1、1 第十講第十講 一、內容一、內容： 1、數控技術數控技術 二、思考與分析：二、思考與分析： 1 1、什么是數控機床、什么是數控機床 2 2、數控機床的加工特點、數控機床的加工特點有哪些？有哪些？ 3 3、不適宜數控機床加工的范圍有哪些？不適宜數控機床加工的范圍有哪些？ 4 4、數控機床是怎樣分類的、數控機床是怎樣分類的? ? 5 5、數控系統組成數控系統組成部分有哪些？部分有哪些？ 2 第八章第八章 數控技術數控技術 1 1、數控的一般含義、數控的一般含義 數控即數字控制數控即數字控制(Numerical Control(Numerical Control縮寫為縮寫為NC)NC)， 是數字程

2、序控制的簡稱。是數字程序控制的簡稱。 2 2、數控機床的定義、數控機床的定義 通過加工程序編制工作，將其控制指令以數字信通過加工程序編制工作，將其控制指令以數字信 號號( (即數字碼和文字碼即數字碼和文字碼) )的方式記錄在信息介質上，經的方式記錄在信息介質上，經 計算和處理后，對機床各種動作的順序、位移量和速計算和處理后，對機床各種動作的順序、位移量和速 度實現自動控制的一門技術。度實現自動控制的一門技術。 3 3、數控與其他自動控制的區別、數控與其他自動控制的區別 ： 多軸自動車床、液壓仿形銑床及靠模車床等多軸自動車床、液壓仿形銑床及靠模車床等 機床進行的自動加工，其性質都不屬于數控，因為

3、它機床進行的自動加工，其性質都不屬于數控，因為它 們實施自動控制的方式是通過預先配置并調整好的凸們實施自動控制的方式是通過預先配置并調整好的凸 輪、擋塊、靠模板、行程輪、擋塊、靠模板、行程( (限位限位) )開關和液壓控制閥等開關和液壓控制閥等 裝置去完成的，而數控則是通過數字信息這一特定控裝置去完成的，而數控則是通過數字信息這一特定控 制指令，完成其復雜的自動控制功能。制指令，完成其復雜的自動控制功能。 3 一、數控機床的工作原理一、數控機床的工作原理 1 1、數控機床的構成、數控機床的構成 數控機床由三大部分組成數控機床由三大部分組成 （1 1）機床主體機床主體 （2 2）對數控機床進行指

4、揮、控制的）對數控機床進行指揮、控制的數控裝置數控裝置 （3 3）驅動機床執行機構實施運動的）驅動機床執行機構實施運動的伺服系統伺服系統 4 2、數控機床的工作過程 3、數控機床的工作原理數控機床的工作原理： 數控裝置內的計算機對以數控裝置內的計算機對以 數字和字符編碼方式所記錄的信息進行一系列處理后，數字和字符編碼方式所記錄的信息進行一系列處理后， 向機床進給等執行機構發出命令，執行機構則按其命令向機床進給等執行機構發出命令，執行機構則按其命令 對加工所需各種動作如刀具相對工件的運動軌跡、位移對加工所需各種動作如刀具相對工件的運動軌跡、位移 量和速度等實現自動控制，從而完成工件的加工。量和速

5、度等實現自動控制，從而完成工件的加工。 零 件 圖 樣 程 序 設 計 程 序 編 制 指令信息 輸入裝置 數 控 裝 置 伺 服 系 統 機 床 主 體 制 成 零 件 加工驅動命令 送進 輸入 記錄 輸入 處理格式 5 二、數控機床的加工特點二、數控機床的加工特點 1 1、數控機床的加工特點、數控機床的加工特點 (1)(1)能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件。能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件。 殼體零件不開敞內腔中的成型面，以及殼體零件不開敞內腔中的成型面，以及“口小肚大口小肚大”類內類內 成型面零件等。成型面零件等。 (2)(2)能加工超精零件。能加工超精零件。 在高精

6、度的數控機床上，可加工出幾何輪廓精度極高在高精度的數控機床上，可加工出幾何輪廓精度極高( (達達 0 000 l mm)00 l mm)、表面粗糙度數值極小、表面粗糙度數值極小(Ra(Ra達達0 00202m)m)的超精的超精 零件，如復印機中的回轉鼓及激光打印機上的多面反射體等。零件，如復印機中的回轉鼓及激光打印機上的多面反射體等。 (3)(3)能加工普通機床不能能加工普通機床不能( (或不便或不便) )加工的多種零件加工的多種零件。 用數學模型描述的復雜曲線類零件及三維空間曲面類零用數學模型描述的復雜曲線類零件及三維空間曲面類零 件，以及高速車削無退刀槽的螺紋零件及表面粗糙度要求一件，以及

7、高速車削無退刀槽的螺紋零件及表面粗糙度要求一 致的變徑表面致的變徑表面( (端面、球面、大錐角的圓錐面端面、球面、大錐角的圓錐面) )類零件。類零件。 (4)(4)能加工經一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件。能加工經一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件。 在加工中心機床上可方便地實現對箱體類零件進行鉆孔、在加工中心機床上可方便地實現對箱體類零件進行鉆孔、 擴孔、鏜孔及攻螺紋、銑削端面等多道工序的加工。擴孔、鏜孔及攻螺紋、銑削端面等多道工序的加工。 6 (5) (5) 一臺數控機床可同時加工兩個或多個相同的零件，也可一臺數控機床可同時加工兩個或多個相同的零件，也可 同時加工多工序的不同

8、零件。同時加工多工序的不同零件。 在六軸控制的數控車床及交換工作臺加工中心上就能快在六軸控制的數控車床及交換工作臺加工中心上就能快 捷地加工出這類零件。捷地加工出這類零件。 (6)(6)減輕操作者的勞動強度和緊張程度，改善操作者的勞動條減輕操作者的勞動強度和緊張程度，改善操作者的勞動條 件。件。 自動化程度很高刀具的進給運動外，零件的裝夾、刀具自動化程度很高刀具的進給運動外，零件的裝夾、刀具 的更換、切屑的排除等項工作均能自動完成。的更換、切屑的排除等項工作均能自動完成。 (7)(7)縮短加工的準備時間，降低生產費用。縮短加工的準備時間，降低生產費用。 一般可省去前期劃線、中間檢驗等工作，通常

9、還可省去復一般可省去前期劃線、中間檢驗等工作，通常還可省去復 雜的工裝，減少對零件的安裝、調整等工作的時間。雜的工裝，減少對零件的安裝、調整等工作的時間。 (8)(8)較大地提高生產率較大地提高生產率。 能通過選用最佳工藝路線和切削用量，有效地減少加工中能通過選用最佳工藝路線和切削用量，有效地減少加工中 的輔助時間。的輔助時間。 (9)(9)新產品開發、原產品的改進與改型提供了方便。新產品開發、原產品的改進與改型提供了方便。 能通過修改加工程序，為科研產品設計工作的反復調整創能通過修改加工程序，為科研產品設計工作的反復調整創 造了良好的條件，從而大大地縮短了研制、定型的周期。造了良好的條件，從

10、而大大地縮短了研制、定型的周期。 7 2不適宜數控機床加工的范圍 生產效率和經濟效益沒有明顯優勢。 (1)(1)加工輪廓簡單、精度要求低或生產批量又特別大加工輪廓簡單、精度要求低或生產批量又特別大 的零件。的零件。 (2)(2)裝夾困難或必須依靠人工找正、定位才能保證其裝夾困難或必須依靠人工找正、定位才能保證其 加工精度的單件零件。加工精度的單件零件。 (3)(3)加工余量特別大，或材質及余量都不均勻的坯件。加工余量特別大，或材質及余量都不均勻的坯件。 (4)(4)加工中，刀具的質量加工中，刀具的質量( (主要是耐用度主要是耐用度) )特別差時。特別差時。 8 三、三、 數控機床的坐標系數控機

11、床的坐標系 1 1、數控機床的坐標軸、數控機床的坐標軸 （1 1）坐標軸和運動方向命名的）坐標軸和運動方向命名的 原則原則 1 1）標準的坐標系是一個）標準的坐標系是一個右手直右手直 角笛卡爾坐標系角笛卡爾坐標系。 2 2） 坐標軸是假定刀具相對于假定刀具相對于 靜止的工件運動。靜止的工件運動。 當工件運動時，在坐標軸當工件運動時，在坐標軸 符號上加符號上加“ ”表示。表示。 3)3)刀具遠離工件的運動方向刀具遠離工件的運動方向 為為坐標的正方向坐標的正方向。 4)4)機床旋轉坐標運動的正方機床旋轉坐標運動的正方 向是按照向是按照右旋螺紋右旋螺紋進入工件的進入工件的 方向。如車床主軸順時針轉的

12、方向。如車床主軸順時針轉的 方向即為方向即為“+C+C”。 9 （2 2）Z Z 坐標軸的規定坐標軸的規定 1 1）在機床坐標系中，規定傳遞切削動力的主軸軸線為）在機床坐標系中，規定傳遞切削動力的主軸軸線為Z Z坐標軸。坐標軸。 2 2）對于沒有主軸的機床（如數控龍門刨床），則規定）對于沒有主軸的機床（如數控龍門刨床），則規定 Z Z 坐標軸垂直于工件裝夾面方向。坐標軸垂直于工件裝夾面方向。 3 3）如機床上有多個主軸，則選一垂直于工件裝夾面的主軸作為主要的主軸。）如機床上有多個主軸，則選一垂直于工件裝夾面的主軸作為主要的主軸。 4 4）當主軸始終平行于標準坐標系的一個坐標，則該坐標即為）當主

13、軸始終平行于標準坐標系的一個坐標，則該坐標即為 Z Z 坐標，例如臥式銑床的水坐標，例如臥式銑床的水 平主軸。平主軸。 10 （3 3）X X 坐標軸坐標軸 1 1）X X 坐標是水平的，它平行于工件的裝夾面。坐標是水平的，它平行于工件的裝夾面。 2 2）對工件旋轉的機床，）對工件旋轉的機床，X X 坐標的方向在工件的徑向上，并且坐標的方向在工件的徑向上，并且 平行于橫滑座。平行于橫滑座。 3 3）刀具旋轉的機床，如）刀具旋轉的機床，如 Z Z 坐標是水平坐標是水平( (臥式臥式) )的，當從主要刀的，當從主要刀 具的主軸向工件看時，具的主軸向工件看時，+X+X坐標方向指向右方；如坐標方向指向

14、右方；如z z坐標是垂直坐標是垂直 ( (立式立式) )的，對單立柱機床，當從主要刀具的主軸向立柱看時，的，對單立柱機床，當從主要刀具的主軸向立柱看時， +X+X坐標方向指向右方。坐標方向指向右方。 4 4）對刀具或工件均不旋轉的機床）對刀具或工件均不旋轉的機床( (如刨床如刨床) )，X X坐標平行于主要坐標平行于主要 切削方向，并以該方向為正方向。切削方向，并以該方向為正方向。 （4 4）Y Y坐標軸坐標軸 y y坐標軸根據坐標軸根據Z Z和和X X坐標軸，按照右手直角笛卡爾坐標系確定。坐標軸，按照右手直角笛卡爾坐標系確定。 （5 5）如在）如在X X、y y、Z Z主要直線運動之外另有第

15、二組平行于它們主要直線運動之外另有第二組平行于它們 的運動，可分別將它們的坐標指定為的運動，可分別將它們的坐標指定為U U、v v、W W。 （6 6）旋轉坐標）旋轉坐標A A、B B、C C。 分別表示其軸線為平行于分別表示其軸線為平行于X X、y y、z z坐坐 標軸的旋轉坐標。如標軸的旋轉坐標。如+A+A表示在表示在+x+x坐標軸方向按用右旋螺紋旋坐標軸方向按用右旋螺紋旋 轉的方向。轉的方向。 11 2 2、機床坐標系的確定方法及應用、機床坐標系的確定方法及應用 （1 1）機床坐標系的確定方法）機床坐標系的確定方法 1)1)坐標軸的確定方法坐標軸的確定方法 ： 一般先確定一般先確定“Z

16、Z”坐標軸，再按規定確定其坐標軸，再按規定確定其“X X”坐標軸，最后用坐標軸，最后用 右手螺旋定則確定右手螺旋定則確定“Y Y”坐標軸。坐標軸。 2)2)機床坐標系的原點機床坐標系的原點 ：機床坐標系原點又稱機床零位或機床零點，該零點是在機床設：機床坐標系原點又稱機床零位或機床零點，該零點是在機床設 計時規定的，以零點限位和撞塊為標記，可設定在各坐標軸位移的不同位置。計時規定的，以零點限位和撞塊為標記，可設定在各坐標軸位移的不同位置。 （2 2）機床坐標系原點的用途）機床坐標系原點的用途 機床坐標系原點用于數控系統某些功能的啟動，如螺紋插補功能及各坐標機床坐標系原點用于數控系統某些功能的啟動

17、，如螺紋插補功能及各坐標軟限軟限位的設位的設 定。還用于加工程序編制時選擇工件坐標系相對機床坐標系原點的位置等，在機床設計中定。還用于加工程序編制時選擇工件坐標系相對機床坐標系原點的位置等，在機床設計中 常用作換刀位置。常用作換刀位置。 12 3 3、工件坐標系、工件坐標系 工件坐標系是編程人員在編程工件坐標系是編程人員在編程 時使用的，由編程人員以工件時使用的，由編程人員以工件 圖紙上的某一固定點為原點圖紙上的某一固定點為原點 （也稱工件原點）所建立的坐（也稱工件原點）所建立的坐 標系，編程尺寸都按工件坐標標系，編程尺寸都按工件坐標 系中的尺寸確定。系中的尺寸確定。 在加工時，工件隨夾具在機

18、床上安裝后，測量工件在加工時，工件隨夾具在機床上安裝后，測量工件 原點與機床原點間的距離（通過測量某些基準面、線原點與機床原點間的距離（通過測量某些基準面、線 之間的距離來確定），這個距離稱為之間的距離來確定），這個距離稱為工件原點偏置工件原點偏置 （是機床原點在工件坐標系中的絕對坐標值），如圖（是機床原點在工件坐標系中的絕對坐標值），如圖 所示。所示。 編程時，該偏置值可預存到數控系統，在加工時，編程時，該偏置值可預存到數控系統，在加工時， 工件原點偏置值便能自動加到機床坐標系上，使數控工件原點偏置值便能自動加到機床坐標系上，使數控 系統可按機床坐標系確定加工時的坐標值。系統可按機床坐標系確

19、定加工時的坐標值。 13 4 4、絕對坐標與相對坐標、絕對坐標與相對坐標 運動軌跡的終點坐標是相對于起運動軌跡的終點坐標是相對于起 點計量的坐標系，點計量的坐標系，稱為相對坐標系稱為相對坐標系 （或增量坐標系）。（或增量坐標系）。 所有坐標點的坐標值均從某一固所有坐標點的坐標值均從某一固 定坐標原點計量的坐標系，稱定坐標原點計量的坐標系，稱為絕對為絕對 坐標系。坐標系。 在圖中的在圖中的A A、B B兩點，若以絕對坐標計，兩點，若以絕對坐標計， 則則 xAxA3030，yAyA3535，xBxB1212，yByB 1515 若以相對坐標計，則若以相對坐標計，則B B點的坐標是點的坐標是 在以在

20、以A A為原點建立起來的坐標系內計為原點建立起來的坐標系內計 量的，則終點量的，則終點B B的相對坐標為：的相對坐標為：xBxB 1818，yByB2020，其中負號表示，其中負號表示B B點點 在在X X、Y Y軸的負向。軸的負向。 在編程時，可根據具體機床的坐標系，在編程時，可根據具體機床的坐標系， 從編程方便（如根據圖紙尺寸的標注從編程方便（如根據圖紙尺寸的標注 方式）及加工精度要求選用坐標系的方式）及加工精度要求選用坐標系的 類型。類型。 14 四、四、 數控機床的分類數控機床的分類 1 1、按機床的工藝用途分類、按機床的工藝用途分類 有有普通數控機床、加工中心普通數控機床、加工中心(

21、 (機床機床) )、多坐標數控機床多坐標數控機床 及及特種數控機床特種數控機床。 （1 1）特種數控機床）特種數控機床：常見的有數控線切割機床，數：常見的有數控線切割機床，數 控激光加工控激光加工( (切割、打孔、焊接等切割、打孔、焊接等) )機床，數控火焰切機床，數控火焰切 割機床及數控彎管機床等。割機床及數控彎管機床等。 （2 2）普通數控機床普通數控機床：是與傳統的普通機床工藝可行：是與傳統的普通機床工藝可行 性相似的各種數控機床的統稱。有性相似的各種數控機床的統稱。有數控車床數控車床、數控銑數控銑 床床、數控刨床數控刨床、數控鏜床數控鏜床、數控鉆床數控鉆床及及數控電加工機數控電加工機

22、床床等。等。 還可進行更細的分類。普通數控車床還可分為還可進行更細的分類。普通數控車床還可分為臥式、臥式、 立式、卡盤式和頂尖式數控車床立式、卡盤式和頂尖式數控車床等。等。 15 數控車床 16 車銑復合中心 17 全功能數控銑床 18 高速數控銑床 19 立式數控銑床 20 立式加工中心 21 （3 3）加工中心）加工中心 數控加工中心機床簡數控加工中心機床簡 稱加工中心稱加工中心( (即即MC)MC)，是帶，是帶 有刀具庫和自動換刀裝置，有刀具庫和自動換刀裝置， 并具有多種工藝手段的數并具有多種工藝手段的數 控機床，其典型是鏜、銑控機床，其典型是鏜、銑 加工中心，如圖所示。加工中心，如圖所

23、示。 加工中心設置有刀具加工中心設置有刀具 庫和相應的換刀機構，其庫和相應的換刀機構，其 刀庫中可存放幾把至幾百刀庫中可存放幾把至幾百 把不同類型的刀具或檢測把不同類型的刀具或檢測 用工具。這些刀具或檢具用工具。這些刀具或檢具 在加工過程中通過加工程在加工過程中通過加工程 序可自動進行選用及更換。序可自動進行選用及更換。 圖所示加工中心的刀庫容圖所示加工中心的刀庫容 量為量為1616把。把。 加工中心的特點加工中心的特點 是零件經一次裝夾后，能自動進行是零件經一次裝夾后，能自動進行 多工序多工序( (如鉆、鉸、鏜、銑及攻螺紋等如鉆、鉸、鏜、銑及攻螺紋等) ) 的連續加工，以省去較多的工裝及專用

24、的連續加工，以省去較多的工裝及專用 機床，其加工的典型零件以復雜精密的機床，其加工的典型零件以復雜精密的 箱體一類居多。箱體一類居多。 加工中心可劃分為多種類別，除常見的加工中心可劃分為多種類別，除常見的 臥式、立式、單柱、雙柱臥式、立式、單柱、雙柱( (龍門式龍門式) )加工加工 中心外，還有單工作臺、多工作臺及復中心外，還有單工作臺、多工作臺及復 合合( (五面五面) )加工中心等。加工中心等。 22 2、按控制運動的軌跡分類 （1）點位控制數控機床 點位控制數控機床的機械運動實行點到點的準確定位控制， 而對其點到點之間的運動軌跡不作要求，這是因為刀具在其 定位運動的過程中不進行切削，而以

25、快速進給到定位位置(即 不與工件接觸)，如圖所示。 有數控鉆床、數控沖床、數控坐標鏜床、數控元件插裝機及 數控測量機床等。 23 （2）直線控制數控機床直線控制數控機床 這類機床的機械運動方式除了要控制刀具相對于這類機床的機械運動方式除了要控制刀具相對于 工件工件( (或工作臺或工作臺) )的起點和終點的準確位置外，還要控的起點和終點的準確位置外，還要控 制每一程序段的起點與終點間的位移過程，即使刀具制每一程序段的起點與終點間的位移過程，即使刀具 以給定的進給速度作平行于某一坐標軸方向的直線運以給定的進給速度作平行于某一坐標軸方向的直線運 動，有動，有數控車床數控車床和和數控磨床數控磨床等。等

26、。 24 （3）連續控制數控機床 連續控制數控機床又稱為輪廓控制數控機床。它能連續控制數控機床又稱為輪廓控制數控機床。它能 夠同時對兩個或兩個以上的坐標進行控制，從而按給夠同時對兩個或兩個以上的坐標進行控制，從而按給 定的規律和速度進行準確的輪廓控制，使其運動軌跡定的規律和速度進行準確的輪廓控制，使其運動軌跡 成為所需要的直線、曲線或曲面，如圖所示。成為所需要的直線、曲線或曲面，如圖所示。 有有凸輪磨床、齒輪加工機床及線切割機床等凸輪磨床、齒輪加工機床及線切割機床等。 25 3 3、按伺服系統的類別分類按伺服系統的類別分類 按照控制方式分為三類按照控制方式分為三類 （1 1）開環控制數控機床）

27、開環控制數控機床 26 （2）閉環伺服系統閉環伺服系統 也被稱為誤差控制的隨動系統。按系統中位置測量元件安裝的不同也被稱為誤差控制的隨動系統。按系統中位置測量元件安裝的不同 方式，又分為方式，又分為全閉環全閉環和和半閉環半閉環伺服系統伺服系統。 數控 裝置 伺服 放大 器 伺服 電機 機械 傳動 裝置 機床 工作 臺 測量反 饋裝置 全閉環伺服系統 半閉環伺服系統 27 （1 1）兩坐標數控機床兩坐標數控機床 指可以控制兩個坐標指可以控制兩個坐標 軸軸( (其控制方式能夠聯其控制方式能夠聯 動動) )加工曲線輪廓零件加工曲線輪廓零件 的機床。的機床。 有有數控車床；數控線切數控車床；數控線切

28、割機床、簡易數控銑床割機床、簡易數控銑床 等。等。 4、按控制的坐標軸數分類按控制的坐標軸數分類 數控機床在加工零件時，常常要控制兩個或兩個以上數控機床在加工零件時，常常要控制兩個或兩個以上 坐標軸方向的運動。在一臺數控機床上，可以對幾個坐標坐標軸方向的運動。在一臺數控機床上，可以對幾個坐標 軸方向的運動進行數字控制，這臺機床就稱為軸方向的運動進行數字控制，這臺機床就稱為“幾幾”坐標坐標 數控機床。數控機床。 28 （2 2）三坐標數控機床三坐標數控機床 聯動控制的坐標軸均為三軸的輪廓控制機床。聯動控制的坐標軸均為三軸的輪廓控制機床。 可以加工空間曲面。可以加工空間曲面。 最典型的是數控立式升

29、降臺銑床最典型的是數控立式升降臺銑床 29 （3 3）兩軸半數控機床兩軸半數控機床 有有x x、y y、Z Z三個可以控制的坐標軸，但能同時進行三個可以控制的坐標軸，但能同時進行 聯動控制的坐標軸只是其中的任意兩個，即聯動控制的坐標軸只是其中的任意兩個，即x xy y、 x xz z或或y yZ Z。第三。第三軸軸僅能作等距的周期移動。僅能作等距的周期移動。 有經濟型有經濟型數控銑床和數控鉆床數控銑床和數控鉆床等。等。 30 （4 4）多坐標數控機床多坐標數控機床 其聯動控制坐標軸及可以控制其聯動控制坐標軸及可以控制 的坐標軸均為四軸或四軸以上的機的坐標軸均為四軸或四軸以上的機 床，通稱為多坐

30、標數控機床。床，通稱為多坐標數控機床。 這類數控機床的控這類數控機床的控- -精度較高，精度較高， 加工零件的形狀多為空間曲面，但加工零件的形狀多為空間曲面，但 編制加工程序的工作復雜，一般需編制加工程序的工作復雜，一般需 要配合自動編程機，故適宜加工形要配合自動編程機，故適宜加工形 狀特別復雜、精度要求較高的零件，狀特別復雜、精度要求較高的零件， 如圖所示的特殊渦輪轂上的曲面葉如圖所示的特殊渦輪轂上的曲面葉 輪。輪。 31 5 5、其他分類方式其他分類方式 還可按數控系統的性能價格比分為還可按數控系統的性能價格比分為經濟型經濟型數控機床、數控機床、全全 功能型功能型數控機床和數控機床和超級數

31、控機床超級數控機床；按其插補功能又可分為；按其插補功能又可分為直直 線、圓弧和非圓曲線插補線、圓弧和非圓曲線插補數控機床等。以下簡介按數控系統數控機床等。以下簡介按數控系統 的性能與價格比所分的三種數控機床：的性能與價格比所分的三種數控機床： （1 1）經濟型數控機床經濟型數控機床 用經濟型數控系統裝備的機床稱為用經濟型數控系統裝備的機床稱為 經濟型數控機床。經濟型數控機床。 32 這類機床的數控系統主要采用性能較佳而價格這類機床的數控系統主要采用性能較佳而價格 低廉的單扳機、單片機、微型計算機進行控制，其低廉的單扳機、單片機、微型計算機進行控制，其 數控機床的結構一般較簡單，且功能簡化、針對

32、性數控機床的結構一般較簡單，且功能簡化、針對性 強、加工的基本功能齊備、精度適中、整臺機床的強、加工的基本功能齊備、精度適中、整臺機床的 價格僅為同類全功能數控機床的價格僅為同類全功能數控機床的1 11010一一1 18 8。這類。這類 機床特別適合我國的國情，除了應用面很廣的車、機床特別適合我國的國情，除了應用面很廣的車、 銑、鉆等普通的經濟型數控機床外，經濟型的數控銑、鉆等普通的經濟型數控機床外，經濟型的數控 沖壓機、繞線機、紡捻機及元件插裝機等也在不斷沖壓機、繞線機、紡捻機及元件插裝機等也在不斷 涌現出來。涌現出來。 經濟型數控機床不僅在我國受到高度重視，在經濟型數控機床不僅在我國受到高

33、度重視，在 發達的工業國家發達的工業國家( (如日本、美國、德國、荷蘭和加拿如日本、美國、德國、荷蘭和加拿 大等大等) )中，也受到青睞。中，也受到青睞。 33 （2 2）全功能型數控機全功能型數控機 床床 全功能型數控機全功能型數控機 床又稱為多功能型或床又稱為多功能型或 萬能型數控機床。這萬能型數控機床。這 類機床的總體結構先類機床的總體結構先 進，控制功能齊全，進，控制功能齊全， 輔助功能完善，加工輔助功能完善，加工 的自動化程度比經濟的自動化程度比經濟 型數控機床高，穩定型數控機床高，穩定 性和可靠性也較好，性和可靠性也較好， 適合于加工精度較高適合于加工精度較高 的零件。圖為的零件。

34、圖為XK5040AXK5040A 立式數控銑床。立式數控銑床。 34 （3 3）超級數控機床超級數控機床 所謂超級數控機床，指已超越單機數控的概念，其構成所謂超級數控機床，指已超越單機數控的概念，其構成 更加先進，是適應功能和管理功能很強、自動化程度也更高更加先進，是適應功能和管理功能很強、自動化程度也更高 的的機床群機床群。 1)1)柔性制造單元柔性制造單元(FMC) (FMC) 柔性是指無論在硬件或軟件方柔性是指無論在硬件或軟件方 面，機床都能多方面適應不同加工對象與工藝方法的特性。面，機床都能多方面適應不同加工對象與工藝方法的特性。 柔性制造單元是在加工中心及車削中心的基礎上發展起柔性制

35、造單元是在加工中心及車削中心的基礎上發展起 來的，一般由來的，一般由3 35 5臺數控機床、內部輸送裝置及實施中央管臺數控機床、內部輸送裝置及實施中央管 理的控制裝置等組成，可以在不同的機床或同一臺機床上進理的控制裝置等組成，可以在不同的機床或同一臺機床上進 行不同零件的同步加工，使生產率大大提高。行不同零件的同步加工，使生產率大大提高。 2)2)柔性制造系統柔性制造系統(FMS) (FMS) 柔性制造系統由數臺數控機床柔性制造系統由數臺數控機床 ( (主要主要加工中心加工中心) )、物料傳輸裝置、物料傳輸裝置( (包括工業機器人、自動立包括工業機器人、自動立 體倉庫、無人運輸車等體倉庫、無人

36、運輸車等) )和多臺大型計算機和多臺大型計算機( (包括工廠主控計包括工廠主控計 算機，中央管理、監控及仿真計算機算機，中央管理、監控及仿真計算機) )系統等組成，可以同時系統等組成，可以同時 加工裝配和檢驗上千種零件，并能實現加工裝配和檢驗上千種零件，并能實現2424小時無人化運轉。小時無人化運轉。 例如，日本法那克公司曾有一條由例如，日本法那克公司曾有一條由6060臺數控機床，臺數控機床，5252個工業個工業 機器人、兩臺無人運輸車和一個自動化立體倉庫組成的柔性機器人、兩臺無人運輸車和一個自動化立體倉庫組成的柔性 制造系統，月產伺服電機一萬多臺。制造系統，月產伺服電機一萬多臺。 35 3)

37、3)計算機集成制造系統計算機集成制造系統(CIMS)(CIMS) 該系統由工廠加工過程自動化與產品設計及經營管理自該系統由工廠加工過程自動化與產品設計及經營管理自 動化等系統組成，從而構成一個優化和完整的自動化生產大系統。動化等系統組成，從而構成一個優化和完整的自動化生產大系統。 應用計算機集成制造系統可以實現腦力勞動自動化和機器的智能化。它不僅使生產應用計算機集成制造系統可以實現腦力勞動自動化和機器的智能化。它不僅使生產 效率極大提高，而且使產品質量提高、生產周期縮短和產品更新換代速度加快。可以預料，效率極大提高，而且使產品質量提高、生產周期縮短和產品更新換代速度加快。可以預料， 機械制造技

38、術第三次歷史性的變革，將使機械制造業的面貌發生更加深刻的變化，機械制造技術第三次歷史性的變革，將使機械制造業的面貌發生更加深刻的變化，CIMSCIMS 也必將在今后工業企業中占有主導地位。也必將在今后工業企業中占有主導地位。 36 五、五、 數控機床的組成數控機床的組成 （一）輔助裝置（一）輔助裝置 1 1、 輸入裝置輸入裝置 （1 1）輸入裝置輸入裝置：它將準確可靠地接收信息介質上所記錄的：它將準確可靠地接收信息介質上所記錄的“工工 程語言程語言”，運算及操作指令等原始數據，轉變為數控裝置能，運算及操作指令等原始數據，轉變為數控裝置能 處理的信息，并同時輸送給數控裝置。處理的信息，并同時輸送

39、給數控裝置。 （2 2） 輸入信息的方式輸入信息的方式分分手工輸入手工輸入和和自動輸入自動輸入。進行手工輸入。進行手工輸入 時，其數控裝置大多數為數控系統操作面板上的鍵盤。時，其數控裝置大多數為數控系統操作面板上的鍵盤。 手工輸入簡單、方便，但輸入數度慢，容易出錯。現代數控手工輸入簡單、方便，但輸入數度慢，容易出錯。現代數控 機床普遍采用自動輸入，其輸入裝置多以光電閱讀機機床普遍采用自動輸入，其輸入裝置多以光電閱讀機( (又稱光又稱光 電紙帶輸入機電紙帶輸入機) )為主。其他還有觸針接觸式閱讀機、磁帶閱讀為主。其他還有觸針接觸式閱讀機、磁帶閱讀 機及磁盤驅動器等。機及磁盤驅動器等。 2 2、穿

40、孔帶穿孔帶 數控機床工作時，機床主體必須準確地執行人的意圖，數控機床工作時，機床主體必須準確地執行人的意圖， 即通過零件圖樣或工藝文件反映出的各種要求。這就需要在即通過零件圖樣或工藝文件反映出的各種要求。這就需要在 人和機器之間，建立起一種特殊的聯系媒介人和機器之間，建立起一種特殊的聯系媒介人和機器都人和機器都 能能“懂懂”的的“工程語言工程語言”，這種語言被稱為指令信息或指令，這種語言被稱為指令信息或指令 信號。用特殊的方式將這些指令信息信號。用特殊的方式將這些指令信息“記錄記錄”下來，就形成下來，就形成 了信息介質。穿孔帶及其他數控帶了信息介質。穿孔帶及其他數控帶( (盤盤) )都是數控裝

41、置能夠都是數控裝置能夠 “認識，的信息介質。認識，的信息介質。 37 目前，國內數控機床普遍采用帶寬為目前，國內數控機床普遍采用帶寬為17175 mm5 mm的的5 5單位標準穿孔帶單位標準穿孔帶( (主要供數控線切割主要供數控線切割 機床用機床用) )；帶寬為；帶寬為25253 mm3 mm的的8 8單位穿孔帶記錄信息較多，廣泛用于各種數控機床中。單位穿孔帶記錄信息較多，廣泛用于各種數控機床中。 穿孔帶上的孔統稱為穿孔帶上的孔統稱為信息孔信息孔。其中較小的孔稱為。其中較小的孔稱為同步孔同步孔( (有時也稱為中導孔或輸帶孔有時也稱為中導孔或輸帶孔) )； 較大的孔稱為較大的孔稱為信號孔信號孔(

42、 (也稱通道孔也稱通道孔) )。對脈沖信號而言，有大孔則表示其狀態為。對脈沖信號而言，有大孔則表示其狀態為“1 1”，無，無 大孔則表示其狀態為大孔則表示其狀態為“0 0”。 穿孔帶上離同步孔較近的一條邊，稱為穿孔帶上離同步孔較近的一條邊，稱為基準邊基準邊。與基準邊平行排列的各孔。與基準邊平行排列的各孔稱為稱為 “列列”。幾單位穿孔帶即有幾列孔；與基準邊垂直排列的各孔。幾單位穿孔帶即有幾列孔；與基準邊垂直排列的各孔稱為稱為“行行”，每行位置上的，每行位置上的 各孔表示一個數碼或字符各孔表示一個數碼或字符，同步孔不計入，同步孔不計入“列列”，它一般僅起同步信號作用，不表示任何，它一般僅起同步信號

43、作用，不表示任何 有效的代碼信息。有效的代碼信息。 38 參照表，可讀出穿參照表，可讀出穿 孔帶上的內容孔帶上的內容( (從左從左 向右閱讀向右閱讀) )：0 0一一9 9 共共1010個數宇碼，個數宇碼，A A Z Z共共2626個英文字母碼，個英文字母碼， 其中的第其中的第8 8列孔為補列孔為補 偶孔。偶孔。 39 40 3 3、光電閱讀機、光電閱讀機 經濟型數控機床一般不設置閱讀機，指令信息通過數控經濟型數控機床一般不設置閱讀機，指令信息通過數控 系統上的微機鍵盤直接進行手工輸入，全功能數控機床既可系統上的微機鍵盤直接進行手工輸入，全功能數控機床既可 采用手工敲健輸入，也可采用光電閱讀機

44、等輸入裝置進行自采用手工敲健輸入，也可采用光電閱讀機等輸入裝置進行自 動輸入。動輸入。 光電閱讀機的光電閱讀機的組成。組成。 (1)(1)走帶裝置走帶裝置由主動輪由主動輪4 4、 壓輪壓輪3 3、銜鐵、銜鐵5 5、啟動電磁、啟動電磁 鐵鐵1212以及與停帶裝置共用以及與停帶裝置共用 的繼電器的繼電器( (圖中未畫出圖中未畫出) )等等 組成。組成。 (2)(2)停帶裝置停帶裝置: :主要由銜鐵主要由銜鐵 1010、制動電磁鐵、制動電磁鐵1313和繼電和繼電 器等組成。器等組成。 (3)(3)光電轉換裝置光電轉換裝置: : 把光信號轉變成電信號輸把光信號轉變成電信號輸 出。出。 41 （1 1）

45、數控裝置的作用）數控裝置的作用 接收由加工程序等送來的各種信息，并經處理接收由加工程序等送來的各種信息，并經處理 和分配后，向驅動機構發出執行的命令。在執行過和分配后，向驅動機構發出執行的命令。在執行過 程中，其驅動、檢測等機構同時將有關信息反饋給程中，其驅動、檢測等機構同時將有關信息反饋給 數控裝置，經處理后，發出新的執行命令。數控裝置，經處理后，發出新的執行命令。 4 4、數控裝置數控裝置 數控裝置是數控機床的核心，數控機床幾呼數控裝置是數控機床的核心，數控機床幾呼 所有的控制功能所有的控制功能( (進給坐標位置與速度，主軸、進給坐標位置與速度，主軸、 刀具、冷卻及機床強電等多種輔助功能刀

46、具、冷卻及機床強電等多種輔助功能) )都由它都由它 控制實現。因此，數控裝置的發展，在很大程度控制實現。因此，數控裝置的發展，在很大程度 上代表了數控機床的發展方向。上代表了數控機床的發展方向。 42 （2）數控裝置的組成 43 （3 3）數控裝置的工作原理數控裝置的工作原理 是指控制各進給坐標所需進給脈沖的基本規律。是指控制各進給坐標所需進給脈沖的基本規律。 機床數控的中心問題，是其數控裝置如何按照輸入的原始數機床數控的中心問題，是其數控裝置如何按照輸入的原始數 據信息，通過運算等處理，產生出符合要求的若干個脈沖信據信息，通過運算等處理，產生出符合要求的若干個脈沖信 號，以控制刀具運動軌跡的

47、實現。號，以控制刀具運動軌跡的實現。 5 5、插補原理、插補原理 （1 1）脈沖的概念）脈沖的概念 數控離不開計算機，計算機離不開數控離不開計算機，計算機離不開”脈脈 沖沖”。嚴格地講，任何種機床的數控系統，實質上都是一個。嚴格地講，任何種機床的數控系統，實質上都是一個 復雜的脈沖系統。復雜的脈沖系統。 從廣義上看從廣義上看, ,脈沖是一種間斷的、具有突然變化的特征，脈沖是一種間斷的、具有突然變化的特征， 它含有它含有”脈動脈動”和和”沖擊沖擊”的意思。的意思。 在脈沖技術中，脈沖電流、脈沖電壓及脈沖信號在脈沖技術中，脈沖電流、脈沖電壓及脈沖信號( (波形波形) )等被等被 稱為脈沖。稱為脈沖

48、。 （2 2）脈沖電路）脈沖電路 它是數控技術的基礎它是數控技術的基礎 ， 所有對脈沖信號進所有對脈沖信號進 行行“處理處理”的電路，通稱為脈沖電路。如基本單元電路的電路，通稱為脈沖電路。如基本單元電路( (開關開關 電路電路) )及能按照一定邏輯函數關系進行因果判斷的邏輯電路等。及能按照一定邏輯函數關系進行因果判斷的邏輯電路等。 所謂處理，主要指脈沖信號的產生、變換、傳輸、放大、整所謂處理，主要指脈沖信號的產生、變換、傳輸、放大、整 形、記憶、計數、寄存、運算、譯碼、識別且顯示等。作為形、記憶、計數、寄存、運算、譯碼、識別且顯示等。作為 電子計算機硬件基礎的脈沖數字電路是典型的脈沖電路。電子

49、計算機硬件基礎的脈沖數字電路是典型的脈沖電路。 44 數控系統工作時，必須先將某一坐標方向上所需要的位數控系統工作時，必須先將某一坐標方向上所需要的位 移量轉換為脈沖數，并置于計數器內，然后啟動由主控制器移量轉換為脈沖數，并置于計數器內，然后啟動由主控制器 控制的脈沖發生器并輸出脈沖，驅動伺服電機運動；另控制的脈沖發生器并輸出脈沖，驅動伺服電機運動；另 一方一方 面，置于計數器內的脈沖數同時在計數器內作減法，當原置面，置于計數器內的脈沖數同時在計數器內作減法，當原置 入的脈沖數減至零時，脈沖輸出立即停止，該坐標方向上的入的脈沖數減至零時，脈沖輸出立即停止，該坐標方向上的 位移也相應停止。位移也

50、相應停止。 （3 3）脈沖當量）脈沖當量該系統每發出一個進給脈沖，機床機械運動機構該系統每發出一個進給脈沖，機床機械運動機構 就產生一個相應的位移量。就產生一個相應的位移量。既既一個脈沖所對應的位移量稱為一個脈沖所對應的位移量稱為 脈沖當量，它是脈沖分配計算中的基本單位，其進給坐標軸脈沖當量，它是脈沖分配計算中的基本單位，其進給坐標軸 的脈沖當量用代號的脈沖當量用代號Q Q表示：表示： Q=LiQ=Li/360/360 式中式中 Q Q脈沖當量脈沖當量(mm)(mm)； 步距角步距角( (伺服電機在輸入一個脈沖時所轉過的角度伺服電機在輸入一個脈沖時所轉過的角度) )； L L傳動螺旋副的導程傳

51、動螺旋副的導程(mm(mm，等于螺距乘線數，等于螺距乘線數) )； i i伺服電機至螺旋副間的傳動比。伺服電機至螺旋副間的傳動比。 同理可得刀具位移的關系式：同理可得刀具位移的關系式：S= QNS= QN 式中式中 S S刀具運動的位移量刀具運動的位移量(mm)(mm)； N N脈沖個數。脈沖個數。 車床數控系統一般車床數控系統一般z z軸的脈沖當量為軸的脈沖當量為0.01 mm0.01 mm，X X軸的脈沖當量軸的脈沖當量 為為0.005 mm0.005 mm。 45 （4 4）插補運動的產生）插補運動的產生 各種數控機床加工復雜輪廓零件時，各種數控機床加工復雜輪廓零件時， 需要將兩個或兩個

52、以上的進給軸的直線運動合成，以實現所需要將兩個或兩個以上的進給軸的直線運動合成，以實現所 需輪廓的運動軌跡。在數控技術中需輪廓的運動軌跡。在數控技術中, ,這種合成的復雜運動稱為這種合成的復雜運動稱為 插補運動插補運動。數控裝置為了完成機床所需插補運動而進行的一。數控裝置為了完成機床所需插補運動而進行的一 系列運算，稱插補運算；在其插補運動過程中，每一個單位系列運算，稱插補運算；在其插補運動過程中，每一個單位 脈沖脈沖( (即每一步即每一步) )所到達的終點，稱為所到達的終點，稱為插補點插補點。 （5 5）插樸運動軌跡分析插樸運動軌跡分析 例例1 1：設數控系統規定：設數控系統規定x x和和z

53、 z坐標軸方向的脈沖當量均為坐標軸方向的脈沖當量均為0 001 01 mmmm，如最小設定單位為一個脈沖，現分析如圖中從，如最小設定單位為一個脈沖，現分析如圖中從A A點到點到B B點點 的插補運動軌跡。的插補運動軌跡。 A A點到點到B B點的軌跡是由點的軌跡是由X X和和z z兩個坐標兩個坐標 方向上的位移合成的，實際運動軌方向上的位移合成的，實際運動軌 跡（既跡（既A-M-E-N-F-P-B)A-M-E-N-F-P-B)不可能與其不可能與其 理想軌跡理想軌跡( (即直線即直線AB)AB)完全相同，而完全相同，而 是由一些折線段形成。因此，進給是由一些折線段形成。因此，進給 的最小設定單位

54、越小，實際運動軌的最小設定單位越小，實際運動軌 跡越接近理想運動軌跡。跡越接近理想運動軌跡。 46 例例2 2：設數控系統規定：設數控系統規定X X 和和Y Y坐標方向的脈沖當量坐標方向的脈沖當量 均為均為0 00 1mm0 1mm，如最小，如最小 設定單位為一個脈沖，設定單位為一個脈沖， 分析圖中從分析圖中從O O點到點到M M點的點的 插補運動軌跡。插補運動軌跡。 （6）插補運動的特點 插補運動的實際軌跡始終不可能與其理想軌跡完全相同，插補插補運動的實際軌跡始終不可能與其理想軌跡完全相同，插補 點一般也不會落到理想軌跡上。點一般也不會落到理想軌跡上。 當進給運動的軌跡不與坐標軸平行時，則經

55、數控系統插補后的當進給運動的軌跡不與坐標軸平行時，則經數控系統插補后的 實際軌跡均由很多折線段組成，其折線交點即插補點一般不能與理實際軌跡均由很多折線段組成，其折線交點即插補點一般不能與理 想軌跡重合，每一個交點的位置將由數控系統確定并控制。想軌跡重合，每一個交點的位置將由數控系統確定并控制。 因為數控系統所進行的插補運算，是以最小設定單位因為數控系統所進行的插補運算，是以最小設定單位( (一般為一一般為一 個脈沖個脈沖) )為插補單位的，所以在完工零件的輪廓上，看不出實際插為插補單位的，所以在完工零件的輪廓上，看不出實際插 補軌跡的折線形狀。實際終點與理想終點的誤差，一般不大于半個補軌跡的折

56、線形狀。實際終點與理想終點的誤差，一般不大于半個 脈沖。脈沖。 數控系統規定的脈沖當量越小，插補運動的實際軌跡就越接近數控系統規定的脈沖當量越小，插補運動的實際軌跡就越接近 理想軌跡，加工精度也就越高。理想軌跡，加工精度也就越高。 47 6 6、伺服系統、伺服系統 伺服系統位于數控裝置與機床主體之間，它的伺服系統位于數控裝置與機床主體之間，它的 作用是，將從數控裝置輸出線路接收到的微弱電信作用是，將從數控裝置輸出線路接收到的微弱電信 號號( (脈沖電壓約脈沖電壓約5 V5 V左右，脈沖電流為毫安級左右，脈沖電流為毫安級) )，經，經 功率放大等電路放大為較強的電信號功率放大等電路放大為較強的電

57、信號( (驅動電壓約驅動電壓約 幾十伏至幾百伏，電流可達幾十安培幾十伏至幾百伏，電流可達幾十安培) )，然后將接，然后將接 收到的上述數字量信息轉換成模擬量收到的上述數字量信息轉換成模擬量( (執行電機軸執行電機軸 的角位移和角速度的角位移和角速度) )信息，從而驅動執行電機帶動信息，從而驅動執行電機帶動 機床運動部件按約定的速度和位置進行運動。機床運動部件按約定的速度和位置進行運動。 48 49 7 7、 檢測反饋裝置的作用檢測反饋裝置的作用：將其準確測得的直線位移或角位移：將其準確測得的直線位移或角位移 迅速反饋給數控裝置，以便與加工程序給定的指令值進行比迅速反饋給數控裝置，以便與加工程序

58、給定的指令值進行比 較，如有誤差較，如有誤差( (與指令值不一致與指令值不一致) )，數控裝置將向伺服系統發，數控裝置將向伺服系統發 出新的修正命令，并如此反復進行，直至消除其間接誤差。出新的修正命令，并如此反復進行，直至消除其間接誤差。 50 1 1）工作原理）工作原理： 當鋼光柵尺與機床進給機構位移時，光源當鋼光柵尺與機床進給機構位移時，光源4(4(燈泡燈泡) ) 通過聚透鏡通過聚透鏡5 5將聚集強光照射在鋼光柵尺的劃線上，反射出來的線將聚集強光照射在鋼光柵尺的劃線上，反射出來的線 紋光束透過玻璃掃描板，而照射在光電池紋光束透過玻璃掃描板，而照射在光電池6 6上，光電池將接收到的上，光電池

59、將接收到的 光信號轉換為微弱的電信號，然后經信號處理裝置光信號轉換為微弱的電信號，然后經信號處理裝置7 7進行整形、放進行整形、放 大及微分等處理后，即可輸出與檢測位移成比例的脈沖信號。大及微分等處理后，即可輸出與檢測位移成比例的脈沖信號。 長光柵用于檢測直線位移長光柵用于檢測直線位移( (即即x x、 r r、z z坐標值坐標值) )，目前這類裝，目前這類裝 置能測量的最小位移量可達到置能測量的最小位移量可達到0.0. 001 mm001 mm。 （1 1）長光柵：）長光柵：固定固定 在機床運動機件，尺在機床運動機件，尺 面上刻線范圍為面上刻線范圍為1 12 2 m m，刻線密度為，刻線密度

60、為2525、 5050、100100條條mmmm等：等： 玻璃掃描板玻璃掃描板3(3(又稱指又稱指 示光柵示光柵) )安裝在機床安裝在機床 相應的固定部件上，相應的固定部件上， 板面上刻有與鋼光柵板面上刻有與鋼光柵 尺刻線間距相同的刻尺刻線間距相同的刻 線。線。 51 （2）光電編碼器光電編碼器也也 稱為光電式主軸脈稱為光電式主軸脈 沖發生器。沖發生器。 這種裝置的轉軸安這種裝置的轉軸安 裝在與車床主軸同裝在與車床主軸同 步轉動的位置上，步轉動的位置上， 可準確測量出車床可準確測量出車床 主軸的轉數及旋轉主軸的轉數及旋轉 零點的位置，并以零點的位置，并以 脈沖的方式將這些脈沖的方式將這些 信號