数控机床的组成及基本工作原理
数控机床的基本组成及加工原理
第1章绪论1.1 数控机床的基本组成及加工原理1.1.1 数控机床的产生1、产生原因·机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。
·在机械制造工业中，单件、小批量生产的零件约占机械加工总量的70％～80％。
为满足多品种、小批量，特别是结构复杂、精度要求高的零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适于产品频繁变化的“柔性”自动化机床。
2、产生过程·1947年美国帕森斯公司（Parsons）首先提出利用脉冲信号控制机床运动的的概念·1949年美国空军资助，帕森斯公司（Parsons）和麻省理工学院(MIT)合作开始研制。
·1952年研制成功了世界上第一台以数字计算机为基础的数字控制(numerical control，简称NC)3坐标直线插补铣床，从而使机械制造业进入了一个新阶段。
1.1.2 计算机数控的概念与发展1.计算机数控的概念（1）数控的概念GB8129—1997中对NC的定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中不断的引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。
（2）数控机床（NC machine tools）若机床的操作命令以数值数据的地式描述，工作还在改照规定的程序自动地进行，则这种机床称为数控机床。
（3）数控系统数控系统是指计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动与主轴驱动装置等相关设备的总称。
为区别起见将其中的计算机数字控制装置称为数控装置。
2．计算机数控的发展先后经历了电子管（1952年）晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机（1974年）等五代数控系统。
前三代属于采用专用控制计算机的硬接线（硬件）数控装置，一般称为NC数控装置。
，第四代数控系统出现了采用小型计算机代替专用硬件控制计算机，这种数控系统称为计算机数控系统（omputerized numrical control，即CNC）。
数控机床的结构组成及原理
数控机床的结构组成及原理数控机床是一种通过计算机控制的机床，可以实现多种复杂的加工操作。
它的结构组成及原理可以大致分为机床主体部分、控制系统部分和辅助装置部分。
一、机床主体部分1.床身：床身是整个数控机床的基础部分，承载整个机床的各个部件和装置，同时具有足够的刚性和稳定性。
床身通常由大型整体铸件制成，常见的有平面床、斜床和立式床等。
床身上设有导轨、滑块和滚珠丝杠等装置，用于支撑和导向主轴箱、工作台等。
2.主轴箱：主轴箱是数控机床的重要部件之一，通常由主轴、主轴动力装置、主轴箱座、电动机及其驱动装置等组成。
主轴箱用来传递动力，使主轴旋转，是实现机床加工功能的关键部分。
3.工作台：工作台是数控机床上用于夹持工件的装置，它可以沿各个方向进行移动和转动。
工作台通常由工作台体、刀架座、刀具变位装置等组成。
工作台的移动和转动由驱动装置控制，实现对工件的定位和加工。
二、控制系统部分1.数控装置：数控装置是整个机床的控制中心，由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分包括主机、输入输出设备、接口电路等，软件部分是指数控机床的控制程序。
数控装置能够根据加工要求，自动生成加工程序，并控制机床的各个动作。
2.伺服系统：伺服系统是数控机床的动力系统，主要由伺服电机、传动机构和测量装置等组成。
伺服电机通过控制系统接收指令，根据要求实现各个轴向的运动。
传动机构将电机运动传递到工作台或刀架等部位，测量装置用于检测轴向运动的位置和速度。
三、辅助装置部分1.刀具变位装置：刀具变位装置是数控机床上用来实现刀具的换刀和夹紧的装置。
它能够实现快速的刀具换向和自动夹紧，提高机床的加工效率。
2.冷却液供给装置：冷却液供给装置是用于给切削过程提供冷却润滑的装置，它能够保持刀具的正常工作温度，延长刀具的使用寿命，并提高加工质量。
3.操作平台：操作平台是供操作人员进行操作和监控的地方，它通常设有显示屏、键盘、手柄等操作设备，用于输入指令、调整参数以及监控加工过程。
数控机床的组成及基本工作原理
数控机床的组成及基本工作原理数控机床是一种利用数字编程控制工作的机床。
它由三个基本部分组成：机械系统、传动系统和控制系统。
下面将详细介绍数控机床的组成和基本工作原理。
一、机械系统机械系统是数控机床的基础，它由床身、主轴箱、伺服系统等组成。
1.床身：床身是数控机床的基础，主要承载着机床其他部件。
床身通常由铸铁或钢板焊接而成，具有较高的强度和刚性，以保证机床的稳定性。
2.主轴箱：主轴箱包含了主轴系统和进给系统，主轴通过驱动系统将切削工具与工件连接，实现切削加工。
进给系统控制工件在X、Y、Z三个方向上的运动，使切削工具能沿指定路线精确地切削工件。
3.伺服系统：伺服系统负责控制切削工具和工件的相对运动。
它由伺服电机、伺服控制系统、逆变器和编码器等组成。
伺服电机通过接受数控系统发送的控制信号，精确控制机床的位置和速度，从而实现精确的切削加工。
二、传动系统传动系统负责传递电能和运动，将数控机床的控制信号传递给各个运动部件。
主要由电源、变频器、伺服电机、传感器等组成。
1.电源：电源为数控机床提供所需的电能。
通常使用三相交流电源。
2.变频器：变频器将交流电源转换为直流电源，以满足数控机床的要求。
3.伺服电机：伺服电机是数控机床的关键部件，它负责实现机床的精准运动。
伺服电机通常由电动机、编码器和速度控制器组成。
4.传感器：传感器用于检测机床各个部件的状态，将检测到的信号转换为电信号，反馈给数控系统。
三、控制系统控制系统是数控机床的大脑，它由数控装置、软件系统、输入输出设备等组成。
1.数控装置：数控装置是数控机床的核心，主要负责数控程序的编写和生成。
它接收操作员输入的加工参数和控制命令，经过处理之后发送给伺服系统。
3.输入输出设备：输入输出设备用于与数控装置进行交互。
常用的输入设备有键盘、鼠标和触摸屏；输出设备有显示器、打印机和数控机床本身。
基本工作原理：1.数控编程：操作员使用数控装置进行编程，编写出所需的加工程序。
数控机床的组成及基本原理
数控机床的组成及基本原理数控机床是指采用数字计算机控制系统控制的机床。
它具有高度自动化、精度高、柔性化加工等特点，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造、机械加工等领域。
下面将介绍数控机床的组成和基本原理。
一、数控机床的组成数控机床主要由数控系统、工作台和运动系统等组成。
1.数控系统：数控系统是整个数控机床的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括操作面板、中央处理器、驱动器等，软件部分包括数控编程软件、运动控制软件等。
数控系统接收操作者输入的加工程序，进行解析和处理，然后将指令发送给运动系统，控制机床运动。
2.工作台：工作台是数控机床上进行加工的平台，可以固定和夹持工件。
通常有立式工作台和卧式工作台两种形式，可以根据加工需要进行选择。
3.运动系统：运动系统由伺服驱动器和伺服电机组成，用于控制机床各个轴线（如X轴、Y轴、Z轴）的运动。
伺服驱动器接收数控系统发出的脉冲信号，通过控制伺服电机的转速和方向，使机床实现定位、定位速度和加工进给。
二、数控机床的基本原理1.数学模型：数控机床的运动控制是通过坐标系来实现的，其中最常用的是直角坐标系。
在直角坐标系中，将工件的加工轨迹抽象为函数或曲线，通过数学模型来描述。
根据加工要求，可以将工件的几何图形抽象为线段、圆弧、椭圆等数学模型。
2.几何模型：在数控编程中，几何模型是描述加工要求的重要依据。
几何模型包括点、直线、圆弧等基本图形，它们可以通过坐标方式或向量方式描述。
通过几何模型，机床可以控制各个轴线的运动，实现工件在空间中的加工。
3.程序和指令：数控机床的加工程序由一系列指令组成，这些指令可以通过编程软件进行编写。
在加工程序中，可以定义初始状态、加工轨迹、进给速度、刀具位置等。
数控机床的数控系统解析和处理这些指令，将其转化为机床运动的控制信号。
4.运动控制：数控机床通过数控系统将指令传递给伺服驱动器和伺服电机，控制各个轴线的运动。
伺服驱动器根据接收到的脉冲信号，控制伺服电机的转速和方向，实现机床的定位和进给。
数控机床的组成及工作原理
数控机床的组成及工作原理
数控机床由以下几部分组成：
1. 机床主体：包括床身和立柱，用于支撑和固定其他部件，并提供基准面。
2. 伺服系统：包括伺服电机、伺服放大器和传感器等，用于驱动主轴和运动轴实现高精度运动。
3. 控制系统：包括数控装置和操作面板，用于接收输入指令、处理运动轨迹和控制机床运动。
4. 刀具系统：包括刀具和刀具刀架等，用于切削物料，实现加工操作。
5. 冷却系统：包括冷却装置和冷却管路等，用于冷却加工过程中产生的热量，保护工件和刀具。
工作原理：
1. 基本的工作原理是通过数控装置输入加工程序和指令，通过控制系统将指令转化为电信号，传递给伺服系统。
2. 伺服系统接收电信号后，驱动伺服电机，通过配合传感器来实时检测回馈信号，可监控和控制机床各轴运动状态。
3. 控制系统根据加工程序中的指令，控制伺服系统精确地驱动机床的主轴和各轴运动，实现不同的加工过程。
4. 刀具系统根据加工程序和控制信号，进行切削操作，完成物料的形状、尺寸和表面处理等加工要求。
5. 冷却系统通过冷却装置将冷却介质送至刀具和加工区域，冷却刀具和加工区域，控制加工温度和保护刀具寿命。
总的来说，数控机床通过精确控制伺服系统的运动，实现刀具对工件的精细切削，使加工过程更加自动化和高效化。
数控车床的基本组成和工作原理
数控车床的基本组成和工作原理数控车床是一种通过计算机程序控制刀具移动和工件旋转等运动的机床，能够精确加工各类轴对称的零部件。
它是现代制造业中重要的加工设备，具有高精度、高效率、灵活性强等优点。
下面将介绍数控车床的基本组成和工作原理。
一、基本组成1.床身：数控车床的床身是整个机床的基础架构，承载整个机床的各个部件和组件。
床身一般由铸铁制成，具有高强度和抗振性能。
2.主轴箱：主轴箱安装在床身上，负责驱动工件的旋转运动。
主轴由电机驱动，在主轴箱内通过轴承支撑和转动。
3.刀架：刀架负责调节和控制刀具的位置和运动。
数控车床一般配备多个刀架，用于安装不同类型和规格的刀具。
刀架配有电动或液压驱动装置，可以实现刀具的快速切换和自动换刀。
4.工作台：工作台是放置和夹持工件的平台。
数控车床的工作台可以实现不同方向的移动和旋转，以便于刀具的切削和工件的加工。
5.伺服系统：伺服系统由数控装置、伺服电机和测量装置等组成，用于控制刀具和工件的运动。
数控装置是数控车床的大脑，根据预先编写的切削程序计算和控制刀具运动轨迹、进给速度和加工参数等。
6.冷却系统：冷却系统用于为数控车床提供冷却液，以冷却工件和刀具，减少摩擦和热量的产生，保护工件和刀具不受损坏。
二、工作原理1.切削程序编写：在进行切削之前，需要先编写切削程序。
切削程序是指通过计算机软件编写的程序，包含了刀具运动轨迹、进给速度、切削深度等加工参数的信息。
2.加工设备准备：在进行数控加工之前，需要进行刀具的安装和工件夹持。
安装刀具时，需要选择合适的刀具规格和类型，并进行刀具刀柄的装夹。
工件夹持时，需要使用合适的夹具将工件固定在工作台上。
3.参数设置：设置数控装置的各项参数，包括切削深度、进给速度、切削速度、加工路径等。
这些参数的设置根据切削程序和工件的要求进行调整。
4.启动加工：当设置完成后，启动数控装置，数控装置根据切削程序的要求，计算刀具的运动轨迹和运动速度，控制伺服系统的动作。
数控机床的组成和工作原理
2.5.3 数控机床的自由度
数控机床不受空间6个自由度的限制，只要存在一个能 独立运动的直线轴或旋转轴，就称为有一个轴或一个坐标；
数控机床在进行连续轨迹控制过程中，若干轴同时动作 或同时受控称为联动。能联动的轴数越多，则数控系统的功 能越强，加工能力越强；
转
换
各轴
驱动电路
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2.3 数控机床的基本工作原理
（2）点位控制与轮廓加工控制
点位控制-控制点到点之间的距离。特点：与刀具路径 无关。包括钻、镗、攻螺纹等加工。
轮廓加工控制-亦称连续轨迹控制，分为加工平面曲线 （X,Y轴运动的合成）和加工空间曲线（X,Y,Z轴运动 的合成）两种情况。
轮廓加工控制的特点： 对各坐标轴的移动量、速度及相互间的比例同时进行 控制。
几轴几联动是数控机床的重要技术指标。
由逻辑编 程实现
组合逻辑控制
定时润滑、刀库控 制、主轴管理等。
由PLC来 实现
（4）数控机床常用的调试功能：P17
2.4 数控机床的基本类型
2.4.1 按运动轨迹分类 （1）点位控制系统-代表：数控钻床，数控镗床，etc.
只控制刀具相对于工件定位点的位置精度，不控制刀 具的运动轨迹，刀具运动过程中不进行切削。
注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系， 仅作为工件坐标系的参考坐标系。
（2）数控机床工件原点与工件坐标系
工件原点：为编程方便在零件、工装夹具 上选定的某一点或与之相关的点。该点也 可以是与对刀点重合。
工件坐标系：以工件原点为零点建立的坐 标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标 系计算。
数控车床的基本组成和工作原理
数控车床的基本组成和工作原理数控车床是一种集机械、电子、液压、传感等技术于一体的高精度、高效率的数控机床。
它的基本组成部分包括机床主体、数控系统、刀具系统、控制设备、液压系统、机床附件等。
1.机床主体：数控车床的机床主体由床身、主轴箱、工作台、床鞍、电气箱等组成。
床身是数控车床的主体支撑部分，负责承担工件和刀具的加工负荷。
主轴箱包括主轴、前轴和后轴，负责传动和控制主轴的转速和进给速度。
工作台是工件的加工平台，可以沿着床身的滑轨进行沿床移动。
床鞍是支撑工作台的部件，通过导轨和直线导轨与床身相连接。
电气箱负责存放和保护数控系统和电气元件。
2.数控系统：数控系统是数控车床的核心部分，负责控制机床的各项运动和加工过程。
数控系统包括硬件和软件两个部分。
硬件包括数控主机、输入设备和输出设备等，负责数据的采集和处理。
软件包括编程系统和运行控制系统等，负责编写和修改加工程序，并控制机床按照程序进行自动化加工。
3.刀具系统：刀具系统由刀架、刀杆、刀片组成，负责刀具的选择和切削加工。
刀架是刀具的支撑部分，可以进行刀具的进给、进给速度、进给深度和切削宽度的调节。
刀杆安装在刀架上，固定刀片并将切削力传递到刀架上。
刀片是用来进行切削加工的工具，根据不同的加工需求选择不同的刀片类型。
4.控制设备：控制设备包括电气控制箱、操作面板等组成部分。
电气控制箱负责接收和转换数控系统发送的指令，并通过电气元件控制机床的各项运动。
操作面板是数控系统的操作界面，用来设置加工参数、编写加工程序和监控机床的运行状态。
5.液压系统：液压系统负责机床主轴箱、刀架、工作台等部位的液压传动和控制。
液压系统包括液压油箱、液压泵、液压阀等组成部分。
液压油箱用来储存液压油，液压泵用来提供液压油的动力，液压阀用来控制液压油的流动和压力。
6.机床附件：机床附件包括夹具、传感器、冷却装置等附件。
夹具用来固定工件，保证工件的稳定和精度。
传感器负责检测和测量机床的运动状态和加工过程的数据。
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数控机床的组成及基本工作原理
数控机床是现代制造业中不可或缺的重要设备，它为工业生产提供了高效、精密的加工能力。
本文将介绍数控机床的组成、基本工作原理及其在制造业中的应用。
一、数控机床的组成
数控机床是由数控系统和机床两部分组成的，其中数控系统是核心部件，而机床则就是实际的加工设备。
1.数控系统
数控系统是指由电子计算机、数控器、编程设备和各种传感器、执行机构等组成的一套指令控制系统。
数控系统的作用是接受人工编制的程序，将其转化为机床能够执行的指令，并监测和控制机床的运动状态，以实现加工件的精确加工。
数控系统一般分为三大部分：
- 编程设备
编程设备包括了计算机、数字化编程仪、手持编程器等。
编程设备是整个数控系统的输入端，也是人与系统进行交互的界面。
通过编程设备，操作员可以将加工工件的尺寸、形状、位置等信息输入计算机，然后生成加工程序。
- 数控器
数控器是一种智能终端，它位于机床的操作台上，是机床和数控系统之间的桥梁。
数控器可以解释加工程序，生成指令，控制机床各轴的运动速度和位置，并发出加工信号。
- 机床自动控制系统
机床自动控制系统主要包括了传感器、执行机构、伺服系统和主轴控制系统等部分。
通过这些控制系统，实现机床零件的自动加工、自动运输，从而达到自动化生产的目的。
2. 机床
机床是数控系统的实际执行部位，它是将加工程序指令转化为具体的物理运动来实现零件加工的装备。
机床的主要部分包括：主轴、刀库、工作台和各种传动装置等。
二、数控机床的基本工作原理
数控机床将人工编写的加工程序转译为机器能够识别的指令（G代码），并由数控系统发送激励信号给机床各个相关部位，使机床的各个运动轴按预定速度和方向运动，切削刀具按预定轨迹在工作件表面切削，以达到工件和预期尺寸、精度等要求。
数控机床的基本工作流程为：
1. 制定加工方案和程序
制定加工方案和程序，确定加工零件的尺寸、形状、位置、表面质量等要求，编写并输入到数控系统中。
2. 设定机床参数
根据加工程序的要求，设定数控系统和机床参数，包括速度、轴向距离、回转角度、加速度、切削量等参数。
3. 加工准备
启动机床系统，进行自检和调试，装夹工件，安装刀具，调整工件和刀具的位置，启动机床。
4. 控制系统运动
启动数控系统，发出指令，调节各个轴和执行机构，按设定的参数和程序进行工作，实现零件的加工和成型。
5. 完成加工
经过一定的运动轨迹和切削加工，完成零件的加工和成型。
最后，关闭机床，停止数控系统的工作。
三、数控机床在制造业中的应用
数控机床是现代制造业的重要工具，因为它能够实现零件的高效、精确和一致性加工，大大提高了生产效率和产品的品质。
数控机床广泛应用于航空航天、汽车、机器人等高科技领域，以及工程机械、船舶、火箭、军事等领域。
数控机床的发展不仅改变了传统机械加工的模式，还带来了整个制造业的革命。
总之，数控机床是生产制造业中的重要设备，它的应用和发展对提升产品质量、优化工艺流程、提高生产效率和降低生产成本等方面都起到了至关重要的作用。