数控机床概述

第1章 数控机床概述
X X Z Y Y Z
图1.13 卧式车床坐标系
第1章 数控机床概述
Y Z X
Y
Z X
图1.14 立式铣床坐标系
第1章 数控机床概述
1.5 数控机床的主要性能指标
1.5.1 数控机床的运动性能指标 （1） 主轴转速。 （2） 进给速度。 （3） 坐标行程。 （4） 刀库容量和换刀时间。
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1.5.2 数控机床的精度指标 1. 定位精度和重复定位精度 定位精度是指数控机床工作台等移动部件实际运 动位置与指令位置的一致程度， 其不一致的差量即为 定位误差。 2. 分辨率与脉冲当量 分辨率是指可以分辨的最小位移间隔。 对测量系 统而言， 分辨率是可以测量的最小位移； 对控制系统 而言， 分辨率是可以控制的最小位移增量。
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2） 数控系统 数控系统是数控机床的控制核心， 用来输入、 存 储零件加工程序， 并根据零件加工程序进行计算、 插 补等处理， 发出各种控制信号， 控制机床各部件的动 作， 完成零件加工过程的控制。 3） 伺服驱动系统 伺服驱动装置的作用是把来自数控装置的输出信 号进行功率放大， 通过执行元件（如步进电动机、 伺 服电动机等）和机械传动机构， 使机床的运动部件带 动刀具相对于工件按规定的轨迹和速度运动， 实现零 件加工。
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1.1.2 数控机床的产生和发展 数控机床主要是为了实现复杂多变零件的自动化 加工而产生的。 机床数控技术的产生， 不仅为复杂零件的加工提 供了方便， 而且加工精度高， 一致性好， 生产效率高， 能够大大减轻工人的劳动强度， 因此很快受到了人们 的关注。
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1.2 数控机床的特点
刀刀 A
3 1 2
加 零
B
图1.1 点位控制切削加工
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加零
刀刀
图1.2 直线控制切削加工
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2. 直线控制数控机床 这类数控机床不仅要控制机床刀具从一点移动到 另一点， 而且要沿直线轨迹（一般与某一坐标轴平行 或成45°角）以一定速度移动， 移动过程中可进行切 削加工， 加工示例如图1.2所示。
图1.6 六轴加工中心坐标示意图
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1.3.3 按伺服系统的控制方式分类 按伺服系统的控制方式不同可将数控机床分为开环 控制、 闭环控制和半闭环控制数控机床。 1. 开环控制数控机床 这类数控机床的运动部件没有位置检测反馈装置， 采用步进电动机驱动， 如图1.7所示。
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1.5.3 数控机床的可控轴数与联动轴数 可控轴数是指数控系统能够控制的坐标轴数目。 该 指标与数控系统的运算能力、 运算速度以及内存容量等 有关。 目前， 高档数控系统的可控轴数已多达24轴。
第1章 数控机床概述
习 题
1.1 什么叫数控系统？什么叫数控机床？ 1.2 数控机床有何特点？适应于哪些类型的零件加工？ 1.3 简述点位控制、 直线控制、 轮廓控制的区别。 1.4 简述开环、 闭环、 半闭环控制的特点。
U X ＋A ＋C W Z
图1.12 右手直角笛卡尔坐标系
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该标准还规定， 增大工件与刀具之间距离（即增 大工件尺寸）的方向为正方向； Z轴为平行于机床主 轴的坐标轴， 如果机床有一系列主轴， 则选尽可能垂 直于工件装卡面的主要轴为Z轴； X轴为水平或者平行 于工件装卡平面的轴； 其余各轴根据右手定则和右螺 旋法则确定。 图1.13和图1.14所示为卧式车床和立式铣 床的坐标系。
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1.3.2 按运动轨迹分类 1. 点位控制数控机床 这类数控机床的特点是在刀具相对于工件的移动 过程中不进行切削加工， 只要求刀具从一点移动到另 一点并准确定位， 而对运动的速度和轨迹没有严格的 要求。 如图1.1所示， 刀具从A点到B点可以走①、 ② 或③中的任意一条路经。
第1章 数控机床概述
第1章 数控机床概述
3. 分度精度 分度精度是指分度工作台在分度时， 实际回转角 度与指令回转角度的差值。 分度精度既影响零件加工 部位在空间的角度位置， 也影响孔系加工的同轴度等。 表1.2所示为几种数控机床的精度指标。
第1章 数控机床概述
表1.2 几种数控机床的精度指标
第1章 数控机床概述
第1章 数控机床概述
数数数数
零零 加加 程程
数数 系系
伺伺 驱驱 系系
数数 本本
图1.11 数控机床的组成
第1章 数控机床概述
与普通机床相比， 数控机床本体具有以下特点： （1） 采用了高性能主轴部件及传动系统， 机械传 动结构简单。 （2） 机械结构具有较高刚度和耐磨性， 热变形小。 （3） 更多地采用了高效传动部件， 如滚珠丝杠、 静压导轨、 滚动导轨等。
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1.4.2 数控机床的坐标系 该标准规定， 数控机床采用右手直角笛卡尔坐标 系， 如图1.12所示。 基本直角坐标轴X、 Y、 Z三者 的关系及其正方向按右手定则判定， 围绕X、 Y、 Z 各轴作旋转运动的轴A、 B、 C三者的正方向按右螺旋 法则判定。
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V Y ＋B
工作台
CNC 数数系系
步步 电驱数
图1.7 开环控制数控机床结构
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2. 闭环控制数控机床 这类数控机床的运动部件上安装有位置测量反馈 装置， 由直流或交流伺服电动机驱动， 如图1.8所示。
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加工工 伺伺 驱驱 系系 伺伺 电驱数
CNC 数数系系
位位位位位位位位
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数控机床概述
1.1 数控机床的产生和发展 1.2 数控机床的特点 1.3 数控机床的分类 1.4 数控机床的基本原理和坐标系 1.5 数控机床的主要性能指标 习题
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1பைடு நூலகம்1 数控机床的产生和发展
1.1.1 数控技术与数控机床 数控(Numerical Control—NC）技术是近代发展起来 的一种自动控制技术， 是用数字化信号对机床运动及 其加工过程进行控制的一种方法。采用数控技术实现 数字控制的一整套装置和设备， 称为数控系统。 数控机床就是装备有数控系统， 采用数控技术控 制的机床。 常见的数控机床有数控车床、 数控铣床、 数控加工中心等。
与普通机床相比， 数控机床具有以下特点： （1） 自动化程度高， 劳动强度低。 （2） 加工精度高。 （3） 产品一致性好。 （4） 能够实现复杂工件的加工。 （5） 生产效率高。 （6） 机械传动链短， 结构简单。
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1.3 数控机床的分类
1.3.1 按工艺用途分类 按工艺用途不同， 可将数控机床分成以下几类： （1） 单工序数控机床。 （2） 加工中心。 （3） 特种加工数控机床。 （4） 其他类型的数控设备。
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加零
刀刀
图1.3 轮廓控制切削加工
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轮廓控制数控机床能够控制机床刀具或工件沿直线、 圆弧或抛物线等曲线轨迹移动， 移动过程中可进行切削 加工， 移动速度根据工艺要求由编程确定， 可实现曲线 或者曲面轮廓加工， 加工示例如图1.3所示。 多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动， 称 为多轴联动。 按照联动轴数， 可分为二轴联动、 二轴 半联动、 三轴联动和多轴联动数控机床， 如图1.4所示。
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1.5 数控机床由哪些部分组成， 各起什么作用？ 1.6 数控机床的坐标系是如何规定的？ 1.7 什么叫二轴半联动数控机床? 1.8 数控机床的档次是如何划分的？什么是经济型数控机床？
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Z
O Y X ∆Y
(a)
(b)
(c)
图1.4 不同联动轴数所能加工的型面 (a) 二轴联动； (b) 二轴半联动； (c) 三轴联动
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Z n
P(X, Y, ) Z Y
O刀位刀
Z B C
X
图1.5 五轴联动铣削曲面零件
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Z
B C W W
Y
X
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零零零
0112
微微微微数
数数系系
数数本本
加工工工
编编加零加加程程
加加加加零零
图1.10 数控加工过程示意图
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2. 数控机床的组成 如图1.11所示， 数控机床由机床本体、 数控系统 和伺服驱动系统几部分组成。 1） 机床本体 机床本体是数控机床的主体， 由基础件(如床身、 底座)和运动件(如工作台、 床鞍、 主轴箱等)组成。
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表1.1 各档次数控机床的功能和指标
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1.4 数控机床的基本原理和坐标系
1.4.1 数控机床的基本原理 1. 数控机床的工作过程 数控机床是用数字信息进行控制的机床。 它用数 字代码将刀具相对工件移动的轨迹、 速度等信息记录 在程序介质上， 然后送入数控系统经过译码和运算， 控制机床刀具与工件的相对运动， 加工出所需要的工 件。 其基本过程如图1.10所示。
图1.8 闭环控制数控机床结构
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3. 半闭环控制数控机床 将位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠轴端， 通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行 位移， 与数控装置中的指令位移量相比较， 实现差值 控制， 构成如图1.9所示的半闭环控制。
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加工工 伺伺 驱驱 系系 伺伺 电驱数
CNC 数数系系 G
位位位位位位位位 编编编
图1.9 半闭环控制数控机床结构图
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1.3.4 按功能水平分类 按照功能水平， 可以将数控机床分为低（经济 型）、 中、 高三档。 这种分类方法的界线是相对的， 不同时期的划分标准会有所不同。 就目前的发展水平 来看， 不同档次数控机床的功能和指标如表1.1所示。