数控铣床教学基础篇

模块二 数控机床的分类
六、按数控系统功能水平分类
中档型数控机床 采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动，
能实现4轴或4轴以下联动控制，脉冲当量为
1um，进给速度为15-24m／min，一般采用16 位或32位处理器，具有RS232C通信接口、DNC 接口和内装PLC，具有图形显示功能及面向用 户的宏程序功能。
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模块二 数控机床的分类
六、按数控系统功能水平分类
高档型数控机床 采用交流伺服电机形成闭环驱动，开始采
用直线伺服电机，能实现5轴以上联动，脉冲
当量（分辨率）为0.1um，进给速度可达100m ／min以上。一般采用32位以上微处理器，形 成多CPU结构。编程功能强，具有智能诊断、 联网和通信功能。
模块三 数控加工技术的发展趋势
模块一 数控概念及数控机床的产生
模块一 数控概念及数控机床的产生
二、数控机床的产生和发展
1、产生 机械产品的自身要求
模块一 数控概念及数控机床的产生
1、产生 单件、多品种小批量零件约占80%以上
变斜角零件
箱体类零件 a）组合机床主轴箱 b）分离式减速箱 c）车床进给箱 d）泵壳
叶轮（曲面类零件）
置检测器，其位置检测精度能达到0.01mm/脉冲）；
模块三 数控加工技术的发展趋势
采用误差补偿技术： 采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具
误差补偿等技术;
设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿 技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应 用可将加工误差减少60％～80％。
模块三 数控加工技术的发展趋势
能识别的信息，由信息处理部分按照控制程
序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输 出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主 运动控制部分。
模块一 数控概念及数控机床的产生
（3）输出装置 作用：根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲，
并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功
率放大，驱动伺服系统，从而控制机床按规 定要求运动。
减少定位误差
工序集中，减少辅助时间，提高生产率 减少专用工夹具数量
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二、按工艺用途分类
1、金属切削类数控机床
1）数控车床（NC Lathe）。 2）数控铣床（NC Milling Machine）。 3）加工中心（Machine Center）。 4）数控钻床（NC Drilling Machine）。
模块三 数控加工技术的发展趋势
高 速 加 工 示 例
模块三 数控加工技术的发展趋势
2、高精度化
提高机械设备的制造和装配精度；
提高CNC系统的控制精度； 采用误差补偿技术。
提高CNC系统的控制精度
采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，
使CNC控制单位精细化，采用高分辨率位置检测装置，
提高位置检测精度 （日本交流伺服电机已有装上106 脉冲/转的内藏位
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3、伺服系统（伺服控制装置） 作用：将数控装置发来的各种动作指令，转化
成机床移动部件的运动。
电动机（伺服驱动器件）： 步进电动机、 直流伺服电动机、 交流伺服电动机
模块一 数控概念及数控机床的产生
4、检测反馈系统
位置和速度测量系统。以实现进给伺服系统的 闭环控制。
原中捷友谊厂生产中国第一台数控机床
模块一 数控概念及数控机床的产生 三、数控机床的组成
模块一 数控概念及数控机床的产生
1、（控制介质）加工程序载体
控制介质—人与机床之间建立某种联系，这种联系的 中间媒介物称为控制介质。 程序—包括加工零件所需的全部信息和刀具相对工件 的位移信息。 载体—穿孔纸带、磁带、磁盘（软盘、硬盘、内存RAM）
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1、高速度化
机械方面：提高切削速度和减少辅助时间
数控系统：CPU 64位
主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主 轴电机的转子轴就是主轴部件。 – 主轴最高转速达200000r/min。 – 主轴转速的最高加（减）速为1.0g 。 换刀速度 – 0.9秒（刀到刀） – 2.8秒（切削到切削） 工作台（托盘）交换速度 6.3秒
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三、按运动方式分类
3、轮廓控制数控机床 定义：是指数控系统能够连续控制两个或 两个以上坐标方向联合运动的系统。
模块二 数控机床的分类
三、按运动方式分类 3、轮廓控制数控机床
特点：数控装置能够同时对两个或两个以上的 坐标轴进行连续插补控制 加工复杂形状零件 刀具在移动过程中进行切削
3、多功能化：功能复合化
功能复合化体现在：工件自动装卸，工件自 动定位，刀具自动对刀，工件自动测量与补
偿，集钻、车、镗、铣、磨为一体的“万能加
工机床”等。
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自动对刀
激光对刀
自动测量
自动装夹
模块三 数控加工技术的发展趋势
镗铣钻复合—加工中心（ATC）、五面加工中心 （ATC，主轴立卧转换）； 车铣复合—车削中心（ATC，动力刀头）； 铣镗钻车复合—复合加工中心（ATC，可自动装 卸车刀架）； 铣镗钻磨复合—复合加工中心（ATC，动力磨 头）； 可更换主轴箱的数控机床—组合加工中心；
4、智能化
―不仅有体力，而且有头脑，自己管理自己” 配置各种微型传感器，具有监控和误差自动补偿 等功能。
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自 主 管 理
加工程序仿真、作业排序、数据采集、刀具寿命管理和网络通信
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驱动并联化
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虚拟轴机床 1—工作台 2—工件 3—刀具 4—主轴箱 5—导杆 6—立柱
测量装置
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3、半闭环数控机床
特点：检测丝杠或电动机轴旋转角位移
角位移检测元件：旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等
精度低于闭环系统 系统调试较容易，稳定性也较好
指令脉冲 数控装置 齿轮箱 工作台
位置比较 电路
速度控制 电路
伺服 电动机 检测元件
测量装置
测速元件
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穿 孔 纸 带 示 例
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2、数控（CNC）装置
作用：接受输入装置传来的加工信息，根据输
入的零件加工程序进行相应的处理，然后输出
控制命令到伺服驱动装置和PLC。CNC装置是CNC
系统的核心。 组成：输入装置 信息处理 输出装置
数控装置
驱动电路
步进电动机
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2、闭环数控机床
特点：e=0，工作台停止 检测工作台直线位移（检测元件：感应同步器、光栅）
驱动元件：宽调速直流或交流伺服电机
加工精度高，但结构复杂，造价高，调试维修困难 适用于精度要求高的大型和精密机床
指令脉冲 数控装置 位置比较 电路 速度控制 电路 伺服 电动机 测速元件 检测元件 工作台 齿轮箱
模块三 数控加工技术的发展趋势
设计巧妙的5杆并联机构
电滚珠丝杠
电主轴
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5、高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 采用抗干扰技术，提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化、通用化和标准化 提高自诊断及保护功能


90年代数控机床可靠性水平 MTBF≥800～900h 本世纪初数控机床可靠性水平 MTBF≥1000h～1200h
模块三 数控加工技术的发展趋势
6、具有更高通信功能
RS232C串行接口、RS422等接口； DNC接口，实现多台数控机床之间的数据通信和
直接对几台数控机床进行控制；
有的已配备与工业局域网（LAN）通信的功能以 及MAP接口，促进系统集成化和信息综合化，使远 程操作和监控、遥控及远程故障诊断成为可能。
模块二 数控机床的分类
三、按运动方式分类 2、直线控制数控机床
特点：控制两相关点的位置，还要控制两相关点
之间的移动速度和路线
沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45° 角的方向进行直线移动和切削加工。
刀具在移动过程中进行切削
模块二 数控机床的分类
采用这种控制方式的机床有数控铣床、数控
车床、数控磨床等
《数控加工技术》基础篇
模块一
数控概念及数控机床的产生
模块一 数控概念及数控机床的产生
一、概念
数控（NC）机床：采用数字化信号对机床的运动及加
工过程进行控制的机床，称为数控机床。
计算机数控（CNC）：采用存储程序的专用计算机来
实现部分或全部基本数控功能，则称为计算机数控。 加工中心（MC）：具有刀库、自动换刀装置并能对工 件进行多工序加工的数控机床。
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采用这种控制方式的机床有数控铣床、数控
车床、加工中心等
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四、按伺服系统的控制方式分类
1、开环数控机床
特点：没有位置检测反馈和校正控制装置
数控装置发出信号的流程是单向的
速度和加工精度低，其精度取决于伺服系统 的性能 成本低，适用于中、小型数控机床
齿轮箱 指令脉冲 工作台
五、按可联动轴数分类
模块二 数控机床的分类
模块二 数控机床的分类
六、按数控系统功能水平分类
经济型数控机床 步进电机实现的开环驱动，功能简单、价格
低廉、精度中等，能满足加工形状比较简单的直
线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴以下， 脉冲当量（分辨率）多为0.01mm，快速进给速度 在8-15m／min。
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（1）输入装置 作用：将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置 穿孔纸带—光电阅读机 磁带—录放机
磁盘—驱动器和驱动卡
MDI—手动输入 USB接口 RS232C接口 DNC接口
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（2）信息处理 作用：将程序载体内有关加工的信息编译成计算机
5）数控镗床（NC Boring Machine）。
6）数控齿轮加工机床（NC Gear Holling Machine）。 7）数控平面磨床（ NC Surface Grinding Machine）。
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2、金属成型类数控机床 3、数控特种加工机床
1）数控电火花加工机床（NC Discharge Machine）。 Wire Electric Discharge 2）数控线切割机床（NC Diesinking Electric
作用：保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：
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5、机床本体
主运动系统 进给运动系统 辅助部分
模块二
数控机床的分类
模块二 数控机床的分类
一、按加工工艺方法分类
1、普通数控机床
与普通机床的区别：加工复杂形状的零件
2、数控加工中心 数控加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床。 与一般数控机床的区别： 减少机床台数，便于管理。
点与点之间运动轨迹不需要严格控制
刀具在移动过程中不进行切削
模块二 数控机床的分类
采用这种控制方式的机床有数控钻床、数控
冲床、数控镗床等
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三、按运动方式分类 2、直线控制数控机床
定义：是指数控系统除控制直线轨迹的起点和终 点定位外，还要控制在这两点之间以指定 的进给速度进行直线切削的系统。
装NC软件系统-第六代数控系统
印 制 电 路 板
微 处 理 器
集 成 电 路
PC机
模块一 数控概念及数控机床的产生 3、我国 1958年
起步
20世纪60年代末70年代初
—研制出一些晶体管式数控系统
20世纪80年代初 1985年 进入实用阶段 数控机床大发展时期
1986—1990年 1991年
300多种
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7、制造系统自动化
FMC：柔性制造单元 FMS：柔性制造系统 CIMS：计算机集成制造系统
2、发展
1952年 美国Parsons公司和MIT 三坐标数控立铣床
1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工 数控系统采用电子管元件-电子管时代 1959年 采用晶体管和印制电路板-第二代数控系统 1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统
1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置
-第四代数控系统（CNC系统） 1974年 以微处理器为核心的数控系统 -第五代数控系统（MNC系统） 1990年 以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安
Machine）。
3）数控激光加工机床（NC Laser Beam Machine）。 4、其它类型数控机床
数控剪板机
数控折弯机
录像
数控电火花线切割机
三 坐 标 测 量 机
模块二 数控机床的分类
三、按运动方式分类
1、点位控制数控机床 特点：数控装置只能控制点与点的精确定位 两相关位置之间的移动是先快后慢