数控原理与数控系统.ppt

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1、数控原理与数数控原理与数控系统控系统前言前言 为了适应高等职业技术教育发展的需为了适应高等职业技术教育发展的需要而编写的机电一体化、数控技术专业规要而编写的机电一体化、数控技术专业规划教材之一。本书主要内容包括：机床数划教材之一。本书主要内容包括：机床数控原理与系统的基础知识，数控系统的工控原理与系统的基础知识，数控系统的工作原理，数控系统的插补原理与刀具补偿作原理，数控系统的插补原理与刀具补偿原理，数控系统的硬件和软件，伺服系统原理，数控系统的硬件和软件，伺服系统的检测元件，伺服驱动系统，典型计算机的检测元件，伺服驱动系统，典型计算机数控系统简介等。本书采用国家最新标准，数控系统简介等。本书

2、采用国家最新标准，突出实践性、实用性和先进性。突出实践性、实用性和先进性。下一页 返回目录目录第一章第一章 概论第二章名称概论第二章名称第二章第二章 数控加工程序的编制基础及输入数控加工程序的编制基础及输入第三章第三章 数控系统的插补原理与刀具补偿数控系统的插补原理与刀具补偿原理原理 第四章第四章 数控系统的硬件和软件数控系统的硬件和软件第五章第五章 伺服系统的检测元件伺服系统的检测元件第六章第六章 数控机床的伺服驱动系统数控机床的伺服驱动系统 第七章第七章 典型数控系统简介典型数控系统简介 上一页返回数控原理与数数控原理与数控系统控系统前言前言 为了适应高等职业技术教育发展的需为了适应高等职

3、业技术教育发展的需要而编写的机电一体化、数控技术专业规要而编写的机电一体化、数控技术专业规划教材之一。本书主要内容包括：机床数划教材之一。本书主要内容包括：机床数控原理与系统的基础知识，数控系统的工控原理与系统的基础知识，数控系统的工作原理，数控系统的插补原理与刀具补偿作原理，数控系统的插补原理与刀具补偿原理，数控系统的硬件和软件，伺服系统原理，数控系统的硬件和软件，伺服系统的检测元件，伺服驱动系统，典型计算机的检测元件，伺服驱动系统，典型计算机数控系统简介等。本书采用国家最新标准，数控系统简介等。本书采用国家最新标准，突出实践性、实用性和先进性。突出实践性、实用性和先进性。下一页 返回目录目

4、录第一章第一章 概论第二章名称概论第二章名称第二章第二章 数控加工程序的编制基础及输入数控加工程序的编制基础及输入第三章第三章 数控系统的插补原理与刀具补偿数控系统的插补原理与刀具补偿原理原理 第四章第四章 数控系统的硬件和软件数控系统的硬件和软件第五章第五章 伺服系统的检测元件伺服系统的检测元件第六章第六章 数控机床的伺服驱动系统数控机床的伺服驱动系统 第七章第七章 典型数控系统简介典型数控系统简介 上一页返回第一章第一章 概述概述1.1 数控系统的基本概念数控系统的基本概念1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理 1.3 数控机床的特点数控机床的特点 1.4 数控机床的分类

5、数控机床的分类 1.5 数控系统的发展趋势数控系统的发展趋势 1.6 柔性制造技术柔性制造技术 1.1 数控系统的基本概念数控系统的基本概念1.1.1 数控系统的概念数控系统的概念 数字控制数字控制 (Numerical Control) 技术，简称为数控技术，简称为数控 (NC) 技术，是一种自动控制技术，它用数字指令来控制机技术，是一种自动控制技术，它用数字指令来控制机床的运动。床的运动。 采用数控技术的自动控制系统称为数控系统。装备了数采用数控技术的自动控制系统称为数控系统。装备了数控系统的机床称为数控机床。随着生产的发展，数控技术已控系统的机床称为数控机床。随着生产的发展，数控技术已不

6、仅用于金属切削机床，同时还用于其它的机械设备，如三不仅用于金属切削机床，同时还用于其它的机械设备，如三坐标测量机、工业机器人、激光切割机、数控雕刻机、电火坐标测量机、工业机器人、激光切割机、数控雕刻机、电火花切割机等机器上。花切割机等机器上。下一页 返回1.1 数控系统的基本概念数控系统的基本概念 数控技术无论在硬件或软件方面，进展速度都很快。目前，数控技术无论在硬件或软件方面，进展速度都很快。目前，市场上已见不到普通的数控市场上已见不到普通的数控 (NC) 机床，取而代之的是计算机床，取而代之的是计算机数控机床。计算机数控机数控机床。计算机数控 (Computer Numerical Con

7、trol，简写为，简写为CNC) 系统是采用存贮程序的专用计算机系统是采用存贮程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能的数控系统。目前所说的数来实现部分或全部基本数控功能的数控系统。目前所说的数控，一般是指计算机数控控，一般是指计算机数控 (CNC)。下一页上一页返回1.1 数控系统的基本概念数控系统的基本概念1.1.2 数控机床的发展简史数控机床的发展简史 20世纪世纪40年代，飞机和导弹制造业发展迅速，原来的年代，飞机和导弹制造业发展迅速，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的高精度的复杂型面加工设备已无法承担加工航空工业需要的高精度的复杂型面零件。数控技术是为了解决复杂型面零件加

8、工的自动化而产零件。数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。生的。1948 年，美国年，美国 PARSONS 公司在研制加工直升飞公司在研制加工直升飞机叶片轮廓检验样板的机床时，首先提出了数控机床的设想，机叶片轮廓检验样板的机床时，首先提出了数控机床的设想，在麻省理工学院在麻省理工学院 (MIT) 伺服机构研究所的协助下，于伺服机构研究所的协助下，于 1952 年成功研制了世界上第一台三坐标数控铣床样机。后年成功研制了世界上第一台三坐标数控铣床样机。后又经过三年时间的改进和自动程序编制的研究，数控机床进又经过三年时间的改进和自动程序编制的研究，数控机床进入了实用阶段，市场上出现了商

9、品化数控机床，在复杂曲面入了实用阶段，市场上出现了商品化数控机床，在复杂曲面的加工中发挥了重要的作用。的加工中发挥了重要的作用。1958 年，美国年，美国 KEANEY TRECKER 公司在世界上首先研制成功了带有自动换刀装置公司在世界上首先研制成功了带有自动换刀装置的加工中心机床。的加工中心机床。下一页上一页返回1.1 数控系统的基本概念数控系统的基本概念 由于微电子和计算机技术的不断发展，数控系统也随着由于微电子和计算机技术的不断发展，数控系统也随着不断更新，发展异常迅速，几乎五年左右时间就更新换代一不断更新，发展异常迅速，几乎五年左右时间就更新换代一次。从第一台数控机床诞生起，已经历以

10、下几代变化。次。从第一台数控机床诞生起，已经历以下几代变化。下一页上一页返回1.1 数控系统的基本概念数控系统的基本概念第一代数控：第一代数控：19521959年采用电子管构成的专用数控系统年采用电子管构成的专用数控系统（NC）。）。第二代数控：从第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的年开始采用晶体管电路的NC系统。系统。第三代数控：从第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的年开始采用小、中规模集成电路的NC系系统。统。第四代数控：从第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（子计算机控制的系统（CNC）。

11、）。第五代数控：从第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统年开始采用微型电子计算机控制的系统（Microcomputer Numerical Control，简称为，简称为MNC）。）。下一页上一页返回1.1 数控系统的基本概念数控系统的基本概念 由于数控机床的优越性，在国际竞争日益剧烈、产品品由于数控机床的优越性，在国际竞争日益剧烈、产品品种变化频繁的形势下，各国都致力于开发各种数控机床，机种变化频繁的形势下，各国都致力于开发各种数控机床，机床的数控化率不断提高。床的数控化率不断提高。 我国从我国从 1958 年开始研制数控机床，到年开始研制数控机床，到 60 年代末和年代末

12、和70年代初，简易的数控线切割机床已在生产中广泛使用。年代初，简易的数控线切割机床已在生产中广泛使用。80 年代初，我国引进了德国、日本和美国等发达国家先进年代初，我国引进了德国、日本和美国等发达国家先进的数控技术，开始批量生产数控系统，使我国的数控机床在的数控技术，开始批量生产数控系统，使我国的数控机床在质量和性能上都有了很大的提高。我国开发并生产了数控车质量和性能上都有了很大的提高。我国开发并生产了数控车床、数控铣床、数控磨床和加工中心等床、数控铣床、数控磨床和加工中心等 40 多种新品种。从多种新品种。从 90 年代起，一些较高档次的五轴联动数控机床也已开发出年代起，一些较高档次的五轴联

13、动数控机床也已开发出来，我国已向高档数控机床发展。来，我国已向高档数控机床发展。上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理1.2.1 数控机床的组成数控机床的组成 数控机床一般由信息载体、数控系统和机床本体组成。数控机床一般由信息载体、数控系统和机床本体组成。而数控系统由输入输出装置、计算机数控装置、可编程序控而数控系统由输入输出装置、计算机数控装置、可编程序控制器和伺服驱动装置四部分组成，有些数控系统还配有位置制器和伺服驱动装置四部分组成，有些数控系统还配有位置检测装置，其结构框图如检测装置，其结构框图如图图 1-1 所示。所示。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成

14、与工作原理数控机床的组成与工作原理1信息载体信息载体 信息载体又称控制介质，用于记载各种加工信息，如刀信息载体又称控制介质，用于记载各种加工信息，如刀具和零件的相对运动数据、工艺参数（进给速度、主轴转速具和零件的相对运动数据、工艺参数（进给速度、主轴转速等）和辅助运动等，以控制机床的运动，实现零件的加工。等）和辅助运动等，以控制机床的运动，实现零件的加工。编程工作可由人工进行，也可由计算机自动编程软件来完成。编程工作可由人工进行，也可由计算机自动编程软件来完成。常用的信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等，并通过相应的常用的信息载体有穿孔纸带、磁带、磁盘等，并通过相应的输入装置将信息载体输入到数控系

15、统中，或采用系统操作面输入装置将信息载体输入到数控系统中，或采用系统操作面板上的键盘将加工程序直接输入。最早使用的信息载体是穿板上的键盘将加工程序直接输入。最早使用的信息载体是穿孔纸带，目前我国统一使用国际上通用的孔纸带，目前我国统一使用国际上通用的ISO代码。代码。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理2数控系统数控系统 这是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的这是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，完成数控计算、逻辑判断、输入输出控制等功能。加工信息，完成数控计算、逻辑判断、输入输出控制等功能。计算机数控系统一般由输入输出装置、计

16、算机数控装置、可计算机数控系统一般由输入输出装置、计算机数控装置、可编程序控制器、伺服驱动装置和位置检测装置等组成。编程序控制器、伺服驱动装置和位置检测装置等组成。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理（1）输入输出装置）输入输出装置 数控机床在进行加工前，必须接受由操作人员输入的零数控机床在进行加工前，必须接受由操作人员输入的零件加工程序，然后才能根据输入的加工程序进行加工控制，件加工程序，然后才能根据输入的加工程序进行加工控制，从而加工出所需的零件。在加工过程中，操作人员要向机床从而加工出所需的零件。在加工过程中，操作人员要向机床数控装置输入操作命令，数控

17、装置要为操作人员显示必要的数控装置输入操作命令，数控装置要为操作人员显示必要的信息，如坐标值、报警信号等。此外，输入的程序并非全部信息，如坐标值、报警信号等。此外，输入的程序并非全部正确，有时需要编辑、修改和调试。以上工作都是机床数控正确，有时需要编辑、修改和调试。以上工作都是机床数控系统和操作人员进行信息交流的过程，要进行信息交流，数系统和操作人员进行信息交流的过程，要进行信息交流，数控系统中必须具备必要的交互设备，即输入控系统中必须具备必要的交互设备，即输入/输出装置。输出装置。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理 数控系统操作面板和显示器是数控系统不可

18、缺少的人机交数控系统操作面板和显示器是数控系统不可缺少的人机交互设备，操作人员可通过数控系统操作面板和显示器输入程互设备，操作人员可通过数控系统操作面板和显示器输入程序、编辑修改程序和发送操作命令。数控系统通过显示器为序、编辑修改程序和发送操作命令。数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息，根据系统所处的状态和操作命令操作人员提供必要的信息，根据系统所处的状态和操作命令的不同，显示的信息可以是正在编辑的程序，或是机床的加的不同，显示的信息可以是正在编辑的程序，或是机床的加工信息。较简单的显示器只有若干个数码管，显示的信息也工信息。较简单的显示器只有若干个数码管，显示的信息也很有限；较高级的系

19、统一般配有很有限；较高级的系统一般配有CRT显示器或点阵式液晶显显示器或点阵式液晶显示器，显示的信息较丰富；低档的显示器只能显示字符，中、示器，显示的信息较丰富；低档的显示器只能显示字符，中、高档的显示系统能显示图形。高档的显示系统能显示图形。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理 数控加工程序编制好后，一般存放于便于输入到数控装置数控加工程序编制好后，一般存放于便于输入到数控装置的一种控制介质上。传统的方式是将编制好的程序记录在穿的一种控制介质上。传统的方式是将编制好的程序记录在穿孔纸带或磁带上，然后由纸带阅读机或磁带机输入数控系统，孔纸带或磁带上，然后由纸

20、带阅读机或磁带机输入数控系统，因此纸带阅读机和磁带机是数控机床的典型输入设备。因此纸带阅读机和磁带机是数控机床的典型输入设备。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理（2）计算机数控装置）计算机数控装置 计算机数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是将输计算机数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是将输入装置传送的数控加工程序，经数控系统软件进行译码、插入装置传送的数控加工程序，经数控系统软件进行译码、插补运算和速度预处理，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，补运算和速度预处理，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。进而控制机床动作。下一页上一页返回

21、1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理（3）可编程序控制器）可编程序控制器 在数控系统中除了进行轮廓轨迹控制和点位控制外，还应在数控系统中除了进行轮廓轨迹控制和点位控制外，还应控制一些开关量，如主轴的启动与停止、冷却液的开与关、控制一些开关量，如主轴的启动与停止、冷却液的开与关、刀具的更换、工作台的夹紧与松开等，主要由可编程控制器刀具的更换、工作台的夹紧与松开等，主要由可编程控制器来完成。来完成。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理（4）伺服驱动装置）伺服驱动装置 伺服驱动装置又称伺服系统，它是伺服驱动装置又称伺服系统，它是CNC装置和机床

22、本体装置和机床本体的联系环节，它把来自的联系环节，它把来自CNC装置的微弱指令信号调解、转换、装置的微弱指令信号调解、转换、放大后驱动伺服电动机，通过执行部件驱动机床运动，使工放大后驱动伺服电动机，通过执行部件驱动机床运动，使工作台精确定位或使刀具与工件按规定的轨迹作相对运动，最作台精确定位或使刀具与工件按规定的轨迹作相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。数控机床的伺服驱动装置包后加工出符合图纸要求的零件。数控机床的伺服驱动装置包括主轴驱动单元括主轴驱动单元(主要是转速控制主要是转速控制)、进给驱动单元、进给驱动单元(包括位包括位移和速度控制移和速度控制)、回转工作台和刀库伺服控制装置以及它

23、们相、回转工作台和刀库伺服控制装置以及它们相应的伺服电机等。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床应的伺服电机等。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床的加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。的加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理（5） 位置检测装置位置检测装置 位置检测装置主要用于闭环和半闭环系统。检测装置检位置检测装置主要用于闭环和半闭环系统。检测装置检测出实际的位移量，反馈给测出实际的位移量，反馈给CNC装置中的比较器，与装置中的比较器，与CNC装装置发出的指令信号比较，如果有差值，就发出运动控制信号，置发出的

24、指令信号比较，如果有差值，就发出运动控制信号，控制数控机床移动部件向消除该差值的方向移动。不断比较控制数控机床移动部件向消除该差值的方向移动。不断比较指令信号与反馈信号，然后进行控制，直到差值为零，运动指令信号与反馈信号，然后进行控制，直到差值为零，运动停止。停止。 常用检测装置有旋转变压器、编码器、感应同步器、光常用检测装置有旋转变压器、编码器、感应同步器、光栅、磁栅、霍尔检测元件等。栅、磁栅、霍尔检测元件等。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理3机床本体机床本体 是用于完成各种切削加工的机械部分。根据不同的零件是用于完成各种切削加工的机械部分。根据不同的

25、零件加工要求，有车床、铣床、镗床、重型机床、电加工机床、加工要求，有车床、铣床、镗床、重型机床、电加工机床、绘图机、测量机等。与普通机床不同的是，数控机床的主体绘图机、测量机等。与普通机床不同的是，数控机床的主体结构上具有如下特点：结构上具有如下特点：下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理（1）由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，）由于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短。因此，数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短。（2）为了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构）为

26、了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形较小。具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐磨性，热变形较小。（3）更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨）更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨等。等。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理下一页上一页返回1.2.2 数控机床的工作原理数控机床的工作原理 首先，根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过首先，根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具位移数据，再按编程手册的有关规定编程、工艺参数和刀具位移数据，再按编程手册的有关规定

27、编写零件加工程序。其次，把零件加工程序输入到数控系统。写零件加工程序。其次，把零件加工程序输入到数控系统。数控装置的系统程序将对加工程序进行译码与运算，发出相数控装置的系统程序将对加工程序进行译码与运算，发出相应的命令，通过伺服系统驱动机床的各运动部件，并控制所应的命令，通过伺服系统驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的零件。需要的辅助动作，最后加工出合格的零件。1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理 系统程序存于计算机内存中。所有的数控功能基本上都依系统程序存于计算机内存中。所有的数控功能基本上都依靠该程序完成，例如输入、译码、数据处理、插补、伺服输

28、靠该程序完成，例如输入、译码、数据处理、插补、伺服输出等。下面简单介绍计算机数控系统的工作过程。出等。下面简单介绍计算机数控系统的工作过程。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理1输入输入 以前，零件加工程序通常由光电阅读机读入数控装置。以前，零件加工程序通常由光电阅读机读入数控装置。读入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工，阅读机读入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工，阅读机是间歇式工作；另一种是一次将零件加工程序读入计算机内是间歇式工作；另一种是一次将零件加工程序读入计算机内部的存储器，加工时再从存储器一段一段地往外调出。部的存储器，加工时再从存

29、储器一段一段地往外调出。下一页上一页返回1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理下一页上一页返回 现代数控装置都使用标准串行通信接口与微型计算机相现代数控装置都使用标准串行通信接口与微型计算机相联接，实现零件加工程序和参数的传送。联接，实现零件加工程序和参数的传送。 零件加工程序较短时，也可直接用系统操作面板键盘将零件加工程序较短时，也可直接用系统操作面板键盘将程序输入到数控装置。程序输入到数控装置。 零件加工程序较长时，目前大都通过系统自备的零件加工程序较长时，目前大都通过系统自备的RS232通信接口与微型计算机相联接，利用通信软件传输零件加工通信接口与微型计算机相联接，利用

30、通信软件传输零件加工程序。传输方式有两种：一种是数控装置内存许可时，将零程序。传输方式有两种：一种是数控装置内存许可时，将零件加工程序直接传输到系统内部存储器。另一种是加工程序件加工程序直接传输到系统内部存储器。另一种是加工程序太大，数控装置内存不足，只能边传输边加工。太大，数控装置内存不足，只能边传输边加工。1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理下一页上一页返回2译码译码 输入的程序段含有零件的轮廓信息输入的程序段含有零件的轮廓信息(起点、终点、直线起点、终点、直线还是圆弧等还是圆弧等)、要求的加工速度以及其他的辅助信息、要求的加工速度以及其他的辅助信息(换刀、换刀、换档、

31、冷却液等换档、冷却液等)。计算机依靠译码程序来识别这些数据符号，。计算机依靠译码程序来识别这些数据符号，译码程序将零件加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。译码程序将零件加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理下一页上一页返回3数据处理数据处理 数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算以及辅数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能的处理。刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化为刀具助功能的处理。刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化为刀具中心轨迹。这是因为轮廓轨迹的实现是靠刀具的运动来实现中心轨迹。这是因为轮廓轨迹的实现是靠刀具的运动来

32、实现的缘故。速度计算是解决该加工数据段以什么样的速度运动的缘故。速度计算是解决该加工数据段以什么样的速度运动的问题。加工速度的确定是一个工艺问题。的问题。加工速度的确定是一个工艺问题。CNC系统仅仅是系统仅仅是保证这个编程速度的可靠实现。另外，辅助功能如换刀、换保证这个编程速度的可靠实现。另外，辅助功能如换刀、换档等亦在这个程序中处理。档等亦在这个程序中处理。1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理下一页上一页返回4插补插补 插补，即知道了一个曲线的种类、起点、终点以及速度插补，即知道了一个曲线的种类、起点、终点以及速度后，在起点和终点之间进行数据点的密化。计算机数控系统后，在

33、起点和终点之间进行数据点的密化。计算机数控系统中有一个采样周期，在每个采样周期形成一个微小的数据段。中有一个采样周期，在每个采样周期形成一个微小的数据段。若干次采样周期后完成一个数据段的加工，即从数据段的起若干次采样周期后完成一个数据段的加工，即从数据段的起点走到终点。计算机数控系统是一边插补，一边加工的。本点走到终点。计算机数控系统是一边插补，一边加工的。本次采样周期内插补程序的作用是计算下一个采样周期的位置次采样周期内插补程序的作用是计算下一个采样周期的位置增量。一个数据段正式插补加工前，必须先完成诸如换刀、增量。一个数据段正式插补加工前，必须先完成诸如换刀、换档、冷却液等功能，即只有辅助

34、功能完成后才能进行插补。换档、冷却液等功能，即只有辅助功能完成后才能进行插补。1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理下一页上一页返回5伺服控制伺服控制 伺服控制的功能是根据不同的控制方式（如开环、闭伺服控制的功能是根据不同的控制方式（如开环、闭环），把来自数控系统插补输出的脉冲信号经过功率放大，环），把来自数控系统插补输出的脉冲信号经过功率放大，通过驱动元件和机械传动机构，使机床的执行机构按规定的通过驱动元件和机械传动机构，使机床的执行机构按规定的轨迹和速度加工。轨迹和速度加工。1.2 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理上一页返回6管理程序管理程序 当一个数据段

35、开始插补时，管理程序即着手准备下一个当一个数据段开始插补时，管理程序即着手准备下一个数据段的读入、译码、数据处理。即由它调用各个功能子程数据段的读入、译码、数据处理。即由它调用各个功能子程序，且保证一个数据段加工过程中将下一个程序段准备完毕。序，且保证一个数据段加工过程中将下一个程序段准备完毕。一旦本数据段加工完毕，即开始下一个数据段的插补加工。一旦本数据段加工完毕，即开始下一个数据段的插补加工。整个零件加工就是在这种周而复始的过程中完成。整个零件加工就是在这种周而复始的过程中完成。1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页 返回1.3.1 数控机床的特点数控机床的特点1数控机床的优点数控机

36、床的优点 数控机床是一种高效能的自动加工机床，是一种典型的机数控机床是一种高效能的自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。采用数控技术的金属切削机床与普通机床相电一体化产品。采用数控技术的金属切削机床与普通机床相比具有以下一些优点：比具有以下一些优点：1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页上一页返回（1）高柔性）高柔性 用数控机床加工形状复杂的零件或新产品时，不用数控机床加工形状复杂的零件或新产品时，不必像普通机床那样需要很多工装，而仅需要少量工夹具和重必像普通机床那样需要很多工装，而仅需要少量工夹具和重新编制加工程序，这为单件、小批量零件加工及试制新产品新编制加工程序，这为单件、小批

37、量零件加工及试制新产品提供了极大的便利。提供了极大的便利。1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页上一页返回（2）高精度）高精度 目前数控机床的脉冲当量普遍达到了目前数控机床的脉冲当量普遍达到了 0.001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到很高的加工精度。对于置进行补偿，因此，数控机床能达到很高的加工精度。对于中、小型数控机床，定位精度可达中、小型数控机床，定位精度可达 0.025mm，重复定位精度，重复定位精度可达可达 0.01mm。此外，数控机床的自动加工方式避免了生产。此外，数

38、控机床的自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，同一批加工零件的尺寸一致性好，产品者的人为操作误差，同一批加工零件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。合格率高，加工质量稳定。1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页上一页返回（3）高效率）高效率 零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床主轴的转速和进给速度的变化范围比普间两部分。数控机床主轴的转速和进给速度的变化范围比普通机床大，因此，数控机床每一道工序都可选用最有利的切通机床大，因此，数控机床每一道工序都可选用最有利的切削用量。由于数控机床的结构刚性好，因此允许进行大切

39、削削用量。由于数控机床的结构刚性好，因此允许进行大切削用量的强力切削，提高了数控机床的切削效率，节省了机动用量的强力切削，提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。数控机床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时时间。数控机床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，辅助时间比普通机床少。数控机床通常不需要专用的间短，辅助时间比普通机床少。数控机床通常不需要专用的工夹具，因而可省去工夹具的设计和制造时间。在加工中心工夹具，因而可省去工夹具的设计和制造时间。在加工中心机床上加工零件时，可实现多道工序的连续加工，生产效率机床上加工零件时，可实现多道工序的连续加工，生产效率的提高更为明显。的提高更为

40、明显。1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页上一页返回（4）自动化程度高）自动化程度高 数控机床对零件的加工是按事先编好的程数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成，操作者除了操作键盘、装卸工件、关键工序尺序自动完成，操作者除了操作键盘、装卸工件、关键工序尺寸中间检测，以及观察机床运行之外，操作者不需要进行繁寸中间检测，以及观察机床运行之外，操作者不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度大大减轻。重的重复性手工操作，劳动强度大大减轻。1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页上一页返回（5）能加工复杂型面）能加工复杂型面 数控机床可以加工普通机床难以加工的数控机床可以加工普通机床

41、难以加工的复杂型面零件。复杂型面零件。（6）便于现代化管理）便于现代化管理 用数控机床加工零件，能精确地估算零用数控机床加工零件，能精确地估算零件的加工工时，有助于精确编制生产进度表，有利于生产管件的加工工时，有助于精确编制生产进度表，有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码输入，最适理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码输入，最适宜于数字计算机联网，便于实现计算机辅助制造宜于数字计算机联网，便于实现计算机辅助制造 (CAM) 和发和发展柔性生产。展柔性生产。1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页上一页返回2数控机床的不足之处数控机床的不足之处 数控机床存在的不足之处是

42、：数控机床存在的不足之处是：（1）数控机床的价格较贵。）数控机床的价格较贵。（2）调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员。）调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员。（3）对编程人员和操作人员的技术水平要求较高。）对编程人员和操作人员的技术水平要求较高。1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页上一页返回3数控机床的适用范围数控机床的适用范围 数控机床具有普通机床所不具备的许多优点，数控机床的数控机床具有普通机床所不具备的许多优点，数控机床的应用范围正在不断扩大，但它并不能完全代替普通机床，也应用范围正在不断扩大，但它并不能完全代替普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。还不

43、能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。1.3 数控机床的特点数控机床的特点 下一页上一页返回数控机床最适合加工以下零件：数控机床最适合加工以下零件： （1）多品种小批量零件。如）多品种小批量零件。如图图1-2所示，表示了通用机床、专所示，表示了通用机床、专用机床和数控机床加工批量与成本的关系。从图中可以看出用机床和数控机床加工批量与成本的关系。从图中可以看出零件加工批量增大对于选用数控机床是不利的。零件加工批量增大对于选用数控机床是不利的。 （2）形状结构比较复杂的零件。如）形状结构比较复杂的零件。如图图1-3所示中可以看出，数所示中可以看出，数控机床非常适合加工形状复杂的零件。、控机床非

44、常适合加工形状复杂的零件。、 （3）需要频繁改型设计的零件。）需要频繁改型设计的零件。 1.3 数控机床的特点数控机床的特点 上一页返回 （4）价格昂贵、不允许报废的关键零件。如飞机大梁零件，此）价格昂贵、不允许报废的关键零件。如飞机大梁零件，此零件虽不多，但若加工中出现差错而报废，将造成巨大的经零件虽不多，但若加工中出现差错而报废，将造成巨大的经济损失。济损失。 （5）必须严格控制位置要求的零件。如箱体类零件、航空附件）必须严格控制位置要求的零件。如箱体类零件、航空附件壳体等。壳体等。1.4 数控机床的分类数控机床的分类1.4.1 按工艺用途分类按工艺用途分类1普通数控机床普通数控机床 这类

45、数控机床和传统的通用机床一样，有数控的车、铣、这类数控机床和传统的通用机床一样，有数控的车、铣、钻、镗、磨床等，而且每一类里又有很多品种，例如数控铣钻、镗、磨床等，而且每一类里又有很多品种，例如数控铣床中就立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等，这类机床的工艺性床中就立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等，这类机床的工艺性能和通用机床相似，所不同的是它能自动加工具有复杂形状能和通用机床相似，所不同的是它能自动加工具有复杂形状的零件。的零件。下一页 返回1.4 数控机床的分类数控机床的分类2加工中心机床加工中心机床 这是一种在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装这是一种在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而

46、构成的数控机床。它和普通数控机床的区别是：工件经置而构成的数控机床。它和普通数控机床的区别是：工件经一次装夹后，数控系统就能控制机床自动地更换刀具，连续一次装夹后，数控系统就能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工面进行铣地对工件各加工面进行铣(车车)、镗、钻、铰及攻丝等多工序、镗、钻、铰及攻丝等多工序加工，这就大大减少了机床台套数。由于减少了多次安装造加工，这就大大减少了机床台套数。由于减少了多次安装造成的定位误差，从而提高了各加工面间的位置精度。因此，成的定位误差，从而提高了各加工面间的位置精度。因此，近年来加工中心得以迅速发展。近年来加工中心得以迅速发展。3金属成形类数控机床金属成形

47、类数控机床 有数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。有数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。下一页上一页返回1.4 数控机床的分类数控机床的分类4多坐标数控机床多坐标数控机床 有些复杂形状的零件，用三坐标的数控机床还是无法加有些复杂形状的零件，用三坐标的数控机床还是无法加工，如螺旋桨、飞机机翼曲面及其他复杂零件的加工等，都工，如螺旋桨、飞机机翼曲面及其他复杂零件的加工等，都需要三个以上坐标的合成运动才能加工出所需的形状，于是需要三个以上坐标的合成运动才能加工出所需的形状，于是出现了多坐标数控机床。出现了多坐标数控机床。 5数控特种加工机床数控特种加工机床 数控特种加工机床包括数控线

48、切割机床、数控电火花加数控特种加工机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床等。工机床、数控激光切割机床等。下一页上一页返回1.4 数控机床的分类数控机床的分类1.4.2 按机床运动的控制轨迹分类按机床运动的控制轨迹分类1点位控制数控机床点位控制数控机床 数控系统只控制刀具从一点到另一点的准确定位，在移数控系统只控制刀具从一点到另一点的准确定位，在移动过程中不进行加工，对两点间的移动速度及运动轨迹没有动过程中不进行加工，对两点间的移动速度及运动轨迹没有严格的要求。如严格的要求。如图图1-4所示为点位控制数控机床的刀具轨迹。所示为点位控制数控机床的刀具轨迹。这类数控机床主要有数

49、控钻床、数控坐标镗床、数控冲剪床这类数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲剪床等。等。下一页上一页返回1.4 数控机床的分类数控机床的分类2直线控制数控机床直线控制数控机床 数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外，还要保数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条平行于坐标轴的直线，而且对证两点之间移动的轨迹是一条平行于坐标轴的直线，而且对移动速度也要进行控制，以便适应随工艺因素变化的不同要移动速度也要进行控制，以便适应随工艺因素变化的不同要求。如求。如图图1-5所示为直线控制数控机床的刀具轨迹。有些数所示为直线控制数控机床的刀具轨迹。有些数控机床有控机床

50、有45 斜线切削功能，但不能以任意斜率进行直线切斜线切削功能，但不能以任意斜率进行直线切削。这类数控机床主要有简易数控车床、数控磨床等。削。这类数控机床主要有简易数控车床、数控磨床等。下一页上一页返回1.4 数控机床的分类数控机床的分类3轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床 数控系统能同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续相数控系统能同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续相关的控制，不仅能控制轮廓的起点和终点，而且还要控制轨关的控制，不仅能控制轮廓的起点和终点，而且还要控制轨迹上每一点的速度和位移。轮廓控制要比点位控制更为复杂，迹上每一点的速度和位移。轮廓控制要比点位控制更为复杂，需要在加工过程中不断