第2章 典型数控机床
习题册数控机床系统结构答案
第一章第一节数控机床的产生和发展第二节数控机床的特点和应用范围一、填空题1、第一代数控机床产生于1952年美国国麻省理工学院研究出一套试验性的数字数控系统，并把它安装在立式铣床上。
2、我国是1958年开始研究数控技术的。
3、机械加工的目标是高速、高效。
高精度。
4、在数控机床上加工工件，工件的加工精度主要取决于机床精度、插补精度、编程伺服精度。
5、最早的数控机床伺服系统执行机构采用液压转矩放大器。
二、选择题1、第一代数控机床产生于（B ）年。
A、1951B、1952C、19542、第三代数控机床产生于（ C ）年，研制出了小规模集成电路。
A、1951B、1952C、19603、经济型数控机床一般都采用（A）数控系统。
A、开环B、闭环C、半闭环4、（C）数控机床产生于1960年，研制出了小规模集成电路。
A、第一代B、第二代C、第三代D、第四代三、判断题1、第三代数控机床产生于1960年，研制出了小规模集成电路。
（1 ）2、点位控制系统控制刀具或机床工作台，从一点准确地移动到另一点，也控制点与点之间运动的轨迹。
（2）3、第四代数控机床的标志是小型计算机。
（1）四、简答题1、简述数控机床发展的六个时代及标志。
1952电子管时代；1956晶体管时代；1960小规模集成电路；1970由计算机作控制单元的数控系统；1974以微处理器为核心的数控系统；1990柔性制造单元2、数控机床的特点是什么？适应性强；能实现复杂的运动；加工精度高；生产效率高；能减轻劳动强度，改善劳动环境，有利于科学的生产管理3、简述数控机床的应用范围。
1）多品种小批量生产的零件。
2）形状结构比较复杂的零件。
3）需要频繁改型的零件。
4）价格昂贵，不允许报废的关键零件。
5）需要最短周期制作的急需零件。
6）批量较大精度要求很高的零件。
第二节数控机床的分类一、填空题1、按控制方式划分，数控机床可分为开环、半闭环和闭环三类。
其中开环中没有检测反馈装置，控制精度较低。
数控机床的分类和应用ppt(共21页)
开环补偿型控制系统： 基本控制为开环控制系统，再附加一个补偿（校
正）伺服电路。这样既保留了开环控制的优点，又能 较好地解决步进电机丢步和过冲问题，补偿了机械传 动系统的误差，使开环控制的控制精度得以提高。
半闭环补偿型控制系统： 基本控制为半闭环系统，再用装于工作台上的直
线位移检测装置实现全闭环，用半闭环和全闭环的差 值进行控制，因而既可以快速获得稳定的控制特性， 又可以获得高精度。
（FMC——Flexible Manufacturing Cell） 柔性制造系统
（FMS——Flexible Manufacturing System） 数控电加工机床（含电加工中心） 数控板材成形加工机床 数控管料成形加工机床 其它数控机床
二、按运动方式分类
点位控制： 特点是机床移动部件只能实现一个位置到另一个
0.025-0.001mm。
对于较大尺寸的零件加工的数控机床一般注重 定位精度，而对中、小型零件在考核加工尺寸的一 致性时一般更注重重复定位精度。
由于数控机床的传动系统和机床结构具有很 高的静、动刚度和热稳定性，机床本身的零部件 具有很高的加工精度，
特别是机床的自动加工方式避免了操作者人为 的误差，因此同一批加工零件的尺寸一致性非常好， 加工质量稳定、产品合格率高。
在数控机床对复杂零件的轮廓表面进行加工时， 由于编程中已考虑到对进给速度进行控制，保证刀 具沿轮廓的切向进给的线速度基本不变，因此可以 获得较高的精度和表面质量。
2、数控机床的应用范围
（1）数控机床的特点
1）对加工对象改型的适应性强 2）加工精度高 3）加工生产率高 4）减轻操作者的劳动强度 5）良好的经济效益 6）有利于生产管理的现代化
RS-232、DNC
数控机床的结构资料PPT课件
绝对位置测量
位置测量方法
使用一个代码量杆， 能在任何时候从量杆上读 取绝对位置（与机床零点 有关）。
量杆被分成几个通道， 此通道被传感器扫描。
一个绝对测量系统不 需要参考点的初始数值。
.
传感器 发光二极管
代码量杆
23
直接位置测量
将检测装置直接安放在机床拖板 上，直接测量机床坐标的直线位移量， 来保证得到高的准确度。
第2章 数控机床的结构
主机结构
数控机床的本体，包括床身、主柱、横梁、滑座、工作台、主轴、进给机构等机 械部件。
CNC装置 （详见第三章）
数控机床的核心部件，包括计算机、存储器、显示器、键盘、程序输入输出装置 及相应的软件。
驱动装置
数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元，进给驱动单元，主轴电机及 进给电机等。
通过一条齿形带，功 率完成从进给驱动装置到 滚珠丝杆的传输。
.
进给机构
11
滑动离合器
滑动离合器与滚珠丝 杆有关。在碰撞时，减小 进给驱动的损害。在任何 时候滑鞍碰撞到障碍时， 可以使进给驱动停止（比 如：由于一个程序错误造 成的障碍）。
2个极限开关被安装在 每个滑鞍上，使CNC系统 确认移动的终端。
动转变为直线运动的传动链误差，从 而影响其测量精度。
.
位置测量方法
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自动换刀装置
在数控加工中，一些操作是 不改变工件的位置而进行的。因 此需要一些不同的刀具。
操作者能完成刀具的更换， 但是结果是增加了设置的时间。 因此应该首选自动更换刀具。
对于自动更换刀具，需结合 一个换刀装置，使用转塔刀架或 刀库。
.
19
常用的检测元件
数字式
机床课件第二章机床的运动分析
二、辅助运动
机床上除表面成形运动外，还需要辅助运动， 主要有：各种空行程运动、切入运动、分度运动、 操纵和控制运动。
《金属切削机床》
1.各种空行程运动:进给前后的快速运动和各种调位运 动。
2.切入运动:保证被加工表面获得所需要的尺寸。 3.分度运动:加工若干个完全相同的均匀分布的表面时，
５－回转体成形面 ６－渐开线表面（直线成形面）
《金属切削机床》
二、表面的形成方法
机床上加工零件时，所需形状的表面是通 过刀具和工件的相对运动，用刀具的刀刃 切削出来的。
实质——借助于一定形状的切削刃、切削
刃与被加工表面之间按一定规律的相对运 动，形成所需的母线和导线。
《金属切削机床》
1、表面形成原理
《金属切削机床》
1.外联系传动链
（1）定义： 用于联系动力源和机床的执行器官的传动
链。 （2）功用：
·把一定的功率从动源传递给执行器官。 ·保证执行器官一定的转速（或速度）和一
定的调速范围。
·能够方便地进行运动的启动，停止，换向和
制动。
《金属切削机床》
• 外联系传动链传动比的变化，只影响生产 率或表面粗糙度，不影响发生线的性质。
《金属切削机床》
（二）表面成形运动——主运动、进给运动
成形运动按其在切削加工过程中所起的 作用，可分为 1、主运动：产生切削的运动。 2、进给运动：维持切削得以继续的运动。
➢ 在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运 动。进给运动可能是一个、多个、没有。 无论是主运动还是进给运动，都可能是简单运 动或复合运动。
2、形成发生线的方法
（1）轨迹法：
利用刀具作一定 规律的轨迹运动 来对工件进行加 工的方法。
数控机床的典型结构与部件
第2章数控机床的典型结构与部件2.1 数控机床的结构特点及要求2.1.1数控机床的结构特点由于数控机床的控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不同，其特点有：（1）采用高性能的无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。
（2）采用刚度和抗振性较好的机床新结构，如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。
（3）采用在效率、刚度、精度等各方面较优良的传动元件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副以及塑料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨等。
（4）采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件、提高生产率。
（5）采取减小机床热变形的措施，保证机床的精度稳定，获得可靠的加工质量。
2.1.2数控机床的结构要求及措施1．提高机床的静、动刚度在数控机床加工过程中，加工精度除了取决于数控系统，还取决于数控机床本身的精度。
而由机床床身、导轨工作台、刀架和主轴箱的几何精度和变形所产生的误差取决于它们的结构刚度，并且这些误差在加工过程不能进行人为的调整和补偿。
因此，必须把移动件的重量和切削力引起的弹性变形控制在最小限度之内，以保证加工精度和表面质量。
为了提高机床的静刚度，在机床结构上常采用以下措施。
1）为提高机床主轴的刚度，常采用三支承结构，并且选用刚性好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承，以减小主轴的径向和轴向变形。
2）为提高机床整体的刚度，常采用筋板结构。
表2-1给出了方形截面立柱在加筋前后的静刚度比值。
从表中可以看出，加筋板后相对弯曲刚度和扭转刚度均提高。
表2-1 方形截面立柱加筋前后的静刚度比值加筋形式相对质量相对弯曲刚度相对扭曲刚度1 1 11.24 1.17 1.381.34 1.21 8.861.63 1.32 17.73）在大型数控机床中，移动载荷对机床边形有较大的影响。
常采用液压平衡和重快平衡来减少构件的变形，如图2-1所示，利用重块有效地减小主轴箱左右移动对横梁变形的影响。
数控机床电气控制第2版习题答案习题答案
精品文档习题答案机床控制线路的基本环节第一章1.答：低压电器是机床控制线路的基本组成元件。
它可以分为以下几大类；开关电器，主令电器，熔断器，接触器，继电器，控制变压器，直流稳压电源。
常用的低压电器有：刀开关，组合开关，低压断路器，按制按钮，行程开关，万能转换开关，脚踏开关，熔断器，接触器，电磁式继电器，时间继电器，热继电器，速度继电器，控制变压器，直流稳压电源。
2．答：低压断路器俗称为自动空气开关，是将控制和保护的功能合为一体的电器。
它常作为不频繁接通和断开电路的总电源开关或部分电路的电源开关，当发生过载、短路或欠电压故障时能自动切断电路，有效地保护串接在它后面的电气设备，并且在分断故障电流后一般不需要更换零部件。
因此，低压断路器在数控机床上使用越来越广泛。
3．答：虽然继电器与接触器都是用来自动接通或断开电路，但是它们仍有很多不同之处。
继电器可以对各种电量或非电量的变化作出反应，而接触器只有在一定的电压信号下动作；继电器用于切换小电流的控制电路，而接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载的主电路（如电动机）的自动控制电器。
因此继电器触点容量较小（不大于5A）。
在控制功率较小时（不大于5A）可用中间继电器来代替接触器起动电动机。
4．答：热继电器由于其热惯性，当电路短路时不能立即动作切断电路，不能用作短路保护，熔断器不具备热惯性所以只能作电动机的短路保护而不能作长期过载保护；另外，热继电器与熔断器的额定电流选择不同，因此，热继电器只能作为过载保护，熔断器只能作为短路保护。
5．答：短路保护：瞬时大电流保护，最常用的是利用熔断器进行短路保护。
过电流保护：当电流超过其整定值时才动作，整定范围通常为1.1--4倍额定电流。
最常用的是利用过电流继电器进行过电流保护。
长期过载保护：电动机在实际运行中，短时过载是允许的，但如果长期过载或断相运行都可能使电动机的电流超过其额定值，引起电动机发热。
绕组温升超过额定温升，将损坏绕组的绝缘，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会烧毁电动机绕组，因此必须采取过载保护措施。
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理总结
速度处理要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标 的 分速度。 开环系统:通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。
速度计算的方法是根据程编的F值来确定该频率值。 半闭环和闭环系统:采用数据采样方法进行插补加工，速度
计算是根据程编的F值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮 廓步长。
可以实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出 故障后，通过系统重组仍可断继续工作。
12
2.2 CNC装置的硬件结构
结构形式：可分：分布式、主从式、总线式。
分布式：各CPU独立、完整，通过外部通信链路连接起来，
数据交换和资源共享通过网络技术实现。
主从式：主控CPU、从控CPU，主控CPU才能控制和访问总
第二章 计算机数控系统CNC与控制原理
本章主要内容
第一节 概述 第二节 CNC装置的硬件结构 第三节 CNC装置的软件结构
第四节 可编程控制器（PLC）
第五节 典型的CNC系统简介
2
2.1概述
1. CNC系统?
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置、速 度
（还包括电流）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运 动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调运动的自动控 制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。 从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专 用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。
两个以上任务处理。
♦ 并行处理的实现方式： ☆ 资源分时共享（单CPU）
☆ 资源重叠流水处理（多CPU）
34
Have a Rest!
2.3 CNC系统的软件
资源分时共享并行处理（对单一资源的系统）
♦ 在单CPU结构的CNC系统中，可采用 “资源分时共
电大《数控加工工艺》第二章课后题
电⼤《数控加⼯⼯艺》第⼆章课后题第2章数控机床⼑具的选择作业答案思考与练习题1、简述数控⼑具材料的种类、特点及其应⽤场合？答：（1）⾼速钢：具有较好的⼒学性能和良好的⼯艺性，可以承受较⼤的切削⼒和冲击，但红硬性、耐磨性较差。
应⽤场合：①普通⾼速钢——不适于⾼速和硬材料切削；②⾼性能⾼速钢——⽤于制造出⼝钻头、铰⼑、铣⼑等；③粉末冶⾦⾼速钢——⽤于制造⼤型拉⼑和齿轮⼑具，特别是切削时受冲击载荷的⼑具。
（2）硬质合⾦：具有硬度⾼（⼤于89 HRC）、熔点⾼、化学稳定性好、热稳定性好的特点，但其韧性差，脆性⼤，承受冲击和振动能⼒低。
应⽤场合：①普通硬质合⾦：YG类——主要⽤于加⼯铸铁及有⾊⾦属；YT类——主要⽤于加⼯钢料。
②新型硬质合⾦——既可⽤于加⼯钢料，⼜可加⼯铸铁和有⾊⾦属。
（3）陶瓷⼑具：硬度⾼，耐磨性⽐硬质合⾦⾼⼗⼏倍，具有良好的抗粘性能，化学稳定性好，脆性⼤、强度低、导热性差。
应⽤场合：Al2O3基陶瓷⼑具——适⽤于各种铸铁及钢料的精加⼯、粗加⼯；Si3N4基陶瓷⼑具——适于端铣和切有氧化⽪的⽑坯⼯件等。
此外，可对铸铁、淬硬钢等⾼硬材料进⾏精加⼯和半精加⼯。
（4）⽴⽅氮化硼（CBN）：有很⾼的硬度及耐磨性，仅次于⾦刚⽯；热稳定性⽐⾦刚⽯⾼1倍；有优良的化学稳定性；导热性⽐⾦刚⽯差但⽐其他材料⾼得多，抗弯强度和断裂韧性介于硬质合⾦和陶瓷之间。
应⽤场合：可加⼯以前只能⽤磨削⽅法加⼯的特种钢，它还⾮常适合数控机床加⼯（5）⾦刚⽯：具有极⾼的硬度，耐磨性⾼，很⾼的导热性，刃磨⾮常锋利，粗糙度值⼩，可在纳⽶级稳定切削，较低的摩擦系数。
应⽤场合：主要⽤于加⼯各种有⾊⾦属、各种⾮⾦属材料，不能⽤于加⼯⿊⾊⾦属。
2、选择⼑⽚（⼑具）通常应考虑哪些因素？答：①被加⼯⼯件材料的类别：有⾊⾦属（铜、铝、钛及其合⾦）；⿊⾊⾦属（碳钢、低合⾦钢、⼯具钢、不锈钢、耐热钢等）；复合材料；塑料类等。
②被加⼯件材料性能的状况：包括硬度、韧性、组织状态—铸、锻、轧、粉末冶⾦等。
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第2章 典型数控机床
2.2.2 数控铣床的传动结构及调整 1. XK5040A 型数控铣床传动系统 图2.15所示是XK5040A型数控铣床的传动系统图,
其主体运动是主轴的旋转运动，由7.5kW、1450r／min 的主电动机驱动。
2. 升降台自动平衡装置的工作原理及调整 XK5040A型数控铣床的升降台自动平衡装置如图
2.17所示。
第2章 典型数控机床
z＝ 18 z＝ 38 z＝ 71
z＝ 28 z＝ 37 z＝ 47 z＝ 26 z＝ 82
z＝ 29z＝ 67
控车床。 （2）立式数控车床：主轴轴线处于垂直位置的数
控车床。 （3）具有两根主轴的车床，也称为双轴卧式数控
车床或双轴立式数控车床。
第2章 典型数控机床
3） 按数控系统控制的轴数分类 （1）两轴控制的数控车床：机床上只有一个回转
刀架，可实现两坐标轴控制。 （2）四轴控制的数控车床：机床上有两个独立的
一种是卧式回转刀架，其回转轴垂直于主轴，一般为4 工位；另一种是立式回转刀架，其回转轴平行于主轴， 有6工位、8工位、10工位、12工位等几种。
第2章 典型数控机床 4. 数控车床的分类 随着现代制造技术的不断发展，数控车床的品种
不断增多，一般按以下几种方法进行分类。 1） 按数控车床的功能分类 （1） 经济型数控车床。 在普通车床基础上改进而成，结构简单、价格低
第2章 典型数控机床
第2章 典型数控机床
2.1 数控车床 2.2 数控铣床 2.3 加工中心
第2章 典型数控机床
2.1 数 控 车 床
2.1.1 数控车床概述 1. 数控车床的用途 数控车床和普通车床一样， 用于加工轴类或盘类
回转体零件。 由于数控车床可以自动完成内外圆柱面、圆锥面、
圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，因而适合形 状复杂轴类或盘类回转体零件加工。
第2章 典型数控机床
(a)
(b)
(c)
(d)
图2.1 数控车床床身和导轨的布局形式 (a)水平床身；(b)斜床身；(c)水平床身斜滑板；(d)立床身
第2章 典型数控机床 斜床身数控车床
第2章 典型数控机床
C5112-1单柱数控立式车床
第2章 典型数控机床
水平床身工艺性好，便于导轨面的加工；水平床身配 上水平放置的刀架可提高刀架的运动精度，一般用于大型 数控车床或小型精密数控车床；床身下部空间小，排屑困 难；刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，增大机床宽度 方向尺寸。
度、高效率等特点。
第2章 典型数控机床 （3）车削中心 在全功能车床的基础上，增加了C轴功能，并配
有钻铣动力头（刀具旋转），可完成回转类零件车、 铣、钻、铰、攻螺纹等多工序的复合加工。
第2章 典型数控机床
Z CLeabharlann CCXX
(a)
(b)
(c)
(d)
图2.2 C 轴功能
第2章 典型数控机床
2） 按主轴的配置形式分类 （1）卧式数控车床：主轴轴线处于水平位置的数
7 6
5
8 9 10
4 11 12
13 14
3
2 1
15 X
16
Z
Y
1—底 座 ； 2—强 电 柜 ； 3—变 压 器 箱 ； 4, 13, 14—伺 服 电 动 机 ； 5—主 轴 变 速 手 柄 和 按 钮 板 ； 6—床 身 ； 7—数 控 柜 ； 8, 11—纵 向 行 程 限 位 开 关 ； 9—挡 铁 ； 10—操 纵 台 ； 12—横 向 滑 板 ； 15—升 降 台 ； 16—纵 向 工 作 台
水平床身配上倾斜放置的滑板，具有水平床身工艺性 好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板 要小，排屑方便，用于中小型车床。
斜床身，倾斜度小，排屑不便；倾斜度大，导轨的导 向性及受力情况差。用于中小规格的数控车床，倾斜度以 60度为宜。
第2章 典型数控机床
2） 刀架的布局 数控车床多采用回转式刀架，其布局形式有两种：
第2章 典型数控机床
第2章 典型数控机床
2. 数控车床的组成及特点 数控车床在结构上与普通车床很相似，仍然由床
身、主轴箱、进给传动系统、刀架以及液压、冷却、 润滑系统等部分组成，只是数控车床的进给系统与普 通车床有着本质上的差别。
第2章 典型数控机床
3. 数控车床的布局 数控车床的主轴、尾座等部件相对床身的布局形式 与普通车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式有很 大变化，数控车床一般都设有封闭的防护装置。 1) 床身和导轨的布局 数控车床床身和导轨与水平面的相对位置如图2.1 所示，它有4种布局形式：水平床身、斜床身、水平床 身斜滑板和立床身。
数控铣床一般的三坐标，两轴联动的机床，也称两 轴半。
第2章 典型数控机床 铣削加工功能：平面曲线轮廓
第2章 典型数控机床
2.2.1 数控铣床的布局及主要技术参数 1. XK5040A型数控铣床的布局 XK5040A型数控铣床是一种比较典型的立式数控铣
床，其外形布局如图2.14所示。
第2章 典型数控机床
回转刀架，可实现四坐标轴控制。
第2章 典型数控机床
2.2 数 控 铣 床
数控铣床是一种用途广泛的机床，分为立式和卧式 两种。
第2章 典型数控机床
一般数控铣床是指规格较小的立式升降台式数控 铣床，其工作台多在400mm以下，规格较大的数控铣床， 例如工作台宽度在500mm以上的数控铣床，其功能已经 向加工中心靠近。
廉。 主轴一般采用普通交流异步电机驱动，齿轮分档
变速，或者使用变频调速。 进给使用步进电机开环控制，四工位回转刀架，
单片机控制系统。
第2章 典型数控机床 （2） 全功能型数控车床。 床身为斜床身或者水平床身斜滑板； 主轴采用专用主轴驱动单元和主轴电机； 进给采用半闭环伺服系统； 立式6工位回转刀架； 配有液压卡盘和液压尾座； 功能完善、自动化程度高，具有高刚度、高精
图2.14 XK5040A型数控铣床的布局图
第2章 典型数控机床
2. XK5040A型数控铣床的主要技术参数 XK5040A 型 数 控 铣 床 配 置 FANUC-3MA 数 控 系 统 ，
半闭环控制，位置反馈采用脉冲编码器，各轴的最小 设定单位为0.001mm。其主要技术参数如表2.2所示。
第2章 典型数控机床 表2.2 XK5040A数控铣床的主要技术参数