1、第第1章数控机床的基础知识章数控机床的基础知识1.1数控机床的发展与基本概念数控机床的发展与基本概念1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型1.3数控机床坐标系数控机床坐标系1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标1.5数控机床发展的趋势数控机床发展的趋势1.1数控机床的发展与基本概念数控机床的发展与基本概念1.1.1数控机床的发展回顾数控机床的发展回顾 1.数控数控(NC)阶段阶段(1952-1970年年)20世纪五六十年代的通用计算机在处理速度和结构上满足不世纪五六十年代的通用计算机在处理速度和结构上满足不了机床加工的要求，不得不用电子元件来构成专门的逻辑部件，
2、了机床加工的要求，不得不用电子元件来构成专门的逻辑部件，组成专用计算机来实现机床加工的要求，故称之为硬件连接数控组成专用计算机来实现机床加工的要求，故称之为硬件连接数控(H and-Wired NC)，一般简称为，一般简称为NC。随着元器件的发展，随着元器件的发展，NC阶段经历了三代阶段经历了三代:1952年第一代年第一代电电子管电路专用子管电路专用NC;1959年第二代年第二代晶体管数字电路专用晶体管数字电路专用NC;1965年第三代年第三代中小规模集成电路专用中小规模集成电路专用NC。2.计算机数控计算机数控(CNC)阶段阶段(1970一至今一至今)到到60年代后期，小型计算机走向成熟并被
3、引入机床中，从此年代后期，小型计算机走向成熟并被引入机床中，从此NC进化为进化为CNC,NC部分功能开始改由软件来实现，从此进入了计部分功能开始改由软件来实现，从此进入了计算机数控算机数控(CNC)阶段。阶段。下一页返回1.1数控机床的发展与基本概念数控机床的发展与基本概念1.1.2数控机床的相关概念数控机床的相关概念 1.数字控制数字控制 数字控制简称数控数字控制简称数控(NC,Numerical Control)，它是利用数字，它是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控技术都采用了计算机进行控制，因此也可以
4、称为计算机数控控技术都采用了计算机进行控制，因此也可以称为计算机数控(CNC，Computerized Numerical Control)。2.数控系统数控系统 用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统(Numerical Control System，而数控系统的核心是数控装置，而数控系统的核心是数控装置(Numerical Controller)。上一页下一页返回1.1数控机床的发展与基本概念数控机床的发展与基本概念3.伺服驱动伺服驱动 伺服驱动简称伺服伺服驱动简称伺服(SD,Servo Drive)。在数控机床上，伺服。在
5、数控机床上，伺服驱动的控制对象通常是机床坐标轴的位移驱动的控制对象通常是机床坐标轴的位移(包括速度、方向和位置包括速度、方向和位置)，其执行机构是伺服电动机，对输入指令信号进行控制和功率放大其执行机构是伺服电动机，对输入指令信号进行控制和功率放大的是伺服放大器的是伺服放大器(亦称驱动器、放大器、伺服单元等亦称驱动器、放大器、伺服单元等)，实际位移量，实际位移量的检测通过检测装置进行。伺服驱动的作用主要有两个方面的检测通过检测装置进行。伺服驱动的作用主要有两个方面:一是一是按照数控装置给定的速度运行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。二是按照数控装置给定的位置定位。上一页
6、下一页返回1.1数控机床的发展与基本概念数控机床的发展与基本概念 4.数控机床数控机床 采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床。它是一种综采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床。它是一种综合应用计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等合应用计算机技术、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品。先进技术的典型机电一体化产品。5.柔性制造单元柔性制造单元 在加工中心的基础上，通过增加多工作台在加工中心的基础上，通过增加多工作台(托盘托盘)自动交换装置自动交换装置(APC,Auto Pallet Changer)以及其他相关装置组成的加工单元称以及其他相关装置
7、组成的加工单元称为柔性制造单元为柔性制造单元(FMC,Flexible Manufacturing Cell)，如，如图图1-3所所示为自动交换工作台机床。示为自动交换工作台机床。FMC不仅实现了工序的集中和工艺的不仅实现了工序的集中和工艺的复合，而且通过工作台复合，而且通过工作台(托盘托盘)的自动交换和较完善的自动检测、监的自动交换和较完善的自动检测、监控功能，可以进行一定时间的无人化加工，从而进一步提高了设控功能，可以进行一定时间的无人化加工，从而进一步提高了设备的加工效率。备的加工效率。上一页下一页返回1.1数控机床的发展与基本概念数控机床的发展与基本概念 6.柔性制造系统柔性制造系统
8、在在FMC的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统造系统称为柔性制造系统(FMS,Flexible Manufacturing System)。7.计算机集成制造系统计算机集成制造系统 将生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化将生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化进行综合，构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系进行综合，构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统统(C
9、IMS,Computer Integrated Manufacturing System)。上一页下一页返回1.1数控机床的发展与基本概念数控机床的发展与基本概念1.1.3数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势1.高速、高效、高精度、高可靠性高速、高效、高精度、高可靠性2.模块化、智能化、柔性化和集成化模块化、智能化、柔性化和集成化3.开放性开放性上一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型1.2.1数控机床的基本组成数控机床的基本组成 为了了解数控机床的基本组成，首先需要分析数控机床加工为了了解数控机床的基本组成，首先需要分析数控机床加工零件的工作过程。通过分析
10、零件的工作过程。通过分析图图1一一5所示的数控机床加工过程可知，所示的数控机床加工过程可知，在数控机床上完成零件的加工步骤如下在数控机床上完成零件的加工步骤如下:(1)根据被加工零件的图样和工艺方案，用规定的代码和程序格式，根据被加工零件的图样和工艺方案，用规定的代码和程序格式，将刀具的运动轨迹、加工工艺过程、工艺参数、切削用量等编写将刀具的运动轨迹、加工工艺过程、工艺参数、切削用量等编写成数控系统能够识别的指令代码，即编写加工程序。成数控系统能够识别的指令代码，即编写加工程序。(2)将所编写的加工程序通过程序载体输入到数控装置。将所编写的加工程序通过程序载体输入到数控装置。(3)数控装置对输
11、入的程序数控装置对输入的程序(代码代码)进行译码、运算处理，并向各坐标进行译码、运算处理，并向各坐标轴的伺服驱动装置和辅助装置发出相应的控制信号，以控制机床轴的伺服驱动装置和辅助装置发出相应的控制信号，以控制机床的各部件的运动。的各部件的运动。下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型 (4)在运动过程中，数控系统需要随时检测机床的坐标位置、行程开在运动过程中，数控系统需要随时检测机床的坐标位置、行程开关的状态等，并与程序的要求相比较，以决定下一步动作，直到关的状态等，并与程序的要求相比较，以决定下一步动作，直到加工出合格的零件加工出合格的零件 (5)操作者可
12、以随时对机床的加工情况、工作状态进行观察、检查，操作者可以随时对机床的加工情况、工作状态进行观察、检查，必要时还需要对机床动作和加工程序进行调整，以保证机床安全、必要时还需要对机床动作和加工程序进行调整，以保证机床安全、可靠的运行。可靠的运行。上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型1.程序载体程序载体 程序载体是用于存取零件加工程序的装置。可将加工程序以程序载体是用于存取零件加工程序的装置。可将加工程序以特殊的格式和代码特殊的格式和代码(包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数和辅助运动等参数和辅助运动等)
13、存储在载体上，常用的有穿孔纸带、软磁盘、存储在载体上，常用的有穿孔纸带、软磁盘、盒式磁带、硬盘和闪存卡等盒式磁带、硬盘和闪存卡等 2.数控系统数控系统 数控系统主要由输入装置、信息处理和输出装置三个基本部数控系统主要由输入装置、信息处理和输出装置三个基本部分构成，如分构成，如图图1一一6所示所示上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型 3.伺服系统伺服系统 伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分，如伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分，如图图1-7所示。所示。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元
14、和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。动机是常用的驱动装置。4.检测与反馈装置检测与反馈装置 检测与反馈装置有利于提高数控机床加工精度。它是闭环检测与反馈装置有利于提高数控机床加工精度。它是闭环(半半闭环闭环)数控机床的检测环节，其作用是通过现代化的测量元件，如数控机床的检测环节，其作用是通过现代化的测量元件，如脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁栅等，将执行脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁栅等，将执行元件元件(如刀架或工作台等如刀架或工作台等)的实际位移速度
15、和位移量检测出来，反馈的实际位移速度和位移量检测出来，反馈回伺服驱动装置或数控装置，并补偿进给的速度或执行机构的运回伺服驱动装置或数控装置，并补偿进给的速度或执行机构的运动误差，以达到提高运动机构精度的目的。如动误差，以达到提高运动机构精度的目的。如图图1-8所示为检测装所示为检测装置的应用。置的应用。上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型 5.辅助装置辅助装置 辅助装置是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口转换成辅助装置是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口转换成强电信号，用来控制主轴电动机起停、冷却液的开关及工作台的强电信号，用来控制主轴电动机起
16、停、冷却液的开关及工作台的转位和换刀等动作。辅助装置主要包括自动刀具交换装置、工作转位和换刀等动作。辅助装置主要包括自动刀具交换装置、工作台自动交换装置、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系台自动交换装置、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等 6.机床本体机床本体 数控机床的本体指其机械结构实体。它包括主传动系统、进数控机床的本体指其机械结构实体。它包括主传动系统、进给传动系统、床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、刀架及给传动系统、床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、刀架及自动换
17、刀装置等机械部件自动换刀装置等机械部件上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型1.2.2数控机床的特点数控机床的特点1.高精度高精度2.高效率和良好的经济效益高效率和良好的经济效益3.高可靠性高可靠性4.对加工对象的适应性强对加工对象的适应性强5.减轻了操作者的劳动强度减轻了操作者的劳动强度6.有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型 1.2.3数控机床的类塑数控机床的类塑 1.按机床用途分类按机床用途分类 (1)金属切削类数控机床。金属切削类数控机床主要有数控车床金
18、属切削类数控机床。金属切削类数控机床主要有数控车床(如如图图1一一11(a)所示所示)、数控铣床、数控铣床(如如图图1一一11(b)所示所示)、数控钻床、数控钻床(如如图图1一一11(c)所示所示)、数控锁床、数控锁床(如如图图1一一11(d)所示所示)、加工中心、加工中心(如如图图1一一11(e)所示所示)和数控磨床和数控磨床(如如图图1一一11(f)所示所示)等等 (2)金属成型类数控机床。金属成型类数控机床主要有数控弯管机金属成型类数控机床。金属成型类数控机床主要有数控弯管机(如如图图1一一12(a)所示所示)、数控折弯机、数控折弯机(如如图图1一一12(b)所示所示)、数控剪板机、数控
19、剪板机(如如图图1一一12(c)所示所示)和数控高效卧式滚齿机和数控高效卧式滚齿机(如如图图1一一12(d)所示所示)等等上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型(3)数控特种加工机床。数控特种加工机床主要有数控电火花成型机床数控特种加工机床。数控特种加工机床主要有数控电火花成型机床(如如图图1一一13(a)所示所示)、数控电火花线切割机床、数控电火花线切割机床(如如图图1一一13(b)所示所示)、数控冲床数控冲床(如如图图1一一13(c)所示所示)和数控激光切割机床和数控激光切割机床(如如图图1一一13(d)所所示示)等等(4)其他类型数控机床其他类
20、型数控机床 其他类型数控机床主要有数控三坐标测量机等，如其他类型数控机床主要有数控三坐标测量机等，如图图1一一14所示所示上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型 2.按加工工艺方法分类按加工工艺方法分类 (1)普通数控机床。普通数控机床是指加工用途、加工工艺相对单一普通数控机床。普通数控机床是指加工用途、加工工艺相对单一的数控机床。按加工用途可分为数控车床、数控铣床、数控锁床、的数控机床。按加工用途可分为数控车床、数控铣床、数控锁床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。(2)加工中心。加工中心是带有刀库和自
21、动换刀装置的数控机床。它加工中心。加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。它将数控铣床、数控锁床、数控钻床的功能组合在一起，工件在一将数控铣床、数控锁床、数控钻床的功能组合在一起，工件在一次装夹后，可对其进行钻、扩、铰、锁、铣及攻螺纹等多工序加次装夹后，可对其进行钻、扩、铰、锁、铣及攻螺纹等多工序加工，主要用来加工箱体类零件。工，主要用来加工箱体类零件。上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型3.按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类(1)开环控制数控机床开环控制数控机床(2)半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床(3)全闭环控制数控机床全闭环控制数控
22、机床(4)混合闭环控制数控机床混合闭环控制数控机床4.按运动轨迹分类按运动轨迹分类(1)点位控制数控机床点位控制数控机床(2)直线控制数控机床直线控制数控机床(3)轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型 5.按控制的联动坐标轴数不同分类按控制的联动坐标轴数不同分类 (1)两轴联动数控机床。主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床两轴联动数控机床。主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线轮廓曲等，如加工曲线轮廓曲等，如图图1一一22所示所示 (2)两轴半联动数控机床。主要用于三轴以上机床的控制。其中两根两轴半联动数控
23、机床。主要用于三轴以上机床的控制。其中两根轴可以联动，而另外一根轴可以作周期性进给，如轴可以联动，而另外一根轴可以作周期性进给，如图图1-23所示所示 (3)三轴联动数控机床三轴联动数控机床 (4)四轴联动数控机床。同时控制四轴联动数控机床。同时控制X,Y,Z三个直线坐标轴与某一旋三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动，如转坐标轴联动，如图图1一一25所示所示 (5)五轴联动数控机床五轴联动数控机床上一页下一页返回1.2数控机床的基本组成、特点与类型数控机床的基本组成、特点与类型6.按功能水平分类按功能水平分类(1)经济型数控机床经济型数控机床(2)全功能型数控机床全功能型数控机床(3)精密型数控
24、机床精密型数控机床上一页返回1.3数控机床坐标系数控机床坐标系1.3.1数控机床坐标轴命名数控机床坐标轴命名 1.坐标轴命名规定坐标轴命名规定 数控机床坐标系按照我国机械工业部于数控机床坐标系按照我国机械工业部于1982年颁布的年颁布的JB 3051-1982数控机床坐标和运动方向的命名数控机床坐标和运动方向的命名标准，它与国际上标准，它与国际上统一的统一的IS0841等效。其中规定的命名原则如下。等效。其中规定的命名原则如下。(1)刀具相对于静止工件而运动的原则。刀具相对于静止工件而运动的原则。(2)数控机床坐标系的规定数控机床坐标系的规定下一页返回1.3数控机床坐标系数控机床坐标系 2.坐
25、标轴运动方向的确定坐标轴运动方向的确定 数控机床的某一坐标运动的正方向，是增大工件和刀具之间数控机床的某一坐标运动的正方向，是增大工件和刀具之间距离的方向。一般先确定距离的方向。一般先确定Z轴，然后确定轴，然后确定X轴，最后再确定轴，最后再确定Y轴轴 (1)Z轴。轴。Z轴一般是传递切削力的主轴轴线。轴一般是传递切削力的主轴轴线。(2)X轴。轴。X轴位于与工件装夹面相平行的水平面内且与轴位于与工件装夹面相平行的水平面内且与z轴垂直。对轴垂直。对于数控车床、外圆磨床等工件旋转的机床，于数控车床、外圆磨床等工件旋转的机床，X轴的方向在工件的径轴的方向在工件的径向上且平行于横滑座，其向上且平行于横滑座
26、，其X轴的正方向取为远离工件的方向。轴的正方向取为远离工件的方向。(3)Y轴。确定了轴。确定了X,Z轴的正方向后，轴的正方向后，Y坐标轴正方向可以根据右手坐标轴正方向可以根据右手定则来确定，如定则来确定，如图图1一一29(a)、(b)、(c)所示所示 (4)旋转坐标旋转坐标A,B,C。旋转坐标。旋转坐标A,B,C相应的表示其轴线平行于相应的表示其轴线平行于X,Y,Z坐标的旋转运动，坐标的旋转运动，+A,+B,+C可根据右手螺旋定则来确定，如可根据右手螺旋定则来确定，如图图1一一28所示所示上一页下一页返回1.3数控机床坐标系数控机床坐标系1.3.2数控机床原点、参考点与数控机床坐标系数控机床原
27、点、参考点与数控机床坐标系 数控机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系。机床数控机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系。机床坐标系的原点也称机床原点或零点。这个原点在机床一经设计和坐标系的原点也称机床原点或零点。这个原点在机床一经设计和制造调整后，便被确定下来，它是一个固定点。制造调整后，便被确定下来，它是一个固定点。为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点。机床参考点是机床坐标系轴的移动范围内设置一个机床参考点。机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的极限点，其固定位置由各轴向的机械挡块来确
28、中一个固定不变的极限点，其固定位置由各轴向的机械挡块来确定。机床参考点可以与机床原点重合也可以不重合，通过机床参定。机床参考点可以与机床原点重合也可以不重合，通过机床参数指定该参考点到机床原点的距离，如数指定该参考点到机床原点的距离，如图图1-30(a)所示数控车床的所示数控车床的机床原点和参考点不重合，如机床原点和参考点不重合，如图图1一一30(b)所示数控铣床所示数控铣床/加工中心加工中心的机床原点与参考点重合。数控机床工作时，先进行回机床参考的机床原点与参考点重合。数控机床工作时，先进行回机床参考点的操作，就可建立机床坐标系。点的操作，就可建立机床坐标系。上一页下一页返回1.3数控机床坐
29、标系数控机床坐标系1.3.3工件原点与工件坐标系工件原点与工件坐标系 编程时一般选择工件上的某一点作为工件原点编程时一般选择工件上的某一点作为工件原点(或称为程序或称为程序原点原点)，并以这个原点建立的坐标系称为工件坐标系。工件坐标系，并以这个原点建立的坐标系称为工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。如一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。如图图1一一30所示所示 工件原点的选择要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的工件原点的选择要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件。一般情况下，以坐标式尺寸标注的零件，工加工误差小等条件。一般情况下，
30、以坐标式尺寸标注的零件，工件原点应选在尺寸标注的基准点件原点应选在尺寸标注的基准点;对称零件或以同心圆为主的零件，对称零件或以同心圆为主的零件，工件原点应选在对称中心线或圆心上。工件原点应选在对称中心线或圆心上。Z轴的工件原点通常选在工轴的工件原点通常选在工件的上表面。工件原点与坐标系的建立通常是通过对刀操作来实件的上表面。工件原点与坐标系的建立通常是通过对刀操作来实现的。现的。上一页下一页返回1.3数控机床坐标系数控机床坐标系1.3.4绝对坐标与增量坐标绝对坐标与增量坐标 数控机床编程中，工件或刀具移动量的指令主要有绝对坐标数控机床编程中，工件或刀具移动量的指令主要有绝对坐标(G90)和增量
31、坐标和增量坐标(G91)两种方式。运动轨迹的终点坐标是相对于两种方式。运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标，称为增量坐标起点计量的坐标，称为增量坐标(或称为相对坐标或称为相对坐标);所有坐标点坐所有坐标点坐标值均从工件原点计量的坐标，称为绝对坐标。如标值均从工件原点计量的坐标，称为绝对坐标。如图图1一一31所示的所示的绝对坐标与增量坐标。绝对坐标与增量坐标。上一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标1.4.1数控机床的精度指标数控机床的精度指标 1.定位精度和重复定位精度定位精度和重复定位精度 定位精度是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达定位精度是指数控机床工作台等移动部
32、件在确定的终点所达到的实际位置的精度。而移动部件实际位置与理想位置之间的误到的实际位置的精度。而移动部件实际位置与理想位置之间的误差称为定位误差，它直接影响零件加工的位置精度。差称为定位误差，它直接影响零件加工的位置精度。2.分度精度分度精度 分度精度是指分度工作台在分度时，理论要求回转的角度值分度精度是指分度工作台在分度时，理论要求回转的角度值和实际回转的角度值的差值。分度精度既影响零件加工部位在空和实际回转的角度值的差值。分度精度既影响零件加工部位在空间的角度位置，也影响孔系加工的同轴度等。间的角度位置，也影响孔系加工的同轴度等。3.脉冲当量脉冲当量 脉冲当量是指数控系统每发出一个进给脉冲
33、，机床运动机构脉冲当量是指数控系统每发出一个进给脉冲，机床运动机构就产生一个相应的位移量，一个脉冲对应的这个位移量即为脉冲就产生一个相应的位移量，一个脉冲对应的这个位移量即为脉冲当量。当量。下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标1.4.2数控机床的运动性能指标数控机床的运动性能指标 1.主轴转速主轴转速 数控机床的主轴一般均采用直流或交流主轴电机驱动，选用数控机床的主轴一般均采用直流或交流主轴电机驱动，选用高速精密轴承支承，保证主轴具有较宽的调速范围和足够高的回高速精密轴承支承，保证主轴具有较宽的调速范围和足够高的回转精度、刚度及抗震性。目前，数控机床主轴转速已普遍达到转精度、刚
34、度及抗震性。目前，数控机床主轴转速已普遍达到5 00010 000 r/min，甚至更高。特别是电主轴的出现，适应了高速，甚至更高。特别是电主轴的出现，适应了高速和高精度加工的要求。和高精度加工的要求。2.进给速度进给速度 数控机床的进给速度是影响零件加工质量、生产效率以及刀数控机床的进给速度是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。目前，国内数控机床的进给速度可达具寿命的主要因素。目前，国内数控机床的进给速度可达1015 m/min,国外为国外为1530 m/min 上一页下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标3.坐标行程坐标行程 数控机床坐标轴数控机床坐标轴X,Y,
35、Z的行程大小，构成数控机床的空间加的行程大小，构成数控机床的空间加工范围，即加工零件的大小。行程是直接体现机床加工能力的指工范围，即加工零件的大小。行程是直接体现机床加工能力的指标参数标参数 4.摆角范围摆角范围 数控机床摆角的大小也直接影响加工零件空间部位的能力。数控机床摆角的大小也直接影响加工零件空间部位的能力。但摆角太大又造成机床的刚度下降，因此给机床设计带来许多困但摆角太大又造成机床的刚度下降，因此给机床设计带来许多困难。难。上一页下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标5.刀库容量及换刀时间刀库容量及换刀时间 刀库容量及换刀时间对数控机床的生产率有直接影响。刀库刀库容量及
36、换刀时间对数控机床的生产率有直接影响。刀库容量是指刀库能存放加工所需要的刀具数量。目前，常见的中小容量是指刀库能存放加工所需要的刀具数量。目前，常见的中小型加工中心多为型加工中心多为1660把，大型加工中心达把，大型加工中心达100把以上。换刀时间把以上。换刀时间是指带有自动换刀装置的数控机床，将主轴上使用的刀具与装在是指带有自动换刀装置的数控机床，将主轴上使用的刀具与装在刀库上的下一工序需用的刀具进行交换所需要的时间。目前，国刀库上的下一工序需用的刀具进行交换所需要的时间。目前，国内换刀时间均在内换刀时间均在10 20s内完成换刀内完成换刀;而国外仅为而国外仅为45s上一页下一页返回1.4数
37、控机床的主要指标数控机床的主要指标1.4.3数控系统的主要技术指标数控系统的主要技术指标 1.可控轴数和联动轴数可控轴数和联动轴数 可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标轴数目。可控轴可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标轴数目。可控轴数说明了数控系统最多可以控制多少个坐标轴，其中包括移动轴数说明了数控系统最多可以控制多少个坐标轴，其中包括移动轴和回转轴。和回转轴。2.脉冲当量脉冲当量 脉冲当量是数控系统重要的精度指标。它有两方面的内容脉冲当量是数控系统重要的精度指标。它有两方面的内容:一一是机床坐标轴轴可达到的控制精度，表示数控系统每发出一个脉是机床坐标轴轴可达到的控制精度，表示数控系统每发
38、出一个脉冲，坐标轴所移动的距离，称为实际脉冲当量或外部脉冲当量冲，坐标轴所移动的距离，称为实际脉冲当量或外部脉冲当量;二二是内部运算的最小单位，称为内部脉冲当量，内部脉冲当量一般是内部运算的最小单位，称为内部脉冲当量，内部脉冲当量一般比实际脉冲当量设置得要小，目的是在运算过程中不损失精度。比实际脉冲当量设置得要小，目的是在运算过程中不损失精度。数控系统在输出位移量之前，自动将内部脉冲当量转换成外部脉数控系统在输出位移量之前，自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量。冲当量。上一页下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标 实际脉冲当量的大小取决于丝杠螺距、电机每转脉冲数及机实际脉冲当量的
39、大小取决于丝杠螺距、电机每转脉冲数及机械传动链的传动比，其计算公式为械传动链的传动比，其计算公式为 3.定位精度和重复定位精度定位精度和重复定位精度 4.进给速度和调节范围进给速度和调节范围 刀具切削进给速度的指定有刀具切削进给速度的指定有mm/min和和mm/r两种形式。进给两种形式。进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整，调整范围一般可为速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整，调整范围一般可为10%200%，每档间隔，每档间隔10%。上一页下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标5.主轴转速和调节范围主轴转速和调节范围 主轴转速的指定用主轴转速的指定用r/min。机床操作面
40、板设有主轴倍率开关，。机床操作面板设有主轴倍率开关，可在不修改程序的情况下改变主轴转速，典型的调节范围为可在不修改程序的情况下改变主轴转速，典型的调节范围为50%120%，每档间隔，每档间隔5%。另外在车床的端面切削的。另外在车床的端面切削的J陋定切削陋定切削中，可用中，可用m/min为单位的主轴恒线速表示方法。为单位的主轴恒线速表示方法。上一页下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标 6.插补功能插补功能 插补功能越强，说明数控系统能够加工的轮廓越多。目前数插补功能越强，说明数控系统能够加工的轮廓越多。目前数控系统不仅可以插补直线、圆弧，还可以插补抛物线、椭圆、正控系统不仅可以插
41、补直线、圆弧，还可以插补抛物线、椭圆、正弦曲线、螺旋曲线和样条函数等弦曲线、螺旋曲线和样条函数等 7.准备功能准备功能(G功能功能)准备功能用来指令机床动作的方式，包括基本移动、程序暂准备功能用来指令机床动作的方式，包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、刀具补偿、参考点返回、固定循环和停、平面选择、坐标设定、刀具补偿、参考点返回、固定循环和公公/英制转换等。英制转换等。8.辅助功能辅助功能(M功能功能)辅助功能用来规定主轴的起、停、转向，冷却液的接通和断开，辅助功能用来规定主轴的起、停、转向，冷却液的接通和断开，刀库的起、停等。辅助功能的使用有前作用刀库的起、停等。辅助功能的使用有前作用
42、M功能功能(在指令的程序在指令的程序段开始动作时立即执行段开始动作时立即执行)和后作用和后作用M功能功能(在指令的程序段完成时才在指令的程序段完成时才起作用起作用)两种。两种。上一页下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标 9.刀具管理和刀具补偿刀具管理和刀具补偿 用来选择刀具的功能用用来选择刀具的功能用T指令。数控系统应能根据指令。数控系统应能根据T指令从一指令从一定容量的刀库中选择加工时所需的刀具。目前数控系统还可进行定容量的刀库中选择加工时所需的刀具。目前数控系统还可进行刀具半径补偿、刀具长度补偿以及刀具寿命管理和自动刀具测量刀具半径补偿、刀具长度补偿以及刀具寿命管理和自动刀
43、具测量等。等。10.零件程序管理和编辑零件程序管理和编辑 零件程序管理功能反映在数控系统中可同时存储的零件程序零件程序管理功能反映在数控系统中可同时存储的零件程序个数，还有一个重要指标是容量，它表示可存储程序的长度。有个数，还有一个重要指标是容量，它表示可存储程序的长度。有两种表示方法两种表示方法:一种是直接给出容量，如一种是直接给出容量，如64 K等等;另一种是给出可存另一种是给出可存储的纸带长度，如储的纸带长度，如120 m等。这两种方法可以换算，等。这两种方法可以换算，1 K容量大约容量大约可存储可存储2.6 m的纸带的纸带上一页下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标 11
44、.误差补偿功能误差补偿功能 加工过程中，机械传动链中存在的反向间隙加工过程中，机械传动链中存在的反向间隙(齿隙齿隙)和螺距误和螺距误差差(由滚珠丝杠的螺距不均等引起由滚珠丝杠的螺距不均等引起)，导致实际加工出的零件尺寸与，导致实际加工出的零件尺寸与程序规定的尺寸不一致，造成加工误差。因此数控系统采用反向程序规定的尺寸不一致，造成加工误差。因此数控系统采用反向间隙补偿和螺距误差补偿功能，把误差的补偿量输入数控系统的间隙补偿和螺距误差补偿功能，把误差的补偿量输入数控系统的存储器，按补偿量重新计算刀具的坐标尺寸，从而加工出符合要存储器，按补偿量重新计算刀具的坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。求的零
45、件。12.自动加减速控制自动加减速控制 为保证伺服电机在启动、停止或速度突变时不产生冲击、丢为保证伺服电机在启动、停止或速度突变时不产生冲击、丢步、超程或振荡，必须对送到伺服电机的进给频率或电压进行控步、超程或振荡，必须对送到伺服电机的进给频率或电压进行控制。在电机启动及进给速度大幅度上升时，控制加在伺服电机上制。在电机启动及进给速度大幅度上升时，控制加在伺服电机上的进给频率或电压逐渐增大的进给频率或电压逐渐增大;而当电机停止及进给大幅度下降时，而当电机停止及进给大幅度下降时，控制加在伺服电机上的进给频率或电压逐渐减小。控制加在伺服电机上的进给频率或电压逐渐减小。上一页下一页返回1.4数控机床
46、的主要指标数控机床的主要指标 13.开关量接口开关量接口 M,S,T功能不仅在数控系统内部要处理，而且要以功能不仅在数控系统内部要处理，而且要以BCD码的码的形式输出，形式输出，M,S,T码的输出位数是一个重要指标。另外，数控系码的输出位数是一个重要指标。另外，数控系统还有其他一些开关量接口，如外部的急停信号、循环启动信号统还有其他一些开关量接口，如外部的急停信号、循环启动信号和进给保持信号等。和进给保持信号等。14.机床顺序控制接口机床顺序控制接口 目前数控系统一般装有内装型目前数控系统一般装有内装型PLC(可编程序控制器可编程序控制器)。PLC的的性能包括输入性能包括输入/输出点数、编程语
47、言、指令条数、程序容量等。无输出点数、编程语言、指令条数、程序容量等。无内装型内装型PLC的数控系统，复杂的顺序控制要借助外部的的数控系统，复杂的顺序控制要借助外部的PLC。上一页下一页返回1.4数控机床的主要指标数控机床的主要指标15.通信与通信协议通信与通信协议 数控系统一般都有数控系统一般都有RS232接口，有的还配有接口，有的还配有DNC接口，并设接口，并设有缓冲区，进行高速传输高级型数控系统还可以与有缓冲区，进行高速传输高级型数控系统还可以与MAP相连，接相连，接入工厂的通信网络，以适应入工厂的通信网络，以适应FMS,CIMS的要求的要求16.自诊断功能自诊断功能 数控系统中设置有各
48、种诊断程序，在故障发生后可迅速查明数控系统中设置有各种诊断程序，在故障发生后可迅速查明故障类型和部位，及时排除以减少故障停机时间和防止故障的扩故障类型和部位，及时排除以减少故障停机时间和防止故障的扩大。大。上一页返回1.5数控机床发展的趋势数控机床发展的趋势1.5.1柔性制造单元柔性制造单元 柔性制造单元柔性制造单元FMC (FMC,Flexible Manufacturing Cell)由由单台带有多托盘系统的加工中心或三台以下的数控机床组成，它单台带有多托盘系统的加工中心或三台以下的数控机床组成，它可以自动地加工一族工件，适用于小批量多品种加工。其外部系可以自动地加工一族工件，适用于小批量
49、多品种加工。其外部系统包括统包括:工件与刀具运输系统、测量系统、过程监控系统等。如工件与刀具运输系统、测量系统、过程监控系统等。如图图1-32所示为柔性加工单元，可实现无人看管自动加工。所示为柔性加工单元，可实现无人看管自动加工。如如图图1一一33所示是一个包含两台机床所示是一个包含两台机床(一台加工中心和一台数控一台加工中心和一台数控车床车床)，并由一个物料运输系统连接起来的，并由一个物料运输系统连接起来的FMC下一页返回1.5数控机床发展的趋势数控机床发展的趋势 目前，常用的目前，常用的FMC有两种类型。第一类是加工中心配上自动有两种类型。第一类是加工中心配上自动托盘交换系统托盘交换系统(
50、APC)。这类。这类FMC以托盘交换系统为特征，一般具以托盘交换系统为特征，一般具备备5个以上的托盘，组成环形回转式托盘库。个以上的托盘，组成环形回转式托盘库。第二类是数控机床配置机器人第二类是数控机床配置机器人(Robot。这种。这种FMC的最一般形的最一般形式是由两台数控车床配上机器人式是由两台数控车床配上机器人(或机械手或机械手)，加上工件传输系统组，加上工件传输系统组成。成。上一页下一页返回1.5数控机床发展的趋势数控机床发展的趋势1.5.2柔性制造生产线柔性制造生产线 柔性制造生产线柔性制造生产线(FML,Flexible Manufacturing Line)又称为又称为柔性自动线
