数控系统组成、原理与维修
数控机床各组成部分结构及控制原理
1．插补周期的选择
T的选择非常重要 基本思想：采用时间分割的思想，根据编程给定的进 给速度F将轮廓曲线分割为相等的插补周期T的进给段， 即轮廓步长ΔL，ΔL＝F.T
2．插补运算时间
T必须大于插补运算时间和CPU执行其他实时任务所 需的时间之和
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3．位置反馈采样周期
插补运算结果是供位置采样周期使用的各坐标轴的 位置增量值，因此，采样周期TF通常＝T，或者T 是TF的整数倍。T=8ms ，TF＝4ms
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2．4 数控机床的进给伺服系统
伺服系统的特点
1. 伺服系统的运动来源于偏差信号 偏差：指令信号与反馈信号的比较
2. 伺服系统必须有负反馈回路 3. 伺服系统始终处于过渡过程状态 4. 伺服系统必须具有力（力矩）放大作用
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伺服系统的基本要求
位移精度要高 定位精度高 稳定性好 动态响应快 调速范围宽 低速大转矩
F 0 F 0
x y
F F ye F F xe
6
3. 终点判别
总步长法：N X e Ye
单边计数法：N maxXe , Ye
坐标计数法 长边坐标计数法
7
❖ 4. 举例
❖ 若加工第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。按逐点 比较法进行插补计算，并作出插补轨迹图。
1. 调速范围宽而有良好的稳定性，低速 时要求速度平稳；
2. 负载特性硬，即使在低速时，有足够 的
负载能力，反应速度快； 3. 可频繁地起、停、换向等。
34
2．4．2 开环进给伺服系统
一、工作原理： ❖ 组成部分：驱动控制环节、执行元件 ❖ 驱动控制环节的任务：是将指令脉冲
转化为执行元件所需的信号 ❖ 步进电机的任务：是将（处理过的指
数控系统的组成及工作原理
数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交、直流主轴电动机、伺 服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级调速，因此使主轴箱、进 给变速及传动系统大为简化，箱体结构简单，齿轮。轴承和轴类零件数量大为 减少甚至不用齿轮，由电动机直接带动主轴或进给丝杠。
4、高传动效率和无间隙传动装置
数控机床在高进给速度下，工作要求平稳，并有高定位精度。因此，对进 给系统中的机械传动装置和元件要求具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵 敏度和低摩擦阻力的特点。目前，数控机床进给驱动系统中常用的机械装 置主要有3种：滚珠丝杠副、静压蜗杆——蜗母条机构和预加载荷双齿轮－ 齿条。
机床基础部件又叫机床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作 台等。它是整台机床的基础和框架。机床的其他零、部件，或者固定在基础件 上，或者工作时在它的导轨上运动。
数控机床机械结构的主要特点
1、高刚度和高抗振性
机床刚度时机床的性能之一，它反映了机床结构抵抗变形的能力。 提高数控机床结构刚度的措施 1）提高机床构件的静刚度和固有频率 改善薄弱环节的结构或布局，以 减少所承受的弯曲载荷和转矩负载。 2）改善机床结构的阻尼特性 3）用新材料和钢板焊接结构 2、减少机床的热变形的影响 3、驱动系统机械结构简化
分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。 数控装置每发出一个脉冲，反映到机床坐标轴上的位移量，通常称为脉冲当量
3、效率指标 1）最高主轴转速和最大加速度
2）最大快移速度 4、可靠性指标
1）平均无故障工作时间 2）平均修复时间 3）固有可用度
二、数控机床的功能 1、控制功能
2、插补功能 3、准备功能 4、进给功能
数控机床的工作原理
数控机床加工工件，首先要将被加工工件的几何信息和工艺信息数字化，用 规定的代码格式编写加工程序，并储存到程序载体，然后用相应的输入装置 将所编的程序指令输入到CNC单元，CNC单元将程序译码、运算之后，向机 床各个坐标的伺服系统和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件， 并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的工件
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contents •数控技术概述•数控机床结构与分类•数控编程基础•数控加工工艺与刀具选择•数控机床操作与维护•数控技术发展趋势与展望目录01数控技术概述数控技术的定义与发展数控技术的定义采用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的技术。
数控技术的发展历程从手动控制到数字控制，经历了多个阶段的发展，包括电子管、晶体管、集成电路、计算机等技术的应用。
数控技术的现状与趋势当前数控技术已经广泛应用于制造业各个领域，未来将继续向智能化、高精度、高效率等方向发展。
数控系统的组成与工作原理数控系统的组成01数控系统的工作原理02数控系统的特点03机械制造领域航空航天领域汽车制造领域其他领域数控技术的应用领域02数控机床结构与分类为确保加工精度和稳定性，数控机床采用高刚度材料和结构。
通过先进的制造工艺和装配技术，实现高精度加工。
采用高性能伺服驱动系统和高速主轴，提高加工效率。
配备自动换刀装置、自动排屑装置等，实现自动化加工。
高刚度高精度高速度高自动化按工艺用途分类按运动方式分类按伺服系统类型分类常见数控机床类型介绍数控车床数控铣床加工中心数控磨床03数控编程基础数控编程的概念是将零件的加工信息，按照数控系统规定的代码和格式，编制成加工程序文件，并输入到数控装置中，由数控装置控制机床进行自动加工的过程。
0203分析零件图样和工艺要求确定加工方案数控编程的步骤01选择合适的数控机床选择合适的刀具、夹具和量具编制加工程序01 02 03机床坐标系工件坐标系用于控制机床的直线插补、圆弧插补等加工动作。
M指令用于控制机床的辅助功能，如换刀、冷却液开/关等。
G指令VSS指令01F指令02T指令03数控编程的常用指令与格式地址符+数字程序段格式一个完整的程序段由若干个字组成，每个字由地址符和数字组成，程序段结束以分号或回车符表示。
04数控加工工艺与刀具选择先进行粗加工，再进行精加工，逐步提高加工精度。
先粗后精原则一次装夹原则工序集中原则基准统一原则尽可能在一次装夹中完成多道工序，减少装夹次数，提高加工效率。
数控系统(CNC系统)
参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/040742fc5ab3e50eb17e c577.html一、ＣＮＣ系统的基本构成ＣＮＣ系统是一种用计算机执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能的数字控制系统。
由于采用了计算机，使许多过去难以实现的功能可以通过软件来实现，大大提高了ＣＮＣ系统的性能和可靠性。
ＣＮＣ系统的控制过程是根据输入的信息，进行数据处理、插补运算，获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。
ＣＮＣ系统由硬件和软件组成，软件和硬件各有不同的特点。
软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。
ＣＮＣ的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分的数控功能。
二、ＣＮＣ系统的硬件结构ＣＮＣ系统的硬件结构可分为单微处理器结构和多微处理器结构两大类。
早期的ＣＮＣ系统和现有的一些经济型ＣＮＣ系统采用单微处理器结构。
随着ＣＮＣ系统功能的增加，机床切削速度的提高，单微处理器结构已不能满足要求，因此许多ＣＮＣ系统采用了多微处理器结构，以适应机床向高精度、高速度和智能化方向的发展，以及适应计算机网络化及形成ＦＭＳ和ＣＩＭＳ的更高要求，使ＣＮＣ系统向更高层次发展。
１．单微处理器结构图６－３ＣＮＣ系统硬件的组成框图所谓单微处理器结构，即采用一个微处理器来集中控制，分时处理ＣＮＣ系统的各个任务。
某些ＣＮＣ系统虽然采用了两个以上的微处理器，但能够控制系统总线的只是其中的一个微处理器，它占有总线资源，其他微处理器作为专用的智能部件，不能控制系统总线，也不能访问存储器，是一种主从结构，故也被归入单微处理器结构中。
单微处理器结构的ＣＮＣ系统由计算机部分（ＣＰＵ及存储器）、位置控制部分、数据输入／输出等各种接口及外围设备组成。
ＣＮＣ系统硬件的组成框图可参见图６－３。
（１）计算机部分计算机部分由微处理器ＣＰＵ及存储器（ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ）等组成。
微处理器执行系统程序，首先读取加工程序，对加工程序段进行译码、预处理计算等，然后根据处理后得到的指令，对该加工程序段进行实时插补和对机床进行位置伺服控制；它还将辅助动作指令通过可编程控制器（ＰＬＣ）发给机床，同时接收由ＰＬＣ返回的机床各部分信息并予以处理，以决定下一步的操作。
数控系统的结构和工作原理
伺服放大器，则再从COP10A 到 COP10B。 FANUC 0iC I/O：I/O Link NC上的口为JD1A， 接I/O单元上JD1B，如再有一个I/O单元，从上一
单元JD1A接至下一个单元JD1B。CB104— CB107为4根扁平电缆,每根50芯,通向机床面板和
机床
FSSB和I/O Link体现 FANUC 公司硬件结构思想, 主运动信息和辅助运动信息分离
四、SIEMENS（西门子）802D系统结构
一、数控系统主要部件
数控控制器 伺服（主轴）放大器、电机（反馈） I/O装置 机床
二、数控机床装配过程
1、机床厂选型购置 2、电器、机械连接 3、PLC编程（辅助功能） 4、参数确定（主运动） 5、联调
三、FANUC 0iC 系统的结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FSSB 主运动信息
I/O Link 辅助运动信息
数控机床系统故障诊断与维修
数控机床系统故障诊断与维修摘要：本文主要介绍了数控机床系统故障诊断与维修相关的知识。
首先，介绍了数控机床的基本概念和应用领域。
然后，探讨了数控机床系统的结构和工作原理，重点介绍了数控系统的主要组成部分。
接着，讨论了数控机床故障的分类和诊断方法。
最后，介绍了数控机床故障维修的基本步骤和注意事项。
关键词：数控机床；系统结构；故障分类；诊断方法；维修步骤正文：一、数控机床的基本概念和应用领域数控机床是一种利用数字控制技术实现数控运动的机床，它可以实现高精度、高效率、高自动化的加工过程。
数控机床广泛应用于航空航天、汽车、电子、微电子、光学等制造领域，成为现代工业生产的重要装备之一。
二、数控机床系统的结构和工作原理数控机床系统主要由数控系统、电气系统、机械系统、液压系统组成。
其中，数控系统是整个系统的核心，它控制着机床的运动、加工和现场控制等操作。
电气系统负责调节机床的电气信号和电动机的转速、转向等参数。
机械系统则是机床的机械部分，包括工作台、主轴、进给机构等。
液压系统主要是用来控制机床液压元件的工作。
三、数控机床故障的分类和诊断方法数控机床的故障分类主要包括电气故障、机械故障、液压故障、数控系统故障等。
诊断方法一般分为四个步骤：信息采集、现象分析、故障定位、原因分析。
四、数控机床故障维修的基本步骤和注意事项数控机床故障维修一般分为五个步骤：现场查看、设备检查、故障排除、恢复正常加工、故障分析。
在进行维修时，需要注意安全措施、操作规程、使用工具等，以避免二次故障的发生。
综上所述，数控机床系统故障诊断与维修是数控技术应用过程中不可避免的一部分，只有熟练掌握故障诊断和维修技巧，才能更好地保障生产效率和质量，为工业现代化做出积极贡献。
五、数控机床系统故障维修的总结与展望数控机床作为现代制造业的重要装备，已成为实现高精度、高效率、高自动化生产的关键技术。
然而，由于其复杂的结构和工作原理，故障和维修也成为了其使用和维护过程中难以避免的问题。
数控车床控制技术与机床维修（3篇）
数控车床控制技术与机床维修1. 引言数控车床是机械加工领域中的一种重要设备，通过计算机控制来完成零件加工。
数控车床的控制技术和机床的维修是数控车床的两个重要方面。
本文将探讨数控车床控制技术的原理和机床的维修方法。
2. 数控车床控制技术数控车床的控制技术基于计算机数控系统，主要包括硬件控制部分和软件控制部分。
2.1 硬件控制部分硬件控制部分包括数控系统，伺服系统和传感器。
数控系统是整个数控车床控制的核心，它负责接收计算机指令，解析指令，并将指令转换为信号发送给伺服系统和传感器。
伺服系统是用来控制刀具和工件运动的，它接收数控系统发送的信号，通过驱动电机控制刀具和工件的运动。
传感器用来获得加工过程中的信息，如刀具位置、工件尺寸等，以便数控系统做出相应的控制。
2.2 软件控制部分软件控制部分主要包括数控编程和数控操作。
数控编程是将工件加工的要求通过一定的编程语言转化为机床能够识别和执行的指令序列，包括插补计算、速度规划和轨迹生成等。
数控操作是根据加工要求，使用数控系统对数控车床进行操作和监控。
3. 机床维修机床维修是确保数控车床正常运行和保持其性能的重要工作。
机床维修主要包括故障诊断、故障处理和预防性维护等。
3.1 故障诊断当数控车床出现故障时，首先需要进行故障诊断。
故障诊断包括识别故障现象、收集故障信息、分析故障原因和确定故障位置等。
常见的故障类型包括硬件故障和软件故障，如控制系统故障、伺服系统故障、传感器故障等。
3.2 故障处理故障处理是根据故障诊断结果，采取相应的措施修复故障。
对于硬件故障，可以进行零部件更换或修复；对于软件故障，可以进行系统重启或升级。
3.3 预防性维护为了减少故障发生的可能性和延长机床的使用寿命，需要进行定期的预防性维护。
预防性维护包括清洁和润滑机床、紧固螺丝、检查电气连接等。
另外，还需要根据机床的使用情况，定期进行校准和调整。
4. 结论数控车床的控制技术和机床的维修是数控车床运行和保持性能的重要方面。
数控系统基本组成课件
求信号以获取所需要的数据，从而完成某一辅助功能，
该结构称为主从结构，也可归为单机结构。
.
多微处理器系统的组成
多微处理器系统的CNC装置中有两个或两个 以上带CPU的功能部件可对系统资源（存储器、 总线）有控制权和使用权。它们又分为多主结 构和分布式结构。多主结构是指带CPU的功能 部件之间采用紧耦合方式联结, 有集中的操作 系统用总线仲裁器解决总线争用通过公共存储 器交换系统信息。
.
.
.
手摇脉冲发生 器
.
⑶通信接口
通常数控系统均具有标准的RS232C串行
通信接口, 因此与外设以及上级计算机连
接很方便。
.
⑷进给轴控制接口
实现进给轴的位置控制包括三方面 的内容: 进给速度控制、插补运算和 位置闭环控制。插补方法分为基准脉 冲法与数据采式提供给位置控制单元，这种插 补方法进给速度与控制精度较低，主
.
⑶速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补 运算的频率, 以保预定的进给速度。在速度变 化较大时, 需要进行自动加减速控制, 以避免因 速度突变而造成驱动系统失步。
.
⑷管理程序
管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算 等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程 序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中 断进行处理。
.
3. 多微处理机CNC装置的典型结构
（1）共享总线结构 （2）共享存储器结构
.
数控软件的特点及关键技术
1.多任务与并行处理技术
（1）. 数控装置的多任务性
图4-11 数控装置的任务及分类框图
.
这些任务中有些可以顺序执行，有些必须同时执行，如: （1） 显示和控制任务必须同时执行，以便操作人员及时了解
数控系统的组成及工作原理
3．刀具半径补偿原理（2）： ．刀具半径补偿原理（ ）：
X ′ = X + ∆X Y ′ = Y + ∆Y Y ∆X = R ⋅ sin α = R X 2 +Y 2 X ∆Y = − R ⋅ cos α = − R X 2 +Y2 Y X′= X +R X 2 +Y 2 X Y ′ = Y − R X 2 +Y 2
上面讨论的是单段轮廓的刀补情况，通常工件轮 廓由多段曲线组成，如直线与直线、直线与圆弧、 圆弧与圆弧、圆弧与直线等，这就存在一个轮廓 交接处如何过渡的问题。C刀具补偿能自动地处 理两段程序之间的刀具中心轨迹的转接，编程人 员完全按工件轮廓编程。
刀具补偿原理（ ） ４．C刀具补偿原理（2） 刀具补偿原理
图例给出了左刀补和右刀补时轮廓过渡处的处理 情形。从图可以看出：轮廓过渡时，为了避免过 切或间断，需要采用缩短、延长或插入的方式。
C刀具补偿原理图（1） 刀具补偿原理图（ ） 刀具补偿原理图
C刀具补偿原理图（2） 刀具补偿原理图（ ） 刀具补偿原理图
刀具补偿原理（ ） ４．C刀具补偿原理（3） 刀具补偿原理
速度控制程序：根据给定的速度值控制插补运算的 频率，保证预定的进给速度。并能根据反馈值的正 与负自动地调节速度的大小。 管理程序：负责对数据输入、数据处理、插补运算 等各种程序进行调度管理；对诸如面板命令、时钟 信号、故障信号等引起的中断进行处理；子程序的 调用；共享资源的分时享用等。 诊断程序：通过识别程序中的一些标志符来判断故 障的类型和所在地。
数控机床与使用维修
第二讲 数控系统的组成及工作原理
山西工程职业技术学 院机械系 姚瑞敏
本讲主要内容
数控机床的组成和工作原理
2.5.3 数控机床的自由度
数控机床不受空间6个自由度的限制，只要存在一个能 独立运动的直线轴或旋转轴，就称为有一个轴或一个坐标；
数控机床在进行连续轨迹控制过程中，若干轴同时动作 或同时受控称为联动。能联动的轴数越多，则数控系统的功 能越强，加工能力越强；
转
换
各轴
驱动电路
放 大
2.3 数控机床的基本工作原理
（2）点位控制与轮廓加工控制
点位控制-控制点到点之间的距离。特点：与刀具路径 无关。包括钻、镗、攻螺纹等加工。
轮廓加工控制-亦称连续轨迹控制，分为加工平面曲线 （X,Y轴运动的合成）和加工空间曲线（X,Y,Z轴运动 的合成）两种情况。
轮廓加工控制的特点： 对各坐标轴的移动量、速度及相互间的比例同时进行 控制。
几轴几联动是数控机床的重要技术指标。
由逻辑编 程实现
组合逻辑控制
定时润滑、刀库控 制、主轴管理等。
由PLC来 实现
（4）数控机床常用的调试功能：P17
2.4 数控机床的基本类型
2.4.1 按运动轨迹分类 （1）点位控制系统-代表：数控钻床，数控镗床，etc.
只控制刀具相对于工件定位点的位置精度，不控制刀 具的运动轨迹，刀具运动过程中不进行切削。
注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系， 仅作为工件坐标系的参考坐标系。
（2）数控机床工件原点与工件坐标系
工件原点：为编程方便在零件、工装夹具 上选定的某一点或与之相关的点。该点也 可以是与对刀点重合。
工件坐标系：以工件原点为零点建立的坐 标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标 系计算。
数控机床的组成及工作原理
2.2 数控机床的组成
程序 输入 数控 载体 装置 装置
伺服驱动 装置
主轴驱动 装置
辅助控制 装置
机床（进给运动、 主运动、
辅助操作）
检测 装置
数控系统组成及工作过程
1 程序及程序载体
根据加工工艺编制程序单，并存放在程序载体上，以便 输入到数控装置上。程序载体通常有穿孔纸带，磁盘（软 盘），U盘等。
(三) 数据处理 数据处理程序包括刀具补偿、速度计算以及辅助功能的
处理等。 (四) 插补
插补有直线插补、圆弧插补和抛物线插补等几种。插补 是对一条已知曲线在起点和终点之间的数据进行细化的过 程，即将一条曲线分解成许多条直线或圆弧所组成。CNC 数控系统是边插补边加工的。
（五） 伺服控制 将位置进给脉冲或进给速度指令，经变换放大后转化
2 直线控制系统 控制刀具或工作台按平行
于坐标轴的方向或按与两坐标 轴成45°夹角的方向作直线运 动，并对工件进行切削。 如：简易数控车床，数控铣床
等。
3 轮廓控制系统（连续切削控制系统） 对刀具与工件相对移动的轨迹进行连续控制，其核心
装置就是插补器， 能走任意斜线或圆弧，可以加工曲 面、凸轮、锥度等复杂形状的零件。
机床坐标轴的命名
确定机床坐标轴时，通常先确定Z轴，再确定X轴和Y轴 。 Z坐标
方位 标准规定：Z坐标平行主轴轴线。 若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选择 垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。 若主轴能摆动： 在摆动的范围内只与标准坐标系中的某一坐 标平行时，则这个坐标便是Z坐标；
若在摆动的范围内与多个坐标平行，则取垂 直于工件装夹面的方向为Z坐标。
具可在空间的任意方向上运动，作三维立体加工。
③ 四坐标联动系统：能同时控制四个坐标的运动，在X 、Y、Z三个坐标之外再加一个旋转坐标。
数控机床原理、结构与维修 第5章 回转工作台与自动换刀系统
5.1 分度工作台
图5-3 齿盘定位分度工作台 1—螺旋弹簧 2、10、11—轴承 3—蜗杆 4—蜗轮 5、6—减速齿轮 7—管道 8—活塞 9—分度工作台 12—液压缸 13、 14—分度齿盘
5.1 分度工作台
5.1.3 鼠牙盘分度工作台 鼠牙盘式分度工作台主要由工作台面、底座、分度液压缸及鼠牙 盘等零件组成，如图5⁃4所示。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，
图5-8 双蜗杆传动结构 1—轴向固定蜗杆 2—轴向调整蜗杆 3、5—调整垫 4—锁紧螺母
5.2 数控回转工作台
图5-9 数控回转工作台 1—电液脉冲马达 2、4—齿轮 3—偏心环 5—楔形拉紧销 6—压块 7—螺母 8—锁紧螺钉 9—蜗杆 10—蜗轮 11—调整套 12、13—夹紧瓦 14—夹紧液压缸 15—活塞 16—弹簧 17—钢球 18—光栅 19—撞块 20—感应块
5.3 刀架换刀装置
表5-1 自动换刀装置
类
型
回转刀架
特
点
适用范围
各种数控车床，车 削加工中心
转塔式
多为顺序换刀，换 刀时间短，结构简单 紧凑，可容纳的刀具 较少 顺序换刀，换刀时 间短，刀具主轴都集 中在转塔头上，结构 紧凑。但刚性较差， 刀具主轴数受限制
转塔头
数控钻、镗、铣床
5.3 刀架换刀装置
表5-1 自动换刀装置
刀库式
刀具与主轴之间直 接换刀
换刀运动集中，运 动部件少。但刀库容 量受限
用于各种类型的自 动换刀数控机床上， 尤其是对使用回转类 刀具的数控镗铣床类 的立式、卧式加工心。 要根据工艺范围和机 床特点，确定刀库容 量和自动换刀装置形 式
用机械手配合刀库 进行换刀
刀库只有选刀运动， 机械手进行换刀运动， 刀库容量大
数控机床原理、结构与维修资源
图3-21 THK6380型自动换刀数控铣镗床的主传动系统
5．主轴部件的润滑与密封
良好的润滑效果可以降低轴承的工作温度和延长使用寿命。密封不仅要 防止灰尘屑末和切削液进人，还要防止润滑油的泄漏。
(1) 主轴轴承润滑方式 1) 油脂润滑方式 目前在数控机床的前支承 轴承上上最常用的润滑方式。 2) 油液循环润滑 有G A MET轴承的主轴， 后支承上采用这种润滑方式。图3-23 恒温冷却 主轴箱。
图3-28 液压驱动动力自定心夹盘
图3-29 编码器
图3-30 常用弹性联轴器
【 实例3-4 】TND360数控车床主轴部件
如图3-32所示为TND360数控车床主轴部件，其主轴为空心主轴，内 孔用于通过长的棒料，直径可达60mm, 也可用于通过气动、液压夹紧 装置(动力夹盘)。主轴前端的短圆锥面及其端面用于安装卡盘或拨盘。 主轴前后支承都采用角接触球轴承。
图3-8
（2）电主轴的基本参数与结构特点
1)电主轴的基本参数 电主轴的基本参数和主要规格包括： 套简直径、最高转速、输出功率、计算转速、计算转速转矩 和刀具接口等。 2)电主轴的结构特点 ①机械结构最为简单，转动惯量小，因而快速响应性好， 能实现极高的速度、加(减)速度和定角度的快速准停(C轴控 制)。 ②通过采用交流变频调速或磁场矢量控制的交流主轴驱动 装置，输出功率大，调速范围宽，并有比较理想的转矩一功 率特性。 ③可以实现电主轴部件的模块化、标准化和系列化生产。
[学习导引示例]
VMC-15加工中心的主传动系统及典型结构
图3-1VMC-15加工中心，工作台行程X/Y/Z：20/16/20；主轴转速： 150～7500r/ min；定位精度：+ 0.0002；主电动机功率 11.2 kW。
数控机床组成、工作原理以及特点
数控机床组成、工作原理以及特点第一节数控机床的组成数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，见图2-1。
图2-1数控机床组成一、控制介质数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。
在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。
在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。
数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。
早期时，使用的是8单位（8孔）穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO（国际标准化组织制定）和EIA（美国电子工业协会制定）两种代码。
二、数控装置数控装置是数控机床的核心。
其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。
一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT 显示器等硬件以及相应的软件组成。
数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。
它具备的主要功能如下：1）多轴联动控制。
2）直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。
3）输入、编辑和修改数控程序功能。
4）数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。
5）刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。
6）实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。
7）在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。
第二章计算机数控系统
单机或主从结构模块的功能
模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干具有独立功 能的单元模块,并配上相应的驱动软件。系统设计时按功能的 要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，即 可组成一个完整的控制系统的方法。其中单元母板一般为总 线结构的无源母板，它提供模块间互联的信号通路图2-4。 实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS)标准化。 1、计算机主板和系统总线(母板) 2、显示模块(显示卡) 3、 输入/输出模块(多功能卡) 4、电子盘(存储模块) 5、设备辅助控制接口模块 6、位置控制模块 7、功能接口模块
首先要将被加工零件图的几何信息和工艺信息 数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹，用 代码按规定的规则和格式编成加工程序，数控 系统则按照程序的要求，进行相应的运算、处 理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以 及辅助动作相互协调运动，实现刀具与工件的 相对运动，自动完成零件的加工。 1.逼近处理 2.插补运算 3.指令输出
2．点位运动与移动功能(G功能 )
准备功能（G功能）
—— 指令机床动作方式的功能。
如：基本移动、程序暂停、平面选择、坐
标设定、刀具补偿、基准点返回和固定 循环等。
3．插补功能
插补功能
—— 插补功能是数控系统实现零件轮廓 (平面或空间)加工轨迹运算的功能。 精插补和粗插补；硬件插补和软件插补
DNC接口，可实现直接数控，
MAP(制造自动化协议)模块，
网卡：适应FMS、CIMS、IMS等制造系统集成的
要求。
13．程序编制功能
手工编程 背景（后台）编程 自动编程
西门子数控系统
西门子数控系统调试,编程和维修概要（一）——西门子数控系统调试,编程和维修概要西门子公司数控系统产品结构数控系统的基本构成西门子数控系统调试,编程和维修概要（二）——西门子数控系统调试,编程和维修概要西门子840D系统的组成SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU或NCU），MMC,PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元（CCU或NCU）并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。
●人机界面人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成：MMC（Man Machine Communication）包括：OP（Operation panel）单元，MMC,MCP（Machine Control Panel）三部分。
MMC实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中。
1.MMC我们最常用的MMC有两种：MCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU为486,不能带硬盘；而MMC103的CPU为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为SINUMERIK810D配MMC100.2,而为SINUMERIK840D配MMC103. ※PCU（PC UNIT）是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块——PCU20、PCU50、PCU70, PCU20对应于MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU50、PCU70对应于MMC103,可以带硬盘，与MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINDOWS NT的。
PCU的软件被称作HMI,HMI有分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。
一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式HMI,而PCU50和PCU70则装载高级HMI.2.OPOP单元一般包括一个10.4〞TFT显示屏和一个NC键盘。
关于数控机床的维修与维护
关于数控机床的维修与维护随着科技的不断发展和进步，数控技术在机械加工领域中越来越普及。
数控机床是由计算机控制系统、机床主体、电气系统、液压系统、润滑系统以及工具和刀具组成的高科技产品。
由于其高精度、高效率、高自动化水平等优势，被广泛应用于汽车、航空、航天等领域。
那么，在使用数控机床时，我们还需要考虑数控机床的维护和维修问题。
保持切削液的清洁数控机床的机床主体，是由工作台、主轴箱、导轨、球螺丝轮和伺服电机等组成，其中切削液是起到润滑、降温、清洗等多种作用的重要物质。
切削液在工作中，会吸附、固定、带入残留金属颗粒、沙子、碎屑等杂质，若经常不更换切削液，就会导致杂质积累越来越多，使切削液粘度变大，切削液不能正常的流动和降温，甚至会影响工件加工质量、生锈。
因此，保持切削液的清洁十分重要。
定期更换机油和机滤随着数控机床的的长期使用，机油会因为不断接触空气、高温等原因，变质、变黑、腐蚀，严重的会使机床主轴箱过热，长时间的使用还会导致金属部件生锈、损坏。
因此，我们需要定期更换机油和机滤。
通常情况下，我们需要更换机油时，会将机床上的机油全部放干，同时更换机滤，然后加入新的机油。
在更换时，我们需要按照数控机床制造厂家的要求进行操作。
维护数控系统数控系统是整个数控机床的核心，是由电路板、电源、软件等组成的。
由于数控系统的技术复杂、精度要求高、非常脆弱，因此，我们在使用过程中要定期维护数控系统。
主要的维护方式包括：1.定期清洁电路板、电源、软件等。
2.定期检查数控系统电缆的连接、机头连接和电器端子连接，确保连接良好。
3.检查、更换电池，以确保它能持续以来的数据。
维护伺服电机伺服电机是数控机床非常重要的一个部分，因为它能够实现机床与刀具之间的运动和位置控制，确保机床运行精度和稳定性。
因此，维护伺服电机是非常重要的。
主要的维护方式包括：1.定期检查伺服电机的电缆连接和电子元件的状况。
2.定期检查伺服电机的热保护器，确保不会过热。
数控技术方案第5章(华科版)
03
数控编程基础与加工工艺
数控编程基本概念及步骤
数控编程定义
将零件的加工信息按照数控系统规定的代码和格式 ，编制成加工程序的过程。
数控编程步骤
分析零件图、确定工艺过程、计算刀具轨迹、编写 加工程序、程序校验与修改。
数控编程分类
手工编程和自动编程。
加工工艺分析与设计原则
80%
04
数控系统硬件组成与功能实现
输入输出设备及其作用
输入设备
将加工信息输入到数控系统中 的设备，如键盘、纸带阅读机 等。
输出设备
将数控系统内部的信息输出到 外部设备，如显示器、打印机 等。
作用
实现人机交互，使得操作人员 能够方便地对数控系统进行控 制和监视。
控制器和执行器原理及选型方法
控制器原理
实施维修保养计划
按照计划对机床进行定期检查和保养，包括清洗、 润滑、紧固、调整等操作，确保机床处于良好的 工作状态。
记录和评估
详细记录维修保养的过程和结果，对维修保养的 效果进行评估和反馈，为后续的维修保养工作提 供参考和改进方向。
07
总结与展望
本次课程重点内容回顾
数控技术基本概念 介绍了数控技术的定义、发展历 程、基本原理和分类等基础知识。
检测机床液压系统的压力变化，保证加工 过程的稳定性。
温度传感器
选型方法
检测机床各部位的温度变化，防止过热影 响加工精度。
根据检测对象和测量要求，选择合适的传 感器类型，并考虑其精度、响应速度、抗 干扰能力等因素。
05
数控软件编程与调试技巧
软件编程环境搭建及FANUC、SIEMENS等，并配置相应的硬 件环境，如计算机、数控控制器等。
数控系统的构成、工作原理和功能
数控系统的构成、工作原理和功能一、数控装置数控（NC）装置是数控装备的控制核心，通常由一台专用计算机和输入输出设备构成，如下图所示。
▲数控（NC）装置的组成1、信息信息、程序可以通过键盘人工编程输入，也可以在专门的编程系统中完成程序编制，将信息、程序存储在移动硬盘、光盘、U盘上输入数控系统，在通信控制的数控机床上，程序还可以由计算机接口传送。
2、专用计算机它由信息输入装置、运算器、控制器和输出装置组成。
专用计算机对信息进行处理，如计算各执行元件的移动量，另外通过固定、内置的逻辑单元操作程序控制动作信息（如：电动机开停、电动机正反转、刀具更换、检测等）。
3、伺服系统伺服系统控制驱动装备的执行元件，实现伺服电动机的起动、回转、编码检测、反馈、控制回转位置、减速、停止等。
通过上述组成部分可以看出，数控装置的工作过程是：将信息、程序通过专用计算机的输入装置，由控制器中的译码器对输入的信息进行识别，将识别结果向专用计算机的输出装置发出控制信号，执行规定的操作；最后由输出装置实现对伺服系统的数据输出，以实现对伺服系统的控制。
数控装置根据输入的指令进行译码、处理、计算和控制实现数控功能。
该类装置是20世纪50～70年代随着计算机技术发展而产生的一种控制技术。
从本质上讲，数控装置所具有的功能都是采用专用的硬件电路来实现的，因此也称为硬件数控装置。
从现代计算机技术和装备技术要求的角度来讲，这种专用数控装置结构复杂，功能扩展困难并受到一定限制，适应性及灵活性差，设计、制造周期长，制造成本高，稳定可靠性较差。
现代数控装置已发展成为计算机数控装置，也称为软件数控装置。
二、计算机数控系统以小型通用计算机或微型计算机的系统控制程序来实现部分或全部数控功能，简称为计算机数控（CNC）。
CNC系统是现代的主流数字控制系统。
用CNC系统控制的数控机床，简称CNC机床。
1、CNC装置的组成CNC装置由硬件和软件两大部分组成。
（1）硬件由CPU、存储器、总线、输入/输出接口、MDI/CRT接口、位置控制、通信接口等组成。
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• 专用计算机数控按组成装置的电路板的结 构特点可分为大板式结构和模块化结构两 类，按装置内的微处理器()数量可分为单 微处理器和多微处理器结构两类。
单微处理器结构具有如下特点。
①结构简单，容易实现。 ②处理器通过总线与各个控制单元 相连，完成信息交换。 ③由于只用一个微处理器来集中控 制，其功 能受到微处理器字长、数 据宽度、寻址功能和运算速度等因 素的限制；由于插补等功能由软件 来实现，因此，数控功能的实现与 处理速度成为一对矛盾。
3．通用组成的数控体系结构
• 基于通用的数控系统可以充分利用的软硬件资 源，减轻设计任务；可充分利用计算机工业所 提供的先进技术，方便地实现产品的更新换代； 良好的人机界面便于操作；开放性体系结构便 于在工厂环境内集成；由于有更多的硬件供选 择，的成本对于用户来说非常灵活。
2.3 数控系统软件
一、的软件结构类型 软件结构取决于系统中的软件和硬件的分工，也取 决于软件本身的工作性质。在信息处理方面，软件 和硬件在逻辑上是等价的，有些由硬件能完成的工 作在原则上也能由软件完成。 系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功能是 由各种功能子程序实现的。不同的系统软件结构对 这些子程序的安排方式不同，管理方式也不同。在 单的数控系统中，常采用前后台型的软件结构和中 断型软件结构。
2.2 数控系统硬件
• 一、 的硬件构成 • 计算机部分 • 电源部分 • 面板接口和显示接口 • 开关量接口 • 内装型部分 • 伺服输出和位置反馈接口 • 主轴控制接口 • 外设接口
二、 的体系结构
• 装置从所使用的计算机类型来看，有专用 计算机数控装置(简称专机数控)和通用个 人计算机数控装置(简称数控)两种结构。
1．操作面板 2．输入／输出装置 3．计算机数控装置(装置) 4．伺服单元 5．驱动装置 6．可编程逻辑控制器()
机 床 I/O 电 路 和装置
操作 面板
键盘
输入 输出 装置
PLC
计算 机 数控 装置
主轴伺服 单元
进给伺服 单元
测量装置
主轴驱动 装置
进给驱动 装置
机床
主进辅 运给助 动传控 机动制 构机机 构构
2．开放式数控体系结构
• 特点 ： • ①以分布式控制的原则，采用系统、子系统和模块分级
式的控制结构。 • ②根据需要可实现重构、编辑，以便实现多种用途。在
开放式体系结构中，各模块相互独立，在此平台上，系 统生产厂、机床厂及最 • 终用户都可很容易地把一些专用功能和其他有个性的模 块加入其中。 • ③要具有一种较好的通信和接口协议，以便各相对独立 的功能模块通过通信实现信息交换，通过信息交换来满 足实时控制的要求。
2．的工作方式
• 的基本工作方式是顺序执行用户程序，每一时 刻执行一条指令，由于相对于外部电气信号有 足够的执行速度，从宏观上看是实时响应的。 对用户程序的执行一般有循环扫描和定时扫描 两种，扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶 段、程序执行阶段和输出刷新阶段，
二、的分类
• (1)内装型。 • (2)独立式。
• 1．前后台型软件结构
2．中断型软件结构
• 中断型软件结构除了初始化程序之外，整个系 统软件的各种任务模块被分别安排在不同级别 的中断程序中，整个软件就是一个大的中断系 统。其管理的功能主要通过各级中断服务程序 之间的相互通信来解决。
• 中断优先级共8级，0级最低，7级最高，除了 第4级为硬件中断完成报警功能外，其余均为 软件中断。
数控机床 数控系统结构与维修
第二章数控机床数控系统 结构与维修
2.1 数控系统组成与原理 2.2 数控系统硬件 2.3 数控系统软件 2.4 可编程控制器() 2.5 数控机床检测装置 2.6 伺服驱动系统 2.7 数控系统诊断技术及维修
第二章 机床数控系统结构与维修
2.1 数控系统组成与原理
一、 系统组成
①系统管理。 ②操作指令处理。 ③零件程序的编辑。 ④零件程序的输入、解释与执行。 ⑤系统状态显示。 ⑥手动数据输入。 ⑦故障报警和诊断。
三、 计算机数控装置的接口
• 计算机数控装置(以下简称数控装置)的 接口是数控装置与数控系统的功能部件 (主轴模块、进给伺服模块、模块等)和 机床进行信息传递、交换和控制的端口， 称之为接口。
接口电路的主要任务：
• (1)进行电平转换和功率放大。
• (2)提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的 电磁干扰噪声引起误动作。
• (3)输入接口接收机床操作面板的各开关信号、 按钮信号，机床上的各种限位开关信号以及数 控系统各个功能模块的运行状态信号，若输入 的是触点输入信号，要消除其振动。
• (4)输出接口是将各种机床工作状态灯的信息 送至机床操作面板上显示，将控制机床辅助动 作信号送至电柜，从而控制机床主轴单元、刀 库单元、液压单元、冷却单元等的继电触器。
二、系统软硬件的界面
图2-8 三种典型系统的软硬件界面
三、控制软件的特点
• 1．多任务并行处理 • 2．实时中断处理
2.4 可编程控制器()
• 一、的基本组成与工作方式 • 1．的基本组成 • 实质是一种专用计算机，它的组成形式基本上
与微机相同，主要包括微处理器()、存储器、 用户输入／输出部分、输入／输出扩展接口、 外围设备以及电源等。对于内装型、、存储器、 外围设备、电源等部分一般与装置共用。如图 2-9所示为可编程控制器基本组成框图。
图2-1 计算机数控系统的组成框图
二、 系统的基本原理
• 系统的生产厂家编制好控制软件(也称为 系统程序)后，要把它固化在()中，系统 接上电源后即自动由按照此固化的程序 运行。使用机床加工时，首先要编制好 零件程序，而零件程序的解释与具体执 行则要由系统程序来完成。
的控制软件主要完成如下基本任务
(1)内装型。
(2)独立式
图2-12独立型的系统
图2-13独立型的功能结构
2.5 数控机床检ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ装置
一、编码器(码盘) 编码器又称编码盘或码盘，是一种旋转式
测量元件，通常安装在被检测轴上，随 被测轴一起转动，可将被测轴的机械角 位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代 码形式。它具有精度高、结构紧凑和工 作可靠等优点，常在半闭环伺服系统中 作为角位移数字式检测元件。