数控机床结构及应用培训课件

加工零件类型：可加工曲线、曲面类零件
Y
2 最终点
移动轨迹
1 始点
O
X
CNC
MMT
1.3.3 按控制方式分类
（1）开环控制系统
机床伺服系统不带位置检测元件，伺服驱 动元件一般为步进电机。
精度取决于步进电机的步距精度和机械传 动的精度，其线路简单，调整方便，精度低 ，一般用于小型或经济型数控机床。
脉冲指令
即在
考虑机床坐标系时,被加工工件的坐标系看作是相对
静止的，其目的是编程人员可以根据零件图样来确
定机床的加工过程。
CNC
M第M一T章 绪论1.4 数控机床的坐标系
2.标准坐标系的规定 一个直线进给运动或一 个圆周进给运动定义为一个坐标轴。标准坐标系是一 个用X、Y、Z表示的直线进给运动的直角坐标系，用右 手法则判定。大拇指指向X轴正方向，食指指向Y轴正 方向，中指指向Z轴正方向。坐标系各坐标轴与机床的 主要导轨平行。围绕X、Y、Z轴旋转的坐标轴分别用A、 B、C表示，根据右手定则判定，大拇指指向＋X、＋Y、 ＋Z方向，其他四指旋向分别为+A、+B、+C方向。
运动，使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的相 对运动，最后加工出符合图纸的零件。
构成: 驱动装置、伺服电动机、传动丝杠等
工作过程：
（弱电
强电）
脉冲信号 伺服单元放大器
工作台、主轴移动
电动机运转 丝杠转动
CNC
a) 驱动装置
b ) 伺服电动机
伺服机构
MMT
1.2.2 数控机床的结构组成
4.辅助控制装置
CNC
MMT
1.1.3 数控定义
数控技术——是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对 象加以控制的一种方法。
数控机床——为满足单件、小批、多品种、自动化生产的需要 而研制的一种灵活的、通用的能够适应产品频繁变化的柔性 自动化机床，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和 生产效率高的优点。
CNC
控制介质是指将零件加工信息传送到数控装置去的程序载 体。随数控装置类型的不同而不同，常用的有磁盘、移动 硬盘、Flash（U盘）等（见图）。 ① 几何信息：确定加工零件的几何形状， 如位移、圆
心、曲面法矢量等 .
② 辅助功能信息：说明加工条件，如刀具几何参数、 进给速度和主轴转速、开关冷却液、 程序结束等.
辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件 之间的强电控制装置。由于可编程控制器（PLC）具有响 应快、性能可靠、易于使用、编程和修改程序，并可直接 驱动机床电气等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制 装置。图所示为某可编程控制器的外观图。
CNC
辅助控制装置
MMT
1.2.2 数控机床的结构组成
MMT
1.1.4 数控机床的优点
适应能力强、适应于多品种、单件小批量零件的加工； 加工精度高； 工序高度集中，可以大大减轻工人的体力劳动； 生产准备周期短，具有较高的加工生产率和较低的加工成本； 能完成复杂型面的加工； 技术含量高，有利于实现机械加工的现代化管理。
CNC
MMT 数控机床结构及应用
进给系速统度的数控1机5～床10，0m一/mi般n 具有单1色5～显24示m/m的inCRT，8程～序15储m/m存in和
伺服编驱辑动功能，闭能环进行刀尖圆弧半半径闭补环偿、固定循开环环、螺纹切
削等功能。
电机
交、直流伺服电机
步进电机
（3）多功能型数控机床 这类数控机床的功能齐全，价格
联动较轴贵数。加工2复～4杂轴零或件2～的5轴大中型机床及柔性制造2系～统3轴、计算
MMT
CNC
第1章 绪论
本章要点
数控机床简介
数控机床的组成
数控机床的分类 数控机床的坐标系 数控机床的主要性能指标及 功能
MMT 数控机床结构及应用 第1章 绪论 Introduction
1.1 数控机床简介 Nc machine tool profile
CNC
MMT 1.1.1 数控技术发展的原因
CNC
MMT
1.3.1 数控机床的组成
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、检测装置和 机床本体组成。如图所示。
控
数
制
控
伺服机构
机 床
介
装
质
置
辅助控制装置
本 体
检测装置
电气柜 工作台
主轴箱 控制面板 主轴
CNC
冷却液箱
图1—1
床身
MMT
1.2.2 数控机床的结构组成
1. 控制介质
它是点位控制和单坐标控制的结合，可有多个坐标但不 能联动，起终点之间属“切削段”。
该类设备有：简易数控车床、数控铣床等 加工零件类型：带台阶的圆柱零件、方形零件
CNC
MMT
1.3.2 按运动方式分类
3) 轮廓控制数控机床：
实现两个或两个以上坐标做关联运动，即联动
控制内容：程序规定的轨迹、速度
该类设备有：数控车床、数控铣床、数控磨床和电加工机床等。
光电编码器
CNC
直线光栅
MMT
1.2.3 数控机床的工作过程
数控机床加工零件的工作过程如图所示。 加工步骤如下： （1）根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程 序段格式编写出加工程序。 （2）将所编写加工程序指令输入到机床数控装置中。 （3）数控装置对程序（代码）进行处理之后，向机床各个坐 标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出控制信号。 （4）伺服机构接到执行信号指令后，驱动机床的各个运动 部件，并控制所需的辅助动作。 （5）机床自动加工出合格的零件。
CNC
MMT
1.3.5 按功能水平分类
（系统1系）功统能经的济数型控数高机控档床机，床其功经能济简型单数中，控档价机格床便大宜多，指适采经用用济于开型自环动控化制
功能程度和加工无精级度变要速求、C不轴高功的能 场合。
机械变速
分（辩2率）中档数0控.1μ车m床，中档数控1机μ床m 大多指采用1半0 闭μ环m 控制
特点：只控制起点和终点的精确位置，与中间过程无关 共性：中间过程属“非切削段” 包括： 数控钻、数控镗、数控冲床和数控测量机
终点
1
2
34
5
始点
CNC
MMT
1.3.2 按运动方式分类
2) 点位直线控制数控机床：
这类机床不仅能保证刀具在相关点的定位，还要控制刀 具沿某一个坐标轴方向作直线运动的速度和路线。
32位或64位
16位或32位
8位
CNC
MMT 数控机床结构及应用
第1章 绪论 Introduction
1.4 数控机床的坐标系 Nc machine tool coordinate system
CNC
M第M一T章 绪论1.4 数控机床的坐标系
CNC
M第M一T章 绪论1.4 数控机床的坐标系
1.刀具相对于静止的工件运动原则
5. 检测装置
检测反馈装置将数控机床各个坐标轴的实际位移量、速度 参数检测出来，转换成电信号，并反馈到机床的数控装置中。 检测装置的检测元件有多种，常用的有直线光栅、光电编 码器、圆光栅、绝对编码尺等。
6.机床本体
机床本体是数控机床的主体，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） 和床身、立柱、支承部件等。
工作台
数控装置
驱动线路
步进 电机
CNC
MMT
1.3.3 按控制方式分类
（2）闭环控制系统
闭环控制系统带有位置检测元件，随时检 测数工控装作置台位的置实控制际位速度移控，制 并反馈给数控位装置检置测，器 并 与设定值进行比较。常使用直流或交流工伺作台服电 机，位置检测元件常为测速直机线光栅、磁栅、同步
通信机功集能成制造M系AP，统联使网用功的能数控机R床S23一2C般RS4为85多功能无型。这是指
显示较功高能档次的三数维控图车形床彩显，这类机C床RT图一形般显具示备刀尖数圆码弧或半CR径T字自符
动补偿、恒线速度切削、倒角、固定循环、螺纹切削、图
Байду номын сангаас
内装形PL显C 示、用有户宏程序等功能。有
无
主CPU
图 样
CNC
①
程序
② 数控 ③ 伺服 ④ 机床 ⑤
装置
机构
本体
工件
MMT 数控机床结构及应用
第1章 绪论 Introduction
1.3 数控机床的分类 The classification of the
nc machine tools
CNC
MMT
1.3.1 按工艺用途分类
1. 金属切削类数控机床
③
准备功能信息：说明插补类型、加工坐
a)
b)
标平面c)、实
现刀具半径补偿等. 常用的控制介质
NC程序传入NC机a)床磁的盘 途b)径移:动硬盘 c) U盘
CNC
键盘手工敲入 、穿孔纸带 、拷贝、I/O通讯接口
MMT
1.2.2 数控机床的结构组成
2. 数控装置
数控装置是数控机床的核心。由输入装置、控制器、运算器 和输出装置组成。如图所示是某数控车床的数控装置。它由 输入装置（如键盘）、控制运算器和输出装置（如显示器） 等构成。
CNC
MMT
1.3.4 按联动轴数分类
3) 四坐标联动: 除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和另一旋转轴实现联动
类别： 按旋转轴划分：ＸＹＺＡ、ＸＹＺＢ、ＸＹＺＣ
用途：可加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零 件和平面内斜孔的壳体类零件。
与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。
CNC
MMT
1.3.4 按联动轴数分类
①输入装置：接收外部的输入程序并存储
②控制器：控制和协调数控装置各部分协调工作
③运算器：接收控制信息，对集合信息进 行插补运算并向输出装置发出进给脉冲
④输出装置：将脉冲输出给伺服系统
C FNACNUC 西门子 广州数控 华中数控
凯恩帝 蓝天
MMT
1.2.2 数控机床的结构组成
3. 伺服机构
伺服系统是数控装置与机床本体间的传动联系环节，可以 将来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的
客观方面的原因：第二次世界大战中体现出来 的对武器装备要求更加精良；计算机技术的产生和 不断发展；机床技术的不断发展和成熟等。
主观方面的原因：要求减轻工人的劳动强度； 不断提高劳动效率；工厂实现自动化的要求等。
CNC
MMT
1.1.2 数控系统的发展史
硬线数控阶段(1952～1970年) 1）1952年开始的第一代数控系统，其主要特点是以电子 管、继电器、模拟电路元件为主 2）1959年开始的第二代数控系统，其主要特点是以晶体 管数字电路元件为主 3）1965年开始的第三代数控系统，其主要特点是以集成 数字电路器件为主。
计算机数控阶段(1970年至今) 1）1970年开始的第四代数控系统，其主要特点是基于小 型计算机并采用中小规模集成电路的数控系统。 2） 1974年开始的第五代数控系统，其主要特点是基于微 处理器并具有数字显示、故障自诊断功能的数控系统 。 3）1990年开始的第六代数控系统，其特点是基于PC的数 控系统。
• （3）数控特种加工机床 特种加工类数控机床主要 有数控电火花成形加工机床、数控电火花线切割机 床如图、数控激光切割机床等。
• （4）测量、绘图类 测量、绘图类数控机床主要有 三坐标测量仪、数控对刀仪、数控绘图仪等。
CNC
MMT
1.3.2 按运动方式分类
1) 点位控制（Positioning Control）数控机床：
4) 五坐标联动： 除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和两个旋转轴实现联动 （ＸＹＺＡＢ、ＸＹＺＡＣ、ＸＹＺＢＣ）
结构：两个旋转坐标都在主轴上； 两个旋转坐标都在工作台上； 一个旋转坐标在主轴上，另一个在工作台上
用途：理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零 件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶 盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件
主要有：数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻 床、数控镗床、数控齿轮加工机床以及数控加工中 心等。
数控车床 CNC
数控铣床
MMT
1.3.1 按工艺用途分类
• （2）金属成形类数控机床 金属成形类数控机床指 采用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床。常用 的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控 旋压机等。
第1章 绪论 Introduction
1.2 数控机床的组成 The composition of nc
machine tools
CNC
MMT
1.2.1 数控机床的技术组成
数控技术由机床技术、数控系统技术和外围技术 等组成。
机床技术包括基础件和配套件等； 数控系统技术包括控制系统、驱动系统和测量与 反馈系统等； 外围技术包括工具系统、编程技术和管理技术等。
感应器等。
伺服
闭环控制加工精度高、速度电机快，但维护困
难、成本高系统稳定性较差。
CNC
MMT
1.3.3 按控制方式分类
（3）半闭环控制系统
位置检测元件安装在伺服电机的轴上或滚
珠数丝控装杠置的位端置部控制，不速度直控接制 反馈机床的位移量，而
是检测伺服机构的转角。
工作台
精度较闭环系统低测，速机但其结构简单，造价
较低不受机械传动装置的影响伺，服调试方便，广 泛应用在中等精度及以转角上检的连电续机控制机床中。
测器
CNC
MMT
1.3.4 按联动轴数分类
两坐标、三坐标、四坐标、五坐标NC机床
１）两坐标NC机床： 类型：线切割、二坐标铣（二轴半） 用途：可加工二维轮廓零件。
2) 三轴联动的NC机床: 可实现 X 、Y 、Z 三个坐标联动 用途：可用于加工曲面类零件