数控机床基础知识

学 校
在数控车床上，机床原点一般
设在卡盘端面与主轴中心线的交
点处，如图1—13所示。
2）数控铣床的原点
在数控铣床上，机床原点一般 设在X、Y、Z坐标的正方向极限 位置上，如图1—14所示。
图1—13 数控车床的机床原点 图1—14 数控铣床的机床原点
（6）机床参考点
广 东
机床参考点是用于对机床运动进行检
省 农
测和控制的固定位置点。图1—15所示为数
垦 控车床的参考点与机床原点。
湛
江
技
工
学
校
图1—15 数控车床的参考点
广
1.4.2 编程坐标系
东
省
编程坐标系也称为工件坐标系
农 ，是编程人员根据零件图样及加
垦 湛
工工艺等建立的坐标系。
江
编程坐标系一般供编程使用，
技 工
确定编程坐标系时不必考虑工件
学 毛坯在机床上的实际装夹位置。
垦
湛 的坐标轴发即为Z坐标，Z坐标的正向为刀
江 技
具离开工件的方向。如图1—11所示的数控
工 学
车床的Z坐标。
校
2）X坐标
广
X坐标平行于工件的装夹平面，一
东
般在水平面内。确定X坐标的方向时
省
农
，要考虑两种情况：
垦
①如果工件做旋转运动，则刀具
湛
离开工件回转中心的方向为X坐标的
江
技
正方向。如图1—11所示的数控车床
江 数控机床的执行
技 工
机构，由驱动装
学 校
置和执行部件（
如伺服电动机）
两大部分组成，
如图1—4所示。
a) 驱动装置
b ) 伺服电动机
图1—4 伺服机构
广
4.辅助控制装置
东
省
辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液
农 垦
压部件之间的强电控制装置。由于可编程控制器（
湛
PLC）具有响应快、性能可靠、易于使用、编程和
2.数控铣床
省 农
世界上第一台数控
垦 机床就是数控铣床，
湛
江 它适于加工三维复杂
技 工
曲面，在汽车、航空
学 航天、模具等行业被
校
广 泛 采 用 。 图 1—26
所示为数控铣床，随
着时代的发展，数控
铣床趋于加工中心。
图1—26 数控铣床
广
3. 加工中心
东
省
农
数控加工中心是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
垦 湛
具有自动刀具交换
江 技
江 技
系的方向时，始终认为工件静止，而刀具
工 学
是运动的。这样编程人员在不考虑机床上
校 工件与刀具具体运动的情况下，就可以依
据零件图样，确定机床的加工过程。
（2） 机床坐标系的规定
广
东
标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系由右手笛卡儿直
省
角坐标系决定，如图1—10a 所示。
农
1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。大拇指代
件等。
广
1.3 数控机床的工作原理
东
省
农 垦
数控机床加工零件的工作过程如图1—8所示。加
湛
工步骤如下：
江
技
（1）根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代
工 学
码和程序段格式编写出加工程序。
校
（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。
垦 湛
对刀点也称为“起刀点”或“程序起点”。
江
对刀点选择的原则如下：
技
工
（1）找正容易。
学
校
（2）编程方便。
（3）对刀误差小。
（4）加工时检查方便、可靠。
广 东 省 农 垦 湛 江 技 工 学 校
§1—2 数控机床的分类和常见
广
东 省
数控机床简介
农
垦 湛
1.2.1 数控机床的分类
江 技
1. 按控制运动的方式分类
校
（2）编程坐标系
（3）对刀点与换刀点
广
1.4.1 机床坐标系
东
省
农 垦
（1）机床相对运动的规定
湛
江 （2）机床坐标系的规定
技
工 （3）运动方向的规定
学
校 （4）坐标轴方向的确定
（5）机床原点
（6）机床参考点
广 （1） 机床相对运动的规定
东
省 农
数控机床的加工动作主要分刀具的动
垦 湛
作和工件的动作两部分，在确定机床坐标
垦
表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。
湛
江
2） 大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的
技
正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。
工
3）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根
学 校
据右手螺旋定则，大拇指的指向为Z、Y、Z坐标中任意轴的正向
，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向，如图1—
江 技
修改程序，并可直接驱动机床电气等特点，现已广
工
泛用作数控机床的辅助控制装置。图1—5所示为某
学 校
可编程控制器的外观图。
图1—5 辅助控制装置
广
5. 检测装置
东
省
农
检测反馈装置将数控机
垦 湛 江
床各个坐标轴的实际位移 量、速度参数检测出来，
技 转换成电信号，并反馈到
工 学
机床的数控装置中。
校
技
工
，通过检测丝杠的转角间接地检测移动
学
校
部件的实际位移，然后反馈到数控装置
中去，与输入的指令位移值进行比较，
用比较的差值对机床进行控制。
广
东
省
农
垦
湛
江
技
工
学
图1—23 闭环电路图
校
图1—24 半闭环电路图
广 3. 按数控机床的显示分类
东
省
农 垦
（1）低档数控机床
湛
江 技
（2）中档数控机床
工
学 校
广
东 省
（4）伺服机构接到执行信号指令后，驱动机床的各个运
农
垦 动部件，并控制所需的辅助动作。
湛
江 技
（5）机床自动加工出合格的零件。
工
学
校
图
①
② 数控 ③ 伺服 ④ 机床 ⑤
样
装置
机构
本体
程序
工件
广
1.4 数控机床的坐标系
东
省
农 垦
数控机床的坐标系通常分为机床
湛
江
坐标系和编程坐标系。
技
工 学
（1）机床坐标系
垦 湛
开环控制数控机床的特点是其控制系
江 技
统不带反馈装置，执行机构通常采用功
工 学
率步进电动机或电流脉冲马达，如图1—
校
22所示。
广 （2） 闭环控制数控机床
东
省
闭环控制数控机床的特点是在机床
农 垦
移动部件上直线安装直线位移检测装置
湛 江
（如直线光栅等），将测量的实际位移
技 工
值反馈到数控装置中，与输入的指令位
10b所示。
a)
b)
图1—10 右手直角坐标系
广 (3) 运动方向的规定
东 省
对于机床坐标系的方向，均将增大刀具
农 与工件距离的方向确定为各坐标轴的正方
垦
湛 向，如图1—11所示为数控车床上两个运动
江 技
的方向。
工
学
校
广 （4） 坐标轴方向的确定
东 省
1）Z坐标的运动方向：是由传递切削的
农 动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线
工
的X坐标。
学
②如果刀具做旋转运动，则分为
校
两种情况：Z坐标水平时，观察者沿
刀具主轴向工件看时，+X运动方向
指向右方；Z坐标垂直时，观察者面
对刀具主轴向立柱看时，+X运动方
向指向右方，如图1—12所示的立式
数控铣床的X坐标。
图1—12 立式数控铣床的坐标系
广 东
3） Y坐标
省 农
在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根
广 §1—1 数控与数控机床
东
省 农
1.1 数控与数控机床的概念
垦
湛
数控即数字控制（Numerical Control，简称
江 技
NC），是20世纪中期发展起来的一种自动控制技
工
术，是用数字化信号进行控制的一种方法。
学 校
数控机床（Numerical Control Tool）是用数
字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的
垦 湛
线控制机床。其特点是机床移动部件不
江 技
仅要实现由一个位置到另一个位置的精
工 学
确定位，而且要控制工作台以给定的速
校 度，沿平行坐标轴方向进行直线切削运
动（有些机床还可以进行45°斜率直线
的加工），如图1—20所示。
广
(3) 轮廓控制数控机床
东
省
农 垦
轮廓控制数控机床是对两个或两个以
湛 江
上轴同时进行控制。它不仅要控制机床
垦 湛
据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系
江 技
来确定Y坐标的方向。如图1—12所示的Y坐
工
学
标。
校
（5） 机床原点
广
机床原点又称为机床零点，即
东 省
机床坐标系的原点，是指在机床
农
上设置的一个固定点，它在机床
垦
装配、调试时就已确定下来，是
湛
数控机床进行加工运动的基准参
江 技
考点。
工 1）数控车床的机床原点
装置，并能进行多
工 种工序加工的数控
学 校
机床。在其上工件
可在一次装夹中进
行铣、镗、钻、扩
、铰、攻螺纹等多
工序的加工。
图1—27立式加工中心
广
4.数控磨床
东
省
数控磨床主要用于加工高硬度、高精
农 垦
度表面，可分为数控平面磨床、数控内
湛 江
圆磨床、数控轮廓磨床等。
技
工
学
校
广
5. 数控钻床
东
省
农
数控钻床主要具备
机床，或者说是装备了数控系统的机床。
计算机数控（Computer Numerical Control） 系统是采用计算机控制加工功能，实现数字控制 ，并通过接口与外围设备连接。简称CNC系统。
广
1.2 数控机床的组成
东
省
农
数控机床主要由控制
主轴箱
垦 湛
介质、数控装置、伺服装
江 置、辅助控制装置、检测
校
编程坐标系的原点（编程原点
）应尽量选择在零件的设计基准
或工艺基准上，编程坐标系中各
轴的方向应该与所使用的数控机
床相应的坐标轴方向一致，如图
1—16所示为车削零件的编程坐
标系及编程原点。
图1—16 编程坐标系
1.4.3 对刀点与换刀点
广
东 省
对刀点是数控加工中刀具相对工件运动
农
的起点，程序也是从这一点开始执行，所以
工
学 (1) 点位控制数控机床
校
(2) 直线控制数控机床
(3) 轮廓控制数控机床
广
(1) 点位控制数控机床
东
省
农
点拉控制数控机床的特点是只控制
垦 湛
从一点到另一点位置的精确定位,而不控
江 技
制移动轨迹,在移动和定位过程中不进行
工 学
任何加工,如图1—19所示。
校
广
(2) 直线控制数控机床
东
省
农
直线控制数控机床也自然数为点位直
技 工
移动部件的起点和终点，而且要控制加
学
工过程中每一点的速度、方向和位移量
校
，运动轨迹是任意的直线、圆弧、螺旋
线等，将工件加工成一定的轮廓形状，
如图1—21所示。
广 东 省 农 垦 湛 江 技 工 学 校
图1—20 直线控制加工图
图1—21 轮廓控制加工图
广
2. 按伺服系统的特点分类
东
省 农
（1）开环控制数控机床
学
移值进行比较，用比较的差值对机床进
校
行控制，直至差值消除为止，使移动部
件按照实际需要的位移量运动，最终实
现移动部件的精确运动和定位，从而使
加工精度大大提高。
广 （3） 半闭环控制数控机床
东 省
半闭环控制数控机床的特点是在伺
农
垦
服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上
湛
江
装有角度检测装置（如光电编码器等）
数控加工基础
中国劳动社会保障出版社
广 第一章 数控机床基础知识
东
省
农 垦
§1—1 数控与数控机床
湛
江 技
§1—2 数控机床的分类和常见数控
工 学
机床简介
校 §1—3 数控机床的加工特点
广
引入
东
省 农
在机械制造工业中，单件与小批量生产的
垦
零件（批量在10～100件）约占机械加工总量
湛 江
的75%～80%。尤其是航空航天、造船、机床、
技
电气柜
控制面板
工 装置和机床本体组成。如
学 校
图1—1所示。
工作台
主轴
控
数
制
控
介
装
质
置
伺服机构 辅助控制装置
检测装置
机 床 本 体
冷却液箱
图1—1
床身
广
1. 控制介质
东
省 农
控制介质是指将零件加工信息传送到
垦 湛
数控装置去的程序载体。随数控装置类型
江 的不同而不同，常用的有磁盘、移动硬盘
技 工
、Flash（U盘）等（见图1—2）。
学
校
a)
b)
c)
图1—2 常用的控制介质
a) 磁盘 b) 移动硬盘 c) U盘
广
2. 数控装置
东
省
农
数控装置是数控机床的核心。如图1—3
垦 湛
所示是某数控车床的数控装置。它由输入装
江
置（如键盘）、控制运算器和输出装置（如
技 工
显示器）等构成。
学
校
图1—3 数控装置
广
3. 伺服机构
东
省
农
垦 湛
伺服机构是
检测装置的检测元件有
图1—6 直线光栅
多种，常用的有直线光栅
（见 图1—6）、光电编码
器（见图1—7）、圆光栅
、绝对编码尺等。
图1—7 光电编码器
广
6.机床本体
东
省
农 垦
机床本体是数控机床的主体，是用于完
湛 江
成各种切削加工的机械部分，包括主运动
技 工
部件、进给运动执行部件（如工作台、滑
学
校 板及其传动部件）和床身、立柱、支承部
技
重型机械以及国防工业中使用的零件，精度要
工 学 校
求高、形状复杂、加工批量小，用普通机床加 工这些零件效率低、劳动强度大，有时甚至不
能加工。为了解决这些问题，一种具有高精度
、高效率、灵活、通用性强的自动化加工设备
——数控机床应运而生，它为多品种、小批量
，特别是结构复杂、精度要求高的零件提供了
自动化加工手段。
（3）高档数控机床
广 东
1.2.2 常见数控机床简介
省
农
垦 1.数控车床
湛
江 技
数控车床一般具有两轴联动功能，Z轴
工 学
是与主轴方向平行的运动轴，X轴是在水
校 平面向内与主轴方向垂直的运动轴。图
1—25所示为一台数控车床的外观图。
广 东 省 农 垦 湛 江 技 工 学 校
图1—25 数控车床
广 东
垦 湛
钻孔、攻螺纹等功
江
能，同时也具备简
技
工
单的铣削功能，刀
学 校
库可存放多种刀具
。数控钻床可分为
数控立式钻床和数
控卧式钻床。图1—
28所示为一台数控