数控机床加工
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数控机床加工
2020/11/21
数控机床加工
一、概述
（一）数控机床的产生
1．结构日趋复杂、精度、性能日趋提高，→效率、精度、 自动化↑
2．自动生产线，专用机床的出现：生产周期，准备时间长， 产品更新慢；
3．70～80%为单件、小批生产，一般用通用机床加工，对曲 面、曲线或复杂零件靠样板或划线加工，或用靠模，精度和 效率低；
2．生产率、加工精度高，生产质量稳定
（1）定位精度0.03mm，重复时0.01mm
（2）采用较大切削用量，自动换速，自动换刀，无需工序 间检测；较普通机床提高3～4倍
（3）机床本身精度高，可利用软件进行精度校正和补偿
3．工序集中——一机多用
4．能高效、优质完成复杂型面零件的加工，
5．高技术设备
数控机床加工
（3）连续控制系统连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控 制两个或两个以上坐标方向的联合运动。
数控机床加工
2．按检测及反馈分：
（1）开环：开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电 机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚 珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单， 工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。
（三）基本工作原理
1．工艺与表面成型方法与普通机床相同，关键是自动控制 原理与方法；
2．数控机床使以数字化信息实现控制的；
3．加工程序：与加工零件有关的信息，如工件与刀具运动 规机的尺寸参数（进给尺寸）；切削加工工艺参数（主轴 变速，刀具更换，冷却开停，工件夹紧、松开等）加工信 息；用规范的文字、数字和符号组成的代码，按一定格式 编写成的加工程序单。
数控机床加工
（五）数控机床分类
1．按控制刀具相对工件移动的轨迹分
（1）点位控制系统：点位控制是只控制刀具或工作台从一 点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之 间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床 和数控坐标镗床等。
（2）直线控制系统：直线控制是除控制直线轨迹的起点和 终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速 度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床， 以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。
4．1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机
螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。 1952年，美国PARSONS公
司与麻省理工学院（MIT）合作，研制了第一台三坐标数控
铣床：电子计算机，自动控制，伺服驱动，精密检测，新型
结构等新技术成果，主要加工曲面零件
数控机床加工
1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控 装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；
（2）输入装置：数控代码转化成电脉冲并送存在数控装置中， 光电阅读机，录放机，软盘驱动器，键盘输入等
（3）数控装置，及强电控制装置 ① 核心：接受输入装置的脉冲信号，经系统软件或逻辑电路进 行译码，运算处理或输出各种信号和指令，控制机床各个部分 进行规定有序的动作。 ② 输出信号：由插补运算决定的各坐标轴的进给位移量、进给 方向和速度的指令，伺服系统驱动执行部件 *主轴变速、换向，停启等 *选择、交换刀具，控制冷却，润滑，工件松开夹紧，分度等
4．输入加工程序
5．数控装置进行译码，寄存，运算后，控制伺服机构实现 各功能。
数控机床加工
（四）数控机床的组成
程
输
数控
序
入Biblioteka Baidu
装置
编
装
CNC
制
置
伺服驱动及 位置检测
辅助控制及 强电控制装 置
机床 主运动 进给运动 辅助动作
控制介质 数控装置 伺服系统 机 床
测量装置
数控机床加工
1．程序编制及程序载体
（1）编程
①对加工零件进行工艺分析，再确定：
②零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件安装位置；
③刀具与零件相对运动的尺寸参数
④加工工艺路线或加工顺序。工艺参数，以及辅助动作等。
⑤程序载体
制 零件图 定
工 艺
运 动 轨 迹 计 算
编制 写备 程控 序制 单介
质
程首 序件 校试 核切
机床加工
修改
数控机床加工
1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床， 和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械 制造业各部门逐步获得推广
1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅 体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降， 促进了数控机床品种和产量的发展。
60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台 机床的直接数控系统(简称DNC)，又称群控系统；采用 小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装 置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
数控机床加工
③ 强电控制装置：介于数控装置和机床机械、液压部件之 间的控制系统
主要作用：主运动变速，刀具选择交换，辅助动作等指令， 经编译、判断、功率放大后，直接驱动相应电器，液压，
气动机械部件，完成动作 （4）伺服驱动系统及位置检测： ①由伺服驱动电路和伺服驱动电机组成，与执行部件和传 动部件组成进给系统 ②由指令控制执行部件的进给速度，方向，位移 ③伺服系统有开环、闭环和半闭环之分 （5）机床的机械部分，刀库，机械手
脉冲指令 比较 驱动 执行 环节 电路 元件
信号处理电路 闭环伺服系统
反馈 信号
数控机床加工
（3）半闭环：位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部， 利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服 马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服 马达。
工作台
脉冲指令 比较 驱动
执行
环节 电路 元件
脉冲 指令
步进电机驱 动电路
步进电机
工作台
数控机床加工
（2）闭环：位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作 台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的 难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所 用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应 同步器或长磁栅。
工作台
检测元件
数控机床加工
1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型 计算机数控装置(简称MNC)，这是第五代数控系统。第五代 与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小 为原来的1/20，价格降低了3/4
数控机床加工
（二）特点及应用
1．自动化程度高，能适应不同零件的自动加工，生产准备 周期短，利于更新换代；
2020/11/21
数控机床加工
一、概述
（一）数控机床的产生
1．结构日趋复杂、精度、性能日趋提高，→效率、精度、 自动化↑
2．自动生产线，专用机床的出现：生产周期，准备时间长， 产品更新慢；
3．70～80%为单件、小批生产，一般用通用机床加工，对曲 面、曲线或复杂零件靠样板或划线加工，或用靠模，精度和 效率低；
2．生产率、加工精度高，生产质量稳定
（1）定位精度0.03mm，重复时0.01mm
（2）采用较大切削用量，自动换速，自动换刀，无需工序 间检测；较普通机床提高3～4倍
（3）机床本身精度高，可利用软件进行精度校正和补偿
3．工序集中——一机多用
4．能高效、优质完成复杂型面零件的加工，
5．高技术设备
数控机床加工
（3）连续控制系统连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控 制两个或两个以上坐标方向的联合运动。
数控机床加工
2．按检测及反馈分：
（1）开环：开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电 机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚 珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单， 工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。
（三）基本工作原理
1．工艺与表面成型方法与普通机床相同，关键是自动控制 原理与方法；
2．数控机床使以数字化信息实现控制的；
3．加工程序：与加工零件有关的信息，如工件与刀具运动 规机的尺寸参数（进给尺寸）；切削加工工艺参数（主轴 变速，刀具更换，冷却开停，工件夹紧、松开等）加工信 息；用规范的文字、数字和符号组成的代码，按一定格式 编写成的加工程序单。
数控机床加工
（五）数控机床分类
1．按控制刀具相对工件移动的轨迹分
（1）点位控制系统：点位控制是只控制刀具或工作台从一 点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之 间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床 和数控坐标镗床等。
（2）直线控制系统：直线控制是除控制直线轨迹的起点和 终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速 度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床， 以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。
4．1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机
螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。 1952年，美国PARSONS公
司与麻省理工学院（MIT）合作，研制了第一台三坐标数控
铣床：电子计算机，自动控制，伺服驱动，精密检测，新型
结构等新技术成果，主要加工曲面零件
数控机床加工
1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控 装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；
（2）输入装置：数控代码转化成电脉冲并送存在数控装置中， 光电阅读机，录放机，软盘驱动器，键盘输入等
（3）数控装置，及强电控制装置 ① 核心：接受输入装置的脉冲信号，经系统软件或逻辑电路进 行译码，运算处理或输出各种信号和指令，控制机床各个部分 进行规定有序的动作。 ② 输出信号：由插补运算决定的各坐标轴的进给位移量、进给 方向和速度的指令，伺服系统驱动执行部件 *主轴变速、换向，停启等 *选择、交换刀具，控制冷却，润滑，工件松开夹紧，分度等
4．输入加工程序
5．数控装置进行译码，寄存，运算后，控制伺服机构实现 各功能。
数控机床加工
（四）数控机床的组成
程
输
数控
序
入Biblioteka Baidu
装置
编
装
CNC
制
置
伺服驱动及 位置检测
辅助控制及 强电控制装 置
机床 主运动 进给运动 辅助动作
控制介质 数控装置 伺服系统 机 床
测量装置
数控机床加工
1．程序编制及程序载体
（1）编程
①对加工零件进行工艺分析，再确定：
②零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件安装位置；
③刀具与零件相对运动的尺寸参数
④加工工艺路线或加工顺序。工艺参数，以及辅助动作等。
⑤程序载体
制 零件图 定
工 艺
运 动 轨 迹 计 算
编制 写备 程控 序制 单介
质
程首 序件 校试 核切
机床加工
修改
数控机床加工
1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床， 和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械 制造业各部门逐步获得推广
1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅 体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降， 促进了数控机床品种和产量的发展。
60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台 机床的直接数控系统(简称DNC)，又称群控系统；采用 小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装 置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
数控机床加工
③ 强电控制装置：介于数控装置和机床机械、液压部件之 间的控制系统
主要作用：主运动变速，刀具选择交换，辅助动作等指令， 经编译、判断、功率放大后，直接驱动相应电器，液压，
气动机械部件，完成动作 （4）伺服驱动系统及位置检测： ①由伺服驱动电路和伺服驱动电机组成，与执行部件和传 动部件组成进给系统 ②由指令控制执行部件的进给速度，方向，位移 ③伺服系统有开环、闭环和半闭环之分 （5）机床的机械部分，刀库，机械手
脉冲指令 比较 驱动 执行 环节 电路 元件
信号处理电路 闭环伺服系统
反馈 信号
数控机床加工
（3）半闭环：位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部， 利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服 马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服 马达。
工作台
脉冲指令 比较 驱动
执行
环节 电路 元件
脉冲 指令
步进电机驱 动电路
步进电机
工作台
数控机床加工
（2）闭环：位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作 台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的 难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所 用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应 同步器或长磁栅。
工作台
检测元件
数控机床加工
1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型 计算机数控装置(简称MNC)，这是第五代数控系统。第五代 与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小 为原来的1/20，价格降低了3/4
数控机床加工
（二）特点及应用
1．自动化程度高，能适应不同零件的自动加工，生产准备 周期短，利于更新换代；