课程有机械制造、气动液压、电控及PLC 技术应用等。
本课程是机电技术的综合应用，对学习机、电技术综合能力的培养有明显的促进作用。
同时也是数控的一门专业主干核心课程，具有实践性强、应用面广的特点。
通过《数控机床故障诊断与维护》的教学，使学生能够获得数控机床的基本理论和基本知识，初步掌握数控机床故障诊断与维护的基本思路、基本方法和基本原则，具有分析并排除数控机床常见故障的能力。
为今后学习后续课程和从事相关工作打下扎实的基础。
二、课程的主要内容和学时分配1.课程的主要内容第一章数控机床维修与维护基础第一节数控机床概述(1)数控机床的产生背景(2)数控机床的基本概念(3)数控机床的组成(4)数控机床的工作过程(5)数控机床的种类(6)数控机床的常用数控系统简介第二节数控机床的故障维修基础(1)数控机床的故障定义(2)数控机床常见故障的特点与规律(3)数控机床常见故障的种类(4)数控机床发生故障时的诊断方法第三节数控机床的日常维修维护与保养(1)数控机床日常维修维护工作的内容(2)数控机床机体的维护与保养(3)数控机床电气控制系统的日常维护(4)数控机床维修人员应具备的基本要求(5)数控机床的维修维护的技术资料(6)数控机床故障诊断与维护常用仪器仪表及工具第四节FANUCOi系统数控机床基本操作(1)数控机床面板介绍(2)数控机床的基本操作(3)手动进给操作第二章数控系统硬件故障诊断与维护第一节数控系统硬件概述第二节数控系统硬件的更换方法第三节数控系统硬件故障的诊断方法第四节数控机床的抗干扰措施第三章数控系统软件故障诊断与维护第一节数控系统软件的组成第二节数控系统的参数设置第三节数控系统的参数备份与恢复第四节数控系统软件故障的诊断与处理方法第四章数控机床PLC故障诊断与维护第一节数控机床PLC基础(1)数控机床中PMC的用途(2)数控机床用PLC种类(3)数控机床PLC梯形图程序(4)数控机床PLC梯形图符号第二节数控机床用PLC的操作(1)FANUCOi数控系统的PMC调试功能(2)PMC的基本操作(3)PMC编程实例第三节数控系统PMC故障诊断(1)数控系统PMC的故障类型及原因(2)通过PMC进行故障诊断的方法(3)数控机床PMC控制功能程序分析(4)典型PLC故障的分析与诊断流程第五章数控机床进给伺服系统故障诊断与维护第一节进给伺服系统的概述(1)进给伺服系统的组成(2)数控机床对进给伺服驱动系统的要求(3)进给伺服驱动系统的分类第二节步进电动机伺服系统及工作原理(1)步进进给伺服驱动系统(2)步进电动机进给伺服驱动系统的工作原理(3)步进电动机驱动系统的常见故障与维修第三节交流伺服进给驱动装置的组成及工作原理(1)交流进给伺服系统的特点(2)模拟式交流伺服控制原理(3)数字交流伺服系统控制原理(4)交流伺服系统的维护与调整第四节位置检测装置的组成及工作原理(1)位置检测装置的要求(2)位置检测方式分类(3)位置检测元件及其维护(4)位置检测故障的诊断第六章主轴驱动系统故障诊断与维护第一节数控机床主轴驱动系统基本知识(1)数控机床对主轴传动的要求(2)主轴系统分类及特点(3)主轴伺服系统故障的形式及诊断第二节交流主轴伺服系统概述(1)交流主轴伺服系统的特点(2)交流主轴调速原理(3)交流数字式主轴伺服系统（4）交流模拟式主轴伺服系统第三节交流主轴驱动系统故障诊断与维修（1）交流数字式主轴伺服系统故障的诊断与排除（2）交流模拟式主轴伺服系统故障的诊断与排除（3）主轴伺服系统故障实例及分析第七章数控机床机械结构故障诊断与维护第一节数控机床精度的检验第二节主传动机械结构的维护与维修第三节进给系统机械传动结构的维修第四节换刀装置的维护与故障诊断第五节其它辅助故障诊断与维护2.学时分配本课程在教学过程中，强调基础理论和基本概念的掌握，同时注重学生的实际动手操作，要求能把基础理论应用于实践中，让学生具备处理和排除数控机床基本故障的能力。
数控机床的伺服系统
第七章 数控机床的伺服系统
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂， 价格也高。进入80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交 流伺服驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服 电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修， 制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速 度方向发展，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统， 交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。
第七章 数控机床的伺服系统
进给伺服系统的作用：接受数控装臵发出的进给速度和位 移指令信号，由伺服驱动装臵作一定的转换和放大后，经伺服 电机（直流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动机 构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行 部件的运动速度与位臵，以及几个执行部件按一定规律运动所 合成的运动轨迹。如果把数控装臵比作数控机床的“大脑”， 是发布“命令”的指挥机构，那么伺服系统就是数控机床的 “四肢”，是执行“命令”的机构，它是一个不折不扣的跟随 者。
第七章 数控机床的伺服系统
二、步进电机工作原理
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中， 步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一 定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带 动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数 量代表了位移量，而运动方向是由步进电机的各相通电顺序 来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。但由 于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定， 速度也受到步进电机性能的限制。
第七章 数控机床的伺服系统
直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直 演变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动 能的一种推力装臵，是一种较为理想的驱动装臵。在机床进给 系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是 取消了从电动机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传 动链的长度缩短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电动 机驱动方式无法达到的性能指标和优点。由于直线电动机在机 床中的应用目前还处于初级阶段，还有待进一步研究和改进。 随着各相关配套技术的发展和直线电动机制造工艺的完善，相 信用直线电动机作进给驱动的机床会得到广泛应用。
第七章数控车床自动编程
着现代加工业的发展，实际生产过程中，比较复杂的二维零件、具有曲线轮廓和三维复杂零件越来越多，手工编程已满足不了实际生产的要求。
如何在较短的时间内编制出高效、快速、合格的加项目序，在这种需求推动下，数控自动编程得到了很大的发展。
7. 1什么叫自动编程自动编程又称为计算机辅助编程。
其定义是：利用计算机(含外围设备>和相应的前置、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加项目序单和数控带的一种编程方式。
7. 2自动编程的工作过程自动编程的工作过程如图7-1所示。
图7-1 自动编程的工作过程从自动编程的工作过程中可以看出，数控语言、编译程序和通用电子计算机是实现自动编程的必备条件。
7.2.1数控语言数控语言是指其语言、语法程序所必需的一套规定语句及其应用规则。
通过数控语言而编写的零件程序与用规定地址指令和格式编写的可直接用于机床的零件加项目序有着本质的区别，这种程序称为零件源程序，又称为计算机输入程序。
零件源程序是电子计算机进行各种处理工作的依据，其内容包括零件的形状、尺寸、刀具及其动作、切削条件等方面参数，以及机床的各种辅助功能等。
零件源程序(单和带>必须在自动编程的准备工作中，由手工方式提前准备好，以便计算机接收。
7.2.2编译程序为了使电子计算机识别零件源程序，必须在计算机内存放有处理零件源程序的软件，即编译程序。
编译程序可对其源程序的语句、语法进行检查(自诊断>，然后阅读、译码、分类，以及进行十→二进制数的转换等。
不同的编译程序可以处理不同的源程序。
7.2.3通用电子计算机通用电子计算机是自动编程的核心设备，被称为自动编程的“主机”。
该计算机将其输入的零件源程序通过相应的编译程序进行翻译、轨迹计算及工艺处理等前置处理工作后，由针对特定机床和加工性质(车、铣、电等>的机内后置处理程序处理，然后通过联网的外围设备制成加项目序单和数控带。
7. 3自动编程的分类方法随自动编程一般可按所用设备(编程系统>、插补类型和编程语言等进行分类，目前多按所用设备(除数控机床已具备其直接编程功能外>分类。
数控机床常见报警故障
第七章数控机床常见报警故障及维护保养第一节数控机床常见故障及处理一故障与可靠性故障：故障是指设备或系统因自身的原因而丧失规定功能的现象。
故障的形式是多种多样的，但是故障具有相同的规律即故障规律曲线。
由图可知，改曲线分为三个区域，即初期运行区Ⅰ，系统的故障呈负指数曲线函数，故障率较高，故障原因大多数是设计、制造和装配缺陷所造成的；Ⅱ区为系统的正常运行区，此时故障率趋近一条水平线，故障率低，故障原因一般是由操作和维护不良而造成的偶发故障；Ⅲ区为系统的衰老区，此时故障率最大，主要原因是年久失修及磨损过渡造成的。
若加强维护，可以延长系统的正常运行区。
二可靠性可靠性是指在规定的条件下，数控机床维持无故障工作的能力。
衡量可靠性的指标如下：1.平均无故障时间（MTBF）是指一台数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间。
一般用总工作时间除以总故障次数来计算。
2.平均修复时间（MTTR）是指数控机床从出现故障直至正常使用所用修复时间的平均值。
3.有效度（A）是指一台可维修的数控机床，在某一段时间内，维持其性能的概率。
用平均无故障时间除以平均无故障时间与平均修复时间的和来计算。
对于普通的数控机床，要求MTBF≥1000h, A≥0.95三故障分类数控机床的常见故障按故障性质、产生原因分为一下几类。
1 系统性故障和随机性故障以故障出现的必然性和偶然性，将故障分为系统性故障和随机性故障。
系统性故障是指机床或数控系统部分在一定的条件下必然出现的故障。
随机性故障是指偶然出现的故障。
一般随机性故障往往是由于机械结构的局部松动、错位、控制系统中的元器件出现工作特性飘移，机床电气元件可靠性下降等原因造成。
这类故障在同样的条件下只偶然出现一两次，需要反复试验和综合判断才能排除。
2 有诊断显示故障和无诊断显示故障以故障出现时有无自诊断显示，将故障分为有诊断显示故障和无诊断显示故障。
目前数控机床配置的数控系统都有自诊断功能，日本FANUC公司和德国SIEMENS公司的数控系统都具有几百条报警信号。
数控技术 第七章 数控机床的进给伺服系统
三 步进电动机的基本控制方法
（2） 双电压功率放大电路 优点：功耗低，改善了脉冲 优点：功耗低， 前沿。 前沿。 缺点：高低压衔接处电流波 缺点： 形呈凹形， 形呈凹形，使步进电机 输出转矩降低， 输出转矩降低，适用于 大功率和高频工作的步 进电机。 进电机。
三 步进电动机的基本控制方法
（3） 斩波恒流功放电路 优点： 优点：1）R3较小（小 R3较小（ 较小 于兆欧） 于兆欧）使整个 系统功耗下降， 系统功耗下降， 效率提高。 效率提高。 2）主回路不串 电阻， 电阻，电流上升 快，即反应快。 即反应快。 3）由于取样绕 组的反馈作用， 组的反馈作用， 绕组电流可以恒定在确定的数值上， 绕组电流可以恒定在确定的数值上，从而保证在很大频率范 围内，步进电机能输出恒定的转矩。 围内，步进电机能输出恒定的转矩。
二 数控机床对伺服系统的基本要求
1 高精度 一般要求定位精度为0.01~0.001mm； ； 一般要求定位精度为 高档设备的定位精度要求达到0.1um以上。 以上。 高档设备的定位精度要求达到 以上 2 快速响应 3 调速范围宽 调速范围指的是 max/nmin 。 调速范围宽:调速范围指的是 调速范围指的是:n 进给伺服系统:一般要求 进给伺服系统 一般要求0~30m/min，有的已达到 一般要求 ，有的已达到240m/min 主轴伺服系统:要求 主轴伺服系统 要求1:100~1:1000恒转矩调速 要求 恒转矩调速 1:10以上的恒功率调速 以上的恒功率调速
一 直流伺服电动机调速原理
7-30 直流电动机的机械特性
二 直流电动机的PWM调速原理 直流电动机的 调速原理
7-24 脉宽调制示意图 脉宽调制示意图
Ud =
τ
T
U = δ T U δ T 称为导通率
数控机床的安装与验收培训资料
第二节 数控机床的精度检验
【学习目标】
掌握数控车几何精度的检验方法 了解数控机床工作精度的检验方法
数控机床结构与维护
【学习内容】
一、数控车床几何精度检测
1、床身导轨的直线度和平行度检测
图8—14床身导轨的直线度和平行度检测 1、2、3、4-螺栓；5-水平仪
数控机床结构与维护
(1)纵向导轨调平后，床身导轨在垂直平面内的直线度 检验工具：精密水平仪 检验方法：如图8—15所示，水平仪沿Z轴向放在溜板上，沿导轨全长等 距离地在各位置上检验，记录水平仪的读数，导轨全长读数的最大差值即 床身导轨在垂直平面内的直线度。
数控机床结构与维护
2、就位
起吊时，将尾座移至机床右端 锁紧，同时注意使机床底座呈水平 状态，防止损坏漆面、加工面及突 出部件。在使用钢丝绳时，应垫上 木块或垫板，以防打滑。待机床吊 起离地面100~200mm时，仔细检查悬 吊是否稳固。然后再将机床缓缓地 送至安装位置，并使活动垫铁、调 整垫铁、地脚螺栓等相应地对号入 座。
图8—25 尾座套筒锥孔轴线的平行度检测 数控机床结构与维护
11、床头和尾座两顶尖的等高度检测
将检验棒顶在床头和尾座两顶尖上，把百分表安装在溜板(或刀架)上 ，使百分表测头在垂直平面内垂直触及被测表面(检验棒)，然后移动溜板 至行程两端，移动小拖板(X轴)，记录百分表在行程两端的最大读数值的 差值，即为床头和尾座两顶尖的等高度。测量时注意方向。
为增大阻尼减少机床振动，地基应有一定的质量。为避免过大的振动、下
沉和变形，地基应具有足够的强度和刚度。机床作用在地基上的压力一般为
3×104N/m2～8×104N/m2。一般天然地基强度足以保证，但机床要放在均匀的
数控机床的控制系统概述
第七章数控机床的控制系统概述学习目的：1．什么是数控技术、数控系统和数控机床，数控系统对机床的控制包括哪几方面？2．数控机床控制系统组成有哪些，他们的作用各是什么？3．数控机床的控制方式有几种，各有什么特点？4．数控机床的接口有几类，他们的接口规范是什么？第一节数控机床的控制系统一、数字控制技术简介1．数字控制技术数字控制（Numerical Control）技术，简称数控技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。
数控技术不仅用于机床的控制，而且还用于其它设备的控制，产生了诸如数控绘图机、数控测量机等数控设备。
2．数控系统和数控机床用数字控制技术实现自动控制的系统称为数控系统。
数控系统中的控制信息是数字量，其硬件基础是数字逻辑电路。
最初数控系统是由数字逻辑电路构成的，所以也成为硬件数控系统。
现代数控系统采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部基本数控功能，所以成为计算机数控系统（Comouter Numerical Control），简称CNC系统。
计算机数控系统是在硬件和软件共同作用下完成数控任务的，具有真正的“柔性”。
数控系统对机床的控制包括顺序控制和数字控制两个方面。
顺序控制是指对刀具交换、主轴调速、冷却液开关、工作台的极限位置等一类开关量的控制。
数字控制是指机床进给运动的控制，用于实现对工作台或刀架的位移、速度这一类数字量的控制。
数控系统与机床的有机结合称为数控机床，如数控车床、数控铣床、数控加工中心等。
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电力拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
二、数控机床控制系统的组成序记载机床加工所需的各种信息，包括零件的加工轨迹、工艺信息及开关命令。
输入装置是将程序载体上的数控编码转换成相应的脉冲信息，传送并存入数控装置内。
输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统的运行。
常用的输入/输出装置有光电阅读机、磁带录放机、磁盘驱动器、键盘和CRT显示器等。
第七章数控机床伺服系统
第一节 概述
2、数控机床对进给伺服系统的要求
(5) 调速范围要宽，低速时能输出大转矩 调速范围要宽，低速时能输出大转矩。机床的调速范围RN是指机床要求 电动机能够提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比，即：
R
N
=
n max n min
其中nmax和nmin一般是指额定负载时 额定负载时的电动机最高转速和最低转速，对于 额定负载时 小负载的机械也可以是实际负载时最高和最低转速。一般的数控机床进 给伺服系统的调速范围RN为1：24 000就足够了，代表当前先进水平的速 度控制单元的技术已可达到1：100 000的调速范围。同时要求速度均匀、 稳定、无爬行，且速降要小。在平均速度很低的情况下（1mm/min以下） 要求有一定瞬时速度。零速度时要求伺服电动机处于锁紧状态，以维持 定位精度。
第 二 节 典 型 进 给 伺 服 系 统
–
柔性差： 柔性差：系统全由硬件构成，使得它的各调节器参数在机电联 调整定后就固定下来了，不易改变，这对负载惯量变化不大的 位置伺服系统（如车床刀架进给控制），可获得满意的控制性 。 对 负载惯量 大的系统， 。 的数 ， 在整
（负载惯量变化） – 量 化成 ， 响 电
第一节 概述
1、数控机床伺服系统的概念及组成 （1）在位置控制中，根据插补运算得到的为之指令 （即一串脉冲指令或二进制数据），与位置检测装置 反馈来的机床坐标轴的实际位置进行比较，形成位置 偏差，经变换得到速度给定电压。 （2）在速度控制中，伺服驱动装置根据速度给定电 压和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行 控制，以驱动机床部件，从而把速度量变为位置量。
提高系统 精度 环 措施 的精度；
一. 开环进给伺服系统
传动间隙补偿 在整个行程范围内测量传动机构传动间隙，取其平均值存放 在数控系统中的间隙补偿单元，当进给系统反向运动时，数控 系统自动将补偿值加到进给指令中，从而达到补偿目的。 – 螺矩误差补偿 滚珠丝杆在数控机床应用广泛，虽然滚珠丝杆精度较高，但 的 精 ， 将其精度控 在一 的范围内的， 的螺 存在 一 的误差的， 用 机的运 ， 补偿滚珠丝 的螺矩 误差， 高进给 精度。 测量 进给丝 螺 误差 ( )，然 用 误差补偿 补偿 补偿。 补偿 –
数控机床PLC梯形图
主轴定向控制
定向报警时 TMR 203 T1 R1 5s
AUTO
ORCM
M19
T1
RST
ORAR
ORCM
M06
主轴正/反转控制
主轴转动控制
操作方式选择、M代码译码 HSM： 手动操作开关 ASM： 自动操作开关 MF(F7.0): M功能选通 DEC: M功能译码
主轴正/反转控制
The end Thank you!
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汇报人姓名
主轴转动控制
主轴转动控制
HAND： 手动方式 AUTO： 自动方式 CWM： 主轴正转按钮 CCWM： 主轴反转按钮 OFFM ：主轴停转按钮
主轴换档控制（动画）
主轴变速换档控制
主轴换档控制
润滑系统自动控制
润滑系统控制ຫໍສະໝຸດ 润滑油路 通过润滑油路分别对导轨、丝杠、齿轮及轴承等机械部位进行润滑
第七章 数控机床PLC
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汇报人姓名
01
由伺服驱动系统执行。
坐标轴运动的位置控制
02
由可编程控制器（PLC）完成。 CNC机床控制对象
加工过程的顺序控制
数控机床的控制对象
PLC在数控机床中的配置方式
PLC的配置方式
01.
进给伺服单元
PLC开关量的输入/输出接口
直流开关量输入接口
PLC开关量的输入/输出接口
1
2
6
5
4
3
直流开关量输出接口
CNC(PLC)
DV
数控机床编程与操作第三版电加工机床分册第七章 数控电火花成形机床加工工艺
1．影响加工速度的主要因素 （1）脉冲宽度对加工速度的影响。当脉冲峰值电流一定时，脉冲宽
度增加，加工速度随之增加；脉冲宽度增加到一定数值时，加工速度达 到最高；此后继续增加脉冲宽度，加工速度则会下降。因为随着脉冲宽 度的不断增加，单个脉冲能量增大，转换的热能大部分散失在电极与工 件中，不起蚀除作用，蚀除产物的增多使排气、排屑困难，加工稳定性 变差，因此加工速度反而下降。
第一节 电火花成形机床工艺参数
2．影响电极损耗的主要因素 （3）峰值电流对电极损耗的影响。对于一定的脉冲宽度，加工时的
峰值电流不同，电极损耗也不同。用纯铜电极加工钢时，随着峰值电流的 增大，电极损耗也增大。
（4）加工极性对电极损耗的影响。当脉冲宽度小于某一数值时，正 极性损耗小于负极性损耗；反之，正极性损耗大于负极性损耗。一般情况 下用石墨电极和纯铜电极加工钢时，粗加工用负极性。但在用钢电极加工 钢时，无论粗加工还是精加工都要采用正极性，否则电极损耗很大。
第二节 电火花成形机床编程
1.准备功能 （1）直线插补指令G01 格式： G01 X± __； G01 Y± __ ； G01 Z± __ ； G01 X± __ Y± __ Z± __ ；（最多三轴联动，包括C轴）
26 第 七 章 数 控 电 火 花 成 形 机 床 加 工 工 艺
第二节 电火花成形机床编程
第一节 电火花成形机床工艺参数
4.影响表面质量的主要因素 （3）电极材料和加工极性的影响。在粗规准、中规准范围内，脉
冲宽度大时，用纯铜电极加工比用石墨电极加工的表面粗糙度值小；脉 冲宽度小时，用石墨电极加工比用纯铜电极加工的表面粗糙度值小。
（4）工件材料的影响。熔点高的材料（如硬质合金），单脉冲形 成的凹坑较小，在相同能量下加工的表面粗糙度值要比熔点低的材料 （如钢）小。
数控机床编程与操作 第4版 第7章 凹凸模加工—刀具半径补偿
刀具中心轨迹
刀补取消段
六、刀具半径补偿的过程
如图所示，刀具半径补偿过程的程序如下：
N10 G41 G01 X100.0 Y80.0 F100 D01； 刀补建立
N20 Y200.0； N30 X200.0； N40 Y100.0； N50 X90.0；
刀补进行
N60 G40 G00 X0 Y0； 刀补取消
课程导入
➢问题1：按照图示加工零件的尺寸是否合格？ ➢问题2：编程轨迹和刀具中心轨迹是否一致？
课程导入
那么，怎样才能按照零件轮廓编程加工出合格产品呢 ？
刀具半径补偿功能
G40、G41、G42
一、刀具半径补偿的意义
➢刀具中心轨迹和工件轮廓不重合； ➢当零件形状复杂时，按照刀具的中心轨迹编程，其计算量相当大； ➢当刀具磨损、重磨或换新刀具而使刀具直径变化时，必须重新计算 刀具中心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度；
动方向看，当刀具处在切削轮廓左侧时，称为刀具半径左补偿，用G41表 示；当刀具在切削轮廓的右侧时，称为刀具半径右补偿，用G42表示。
+Y
G41
+X
G42
五、刀具半径补偿参数的设置
刀具半径补偿值存放在D代码（D00～D99）对应的刀补表中，通常是刀具的半径值。 一般情况下，为防止出错，尽量使刀补号与刀具号一致。 加工前, 刀具补偿参数设定方法如下:
六、刀具半径补偿的过程
刀具半径补偿的建立有以下三种方式：
一般取消半径补偿的过程与建立过程正好相反。
七、刀具半径补偿的实质
1、当G41(G42)被指定时，包含G41句子的下面两句被预读，机床 坐标位置的确定方法是：将含有G41句子的坐标点与下面两句中最近 的、在选定平面内有坐标移动语句的坐标点相连，其连线垂直方向为 偏置方向，大小为刀具半径值。
第7章 数控机床的进给伺服系统PPT课件
式中 J1、J2——齿轮的转动惯量(N·m·s2)；J3——丝杠的转动惯量 d ——冲当量(mm／脉冲)。
然后进行负载启动频率fqF 的估算； 式中 fq——空载启动频率(Hz)，T——由矩频特性决定的力矩(Nm)
J——电机转子转动惯量(N·m·s2)。 依照机床要求的启动频率fqF ，可选择fq
第七章 数控机床的进给伺服系统
7-1 概述 7-2 步进电动机及其驱动系统 7-3 直流伺服电动机及其速度控制 7-4 交流伺服电动机及其速度控制 7-5 主轴驱动 7-6 位置控制
§ 7-1 概述
立式铣床
加工中心 刀库刀具定位电机 机械手旋转定位电机
带制动器伺服电机 主轴电机
伺服电机
伺服驱动系统（Servo System)
称做空载运行频率fmax。它也是步进电动机的重要性能指标，对于提高 生产率和系统的快速性具有重要意义。
fmax 应能满足机床工作台最高运行速度。
6. 运行矩频特性 运行矩频特性T＝f(F)是描述步进电动
机连续稳定运行时，输出转矩T与连续运行 T 频率之间的关系。它是衡量步进电动机运转 时承载能力的动态性能指标。
f
三、步进电动机驱动电源 1. 作用 发出一定功率的电脉冲信号，使定子励磁绕组顺序通电。 2. 基本要求 （1）电源的基本参数与电动机相适应； （2）满足步进电动机起动频率和运行频率的要求； （3）抗干扰能力强，工作可靠； （4）成本低，效率高，安装维修方便。
1.步距角 步进电动机每步的转角称为步距角，计算公式：
θ＝ 360 (°) Z mK
式中 m—步进电动机相数 Z—转子齿数 K—控制方式系数， K=拍数p/相数m
第七章 数控加工与特种加工
§7-2 数控加工工艺
（2）数控加工刀具明细表
§7-2 数控加工工艺
二、输出轴数控加工工艺
1. 图样分析
§7-2 数控加工工艺
2. 工艺分析
§7-2 数控加工工艺
2. 工艺分析
§7-2 数控加工工艺
3. 确定刀具
§7-2 数控加工工艺
4. 确定加工路线
§7-2 数控加工工艺
4. 确定加工路线
§7-2 数控加工工艺
2. 选择刀具和夹具 （1）刀具的选择：一般优先选用标准刀具，不用或少用特 殊的非标准刀具，必要时也可以采用各种高生产效率的复合 刀具及一些专用刀具。
（2）夹具的选择：数控加工的特点对夹具提出了两个基本 要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定； 二是要能协调工件与机床坐标系的尺寸。
卧式数控铣床
§7-1 数控机床概述
3．加工中心
立式加工中心
§7-1 数控机床概述
3．加工中心
卧式加工中心
§7-2 数控加工工艺
一、确定数控加工工艺的一般步骤
1. 确定数控加工的内容
（1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。 （2）形状复杂、加工精度要求高、通用机床无法加工或很 难保证加工质量的零件。 （3）在普通机床上加工需要昂贵的工艺装备（工具、夹具 和模具等）的零件。 （4）尺寸难测量、进给难控制的壳体或盒型零件。 （5）必须在一次装夹中完成铣削、镗削、锪孔、铰孔或攻 螺纹等多工序加工的零件。 （6）价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件。 （7）需要最短生产周期的急需零件。
2. 数控机床 按加工要求预先编制的程序，由控制系统发出数字信息指
令对工件进行加工的机床称为数控机床（Numerically Controlled Machine Tools）。具有数控特性的各类机床均可称 为相应的数控机床，如数控车床、数控铣床、加工中心等。
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第7章 数 控 机 床
五、数控机床的特点
生产效率高 适应性强 精度高 实现负责运动 经济效益好 利于管理现代化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
质量稳定
数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情 况下工作过程不需要人工干预，消除了操作者人为产生的误 差。在设计制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床 的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控机床工作台的移 动当量普遍达到了0.01～0.0001mm，而且进给传动链的反向 间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装臵进行补偿，高档数控 机床采用光栅尺进行工作台移动的闭环控制。数控机床的加 工精度由过去的±0.01 mm提高到±0.005mm甚至更高。
刀具和工件的相对运动，从而完成零件的加工。
第7章 数 控 机 床
三、数控机床的组成 数控机床由加工程序、输入装臵、计算机数 控装臵、伺服系统、辅助控制装臵、机床本体、 位臵检测反馈伺服系统等部分组成。
数控机床组成框图
第7章 数 控 机 床
加工程序：加工程序存储着加工零件的全部信息和刀
具相对工件的位移信息等。加工程序可存储在控制介
这类机床是在步进电机的轴端安装角位移测量元件， 通过测量电动机轴的旋转角位移并经过一定的换算来代 替测量工作台的直线位移。这类系统没将丝杠螺母副、 齿轮传动副等传动误差包括在控制系统中，其精度介于 开环和闭环之间，但调试方便，应用广泛。
半闭环控制系统框图
第7章 数 控 机 床
4．按控制机床的性能分类
点位控制加工示意图
第7章 数 控 机 床
直线控制数控机床 这类机床的特点是运动部件不仅要实现由一个位 置到另一个位置的精确移动定位，而且能够控制两 点之间移动的速度和轨迹。常见的有简易数控车床、 数控铣镗床等。 轮廓控制数控机床 这类机床能够对两个或两个以上的运动坐标的位 移及速度进行连续相关的控制，具有插补功能。它 不仅要控制起点和终点的位置，而且要控制加工过 程中每一点的位置和速度，加工出任意形状的曲线
第7章 数 控 机 床
五、数控机床的特点
生产效率高 适应性强 精度高 质量稳定 实现负杂运动 经济效益好 利于管理现代化
普通机床难以实现或无法实现轨迹为三次以上的曲线 或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面； 而数控机床则可实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形 状的空间曲面，适应于复杂异形零件的加工。
第7章 数 控 机 床
（１）Z轴 （２）X轴 （３）Y轴 （４）A、B、C的转向 （５）附加坐标
第7章 数 控 机 床
2. 机床坐标系与工件坐标系
（1） 机床坐标系与机床原点及机床参考点
数控机床坐标系是机床固有的坐标系统，它是通过操作 刀具或工件返回机床零点 M 的方法建立的。在大多数情况 下，当装好刀具和工件时，机床的零点已不可能返回，因 而需设参考点R。 机床参考点 R 是由机床制造厂家定义的一个点， R 和 M 的坐标位置关系是固定的，其位置参数存放在数控系统中。 当数控系统启动时，都要执行返回参考点R，由此建立各种
第7章 数 控 机 床
和曲面组成的复杂零件。常见的有数控车床、铣床、 加工中心等。
轮廓控制加工示意图
第7章 数 控 机 床
3．按伺服系统的类型分类 开环数控机床
开环数控机床的特点是其控制系统不带反馈装置，通 常使用步进电机作为伺服执行机构。 开环控制系统机构简单、制造成本低，系统对移动部 件的实际位移量不进行测量，也不进行误差校正。开环 系统仅适用于加工精度要求不是很高的中小型数控机床。
系统、刀具系统的结构和操作结构等方面都发生了
很大的改变，主要为了满足数控系统对数控机床的
要求。
第7章 数 控 机 床
数控装置逻辑框图
第7章 数 控 机 床
四、数控机床的工作原理 根据被加工零件的图样和工艺方案，用规定
的代码和程序格式编写加工程序 将编好的程序输入到数控系统中 数控装臵将程序进行译码、运算，生产一系
第7章 数 控 机 床
五、数控机床的特点
适应性强 精度高 质量稳定
生产效率高 实现负杂运动
经济效益好
利于管理现代化
零件加工所需的时间包括机动时间和辅助时间。数控机床 主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，可选用最有利 的切削用量；结构刚性好，允许进行大切削用量的强力削， 这就提高切削效率；移动部件空行程运动速度快，工件装夹 时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般机床大为减少。 更换被加工零件时几乎不需重新调整机床，节省了零件安装 调整时间。加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键 尺寸的抽样检验，节省了停机检验时间。在加工中心上加工 时，一台机床实现了多道工序的连续加工，生产效率的提高 更为显著。
高档数控机床 中等数控机床 低等数控机床
第六节 数控机床的坐标系 七、数控机床的坐标
第7章 数 控 机 床
1.坐标轴的命名 坐标轴采用右手直角笛卡尔坐标系进行命名。 1）坐标轴的命名规定
第7章 数 控 机 床
2) 机床坐标系的确定方法
Z轴：与主轴线平行的坐标轴即为Z轴。 工件旋转的机床（车、磨等），平行于工件 轴线的坐标为z坐标； 刀具旋转的机床（铣、钻、镗等），平行于 旋转刀具轴线的坐标为z坐标； 没有主轴的机床（牛头刨床等），垂直于工 件装夹面的方向为z坐标。 方向：正方向为增大工件与刀具之间距离的方向。
质上，如各种存储卡、磁盘等。目前最常用的是数控
内存及外围存储设备，如计算机硬盘、U盘等。
输入装臵：将控制介质上的加工程序输入数控系统。
输入方式也可以通过手工（ MDI）通过键盘输入和
通讯的方式输入。
计算机数控装臵：是最重要的控制核心，其作用相当
于人的大脑，主要负责接收输入装臵的输入的加工信
第7章 数 控 机 床
第7章 数 控 机 床
3、复杂、精密、单件小批量以及多变的零件 加工：数控机床 数控机床的特点 ： a．可以加工形状复杂的工件； b．灵活性较强； c．生产率较高 ； d．加工精度较高和加工质量较稳定； e．改善了劳动条件，减轻了工人的劳动强度； f．便于实现生产过程的 自动化管理。
第7章 数 控 机 床
第7章 数 控 机 床
五、数控机床的特点
生产效率高 适应性强 精度高 质量稳定 实现负责运动 经济效益好 利于管理现代化
数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚 度和热稳定性。通过补偿技术，数控机床可获得比本 身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零件生产 的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。
第7章 数 控 机 床
Y轴：Y坐标垂直于x及z坐标轴，当x和z确定后， 按右手定则判断y的正方向。 A、B、C的转向：相应地对应x、y、z坐标的旋转运 动，正方向按右手螺旋法则确定。 编程坐标：在所有的数控机床的程序编制中，为 使编程方便，一律假定工件固定不动、全部用刀具运 动的坐标系编程，即使用标准坐标系编程。 附加坐标系：x、y、z为主坐标系（标准坐标系） 如有第二组坐标和第三组坐标平行于x、y、z，则分 别指指定为U、V、W和 P、Q、R。
号、存储和计算有关数据、逻辑判断以及控制输入
输出等，同时向机床的各个驱动机构发出运动指令，
协调机床各个部件并准确执行零件的加工程序。
伺服系统：接收来自数控装臵的指令信息，经功率
放大后，严格按照指令信息要求驱动机床的移动部
件，以便加工出符合图样要求的零件。伺服系统包
括驱动装臵和执行机构两大部件。
反馈系统（位臵检测装臵）：测量元件将数控机床
二、数控机床的定义 数控机床(CNC)：装有程序控制系统（数控系统）
的机床（COMPUTERIZED NUMERICAL CONTROL
SYSTEM）。 数控机床将加工过程中的各种机床动作，用数 字化的代码表示，然后通过程序载体把信息输入数 控系统，数控系统对输入信息进行处理，输出控制
信号，控制机床伺服电机或其他执行元件，使机床
金属切削机床
第七章 数控机床
2015年3月24日
第7章 数 控 机 床
学习目标：
数控机床的组成、结构和基本原理。 数控机床的主要性能指标。 加工中心的用途和分类。
第7章 数 控 机 床
7.1
概
述
一、数控机床的产生 1 、大批大量生产：采用专用机床、组合机床、 生产线、自动线以及相应的工装。 这种生产方式的投资大、周期长、产品不易更 新换代。 2 、单件、中小批的生产：采用通用万能机床 和仿形机床。 这种生产方式需要制造靠模和调整机床，要求 工人技术高，同时生产准备周期长，加工精度很难 达到更高的要求。
各坐标轴的位移指令值检测出来并经反馈系统输入
第7章 数 控 机 床
到机床的数控装臵中，数控装臵对反馈回来的实际
位移值与设定值进行比较，并向伺服系统输出达到 设定值所需的位移量指令。 机床本体：与传统机床比较，数控机床本体仍然由
主传动装臵、进给传动装臵、床身、工作台、辅助
运动装臵、液压气动系统、润滑系统以及冷却系统 等组成。但数控机床的整体布局、外观造型、传动
第7章 数 控 机 床
五、数控机床的特点
生产效率高 适应性强 精度高 实现负责运动 经济效益好 利于管理现代化
质量稳定
数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息， 特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设 计、制造以及管理一体化奠定了基础。
第7章 数 控 机 床
六、数控机床的分类
1、按机床的工艺用途进行分类： 金属切削类数控机床 如数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。 金属成型类数控机床 如数控冲床、数控折弯机、数控弯管机 数控特种加工机床 如数控线切割机床、数控电火花加工机床等 其它类型的数控加工机床 如数控激光加工设备、数控火焰切割机、数控三坐 标测量机等。
第7章 数 控 机 床
五、数控机床的特点