对数控机床的认识

一、数控机床的分类

按工艺用途

1.金属切削类数控机床，如数控车床。金属切削机床是采用切削的方法把金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为”工作母机”或”工具机”，习惯上简称机床。

2.金属成型类数控机床，如数控冲床。

3.数控特种加工机床，如数控电火花机床。特种加工与切削加工的不同之处在于：

（1）.主要利用电、光、声、热、化学等能量而非机械能来去除材料。

（2）.工具硬度可低于被加工材料硬度。

（3）.加工过程中工具和工件间不存在显着的切削力。

（4）.从原理上来说特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料。

4.其他类型的数控设备。

按运动方式分类

1.点位控制系统：数控系统只控制刀具或工作台，从一点准确地移动到另一点，而点与点之间运动的轨迹不需要严格控制的系统。

2.点位直线控制系统：数控系统不仅控制道具或工作台从一个点准确地移动到另一个点，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。

3.轮廓控制系统：也称连续控制系统，数控系统能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行严格连续控制的系统。

按控制方式分类

1.开环控制系统。无反馈，误差相对较大；系统精度较低（±）,但具有结构简单、工作稳定、使用维修方便及成本低等优点。

2.半闭环控制系统。在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杆转角间接检测移动部件的唯一，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，指导差值消除。系统调试方便，稳定性好，目前应用广泛。

3.闭环控制系统。在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控位置的比较中，与输入的原指令位移值进行比较，用比

较后的差值控制移动部件补充位移，直到差值消除。闭环控制系统定位精度高（一般±，最高可达±），一般应用在高精度数控机床上，由于系统增加了检测、比较和反馈装置，所以结构比较复杂，调试维修比较困难。

注：反馈：（1）速度反馈（测速发电机、编码器）。

（2）位置反馈（光栅尺、磁尺）。

二、数控机床的机械结构

1.主传动系统

主轴——

变速形式：

带有变速齿轮的主传动。有极变速，优点：低速时能够获得较大的转矩，一部分小型数控机床也使用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位大都是采用液压拨叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。

通过带传动的主传动。应用在小型数控机床上，采用综合了带、链传动优点的同步带传动，（同步带传动优点：无滑动、传动比准确；传动效率高可达98%以上；适用范围较广，速度可达50m/s,传动比可达10左右；维修保养方便，不需要润滑。不足之处：安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。）由调速电机直接驱动的主传动。三相异步电动机+变频器（粗加工机床）；伺服电机+伺服驱动器（精加工机床）。

2.伺服系统——

是计算机（或其他数控计算装置）与机床主体相连的主要装置。

3.进给系统——

滚珠丝杆螺母副。在传动时，滚珠与丝杆、螺母之间基本上是滚动摩擦，所以具有以下优点：传动效率高；摩擦力小；使用寿命长；经预紧后可以消除轴向间隙，提高系统的刚度；反向运动时无空行程，可以提高轴向运动精度。缺点：制造成本高；不能实现自锁。制造材料：合金钢（不变形、耐磨）。

导轨。目前普遍使用的导轨有：滚动导轨、静压导轨、塑料导轨，塑料导轨因其良好的动、静摩擦特性和耐磨性、无爬行、减振性等优点，大有取代滚珠导轨之势。塑料导轨（导轨滑动面上贴有一层抗磨软带，导轨的另一滑动面为淬火磨削面，软带是以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物的高分子复合材料。）

4.工件实现回转、定位的装置及附件——

数控机床常用的位置检测元件

直线型：磁尺、计量光栅、激光干涉仪等。

旋转型：旋转变压器、编码器等。

5.自动换刀装置

自动换刀装置应当满足基本要求包括：换刀时间短；重复定位精度高；足够的道具储存量；刀库占地面积小。加工中心和数控铣床最大的区别就是—加工中心多了一个刀库。

6.实现某种动作和辅助功能的系统和装置

如液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置。

7. 实现其他特殊功能的装置

如监控装置、加工过程图形显示、精度检测等。

三、数控机床的工作原理

四、数控机床的特点

1.加工精度高，具有稳定的加工质量。

2.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件。

3.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备。

4.机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3—5倍）。

刚性：抵抗变形的能力。

柔性：柔性可以表述为两个方面。第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰(如机器出现故障)情况下,系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。

“柔性”是相对于“刚性”而言的,传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高,由于设备是固定的,所以设备利用率也很高,单件产品的成本低。但价格相当昂贵,且只能加工一个或几个相类似的零件,难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括

1) 机器柔性当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。

2) 工艺柔性一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。

3) 产品柔性一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。

4) 维护柔性采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。

5) 生产能力柔性当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。

6) 扩展柔性当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。

7) 运行柔性利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。

5.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度。

钻床：指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。

镗床：主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削、切它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。螺纹及加工外圆和端面等

车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。

铣床系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件(和)铣刀的移动为进给