数控机床的性能指标

(a) 点位控制； 廓控制
(b) 直线控制；
(c) 轮
(2) 直线控制机床。它如图 (b)所示，可控制刀具相对于工 作台以适当的进给速度，沿着平行于某一坐标轴方向或与 坐标轴成45°的斜线方向作直线轨迹的加工。这种方式 是一次同时只有某一轴在运动，或让两轴以相同的速度同 时运动以形成45(的斜线，所以其控制难度不大，系统结 构比较简单。一般地，都是将点位与直线控制方式结合起 来，组成点位直线控制系统而用于机床上。这种形式的典 型机床有车阶梯轴的数控车床、数控镗铣床和简单加工中 心等。 (3) 轮廓控制机床。它又称连续控制机床。如图 (c)所示， 可控制刀具相对于工件作连续轨迹的运动，能加工任意斜 率的直线，任意大小的圆弧，配以自动编程计算，可加工 任意形状的曲线和曲面。典型的轮廓控制型机床有数控铣 床、功能完善的数控车床、数控磨床和数控电加工机床等。
2．按机床所用进给伺服系统不同分类 (1)．开环伺服系统 开环伺服系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率 步进电机和电液脉冲马达等。如图所示。由数控系统送出 的进给指令脉冲，通过环形分配器、按步进电机的通电方 式进行分配，并经功率放大后送给步进电机的各相绕组， 使之按规定的方式通、断电，从而驱动步进电机旋转。再 经同步齿形带、滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。每给一脉 冲信号，步进电机就转过一定的角度，工作台就走过一个 脉冲当量的距离。数控装置按程序加工要求控制指令脉冲 的数量、频率和通电顺序，达到控制执行部件运动的位移 量、速度和运动方向的目的。由于它没有检测和反馈系统 ，故称之为开环。其特点是结构简单，维护方便，成本较 低。但加工精度不高，如果采取螺距误差补偿和传动间隙 补偿等措施，定位精度可稍有提高。
二.数控机床的组成
1 程序编制及程序载体 2 输入装置 3 数控装置 4 强电控制装置 5 伺服控制装置 6 机床的机械部件
与传统的普通机床相比，数控机床机械部件有如下几个 特点： (1) 采用了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，机械传 动结构得到简化，传动链较短。 (2) 机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼刚 度、耐磨性以及抗热变形性能。 (3) 较多地采用高效传动件，如滚珠丝杠螺母副、直线 滚动导轨等。 (4) 还有一些配套部件(如冷却、排屑、防护、润滑、 照明、储运等一系列装置)和辅属设备(编程机和对刀仪 等)。
数控技术及特种加工
机电工程系 ：李伟
2013-2014-2
一.数控机床的产生和发展
1949年美国Parson公司与麻省理工学院开始合作，历时 三年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机，取名 “Numerical Control”。数控即数字控制(Numerical Control，简称NC)。数控技术即NC技术，是指用数字化信 息发出指令并实现自动控制的技术。计算机数控 (Computerized Numerical Control，简称CNC)是指用计 算机实现部分或全部的数控功能。采用数控技术的自动控 制系统为数控系统，采用计算机数控技术的自动控制系统 为计算机数控系统，其被控对象可以是生产过程或设备。 如果被控对象是机床，则称为数控机床。
半闭环伺服系统
(3)．闭环伺服系统 闭环伺服系统如图所示。它的工作原理和半闭环伺服系统 相同，但测量元件(直线感应同步器、长光栅等)装在工作 台上，可直接测出工作台的实际位置。该系统将所有部分 都包含在控制环之内，可消除机械系统引起的误差，精度 高于半闭环伺服系统，但系统结构较复杂，控制稳定性较 难保证，成本高，调试维修困难。
开环伺服系统
(2)．半闭环伺服系统 半闭环伺服系统具有检测和反馈系统，如图所示。测量 元件(脉冲编码器、旋转变压器和圆感应同步器等)装在丝 杠或伺服电机的轴端部，通过测量元件检测丝杠或电机的 回转角。间接测出机床运动部件的位移，经反馈回路送回 控制系统和伺服系统，并与控制指令值相比较。如果二者 存在偏差，便将此差值信号进行放大，继续控制电机带动 移动部件向着减小偏差的方向移动，直至偏差为零。由于 只对中间环节进行反馈控制，丝杠和螺母副部分还在控制 环节之外，故称半闭环。对丝杠螺母副的机械误差，需要 在数控装置中用间隙补偿和螺距误差补偿来减小。
三.数控机床的工作原理
数控机床是一种高度自动化的机床，它在加工工艺与加工 表面形成方法上与普通机床基本相同，最根本的不同在于 实现自动化控制的原理与方法上：数控机床是用数字化的 信息来实现自动控制的。在数控机床上加工零件时，首先 要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化。先根 据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参 数、刀具参数，再按数控机床规定采用的代码和程序格式， 将与加工零件有关的信息如工件的尺寸、刀具运动中心轨 迹、位移量、切削参数(主轴转速、切削进给量、背吃刀 量)以及辅助操作(换刀、主轴的正转与反转、切削液的开 与关)等编制成数控加工程序，然后将程序输入到数控装 置中，经数控装置分析处理后，发出指令控制机床进行自 动加工。
闭环伺服系统
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3．按加工工艺方法分类 1) 金属切削类数控机床 这类数控机床如数控车床、数控铣床、数控镗床、数控 磨床、数控钻床、数控齿轮加工机床、加工中心等。尽管 这些机床在加工工艺方面存在很大差异，具体的控制方法 也各不相同，但它们都适合于单件、小批量和多品种的零 件加工，具有很高的生产率和自动化程度。 2) 金属成型类数控机床 这类数控机床如数控折弯机、数控弯管机、数控冲床等。 3) 数控特种加工及其他类型机床 这类数控机床如数控线切割机床、数控火焰切割机、数 控三坐标测量机、数控电火花加工机床等。
四.数控机床的分类
1．按加工控制路线分类 有点位控制机床、直线控制机床和轮廓控制机床。 (1) 点位控制机床。它如图(a)所示，只控制刀具从一点向 另一点移动，而不管其中间行走轨迹的控制方式。在从点 到点的移动过程中，只作快速空程的定位运动，因此不能 用于加工过程的控制。属于点位控制的典型机床有数控钻 床、数控镗床和数控冲床等。这类机床的数控功能主要用 于控制加工部位的相对位置精度，而其加工切削过程还得 靠手工控制机械运动来进行。