1、数控机床基础知识介绍 数控机床的认识数控机床的认识 什么是数控机床什么是数控机床 用专业术语来说，数控机床即“数字程序控制机床”(Numerically Controlled Machine Tool)，是用数字和字母形式来表达工件的形状和尺寸等技术要求及加工工艺要求，经过数控装置运算，用数字代码信息(程序指令)控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床。数控机床的认识 NC是是Numerical Control（数值控制装置）的缩写。（数值控制装置）的缩写。是自动地控制机床的工作台，刀架是自动地控制机床的工作台，刀架 号等位置和速号等位置和速度的装置。度的装置。NC以前是由晶
2、体管、以前是由晶体管、IC等电子元件构等电子元件构成的。随着微型计算机的出现，由它组成了成的。随着微型计算机的出现，由它组成了NC并并进一步商品化，把这种进一步商品化，把这种NC称为称为CNC（Computerized Numerical Control）。）。CNC的第的第一个一个C是内装计算机的意思。是内装计算机的意思。数控机床的认识 数控机床一般指那些只能完成车、铣、镗、磨、钻数控机床一般指那些只能完成车、铣、镗、磨、钻等单一工序的数控机床。等单一工序的数控机床。在类型上可分为：在类型上可分为：数控车床（数控车床（CNC车床）车床）数控铣床数控铣床 数控镗床数控镗床 数控磨床数控磨床 数
3、控钻床等等。数控钻床等等。CNC加工中心 NC加工中心其实就加工中心其实就是内装计算机、备有是内装计算机、备有自动换刀装置的数控自动换刀装置的数控机床，其控制系统能机床，其控制系统能控制机床自动换刀，控制机床自动换刀，连续地按一定程序对连续地按一定程序对各个加工面自动地完各个加工面自动地完成铣削、镗削、钻孔、成铣削、镗削、钻孔、攻丝等多工序加工的攻丝等多工序加工的数控机床。数控机床。CNC车床 CNC车床也是内装车床也是内装计算机、备有自动换计算机、备有自动换刀装置的数控机床，刀装置的数控机床，其控制系统能控制机其控制系统能控制机床自动换刀，连续地床自动换刀，连续地按一定程序对各个加按一定程序
4、对各个加工面自动地完成车削工面自动地完成车削加工的数控机床。加工的数控机床。数控机床的主要性能指标 定位精度：定位精度是机床工作台等移动部件在确定位精度：定位精度是机床工作台等移动部件在确定的终点所能达到的实际位置的精度。其误差是机定的终点所能达到的实际位置的精度。其误差是机床的定位误差。床的定位误差。重复定位精度：指在同一台数控机床上，应用相同重复定位精度：指在同一台数控机床上，应用相同的程序相同的代码加工一批零件所能达到的连续结的程序相同的代码加工一批零件所能达到的连续结果的一致程度。其误差为重复定位误差。果的一致程度。其误差为重复定位误差。分度精度：分度精度是指分度工作台在分度时，理分度
5、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和实际的角度的差值。其误差论要求回转的角度值和实际的角度的差值。其误差为分度误差。为分度误差。分辨率与脉冲当量：是指数控机床所能反映到的机分辨率与脉冲当量：是指数控机床所能反映到的机床移动部件上的最小移动量。即最小脉冲当量。床移动部件上的最小移动量。即最小脉冲当量。数控装置逻辑图光电阅读机译码器 输出装置伺服系统MT存储器主控制器显示器检测装置NC程序运算器数控机床的构成 机械部分立柱工作台底座换刀机构机床本体线轨丝杆连轴器PLC程序CNC控制软件电气箱伺服放大器伺服马达变压器控制装置NC控制器数控机床电器部分切消液泵浦硬件软件数控机床
6、的组成数控机床的组成 输入输入/输出设备输出设备 CNC装置 可编程控制器(PLC)伺服单元 驱动装置(执行机构)电气控制装置 辅助装置 机床本体 测量装置 键盘、磁盘机等。键盘、磁盘机等。可用串行通信的可用串行通信的方式输入。方式输入。配有配有CRT显示器显示器或点阵式液晶显或点阵式液晶显示器，可显示较示器，可显示较丰富的信息，并丰富的信息，并能显示图形。能显示图形。数控机床的组成数控机床的组成 输入输入/输出设备输出设备 CNCCNC装置装置 可编程控制器可编程控制器(PLC)(PLC)伺服单元伺服单元 驱动装置驱动装置(执行机构执行机构)电气控制装置电气控制装置 辅助装置辅助装置 机床本
7、体机床本体 测量装置测量装置 CNC系统的核心。系统的核心。主要包括微处理器主要包括微处理器CPU、储存器、局部总线、外储存器、局部总线、外围逻辑电路以及与围逻辑电路以及与CNC系统的其它组成部分联系统的其它组成部分联系的接口等。系的接口等。CNC系统完全由软件处系统完全由软件处理数字信息，因而具有理数字信息，因而具有真正的柔性化，可处理真正的柔性化，可处理逻辑电路难以处理的复逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字控制系杂信息，使数字控制系统的性能大大提高。统的性能大大提高。数控机床的组成数控机床的组成 输入输入/输出设备输出设备 CNCCNC装置装置 可编程控制器可编程控制器(PLC)(PLC)
8、伺服单元伺服单元 驱动装置驱动装置(执行机构执行机构)电气控制装置电气控制装置 辅助装置辅助装置 机床本体机床本体 测量装置测量装置 一种以微处理器一种以微处理器为基础的通用型为基础的通用型自动控制装置，自动控制装置，专为在工业环境专为在工业环境下应用而设计。下应用而设计。分内装型分内装型(集成集成型型)和外装型和外装型(独独立型立型)。数控机床的组成数控机床的组成 输入/输出设备 CNC装置 可编程控制器(PLC)伺服单元 驱动装置(执行机构)电气控制装置 辅助装置 机床本体 测量装置 是是CNC和机床本体的和机床本体的联系环节，它把来自联系环节，它把来自CNC装置的微弱指令装置的微弱指令信
9、号放大成控制驱动信号放大成控制驱动装置的大功率信号。装置的大功率信号。根据接收指令不同，根据接收指令不同，可分脉冲式和模拟式。可分脉冲式和模拟式。模拟式按电源种类可模拟式按电源种类可分直流伺服单元和交分直流伺服单元和交流伺服单元。流伺服单元。数控机床的组成数控机床的组成 输入输入/输出设备输出设备 CNCCNC装置装置 可编程控制器可编程控制器(PLC)(PLC)伺服单元伺服单元 驱动装置驱动装置(执行机构执行机构)电气控制装置电气控制装置 辅助装置辅助装置 机床本体机床本体 测量装置测量装置 把经放大的指令信号把经放大的指令信号变为机械运动，通过变为机械运动，通过简单的机械连接部件简单的机械
10、连接部件驱动机床，使工作台驱动机床，使工作台精确定位或按规定的精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸动，最后加工出图纸所要求的零件。所要求的零件。和伺服单元相对应，和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、驱动装置有步进电机、直流伺服电机、交流直流伺服电机、交流伺服电机等。伺服电机等。数控机床的组成数控机床的组成 输入/输出设备 CNC装置 可编程控制器(PLC)伺服单元 驱动装置(执行机构)电气控制装置 辅助装置 机床本体 测量装置 合称伺服驱动系统合称伺服驱动系统 机床工作的动力装置，机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实伺服
11、驱动系统付诸实施。施。从某种意义上说，数从某种意义上说，数控机床功能的强弱主控机床功能的强弱主要取决于要取决于CNC装置，装置，而数控机床性能的好而数控机床性能的好坏主要取决于伺服驱坏主要取决于伺服驱动系统。动系统。数控机床的组成数控机床的组成 输入输入/输出设备输出设备 CNCCNC装置装置 可编程控制器可编程控制器(PLC)(PLC)伺服单元伺服单元 驱动装置驱动装置(执行机构执行机构)电气控制装置电气控制装置 辅助装置辅助装置 机床本体机床本体 测量装置测量装置 CNC机床由于切削用量机床由于切削用量大、连续加工发热量大大、连续加工发热量大等因素对加工精度有一等因素对加工精度有一定影响，
12、加之在加工中定影响，加之在加工中是自动控制，不能像在是自动控制，不能像在普通机床上那样由人工普通机床上那样由人工进行调整、补偿，所以进行调整、补偿，所以其设计要求比普通机床其设计要求比普通机床更严格，制造要求更精更严格，制造要求更精密，采用了许多新的加密，采用了许多新的加强刚性、减小热变形、强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。提高精度等方面的措施。数控机床的组成数控机床的组成 输入/输出设备 CNC装置 可编程控制器(PLC)伺服单元 驱动装置(执行机构)电气控制装置 辅助装置 机床本体机床本体 测量装置测量装置 又称反馈元件。又称反馈元件。安装在机床的工作台或丝杠上，安装在机床的工作台
13、或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛，把机床工作台的实际的眼睛，把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给位移转变成电信号反馈给CNC装置，供装置，供CNC装置与指令值比装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。向消除该误差的方向移动。高性能数控机床的重要组成部高性能数控机床的重要组成部分。分。由测量装置和显示环节构成的由测量装置和显示环节构成的数显装置，可以在线显示机床数显装置，可以在线显示机床移动部件的坐标值，大大提高移动部件的坐标值，大大提高工作效率和工件的加工精度。工作效率和工件的加工精度。数控机床的分类数控
14、机床的分类分类方法机床类型按坐标轴一般数控机床加工中心多坐标系统控制特点点位控制 直线控制 轮廓控制有无测量装置开环半闭环闭环功能水平经济型普及型高级型数控系统控制特点数控系统控制特点 点位控制点位控制 直线控制直线控制 轮廓控制（连轮廓控制（连 续轨迹控制）续轨迹控制）只控制刀具或工作台只控制刀具或工作台从一点移至另一点的从一点移至另一点的准确定位，然后进行准确定位，然后进行定点加工，而点与点定点加工，而点与点之间的路径不需控制。之间的路径不需控制。如：数控钻床、数控如：数控钻床、数控镗床、数控坐标镗床镗床、数控坐标镗床数控系统控制特点 点位控制点位控制 直线控制直线控制 轮廓控制（连轮廓控
15、制（连 续轨迹控制）续轨迹控制）除控制直线轨迹的起除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位点和终点的准确定位外，还要控制在这两外，还要控制在这两点之间以指定的进给点之间以指定的进给速度进行直线切削速度进行直线切削 如：平面铣削用的数如：平面铣削用的数控铣床、阶梯轴车削控铣床、阶梯轴车削和磨削用的数控车床、和磨削用的数控车床、数控磨床等数控磨床等 数控系统控制特点 点位控制点位控制 直线控制直线控制 轮廓控制（连轮廓控制（连 续轨迹控制）续轨迹控制）能够连续控制两个或两个以能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。上坐标方向的联合运动。为使刀具按规定的轨迹加工为使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮
16、廓，数控装置工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。规定的进给速度。如：能加工曲面用的数控铣如：能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床、床、数控车床、数控磨床、加工中心等加工中心等伺服系统的类型伺服系统的类型 开环伺服机构开环伺服机构 半闭环伺服机构半闭环伺服机构 全闭环伺服机构全闭环伺服机构 由步进电机驱动线路和由步进电机驱动线路和步进电机组成。每一脉
17、步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一丝杠推动工作台移动一定的距离。定的距离。没有检测反馈装置。没有检测反馈装置。控制精度取决于步进电控制精度取决于步进电机和丝杠的精度。机和丝杠的精度。比较简单，工作稳定，比较简单，工作稳定，易掌握使用，但精度和易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。速度的提高受到限制。伺服系统的类型伺服系统的类型 开环伺服机构开环伺服机构 半闭环伺服机构半闭环伺服机构 全闭环伺服机构全闭环伺服机构 由比较线路、伺服放大线路、由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置伺服马达、速度检测
18、器和位置检测器组成。检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。度间接测出工作台的位置。所能达到的精度、速度、和动所能达到的精度、速度、和动态特性优于开环伺服机构，为态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。大多数中小型数控机床所采用。因信号易检测、闭环中要素少、因信号易检测、闭环中要素少、系统单纯，使其控制稳定，而系统单纯，使其控制稳定，而易设计成反应快的伺服系统。易设计成反应快的伺服系统。伺服系统的类型伺服系统的类型 开环伺服机构开环伺服机构半闭环伺服机构半闭环伺服机构全闭环伺服机构
19、全闭环伺服机构 工作原理和组成同半工作原理和组成同半闭环。闭环。位置检测器安装在工位置检测器安装在工作台上，可直接测出作台上，可直接测出工作台的实际位置。工作台的实际位置。反馈精度高于半闭环反馈精度高于半闭环控制。控制。掌握调试的难度较大。掌握调试的难度较大。常用于高精度和大型常用于高精度和大型数控机床。数控机床。数控机床的分类CNC输出位置控制单元速度控制执行电动机工作台测量反馈单元半闭环编码器闭环光栅尺数控程序编码器和光栅尺是一种位置检测元件是数控机床的一种重要的组成部分，它的主要作用是检测位移量并发出反馈信号与数控装置与数控装置发出的指令信号相比较若有偏差，经放大后控制执行部件使其向着消
20、除偏差的方向运动直到偏差为零位止。数控机床的特点数控机床的特点 适应性强适应性强 加工质量稳定加工质量稳定 生产效率高生产效率高 加工精度高加工精度高 减轻劳动强度减轻劳动强度 成本高成本高 要求管理和操作人员素质高要求管理和操作人员素质高数控机床的优点数控机床的优点 适应性强适应性强 加工质量稳定加工质量稳定 生产效率高生产效率高 加工精度高加工精度高 减轻劳动强度减轻劳动强度 由于能实现多个坐标的联动，由于能实现多个坐标的联动，所以能完成复杂型面的加工。所以能完成复杂型面的加工。对于可用数学方程式和坐标点对于可用数学方程式和坐标点表示的形状复杂的零件，加工表示的形状复杂的零件，加工非常方便
21、。非常方便。当改变加工零件时，只需要更当改变加工零件时，只需要更换零件加工的换零件加工的NC程序，不必用程序，不必用凸轮、靠模、样板或其它模具凸轮、靠模、样板或其它模具等专用工艺装备，且可采用成等专用工艺装备，且可采用成组技术的成套夹具。因此，生组技术的成套夹具。因此，生产准备周期短，有利于机械产产准备周期短，有利于机械产品的迅速更新换代。品的迅速更新换代。数控机床的优点数控机床的优点 适应性强 加工质量稳加工质量稳定定 生产效率高 加工精度高 减轻劳动强度 对于同一批零件，由于对于同一批零件，由于使用同一机床和刀具及使用同一机床和刀具及同一加工程序，刀具的同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同
22、，且运动轨迹完全相同，且数控机床是根据数控程数控机床是根据数控程序自动进行加工，可以序自动进行加工，可以避免人为的误差，这就避免人为的误差，这就保证了零件加工的一致保证了零件加工的一致性好且质量稳定。性好且质量稳定。数控机床的优点数控机床的优点 适应性强 加工质量稳定 生产效率高生产效率高 加工精度高 减轻劳动强度 可采用较大的切削量，有可采用较大的切削量，有效地节省了机动工时。效地节省了机动工时。有自动换速、自动换刀和有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间大为缩短，能，使辅助时间大为缩短，而且无需工序间的检验与而且无需工序间的检验与测量测量 比普通机
23、床的生产率高比普通机床的生产率高34倍甚至更高倍甚至更高 时间利用率时间利用率90 普通机床普通机床3050数控机床的优点数控机床的优点 适应性强适应性强 加工质量稳定加工质量稳定 生产效率高生产效率高 加工精度高加工精度高 减轻劳动强度 一般在一般在0.0050.0050.1MM0.1MM之间。之间。加工精度不受零件复杂程加工精度不受零件复杂程度的影响，机床传动链的度的影响，机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿，其定装置自动进行补偿，其定位精度比较高，同时还可位精度比较高，同时还可以利用数控软件进行精度以利用数控软件进行精度校正和补偿。校正和补偿。数控机床的优点 适应性强适应性强 加工质量稳定加工质量稳定 生产效率高生产效率高 加工精度高加工精度高 减轻劳动强度减轻劳动强度 在输入程序并启动后，在输入程序并启动后，就自动地连续加工，直就自动地连续加工，直至零件加工完毕。简化至零件加工完毕。简化了工人地操作，使劳动了工人地操作，使劳动强度大大降低。强度大大降低。数控机床的缺点数控机床的缺点 成本高成本高 要求管理和操作人员素质高要求管理和操作人员素质高
