数控机床的组成及基本原理学习教案.pptx

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1、数控机床数控机床(sh kn j chun)的组成及基的组成及基本原理本原理第一页，共39页。1.1 概述概述(i sh)下页下页上页上页返回返回|数控技术的基本概念数控技术的基本概念|数控技术、数控系统与数控机床数控技术、数控系统与数控机床|数控技术，简称数控（数控技术，简称数控（Numerical ControlNC）是利用数字化信息）是利用数字化信息(xnx)对机械运动及加工过程对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控进行控制，因此，也可以称为计算机数控（Computerized

2、Numerical ControlCNC）。）。|为了对机械运动及加工过程进行数字化信息为了对机械运动及加工过程进行数字化信息(xnx)控制，必须具备相应的硬件和软件。用来实现控制，必须具备相应的硬件和软件。用来实现数字化信息数字化信息(xnx)控制的硬件和软件的整体称为数控控制的硬件和软件的整体称为数控系统（系统（Numerical Control System），数控系统的核），数控系统的核心是数控装置（心是数控装置（Numerical Controller）。）。图库图库第1页/共38页第二页，共39页。1.1 1.1 概述概述概述概述(i sh)(i sh)由于数控系统、数控装置的英文

3、缩写亦采用由于数控系统、数控装置的英文缩写亦采用由于数控系统、数控装置的英文缩写亦采用由于数控系统、数控装置的英文缩写亦采用NCNC（或（或（或（或CNCCNC），因此），因此），因此），因此(ync)(ync)，在实际应用中，在不同场，在实际应用中，在不同场，在实际应用中，在不同场，在实际应用中，在不同场合合合合NCNC（或（或（或（或CNCCNC）具有三种不同含义，即：既可以在广）具有三种不同含义，即：既可以在广）具有三种不同含义，即：既可以在广）具有三种不同含义，即：既可以在广义上代表一种控制技术，又可以在狭义上代表一种控义上代表一种控制技术，又可以在狭义上代表一种控义上代表一种控制技术

4、，又可以在狭义上代表一种控义上代表一种控制技术，又可以在狭义上代表一种控制系统的实体，此外还可以代表一种具体的控制装置制系统的实体，此外还可以代表一种具体的控制装置制系统的实体，此外还可以代表一种具体的控制装置制系统的实体，此外还可以代表一种具体的控制装置数控装置。数控装置。数控装置。数控装置。数控系统和计算机技术的发展始终保持同步，至今数控系统和计算机技术的发展始终保持同步，至今数控系统和计算机技术的发展始终保持同步，至今数控系统和计算机技术的发展始终保持同步，至今已经历了从电子管、晶体管、集成电路、计算机到微已经历了从电子管、晶体管、集成电路、计算机到微已经历了从电子管、晶体管、集成电路、

5、计算机到微已经历了从电子管、晶体管、集成电路、计算机到微处理机的演变，系统功能的日益增强，应用领域的日处理机的演变，系统功能的日益增强，应用领域的日处理机的演变，系统功能的日益增强，应用领域的日处理机的演变，系统功能的日益增强，应用领域的日益扩大，发展异常迅速，更新换代十分频繁。益扩大，发展异常迅速，更新换代十分频繁。益扩大，发展异常迅速，更新换代十分频繁。益扩大，发展异常迅速，更新换代十分频繁。下页下页上页上页返回返回图库图库附：机床发展的历史附：机床发展的历史附：机床发展的历史附：机床发展的历史(lsh)(lsh)回顾回顾回顾回顾第2页/共38页第三页，共39页。1.1 概述概述(i sh

6、)采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床（采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床（采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床（采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床（NCNC机机机机床）。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、床）。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、床）。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、床）。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代品，

7、是现代品，是现代品，是现代(xindi)(xindi)制造技术的基础。机床控制也是数制造技术的基础。机床控制也是数制造技术的基础。机床控制也是数制造技术的基础。机床控制也是数控技术应用最早、最广泛的领域，数控机床的水平代表了控技术应用最早、最广泛的领域，数控机床的水平代表了控技术应用最早、最广泛的领域，数控机床的水平代表了控技术应用最早、最广泛的领域，数控机床的水平代表了当前的数控技术的性能、水平和发展方向，因此，本书将当前的数控技术的性能、水平和发展方向，因此，本书将当前的数控技术的性能、水平和发展方向，因此，本书将当前的数控技术的性能、水平和发展方向，因此，本书将以数控机床为主线，介绍数控

8、技术的有关内容。以数控机床为主线，介绍数控技术的有关内容。以数控机床为主线，介绍数控技术的有关内容。以数控机床为主线，介绍数控技术的有关内容。下页下页上页上页返回返回图库图库第3页/共38页第四页，共39页。1.1 概述概述(i sh)|NC机床机床(jchung)、加工中心、加工中心、FMC、FMS与与CIMS|数控机床数控机床(jchung)种类繁多，种类繁多，有钻铣镗类、车削类、有钻铣镗类、车削类、磨削类、电加工类、锻磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控他特殊用途的专用数控机床机床(jchung)等等，等等，凡是采用了数控技术进凡是采用了数控技

9、术进行控制的机床行控制的机床(jchung)统称统称NC机床机床(jchung)。|下页下页上页上页返回返回图库图库第4页/共38页第五页，共39页。1.1 概述概述(i sh)|NC机床与程控机床机床与程控机床|NC机床与程控机床与程控机床是两种不同含义的机机床是两种不同含义的机床，它们的控制要求和控床，它们的控制要求和控制对象有本质的不同。一制对象有本质的不同。一般来说，机床自动控制主般来说，机床自动控制主要包括三方面内容：要包括三方面内容：|1)机床动作机床动作(dngzu)顺序的程序控制，典型的顺序的程序控制，典型的有组合机床、自动生产线有组合机床、自动生产线等的流程与工步控制。其等的

10、流程与工步控制。其主要控制要求是根据机床主要控制要求是根据机床的动作的动作(dngzu)顺序表顺序表（如电磁阀等执行元件的（如电磁阀等执行元件的动作动作(dngzu)表）。按表）。按规定的顺序通过执行原件规定的顺序通过执行原件依次动作依次动作(dngzu)，完，完成机床的动作成机床的动作(dngzu)流程。流程。|下页下页上页上页返回返回图库图库第5页/共38页第六页，共39页。1.1 概述概述(i sh)|NC机床与程控机床机床与程控机床|2)主电机与辅助电机主电机与辅助电机的启动、停止、变速、的启动、停止、变速、冷却、润滑、排屑、自冷却、润滑、排屑、自动换刀等辅助机能的控动换刀等辅助机能的

11、控制。这些控制有的是实制。这些控制有的是实现机械加工必须的，有现机械加工必须的，有的是机床特殊动作和功的是机床特殊动作和功能方面的需要。它可以能方面的需要。它可以通过继电器、接触器、通过继电器、接触器、变频器、调速器等进行变频器、调速器等进行(jnxng)控制。控制。|对于只需要上述对于只需要上述1）、）、2）两方面控制的加工设）两方面控制的加工设备，称为程序控制机床，备，称为程序控制机床，简称程控机床。如：组简称程控机床。如：组合机床、自动生产线等。合机床、自动生产线等。可编程控制器可编程控制器（Programmable Controller），是实现以），是实现以上控制的最佳选择。上控制的

12、最佳选择。下页下页上页上页返回返回图库图库第6页/共38页第七页，共39页。1.1 概述概述(i sh)|NC机床与程控机床机床与程控机床|3)刀具（或坐标轴）刀具（或坐标轴）移动轨迹控制移动轨迹控制(kngzh)。对刀具。对刀具运动轨迹进行控制运动轨迹进行控制(kngzh)，使，使加工轮廓的必要条件，它包括移加工轮廓的必要条件，它包括移动速度控制动速度控制(kngzh)、移动位置、移动位置控制控制(kngzh)、移动轨迹控制、移动轨迹控制(kngzh)等几个方面的基本要求，等几个方面的基本要求，必须通过采用数控技术才能实现。必须通过采用数控技术才能实现。|在数控机床上，对于运动部在数控机床上

13、，对于运动部件的位移量控制件的位移量控制(kngzh)，一般，一般需要通过档铁、行程开关等检测需要通过档铁、行程开关等检测元件的发信和对执行元件的通断元件的发信和对执行元件的通断控制控制(kngzh)实现。即便采用了实现。即便采用了侍服驱动装置的程控机床，一般侍服驱动装置的程控机床，一般也只能对各运动部件的移动速度、也只能对各运动部件的移动速度、移动位置进行单独的控制移动位置进行单独的控制(kngzh)和调整，因此，程控机和调整，因此，程控机床能够实现点位控制床能够实现点位控制(kngzh)，但不能实现各部件间的但不能实现各部件间的“联动联动”，任意改变坐标轴（或刀具）在平任意改变坐标轴（或刀

14、具）在平面或空间的移动轨迹，故不能成面或空间的移动轨迹，故不能成为数控机床。为数控机床。下页下页上页上页返回返回图库图库第7页/共38页第八页，共39页。1.1 概述概述(i sh)|NC机床与程控机床机床与程控机床|在数控机床上，通过在数控机床上，通过数控系统的数控系统的“插补插补”运算，运算，实现了坐标轴的联动功能。实现了坐标轴的联动功能。它不仅可以控制移动部件它不仅可以控制移动部件的起点与终点坐标，而且的起点与终点坐标，而且还能同时控制各运动部件还能同时控制各运动部件每一时刻的速度和位移，每一时刻的速度和位移，以及以及(yj)各运动部件间的各运动部件间的相互关系，从而可以将工相互关系，从

15、而可以将工件加工要求的轮廓形状。件加工要求的轮廓形状。这是数控机床与其他机床这是数控机床与其他机床的本质区别，也是机床采的本质区别，也是机床采取数控技术的根本原因。取数控技术的根本原因。下页下页上页上页返回返回图库图库第8页/共38页第九页，共39页。1.1 1.1 概述概述概述概述(i sh)(i sh)下页下页上页上页返回返回|数控系统及其组成数控系统及其组成|机床数控系统的基本组成机床数控系统的基本组成|数控系统是所有数控设备的核心。数控系数控系统是所有数控设备的核心。数控系统的主要控制对象是坐标轴的位移（包括移动速统的主要控制对象是坐标轴的位移（包括移动速度、方向、和位置度、方向、和位

16、置(wi zhi)等），其控制信息主等），其控制信息主要来源于数控加工或运动控制程序。因此，作为要来源于数控加工或运动控制程序。因此，作为数控系统最基本的组成应该包括：程序的输入数控系统最基本的组成应该包括：程序的输入/输输出装置、数控装置、伺服驱动这三部分。出装置、数控装置、伺服驱动这三部分。|图库图库第9页/共38页第十页，共39页。1.1 概述概述(i sh)下页下页上页上页返回返回|数控系统及其组成数控系统及其组成|机床数控系统的基本组成机床数控系统的基本组成|（1）输入）输入/输出装置输出装置|输入输入/输出装置的主要输出装置的主要(zhyo)作用是进行数控作用是进行数控加工或运动控

17、制程序、加工与控制数据、机床参数以加工或运动控制程序、加工与控制数据、机床参数以及坐标轴位置、检测开关的状态等数据的输入、输出。及坐标轴位置、检测开关的状态等数据的输入、输出。键盘和显示器是任何数控设备必须的最基本的输入输键盘和显示器是任何数控设备必须的最基本的输入输出装置。此外，根据数控系统的不同，还可以配光电出装置。此外，根据数控系统的不同，还可以配光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。作为外围设备，计阅读机、磁带机或软盘驱动器等。作为外围设备，计算机是目前常用的输入算机是目前常用的输入/输出装置之一。输出装置之一。|图库图库第10页/共38页第十一页，共39页。1.1 1.1 概述概述概述概

18、述(i sh)(i sh)下页下页上页上页返回返回|数控系统及其组成数控系统及其组成|机床数控系统的基本组成机床数控系统的基本组成|（2）数控装置）数控装置|数控装置是数控系统的核心。它由输入数控装置是数控系统的核心。它由输入/输输出接口线路、控制器、运算器和存储器等部分组出接口线路、控制器、运算器和存储器等部分组成。数控装置的作用是将输入装置输入的数据，成。数控装置的作用是将输入装置输入的数据，通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译、运算通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译、运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各部分进行规定的动作。各部分进行

19、规定的动作。|在这些控制信息和指令中，最基本的是坐在这些控制信息和指令中，最基本的是坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移标轴的进给速度、进给方向和进给位移(wiy)量量指令；它经插补运算后生成，提供给伺服驱动，指令；它经插补运算后生成，提供给伺服驱动，经驱动器放大，最终控制坐标轴的位移经驱动器放大，最终控制坐标轴的位移(wiy)。它直接决定了刀具或坐标轴的移动轨迹。它直接决定了刀具或坐标轴的移动轨迹。|图库图库第11页/共38页第十二页，共39页。1.1 概述概述(i sh)下页下页上页上页返回返回|数控系统及其组成数控系统及其组成|机床数控系统的基本组成机床数控系统的基本组成|此外，根据系统

20、和设备的不同，如：在数控机此外，根据系统和设备的不同，如：在数控机床上，还可能有主轴的转速、转向和起、停指令；刀床上，还可能有主轴的转速、转向和起、停指令；刀具的选择和交换指令；冷却、润滑装置的起、停指令；具的选择和交换指令；冷却、润滑装置的起、停指令；工件的松开、夹紧指令；工作台的分度等辅助指令。工件的松开、夹紧指令；工作台的分度等辅助指令。在基本的数控系统中，它们是通过接口，以信号的形在基本的数控系统中，它们是通过接口，以信号的形式提供外部辅助控制装置，由外部辅助控制装置对以式提供外部辅助控制装置，由外部辅助控制装置对以上信号进行必要上信号进行必要(byo)的编译和逻辑运算，放大后驱的编译

21、和逻辑运算，放大后驱动相应的执行元件，带动机床机械部件、液压气动等动相应的执行元件，带动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成指令规定的动作。辅助装置完成指令规定的动作。|图库图库第12页/共38页第十三页，共39页。1.1 1.1 概述概述概述概述(i sh)(i sh)下页下页上页上页返回返回|数控系统及其组成数控系统及其组成|机床数控系统的基本组成机床数控系统的基本组成|（3）伺服驱动）伺服驱动|伺服驱动通常由伺服放大器（亦称：驱动器、伺服驱动通常由伺服放大器（亦称：驱动器、伺服单元）和执行机构等部分组成。伺服单元）和执行机构等部分组成。|在数控机床上，目前一般采用交流伺服电动机在数控机床

22、上，目前一般采用交流伺服电动机作为执行机构；在先进的高速加工机床上，已经开始作为执行机构；在先进的高速加工机床上，已经开始使用使用(shyng)直线电动机。直线电动机。|图库图库第13页/共38页第十四页，共39页。1.1 1.1 概述概述概述概述(i sh)(i sh)|数控系统及组成：数控系统及组成：|NC(CNC)、SV与与PC(PLC、PMC)|NC(CNC)：数控（：数控（Numerical Control）的常）的常用英文缩写。由于现代数控都采用了计算机控制，用英文缩写。由于现代数控都采用了计算机控制，因此，可以认为因此，可以认为NC 和和CNC 的含义完全等同。的含义完全等同。如

23、前所述，如前所述，NC(CNC)在广义上代表一种控制技在广义上代表一种控制技术术-数控技术；在狭义上代表一种控制系统的数控技术；在狭义上代表一种控制系统的实体实体-数控系统；此外数控系统；此外(cwi)，还可以代表，还可以代表 一种具体的控制装置一种具体的控制装置-数控装置。数控装置。下页下页上页上页返回返回图库图库第14页/共38页第十五页，共39页。1.1 1.1 概述概述概述概述(i sh)(i sh)|数控系统及组成：数控系统及组成：|NC(CNC)、SV与与PC(PLC、PMC)|SV ：伺服驱动（：伺服驱动（Servo Drive,简称伺服）的简称伺服）的常用英文缩写。按日本常用英

24、文缩写。按日本JIS标准规定的术语，标准规定的术语，它是它是“以物体的位置、方向、状态等作为空置以物体的位置、方向、状态等作为空置(kn zh)量，追踪目标值的任意变化的控制量，追踪目标值的任意变化的控制机构机构”。简言之，它是一种能够自动跟随目标。简言之，它是一种能够自动跟随目标位置等物理量的控制装置。位置等物理量的控制装置。|在数控机床上，伺服驱动的作用主在数控机床上，伺服驱动的作用主要有两个方面：一是按照数控装置给定的速度要有两个方面：一是按照数控装置给定的速度运行；二是按照数控装置给定的位置定位。因运行；二是按照数控装置给定的位置定位。因此，伺服驱动的精度和动态响应性能是影响数此，伺服

25、驱动的精度和动态响应性能是影响数控机床的加工进度、表面质量和生产率的重要控机床的加工进度、表面质量和生产率的重要因素之一。因素之一。下页下页上页上页返回返回图库图库第15页/共38页第十六页，共39页。1.2数控机床数控机床(sh kn j chun)的基本组成和工作原理的基本组成和工作原理|数控机床的基本组成数控机床的基本组成|在在数数控控机机床床上上，为为了了进进行行零零件件的的加加工工，可可以以通通过过如如下步骤进行：下步骤进行：|1）根根据据被被加加工工零零件件的的图图样样(tyng)与与工工艺艺方方案案，用用规规定定的的代代码码和和程程序序格格式式，将将刀刀具具的的移移动动轨轨迹迹、

26、加加工工工工艺艺过过程程、工工艺艺参参数数、切切削削用用量量等等编编写写成成数数控控系系统统能能够够识识别别的的指令形式。指令形式。|2）将所编写的加工程序输入数控装置。）将所编写的加工程序输入数控装置。|3）数数控控装装置置对对输输入入的的程程序序（代代码码）进进行行译译码码、运运算算处处理理，并并向向各各坐坐标标轴轴的的伺伺服服驱驱动动装装置置和和辅辅助助机机能能控控制制装装置发出响应的控制信号，以控制机床的各部件的运动。置发出响应的控制信号，以控制机床的各部件的运动。下页下页上页上页图库图库返回返回第16页/共38页第十七页，共39页。1.2数控机床数控机床(sh kn j chun)的

27、基的基本组成和工作原理本组成和工作原理|数控机床的基本组成数控机床的基本组成|4）在在运运动动过过程程中中，数数控控系系统统需需要要随随时时检检测测机机床床的的坐坐标标轴轴位位置置、行行程程开开关关的的状状态态等等，并并与与程程序序的的要要求求相相比比较较，以以决决定定下下一一步步动动作作，直直到到加加工工出出合合格格的的零零件。件。|5）操操作作者者可可以以随随时时对对机机床床的的加加工工情情况况、工工作作状状态态进进行行观观察察、检检查查，必必要要时时还还需需要要对对机机床床动动作作和和加加工工程程序序进进行行调调整整(tiozhng)，以以保保证证机机床床安安全全、可可靠地运行。靠地运行

28、。|由由此此可可知知，作作为为数数控控机机床床的的基基本本组组成成，它它应应包包括括：输输入入/输输出出装装置置、数数控控装装置置、伺伺服服驱驱动动和和反反馈馈装装置、辅助控制装置以及机床本体等部分置、辅助控制装置以及机床本体等部分。|（见图（见图1-1 ）数控机床的基本组成）数控机床的基本组成 下页下页上页上页图库图库返回返回第17页/共38页第十八页，共39页。1.2 1.2数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的的的的基本组成和工作原理基本组成和工作原理基本组成和工作原理基本组成和工作原理|数控机床的基本组成数控机床的基本组成|图图1-1

29、中中的的输输入入/输输出出装装置置、数数控控装装置置、伺伺服服驱驱动动和和反反馈馈装装置置构构成成了了机机床床数数控控系系统统，其其作作用用见见前前述述。测测量量装装置置的的作作用用是是检检测测数数控控机机床床坐坐标标轴轴的的实实际际(shj)位位置置和和移移动动速速度度，检检测测信信号号被被反反馈馈输输入入到到机机床床的的数数控控装装置置或或伺伺服服驱驱动动中中，数数控控装装置置或或伺伺服服驱驱动动对对反反馈馈的的实实际际(shj)位位置置和和速速度度与与给给定定值值进进行行比比较较，并并向向机机床床输输出出新新的的位位移移、速速度度指指令令。检检测测装装置置的的安安装装、检检测测信信号号反

30、馈的位置，决定于数控系统的结构形式。反馈的位置，决定于数控系统的结构形式。|下页下页上页上页图库图库返回返回第18页/共38页第十九页，共39页。1.2 1.2数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的的的的基本组成和工作原理基本组成和工作原理基本组成和工作原理基本组成和工作原理|数控机床的基本组成数控机床的基本组成|数数控控装装置置发发出出的的一一个个进进给给脉脉冲冲所所对对应应的的机机床床坐坐标标轴轴的的位位移移量量，称称为为数数控控机机床床的的最最小小移移动动单单位位，亦亦称称脉脉冲冲当当量量。根根据据机机床床精精度度(jn d)的的不不同

31、同，常常用用的的脉脉冲冲当当量量有有0.01mm、0.005mm、0.001mm等等，在在高高精精度度(jn d)数数控控机机床床上上，可可以以达达到到0.0005mm、0.0001mm甚至更小。甚至更小。|下页下页上页上页图库图库返回返回第19页/共38页第二十页，共39页。1.2 1.2数控机床的基本组成和工作数控机床的基本组成和工作数控机床的基本组成和工作数控机床的基本组成和工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理|数控机床的基本组成数控机床的基本组成|辅辅助助控控制制装装置置的的主主要要作作用用是是根根据据数数控控装装置置输输出出的的主主轴轴转转速速、转转向向和和启启停停指指令

32、令(zhlng)；刀刀具具的的选选择择和和交交换换指指令令(zhlng)；冷冷却却、润润滑滑装装置置的的启启停停指指令令(zhlng)；工工件件和和机机床床部部件件的的松松开开、夹夹紧紧与与工工作作台台转转位位等等辅辅助助指指令令(zhlng)所所提提供供的的信信号号，以以及及机机床床上上检检测测开开关关的的状状态态等等信信号号，经经过过必必要要的的编编译译和和逻逻辑辑运运算算，经经放放大大后后驱驱动动相相应应执执行行的的元元件件，带带动动机机床床机机械械部部件件、液液压压气气动动等等辅辅助助装装置置完完成成规规定定的的动动作作。辅助控制装置通常由辅助控制装置通常由PLC和强电控制回路构成。和

33、强电控制回路构成。下页下页上页上页图库图库返回返回第20页/共38页第二十一页，共39页。1.2 1.2数控机床的基本组成和工作数控机床的基本组成和工作数控机床的基本组成和工作数控机床的基本组成和工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理|数控机床的基本组成数控机床的基本组成|机机床床本本体体与与传传统统的的机机床床基基本本相相同同，它它也也是是由由主主传传动动系系统统、进进给给传传动动系系统统、床床身身、工工作作台台以以及及辅辅助助运运动动装装置置、液液压压气气动动系系统统、润润滑滑系系统统、冷冷却却装装置置等等部部分分组组成成。但但为为了了满满足足数数控控的的要要求求，充充分分发发挥

34、挥机机床床性性能能，它它在在总总体体布布局局、外外观观造造型型、传传动动系系统统结结构构、刀刀具具系系统统以以及及操操作作性性能能方方面面都都已已发发生生(fshng)了很大的变化。了很大的变化。下页下页上页上页图库图库返回返回第21页/共38页第二十二页，共39页。1.2数控机床的基本组成数控机床的基本组成(z chn)和工作原理和工作原理|数控机床的工作原理数控机床的工作原理|在在传传统统的的金金属属切切削削机机床床上上，零零件件加加工工是是由由操操作作者者根根据据图图样样的的要要求求，通通过过不不断断改改变变刀刀具具的的运运动动轨轨迹迹和和运运动动速速度度(sd)等等参参数数，使使刀刀具

35、具对对工工件件进进行行切切削削加工，最终加工出合格零件。加工，最终加工出合格零件。下页下页上页上页图库图库返回返回第22页/共38页第二十三页，共39页。1.2 1.2数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的基的基的基的基本组成和工作原理本组成和工作原理本组成和工作原理本组成和工作原理|数控机床的工作原理数控机床的工作原理|数数控控机机床床的的加加工工，其其实实质质是是应应用用了了“微微分分”原原理理。其工作原理与过程如下（如图其工作原理与过程如下（如图1-2所示）：所示）：|1）数数控控装装置置根根据据加加工工程程序序要要求求的的刀刀具具轨轨

36、迹迹，将将轨轨迹迹按按机机床床对对应应的的坐坐标标轴轴，以以最最小小移移动动量量（脉脉冲冲当当量量）进进行行微微分分（图图1-2中中的的X、Y），并并计计算算出出各各轴轴需需要要移移动动的脉冲数。的脉冲数。|2）通通过过(tnggu)数数控控装装置置的的插插补补软软件件或或插插补补运运算算器器，把把要要求求的的轨轨迹迹用用以以“最最小小移移动动单单位位”为为单单位位的的等等效折线进行拟合，并找出最接近理论轨迹的拟合折线。效折线进行拟合，并找出最接近理论轨迹的拟合折线。|3）数数控控装装置置根根据据拟拟合合折折线线的的轨轨迹迹，给给相相应应的的坐坐标标轴轴连连续续不不断断地地分分配配进进给给脉脉

37、冲冲，并并通通过过(tnggu)伺伺服服驱驱动动使机床坐标轴按分配的脉冲运动。使机床坐标轴按分配的脉冲运动。下页下页上页上页图库图库返回返回第23页/共38页第二十四页，共39页。1.2 1.2数控机床的基本数控机床的基本数控机床的基本数控机床的基本(jbn)(jbn)组成和工作组成和工作组成和工作组成和工作原理原理原理原理|数控机床的工作原理数控机床的工作原理|由由上上可可见见：第第一一、只只要要数数控控机机床床的的最最小小移移动动量量（脉脉冲冲当当量量）足足够够小小，所所用用的的拟拟合合折折线线就就安安全全可可以以等等效效代代替替理理论论曲曲线线；第第二二、只只要要改改变变坐坐标标轴轴的的

38、脉脉冲冲分分配配方方式式，既既可可以以改改变变拟拟合合折折线线的的形形状状，从从而而达达到到改改变变加加工工轨轨迹迹(guj)的的目目的的；第第三三、只只要要改改变变分分配配脉脉冲冲的的频频率率，既既可可以以改改变变坐坐标标轴轴（刀刀具具）的的运运动动速速度度。这这样样就就实实现现了了数数控控机机床床控控制制刀刀具具移移动动轨轨迹迹(guj)的的根根本本目目的的。以以上上根根据据给给定定的的数数学学函函数数，在在理理想想轨轨迹迹(guj)（轮轮廓廓）的的已已知知点点之之间间，通通过过数数据据点点的的变变化化，确确定定一一些些中中间间点点的的方方法法，称称为为插插补补。显显然然，当当数数控控机机

39、床床的的联联动动轴轴数数越越多多，机机床床加加工工轮轮廓廓的的性性能能就就越越强强。因因此此，联联动动轴轴的的数数量量是是衡衡量量数数控控机机床床性性能能的的重重要要技技术术指指标之一。标之一。下页下页上页上页图库图库返回返回第24页/共38页第二十五页，共39页。1.3 数控机床数控机床(sh kn j chun)的分类的分类 数控机床品种数控机床品种(pnzhng)规格繁多，对数控机床规格繁多，对数控机床的分类方法较多，但定义明确、分类较为确切的一的分类方法较多，但定义明确、分类较为确切的一般有下面几种分类方法。般有下面几种分类方法。下页下页上页上页图库图库返回返回按加工工艺方法按加工工艺

40、方法(fngf)分类分类 按伺服驱动的特点分类按伺服驱动的特点分类其他分类其他分类第25页/共38页第二十六页，共39页。1.3 1.3 数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的的的的分类分类分类分类下页下页上页上页图库图库返回返回第26页/共38页第二十七页，共39页。1.3 数控机床数控机床(sh kn j chun)的分类的分类下页下页上页上页图库图库返回返回锥度(zhud)电火花线切割机床 第27页/共38页第二十八页，共39页。1.3 数控机床数控机床(sh kn j chun)的分类的分类下页下页上页上页图库图库返回返回数控车床第2

41、8页/共38页第二十九页，共39页。1.3数控机床数控机床(sh kn j chun)的分的分类类|按加工按加工(ji gng)工艺方法分类：工艺方法分类：普通数控机床普通数控机床:普通数控机床是指加工用普通数控机床是指加工用途、加工工艺途、加工工艺(gngy)相对单一的相对单一的数控机床。数控机床。加工中心加工中心:在普通数控机床增加自动在普通数控机床增加自动换刀装置（换刀装置（ATC）可以成为加工中）可以成为加工中心心 下页下页上页上页图库图库返回返回第29页/共38页第三十页，共39页。1.31.3数控机床数控机床数控机床数控机床(sh(sh kn j kn j chun)chun)的分

42、类的分类的分类的分类|按伺服驱动的特点按伺服驱动的特点(tdin)分类：分类：开环控制开环控制(kngzh)数控机床数控机床 半闭环控制半闭环控制(kngzh)数控机床数控机床 闭环控制闭环控制(kngzh)数控机床数控机床下页下页上页上页图库图库返回返回第30页/共38页第三十一页，共39页。1.3数控机床数控机床(sh kn j chun)的分的分类类|按伺服驱动的特点按伺服驱动的特点(tdin)分类：分类：|开环控制数控机床开环控制数控机床下页下页上页上页图库图库返回返回 无位置反馈装置的数控机床称为开环控制数控机床。无位置反馈装置的数控机床称为开环控制数控机床。使用步进电动机（包括电液

43、脉冲马达）作为伺服执行元使用步进电动机（包括电液脉冲马达）作为伺服执行元件，是其最明显的特点。在开环控制数控机床中，数控件，是其最明显的特点。在开环控制数控机床中，数控装置输出的脉冲，经过步进驱动器的环形分配器或脉冲装置输出的脉冲，经过步进驱动器的环形分配器或脉冲分配软件的处理，并通过驱动电路进行功率放大，最终分配软件的处理，并通过驱动电路进行功率放大，最终控制了步进电动机的角位移。步进电动机再经过减速装控制了步进电动机的角位移。步进电动机再经过减速装置（或直接联接）带动了丝杆旋转，通过丝杆将角位移置（或直接联接）带动了丝杆旋转，通过丝杆将角位移转换为移动部件的直线位移。因此，控制步进电动机的

44、转换为移动部件的直线位移。因此，控制步进电动机的转角与转速，就可以转角与转速，就可以(ky)间接控制移动部件的移动速度间接控制移动部件的移动速度与位移量。与位移量。第31页/共38页第三十二页，共39页。1.31.3数控机床数控机床数控机床数控机床(sh(sh kn j kn j chun)chun)的分类的分类的分类的分类|按伺服驱动的特点分类按伺服驱动的特点分类(fn li)：|半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床下页下页上页上页图库图库返回返回 特点是：机床的转动丝杆或伺服电动机上装有角位移检特点是：机床的转动丝杆或伺服电动机上装有角位移检测装置（如光电编码器等），通过它检测丝杆的转角，

45、从而测装置（如光电编码器等），通过它检测丝杆的转角，从而间接地检测了移动部件的位移。角位移信号被反馈到数控装间接地检测了移动部件的位移。角位移信号被反馈到数控装置或伺服驱动中，实现了从数控装置到电动机输出转角间的置或伺服驱动中，实现了从数控装置到电动机输出转角间的闭环自动调节。同样闭环自动调节。同样(tngyng)，由于伺服电动机和丝杆相，由于伺服电动机和丝杆相连，通过丝杆将旋转活动转换为移动部件的直线位移，因此，连，通过丝杆将旋转活动转换为移动部件的直线位移，因此，间接控制了移动部件的移动速度与位移量。这种结构，只对间接控制了移动部件的移动速度与位移量。这种结构，只对电动机或丝杆的角位移进行

46、了闭环控制，没有实现对最终输电动机或丝杆的角位移进行了闭环控制，没有实现对最终输出的直线位移的闭环控制，故称为出的直线位移的闭环控制，故称为“半闭环控制半闭环控制”。第32页/共38页第三十三页，共39页。1.31.3数控机床数控机床数控机床数控机床(sh(sh kn j kn j chun)chun)的分的分的分的分类类类类|按伺服驱动按伺服驱动(q dn)的特点分类：的特点分类：|闭环控制数控机床闭环控制数控机床下页下页上页上页图库图库返回返回 特点是：机床移动部件上直接安装直线位移特点是：机床移动部件上直接安装直线位移(wiy)检检测装置，检测装着检测最终位移测装置，检测装着检测最终位移

47、(wiy)输出量。实际位移输出量。实际位移(wiy)值被反馈到数控装置或伺服驱动中，它可以直接与输值被反馈到数控装置或伺服驱动中，它可以直接与输入的指令位移入的指令位移(wiy)值进行比较，用误差进行控制，最终实值进行比较，用误差进行控制，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上说，对于这样的闭现移动部件的精确运动和定位。从理论上说，对于这样的闭环系统，其运动精度仅取决于检测装置的检测精度，它与机环系统，其运动精度仅取决于检测装置的检测精度，它与机械传动的误差无关，显然，其精度将高于半闭环系统。而且，械传动的误差无关，显然，其精度将高于半闭环系统。而且，它可以对传动系统的间隙、磨损能自动补偿

48、，其精度保持性它可以对传动系统的间隙、磨损能自动补偿，其精度保持性要比半闭环系统好得多。要比半闭环系统好得多。第33页/共38页第三十四页，共39页。1.3 1.3 数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的分类的分类的分类的分类下页下页上页上页图库图库返回返回 除以上两种分类方法以外，数控机床还可以按照功除以上两种分类方法以外，数控机床还可以按照功能水平、功能特点等不同的分类方法分类，但这些分类能水平、功能特点等不同的分类方法分类，但这些分类方法的定义均不够方法的定义均不够(bgu)确切，概念比较模糊，不同确切，概念比较模糊，不同种类机床之间很

49、难规定出明确的界限，在此从略。种类机床之间很难规定出明确的界限，在此从略。第34页/共38页第三十五页，共39页。1.4 1.4 数控机床数控机床数控机床数控机床(sh kn(sh kn j chun)j chun)的特点的特点的特点的特点|加工精度高|数控机床的脉冲当量小，位置分辨率高;数控系统具备误差自动补偿功能;数控机床的传动系统与机床结构设计，都具有比普通机床更高的刚度和稳定性，部件(bjin)的制造、装配精度均比较高，提高了机床本身的精度与稳定性;数控机床采用了自动加工方式，避免了加工过程中的人为干扰|机床的柔性高|改变加工零件只需要新编制（更换）程序，就能实现对不同零件的加工|自动

50、化程度高，劳动强度低|数控机床对零件的加工是根据事先编好的程序自动完成的。在正常加工过程中，操作者只要进行极为简单的操作，即可完成零件的自动加工，不需要进行繁杂的重复性手工操作，操作者的劳动强度可大为减少。此外，数控机床一般都具有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑装置，使操作者的劳动条件也得到了很大改善。下页下页上页上页图库图库返回返回第35页/共38页第三十六页，共39页。1.4 数控机床数控机床(sh kn j chun)的特点的特点|生产率高生产率高|在数控机床上，由于主轴的转速和在数控机床上，由于主轴的转速和进给量都可以任意选择进给量都可以任意选择(xunz)，由于数，由于数