数控操作技工培训教材

所以，只要具备了数控装置、驱动装置、机床主机以及相应的配套设备，就可以组成一台数控机床，完成各种零件的数控加工。
三、发展数控机床的原因
近代，大工业生产大量采用了刚性自动化。在汽车工业及轻工消费品生产方面，采用了大量的组合机床自动线，生产流水线；在标准件（如螺钉、螺母及带轮等）的生产中则采用凸轮控制等用于特殊加工的专用机床。这类机床，适合于大批量零件的生产，但由于建立制造过程较难，所以更换产品及修改生产工艺需要较长的时间和比较多的费用。
6）减少了在制品，从而加速了流动资金的周转，提高经济效益。
7）大大减轻了工人的劳动强度。
数控机床与普通机床的性能对比见表1-1。
从表1-1可以看出，数控机床不仅可以节约劳动力，提高劳动生产率，而且可以提高产品质量，对开发新产品和促进老产品的更新换代、加速流动资金运转和缩短交货期，都起着很大作用。
表1-1数控机床与普通机床的对比
第二节数控机床的构成及分类
一、数控机床的结构特点
为保证达到高精度、高效率、高自动化程度，数控机床的结构具有以下一些特点：
①高刚度。因为数控机床要在高速和重切削条件下工作，因此机床的床身、工作台、主轴、立柱、刀架等主要部件，均需具有很高的刚度，工作中应无变形或振动。例如：床身应合理布筋，能承受重载与重切削力；工作台与拖板应具有足够的刚性，能承受工件重量并使工作平稳；主轴在高速下运转，应具有高的径向扭钜和轴向推力；立柱在床身上移动，应平稳，能承受大的切削抗力；刀架在切削加工中应十分平稳而无振动。
在数控机床上采用的驱动装置，按其原理基本上是两种控制方式。它是按照任意轨迹信息（path-information）的指令W，与实际测量值X，在比较器中比较，形成的控制分量来区分的。
1.关断电路（cut-off） 在关断电路中，比较器发出的一个信号，符合
X-W=0
2.调节电路（regulation）信号由调节电路送到执行机构时
②高灵敏度。数控机床在自动状态下工作，要求精度比普通机床高，因而运动部件应具有高灵敏度。导轨部件通常用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等，以减少摩擦力，在低速运动时无爬行现象。工作台、刀架等部件的移动，由直流或交流伺服电机驱动，经滚珠丝杠或静压丝杠传动。主轴既要在高刚度、高速下回转，又要有高灵敏度，因而多数采用滚动轴承或静压轴承。
表2-1数控机床主要技术参数的发展
序号
项目
50年代末60年代初
60年代末
70年代
80年代
新近水平
1
主轴速度（r/min）
2000
3000
6000
8000
10000～10000
2
快速进给（m/min）
4.8
6～9.8
10
15
24～36
3
定位精度（μm）
±20
±15
±10
±8～±3
±5～±1
4
重复精度（μm）
10
8
5
2
0.5
5
加工圆弧真圆度（μm）
50
25
20

4
6
刀具交换（ATC）刀具数（把）
ATC
16～48
ATC
16～60
ATC
30～120
刀具管理
～120
刀具管理系统
～120
7
工件更换（APC）
无APC
无APC
APC
APC多个托盘，FMS，无人运输车
APC多个托盘，FMS
8
数控系统
真空管
晶体管
IC
⑤高精度保持性。数控机床的加工精度较高。在高速强力切削下满载工作，为保证机床在长期内具有稳定的加工精度，要求数控机床具有高的精度保持性。除了各有关零件应正确选择材料，以防止使用中的变形和快速磨损外，还要求采取一些工艺措施，如淬火和磨削导轨、粘贴抗磨塑料导轨等，以提高运动部件的耐磨性。
⑥高可靠性。数控机床在自动或半自动条件下工作，尤其在柔性制造系统中的数控机床，可在24小时运转中实现无人管理，因此要求机床具有高的可靠性。为此，除一些运动部件应保证不出故障外，特别是数控系统动作频繁的刀库、换刀机构、托盘、工件交换装置等部件，必须保证在长期工作中十分可靠。
数控机床是一部装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令规定的程序。
定义中所指的那种程序控制系统，就是所说的数控系统。
数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字值，并将其译码，从而使机床动作和加工零件。
数控系统包括：数控装置、可编程序控制器、主轴驱动及进给驱动装置等部分。
⑦刀具先进。数控机床要能充分发挥效能，实现高精度、高效率、高自动化，除了机床本身应满足上述要求外，刀具也必须先进，应有高耐用度，其结构也要合理。对于不同的数控机床，要有不同的刀具系统及相应的刀片。
现代数控机床在技术上的发展趋势，是不断提高精度、效率、自动化程度及智能化。因此，机床的主要部件，如导轨、主轴、工作台、传动丝杠、刀库、机械手、刀具预调装置等，应符合上述要求。目前，数控机床正向着高速化发展。图2-1是加工中心主轴转速高速化发展趋向图，图2-2是加工中心进给速度高速化发展趋向图。数控机床的主要技术参数的进展情况见表2-1，数控机床的结构要求及其对策见表2-2。
LSI，磁泡存储器
16、32位微处理器，彩色CRT
32、64位微处理器，MAP
表2－2数控机床的结构要素及其对策
项目
注意要点
床身结构
导轨
主轴
驱动
控制
机
床
设
计
1.根据精度要求正确布局
2.在确保精度条件下，提高效率和自动化程度
高精度，复杂结构时特别注意布局合理
V－V
多用超高精度轴承（液体静压）
驱动源隔离
半闭环加补偿
刚
度
1.提高部件刚度
2.一体化适当布筋
3.预加载荷
接合面提高刚度
加适量预加载荷
支承间距离大时加粗轴径
高刚度伺服电机
一体化适当布筋
预加载荷，采用合适磨擦副
采用复合轴承，预加载荷
采用大直径滚珠丝杠，预加载荷
伺服刚性化
热
变
形
1.减少热源
2.采用对称结构
3.采用冷却措施
热源隔离
强制润滑
强制冷却
螺母预加载荷可调整
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第一章概论
第一节数控机床的基本概念
一、数控机床的定义
数字控制（numerical control）是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称为数控（NC）。
数控机床，就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。
国际信息处理联盟（International Federation of Information Processing，即IFIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：
在进行曲线加工时，可以用一给定的数学函数，来模拟线段Δli。
根据给定的数学函数，如线性函、圆函数或高次函数，在理想的轨迹或轮廓上的已知点之间，进行数据点的密化，确定一些中间点的方法，称之为插补。
按照规定的直线，给出两端点间的插补数字信息，借此信息控制刀具的运动，加工出理想的曲面，称为直线插补。
而按照规定的圆弧、其它二次曲线或高次函数，给出两端点间的插补数字信息，控制刀具运动，加工出理想的曲面，则称为圆弧插补、二次曲线插补（如抛物线插补）或高次函数插补（如螺旋线插补）等。
序号
项目
数控机床
普通机床
序号
项目
数控机床
普通机床
1
加工异形复杂零件的能力
强
弱
7
初期投资
高
低
2
改变加工对象的柔性程度
高
低
8
对操作人员素质的要求
高
低
3
加工零件质量和加工精度
高
低
9
对生产计划、生产准备和生产调度的要求
高
低
4
加工效率
高
低
10
运转费（包括人力、原材料、电力、厂房）
低
高
5
设备利用率
高
低
11
维修技术及费用
通过图1-1，可以了解数控机床加工机械零件的原理。
例如，在平面上，要加工任意曲线L的零件。要求刀具T沿工件形状的曲线轨迹运动，进行切削加工。
可以将曲线L分解成：Δl0，Δl1，Δl2……，Δli等线段。
在数控加工中，使数控机床动作的是数控装置给数控机床传递运动命令的脉冲群，每一个脉冲对应于机床的单位位移量。
强制空冷
对称结构
采用减少摩擦对策
前轴承轴向支承力持，低粘度润滑剂
进给丝杠有轴向力支承，中空滚珠丝杠
低热高效伺服电机
振
动
1.采用抗振材料
2.消除不平衡
3.隔离振源
高衰减材料、铸件内腔夹砂
运动面间有合适油膜、气层
回转件平衡，主轴电机隔离
驱动电机隔离振动
接合面减少摩擦
高分辩率
一般精度时注意刚性
V－平、平－平
多用高精度滚动轴承
直接传动
半闭环
简单结构时注意可靠性
平－平
轴承间适当距离
直接传动
精
度
1.提高关键部件精度
2.采取工艺措施提高精度保持性
3.采用精度补偿
采用长年变化抑制对
策
非悬伸导轨
准直调整
消除各种间隙
闭环、数字化
时效处理
对悬伸进行支撑
前后支承孔高同心度
消除驱动不平衡
处理这些插补的算法，称之为插补运算。
数控装置，就是一台能够接受零件图样加工要求的信息，并按照一定的数学模型进行插补运算。实时地向各坐标轴发出速度控制指令（如Δvzi，Δvyi……等等）及切削用量的特殊用途的电子计算机。