1、第二章 數控機床的基本概念2.1、數控機床的定義1、數控機床的定義n定義：數控機床（Numerical Control Machine Tools）是采用數字技術形式控制的機床。用數字化的代碼將加工過程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對位移等信息用數字化的指令表示出來，通過（程序）介質送入計算機或數控系統經過譯碼、運算及處理，控制機床的刀具與工件的相對運動，加工出所需工件，這類機床即為數控（NC）機床。2、數控技術(NUMERICAL CONTROL） 概念:以數字化信息實現控制的應用技術 分類：a) 硬件數控技術(NC):以硬件作為控制器靠硬件完成運算;功能簡單;存儲量小b) 計

2、算機控制(CNC):以計算機作為控制器靠軟件完成運算;功能強大;存儲量大 數控系統對機床控制的類別:a) 順序控制（PLC）: 換刀、主軸調速、冷卻液關啟、工作臺限位等開關量的控制；b) 數字控制: 進給傳動控制，即對刀具、工作臺的運行順序、位移量以及速度實現控制。3、數控機床的優點n傳統機械式自動機床、仿形機床的缺點: 需要輔助工裝a) 自動機床需要制作凸輪、擋塊等輔助裝置b) 仿形機床需要制作標準零件 加工過程是模擬量傳遞 加工精度低 加工零件變更需重新準備輔助裝置n數控機床優點如下：1) 有利于提高加工精度，保證同批零件的一致性；2) 可以提高生產效率，一般可提高加工效率35倍；3）適合

3、于復雜形狀零件加工（只提高了編程難度，各種工裝大大減少）4) 有利于實現管理和機械加工的自動化。n數控機床不足之處如下：1) 設備造價昂貴，機時費用高；2) 工作環境要求苛刻的工作溫度、濕度、灰塵等；3) 工藝、編程、操作、維修保養人員素質要求高2.2、數控機床的組成1. 數控機床的主要組成部分1) NC程序(控制介質）n NC程序傳入NC機床的途徑: 穿孔紙帶 鍵盤手工輸入 拷貝：CF卡 I/O通訊接口：RS232(com),網卡n包含加工過程中的所有信息，主要有3種： 幾何信息（數字信息）：確定加工零件的幾何形狀， 如位移、圓心、曲面法矢量等. 輔助功能信息（M）：說明加工條件，如刀具幾何

4、參數、進給速度和主軸轉速、開關冷卻液、程序結束等. 準備功能信息（G）：說明插補類型、加工坐標平面、實現刀具半徑補償等.2) 數控裝置n由輸入裝置、存儲器、控制器、運算器和輸出裝置組成: 輸入裝置：接收外部的輸入程序 存儲器：對輸入程序進行存儲 控制器：控制和協調數控裝置各部分協調工作 運算器：接收控制信息，對幾何信息進行插補運算并向輸出裝置發出進給脈沖 輸出裝置：將脈沖輸出給伺服系統脈沖插補n脈沖當量：n概念：相對于每個脈沖信號，機床移動部件的位移量（包括移動量和轉動量）叫做脈沖當量（用來表示）。n單位：mm/脈沖、度/脈沖脈沖當量決定了NC機床的程序計算精度及程序小數點的位數和最小值。機床

5、坐標軸運動量=N* N為整數常用的脈沖當量：0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖0.01度/脈沖、0.005度/脈沖、0.001度/脈沖數控機床的插補插補概念：在數控加工時，數控裝置需要在規定加工輪廓的起點和終點之間進行中間點的坐標計算，然后按計算結果向各坐標軸插補類型: 直線(一次); 圓弧(二次)；空間樣條曲線(三次) （Page 80）數控裝置工作流程數控裝置工作流程（新）數控裝置數控系統不同的數控機床研制機構, 生產了不同的數控系統,即機床的同一運動,由于其數控系統的不同,其程序控制代碼不同。世界上比較著名的數控系統有:日本- FANUC 系列數控系統德國-

6、SIEMENS 系列數控系統HEIDENHAIN 系列數控系統荷蘭- PHILPIS CNC532 數控系統等現數控系統發展的趨勢: 統一、簡捷、可讀性強3) 伺服系統(數控機床運動的驅動裝置)伺服系統是數控裝置與機床本體間的傳動聯系環節，可以將來自數控裝置的脈沖信號轉換為機床移動部件的運動，使工作臺精確定位或按規定的軌跡做嚴格的相對運動，最后加工出符合圖紙的零件。構成: 驅動裝置、伺服電動機、傳動絲杠等工作過程：4) 機床本體n特點：指的是數控機床的機械構造實體。它與普通機床的差別，主要是機械傳動的結構和功能部件要求更高n組成：床身、導軌、運動部件、工作臺、刀庫、排屑器5) 檢測裝置n在機床

7、的坐標軸中安裝有光柵尺等來實時監測運動部分的位移量,并與理論值比較,以確定需補充的運動脈沖量。2 數控機床加工過程流程2.3、數控機床的分類1. 按工藝用途劃分n一般數控機床n數控銑床類別: 立銑、臥銑、龍門銑等用途: 二維輪廓、復雜結構、復雜型面等，可用于孔加工工作特點：切削時刀具運動方向不受方向限制n數控車床用途：用于加工回轉類零件，有臥車和立車工作特點：刀具不旋轉，零件旋轉刀具只做軸向與徑向移動n數控鏜床用途：用于加工精度較高的孔(G76)工作特點：工作時鏜刀只能沿機床主軸方向運動精度等級：0.01mm以內n數控鉆床用途：機械孔及電子線路孔加工(G81)工作特點：刀具旋轉,鉆孔時鉆頭只做

8、軸向進給效率極高：300-400孔分，孔徑：Min可達0.1mmn數控沖床用途：用于鈑金件的孔與形狀加工工作特點：工作時，沖頭不旋轉，只做軸向進給效率極高：300-500孔分n數控磨床用途：用于配合面的加工，表面質量精度高工作特點：磨頭高速旋轉,可做三個方向的運動加工二維型面、孔、較小的三維曲面，精度高,粗糙度小精度等級：0.005-0.001mm以內思考：孔的加工方法有哪些？n沖，線切割，鉆，（電火花），銑，鉸，車，鏜，磨n按照精度等級從低到高 n數控加工中心帶有刀庫及自動換刀裝置的數控機床，習慣上稱為加工中心Machining Center,可使多道工序在一次裝夾中完成，使加工精度和效率大

9、大提高。n加工中心的優點：1. 鉆，銑，鏜都可以做，可以減少機床數量，便于管理，對于多工序的零件只要一臺機床就能完成全部工序加工，并可以減少半成品的庫存率；2. 可以減少多次裝夾的定位誤差，提高零件加工精度；3. 由于工序集中，減少了輔助時間，提高了生產率；4. 對需要5軸加工的零件，一次裝夾，大大減少了專用工夾量具的數量，進一步縮短了生產準備時間，降低了成本。2.按運動軌跡劃分 點位控制（Position Control）數控機床：特點：只控制起點和終點的精確位置，與中間過程無關包括： 數控鉆、數控鏜、數控沖床和數控測量機共性：中間過程屬“非切削段”不可能走一個曲線路徑,中間過程不受控制，走

10、直線 點位直線控制數控機床Position andStraight Cut control：特點：這類機床不僅能保證刀具在相關點的定位，還要控制刀具沿某一個坐標軸方向作直線運動的速度和路線。它是點位控制和單坐標控制的結合，可有多個坐標但不能聯動，起終點之間屬“切削段”該類設備有：簡易數控車床、數控銑床等加工零件類型：帶臺階的圓柱零件、方形零件 輪廓控制數控機床Contour Control：聯動：實現兩個或兩個以上坐標做關聯運動控制內容：程序規定的軌跡、速度該類設備有：數控車床、數控銑床、數控磨床和電加工機床（線切割機床）等。加工零件類型：可加工曲線、曲面類零件3.按伺服系統控制方式劃分開環系

11、統：無反饋,精度低,中小型設備,成本低閉環系統：有反饋,精度高,精密、大型設備,成本高半閉環系統：有部分反饋,精度較高,中小型設備,成本適中n補償沒根上機床怎么處理？減速n哪種機床穩定性好？開環系統穩定性最好。差多少就是差多少，不易受外界因素干擾。軟件系統也是一樣，大的軟件系統，漏洞多例如windows，原來的dos系統要穩定的多，不容易死機。n三種機床的選用？三種機床的作用，根據被加工零件的精度來選擇采用何種機床。作用，體現在零件的加工精度上。4. 按同時控制的坐標軸劃分：坐標軸約定坐標軸及轉角是如何規定的?兩坐標、三坐標、四坐標、五坐標NC機床1 ）兩坐標NC機床：類型：線切割、二坐標銑（

12、二軸半）用途：可加工二維輪廓零件。2 ）三坐標聯動的NC機床:可實現X 、Y 、Z 三個坐標聯動用途：可用于加工曲面類零件3) 四坐標聯動:除、外還可和另一旋轉軸實現聯動用途：適合于加工各種曲面、四軸直紋面葉輪、螺旋類零件和平面內斜孔的殼體類零件。類別：按旋轉軸劃分：、與三坐標機床相比它的加工范圍、精度都得到了提高。4) 五坐標聯動:除、外還可和兩個旋轉軸實現聯動（、）結構：兩個旋轉坐標都在主軸上；兩個旋轉坐標都在工作臺上；一個旋轉坐標在主軸上，另一個在工作臺上常見形式：有搖籃式、立式、臥式、NC工作臺+NC分度頭、NC工作臺+90B軸、NC工作臺+45B軸、NC工作臺。用途：理論上可實現空間

13、在不干涉情況下任何復雜結構零件的加工，如加工曲面變斜角、各種葉輪、閉式葉盤、帶有空間斜孔的復雜殼體類零件2.4、數控加工中的幾個基本概念1. 機床的切削運動概念： 刀具相對工件運動，并進行切削的過程。切削運動是相對運動，一般視工件為靜止，而刀具運動。切削運動的構成：刀具的整體移動：平移 擺動刀具自身的旋轉運動2. 數控編程方法數控編程可以分為手工編程和自動編程兩種n手工編程：n是指編制零件數控加工程序的各個步驟，即從零件圖紙分析、工藝處理、確定加工路線和工藝參數、計算數控機床所需輸入的數據、編寫零件的數控加工程序單直至程序的檢驗，均由人工來完成。n自動編程n通過計算機來實現零件的數控編程工作，即把零件的幾何尺寸和數據輸入計算機，根據計算機建立的零件數學模型來計算刀具加工軌跡，生成數控加工程序的過程， 主要有APT語言編程和圖形編程。2.5、數控機床的特點與發展趨勢1. 現代數控機床的特點1)具有較大柔性2)能獲得較高的加工精度3)便于加工復雜形狀的零件4)機床的使用、維護技術要求高2. 數控機床的發展趨勢更高的速度和精度更高的可靠性更完善的功能2.6、高速銑削技術1.高速切削的定義2.