数控机床原理及应用 绪论

数控机床部分：
通过数控机床的结构和工作原理的介绍，使同学们
1、熟悉数控机床机械的结构和工作原理，掌握数控 机床对一些机械部件的要求。
2、使学生了解数控系统、伺服驱动系统的基本组成 及原理，为今后更好地使用机床和维护数控机床奠 定基础。
3、初步掌握数控机床选型、安装、调试、验收的的 知识、验收机床精度的方法。
➢加工中心：带刀库和自动换刀装置 如：车削中心、加工中心
➢金属成型类数控机床
如：数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机。
➢数控特种加工机床
如：数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切 割机床。 ➢其它：三坐标测量机、机械手（工业机器人）、自动绘图 机等
2、按机床运动轨迹分类
点位控制数控机床 为点到点精确定位运动，运动过程中不进行 任何加工。这类机床有数控钻床、数控坐标 镗床、数控冲剪床、数控测量机等。
第一章 绪论
第一节 数控机床的基本组成及 工作原理
一、数控机床的产生
➢原因—社会生产发展（军备竞赛的产物） ➢目的—解决单件、中小批量精密复杂零件的加 工问题
自动机床
组合机床
二、概念：
数字控制：是指用数字信息控制机械运动。
数控机床：是一种装有程序控制系统（数控系统） 的高效自动化机床。它综合了综合了计算机、自动 控制、精密测量、机床的机构设计与制造等方面的 最新成果。
“蓝领层”数控技术人才：
承担数控机床的具体操作及日常简单维护工 作的技术工人。
“灰领层”数控技术人才：
承担数控编程的工艺员和数控机床维护、维 修人员。
“金领层”数控技术人才：
具备并精通数控操作、数控工艺编程和数控 机床维护、维修所需要的综合知识，积累了大 量实际经验，知识面广。
“蓝领型”：以传统的机械制造技术为基础，学 习，掌握“数控机床原理及应用基础”和“数控加 工编程技术”，掌握“CAD/CAM”软件。
3、按驱动装置的类型分类 开环控制数控机床
特点：结构简单，步进驱动、步进电机， 无位置速度反馈
半闭环控制数控机床
特点：精度较高，采用交流或直流伺服驱动及伺 服电机，有角位移、角速度检测装置，结构紧凑
闭环控制数控机床
特点：精度高，采用交流或直流伺服驱动及伺服 电机，有直线位移、速度检测装置，价格贵，调 试困难
直线控制数控机床
除点到点的准确位置之外，还要保证两点之 间移动的轨迹是直线，而且对移动的速度也要 进行控制，以便适应随工艺因素变化的不同需 要。
简易数控车床、数控镗铣床，一般有23个 可控坐标轴，但同时控制的坐标轴只有一个。
轮廓控制的数控机床
能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速 度进行连续相关的控制，因而可进行曲线或 曲面的加工。
1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器 的微型计算机数控装置（简称 MNC），这是第五 代数控系统。使实现真正意义上机电一体化成为 可能。
四、基本结构及工作原理
数控机床的基本结构
数
伺服驱
控
输
制
入
控
动装置
介
装
装
质
置
辅助控
置
制装置Biblioteka 机床 主进辅 运给助 动运动 机动作 构机机
构构
位置检测
1、控制介质
混合控制数控机床
开环补偿型 半闭环补偿型
第二代：1959年 数控系统以晶体管组成，广泛 采用印刷电路板。出现带自动换刀装置的数控机 床，称为加工中心。
第三代：1965年 数控系统采用小规模集成电路， 其特点是体积小，功耗低，可靠性有了提高。
三、计算机数控的发展（续）
1970年采用小型计算机控制的计算机数控系统 （简称 CNC），使数控装置进入了以小型计算机 化为特征的第四代。其部分功能由软件实现。
6、辅助控制装置
7、机床
组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、 拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、 床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统 工 件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置 等）。
第二节、数控机床的分类
1、按加工工艺分类
➢普通数控机床： 如：数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床等等
“灰领型”：
编程工艺员，应具有良好的数学基础，熟悉产品 的三维设计，产品的加工工艺；
维修人员，以机、电、光和液（气）控制技术为 基础，掌握数控机床维护与维修的技术和技能。
“金领型”：有较扎实的专业基础，较全面地掌握 数控设备的相关原理与技术，具备数控设备研制与 开发能力，掌握网络技术，有较高的外语水平。
图3.企业未来数控人才需求趋势图
15.02% 51.00%
20.59% 18.76%
数控编程 系统维修 机床操作 以上均能从事
普通机床概论部分：
典型机床：C6140车床、M1432A磨床、铣床 其它机床：钻床、镗床等 目的：
了解通用机床的主要类型、性能及工艺范围 熟悉典型机床的工作原理、传动、运动及结构 能够合理选择和使用机床及常用机床辅具。 掌握认识机床和分析机床的方法和步骤
数控系统：数控设备的数据处理和控制电路以及伺 服机构等统称数控控制系统。它由程序输入\输出 设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴 进给及驱动装置等组成。
三、计算机数控的发展
03.01.2021从1952年至今，数控机床按数控系统的 发展经历了五代。
第一代：1955年 数控系统以电子管组成，体积 大，功耗大。
控制介质是记录零件加工程序的媒介
2、输入装置
将所输入的程序载体上的数控程序变成相应的 电脉冲信号，传送并存入数控装置内。
3、数控装置
数控装置是接受输入装置送来的脉冲信号，经过 编译、运算和逻辑处理后，输出指令控制机床的 各个部分，按程序动作的装置。
4、伺服驱动装置
伺服驱动装置的作用是把来自CNC装置的各种 指令（脉冲信号），经过功率放大后，驱动电动 机运转，通过机械传动装置拖动工作台或刀架运 动。
伺服驱动装置包括驱动部分和执行机构两大部 分。
在数控机床的伺服驱动机构中，常用的驱动元 件有功率步进电机、直流伺服电机和交流伺服电 机，后二者都带有感应同步器、编码器等位置检 测元件。
5、反馈检测系统
作用：检测机床的运动方向、速率、距离等 参数，并将物理量转变成电信号显示出来或 送给机床数控装置，使数控装置能够校核机 床的工作情况及实际位置是否与指令一致， 并由机床数控装置发出指令，纠正产生的误 差。