数控机床基础

第一章数控机床概述

第一节数控加工的概念

一、概念：

数字控制(Numerical Control，简称NC)技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术。数控机床：是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的起动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置或计算机，经过译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。

数控加工：根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。

二、产生：1952年美国帕森斯公司（Parsons）和麻省理工学院(MIT)合作研制成功了世界上第一台数控机床，它是一台三坐标数控铣床，用于加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。

第二节数控机床的组成与分类

一、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、电机及拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。现代数控系统都为计算机数控系统(Computer Numerical Control，简称CNC)。数控机床的基本组成包括加工程序、输入/输出装置、数控装置、伺服系统、辅助控制装置、反馈系统及机床本体。

图一数控机床的组成

第二节数控机床的组成与分类

CNC装置(CNC单元)：

CNC装置是数控机床的核心部件。

组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块

以及相应的控制软件。

作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输

入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置

和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组

织，使整个系统有条不紊地进行工作的。

1. 操作面板

操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。

组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显

示器；。

它是数控机床特有的部件。

第二节数控机床的组成与分类

2. 控制介质与输入输出设备

控制介质记录零件加工程序的媒介

输入输出设备CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通

常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程

序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放

或记录在相应的控制介质上。

1. 操作面板

操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。

组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显

示器；。

它是数控机床特有的部件。

表1 控制介质和输入输出设备表

3. 通讯

现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：

串行通讯（RS-232等串口）、

自动控制专用接口和规范（DNC，MAP等）

网络技术（internet，LAN等）。

第二节数控机床的组成与分类

4. CNC装置(CNC单元)

CNC装置是数控机床的核心部件。

组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块

以及相应的控制软件。

作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输

入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置

和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组

织，使整个系统有条不紊地进行工作的。

第二节数控机床的组成与分类

伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置

主轴伺服驱动装置和主轴电机

进给伺服驱动装置和进给电机

测量装置

位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。

作用保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：

进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。

主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）

第二节数控机床的组成与分类

PLC (P rogrammable L ogic C ontroller)、机床I/O电路和装置

PLC：用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有关的开关量I/O控制，它

由硬件和软件组成；

机床I/O电路和装置：实现开关量I/O控制的执行部件，即由继电器、电磁

阀、行程开关、接触器等电器组成的逻辑电路；

功能：

接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信

号，控制辅助装置完成机床相应开关动作

接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，

输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。

第二节数控机床的组成与分类

7. 机床

机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。

组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件

（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。

二、数控机床的分类

按用途分类

1、金属切削类数控机床

金属切削类数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控镗铣床等。加工中心MC是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。

2、金属成形类数控机床

金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机和数控压力机等。

3、数控特种加工机床

数控特种加工机床有数控电火花线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光加工机床等。

按运动方式分类

1、点位控制系统

这类控制系统只控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置。而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中不作任何加工。通常采用这一类系统的设备有数控钻床、镗床、冲床等。

2、直线控制系统

这类系统不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的移动轨迹是一条直线，且在移动中能以给定的进给速度进行加工。采用此类控制方式的设备有数控车床、数控铣床等。

3、连续控制系统

连续控制系统又称为轮廓控制系统或轨迹控制系统。这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个坐标的运动速度。各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加工中心、电加工机床、特种加工机床等。