数控机床的控制技术与辅助系统概述
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数控机床的工作原理和组成结构
质
格式和代码编写出工件的加工程序，并存储在一种 载体上，如穿孔纸带、磁带、软磁盘等。
• 数控装置是数控机床的核心，其功能是接受输入的
加工信息，经过数控装置的系统软件和逻辑电路进
行译码、运算和逻辑处理，向伺服系统发出相应的
脉冲，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程
数
序指令运动。
控
装
置
• 伺服系统是数控系统的一个重要组成部分，它将数控装置送来 的脉冲运动指令信息进行放大，它相当于手工操作人员的手，
• 6.生产准备工作复杂 • 由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作
较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。 • 7.投资大，维修困难 • 数控机床是一种高度自动化机床，必须配有数控装置或电子
计算机，机床加工精度因受切削用量大、连续加工发热多等 影响，使其设计要求比普通机床更加严格，制造要求更精密， 因此数控机床的制造成本比较高。此外，数控机床属于典 型的机电一体化产品，控制系统比较复杂、技术含量高，一 些元器件、部件精密度 较高，同时一些进口机床的技术开 发受到条件的限制，所以对数控机床的调试和维修比较困难。
驱动机床的移动部件（刀架或工作台）按规定的轨迹和速度移
伺
动或精确定位，加工出符合图样要求的工件。伺服系统由
服
伺服驱动电路、功率放大电路、伺服与机床上执行部件和机械传动部件
组成数控机床的进给系统。
• 每个作进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动
系统。
• 数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部
数控机床的组成和工作原理
数控机床的介绍
• 数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序 控制系统的自动化机床。该控制系统能够处理具 有控制编码的程序，并将其译码，通过信息载体 输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种 控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状 和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好 地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加 工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床， 代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典 型的机电一体化产品。
数控加工技术概述
➢车铣复合—车削中心（ATC，动力刀头）； ➢铣镗钻车复合—复合加工中心（ATC，可自动装卸车
刀架）； ➢铣镗钻磨复合—复合加工中心（ATC，动力磨头）； ➢可更换主轴箱的数控机床—组合加工中心；
1.2 数控机床的产生与发展
۞控制智能化
随着人工智能技术的不断发展，并为满足制 造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控 技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几 个方面：
3. 数控加工编程基础
３.1 机 床 坐 标 系
３.1.1 机床坐标系和主运动方向 1．标准坐标系的规定
对数控机床中的坐标系和运动方向的命名，ISO标准和我 国JB3052—82部颁标准都统一规定采用标准的右手笛卡儿直 角坐标系，一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个 坐标轴。
(3)由于机床自动化程度大大提高，减轻了工人劳动强度， 改善了劳动条件
(4)加工能力提高，应用数控机床可以很准确的加工出曲线、 曲面、圆弧等形状非常复杂的零件，因此，可以通过编写 复杂的程序来实现加工常规方法难以加工的零件
1.5 数控系统的组成
现 代 数 控 机 床 一 般 由 数 控 装 置 (NC unit) 、 伺 服 系 统 (servo system) 、 位 置 测 量 与 反 馈 系 统 (feedback system)、辅助控制单元(accessory control unit)和机 床主机(main engine)组成，下图是各组成部分的逻辑结 构简图：
2.6 数控加工原理（续）
•当 F>0 时 ， NC 发 出 移 动 微 指 令 ， 使 控 如 如制何图轴确所向定示控，+制刀X轴具方X由、向OZ至移的A走，动向直一呢线？个OA是步其长理论；轨迹。 •当用F逐<点0比时较，法：N每C走发一出步与移理动论轨微迹指比较令一，下，使 控从制而轴确向定下+一Z步方的向走移向。动一个步长； •当起 于F点是=坐直0标线时（OA，0的，方可0程）以，为规终：点 X定/Z坐=NX标eC/（Z使eXe;,控Ze）制轴向 + X即或：+ZXeZ-方XZe向=0;移动一个步长 这 ① ②样可若 若点点以（（不XX,,ZZ断））在在地直 直趋线 线向上 下方 方终， ，点则 则： ：，ZZ图XXee--中XXZZee，><00;;带 箭 于头是的：折取F线=ZX轨e-X迹Ze是, 机床实际运动的插 补 在 由轨N插迹C判补，断运F算直的过符线程号O中。，A控是制理轴论每移轨动迹一，步之由前于，插先 补运算所取的步长很小，所以可以近 似地认为插补轨迹就是直线OA的理论
刀架）； ➢铣镗钻磨复合—复合加工中心（ATC，动力磨头）； ➢可更换主轴箱的数控机床—组合加工中心；
1.2 数控机床的产生与发展
۞控制智能化
随着人工智能技术的不断发展，并为满足制 造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控 技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几 个方面：
3. 数控加工编程基础
３.1 机 床 坐 标 系
３.1.1 机床坐标系和主运动方向 1．标准坐标系的规定
对数控机床中的坐标系和运动方向的命名，ISO标准和我 国JB3052—82部颁标准都统一规定采用标准的右手笛卡儿直 角坐标系，一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个 坐标轴。
(3)由于机床自动化程度大大提高，减轻了工人劳动强度， 改善了劳动条件
(4)加工能力提高，应用数控机床可以很准确的加工出曲线、 曲面、圆弧等形状非常复杂的零件，因此，可以通过编写 复杂的程序来实现加工常规方法难以加工的零件
1.5 数控系统的组成
现 代 数 控 机 床 一 般 由 数 控 装 置 (NC unit) 、 伺 服 系 统 (servo system) 、 位 置 测 量 与 反 馈 系 统 (feedback system)、辅助控制单元(accessory control unit)和机 床主机(main engine)组成，下图是各组成部分的逻辑结 构简图：
2.6 数控加工原理（续）
•当 F>0 时 ， NC 发 出 移 动 微 指 令 ， 使 控 如 如制何图轴确所向定示控，+制刀X轴具方X由、向OZ至移的A走，动向直一呢线？个OA是步其长理论；轨迹。 •当用F逐<点0比时较，法：N每C走发一出步与移理动论轨微迹指比较令一，下，使 控从制而轴确向定下+一Z步方的向走移向。动一个步长； •当起 于F点是=坐直0标线时（OA，0的，方可0程）以，为规终：点 X定/Z坐=NX标eC/（Z使eXe;,控Ze）制轴向 + X即或：+ZXeZ-方XZe向=0;移动一个步长 这 ① ②样可若 若点点以（（不XX,,ZZ断））在在地直 直趋线 线向上 下方 方终， ，点则 则： ：，ZZ图XXee--中XXZZee，><00;;带 箭 于头是的：折取F线=ZX轨e-X迹Ze是, 机床实际运动的插 补 在 由轨N插迹C判补，断运F算直的过符线程号O中。，A控是制理轴论每移轨动迹一，步之由前于，插先 补运算所取的步长很小，所以可以近 似地认为插补轨迹就是直线OA的理论
1 《数控机床控制技术基础》概述
2、输入/输出 、输入 输出 输出(I/O) 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外， 数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运行轨迹进行连续控制外， 还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、 还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正、反转 及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具的自动交换， 及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具的自动交换，工件夹紧和放松及分度 工作台转位等。 工作台转位等。 第Ⅰ类：与驱动命令有关的连接电路，主要是与坐标轴进给驱动和主轴驱动的连接 电路。 第Ⅱ类：数控装置与测量系统和测量传感器之间的连接电路。 第Ⅰ类和第Ⅱ类接口传送的信息是数控装置与伺服驱动单元、伺服电动机、位置检 测和速度检测之间的控制信息及反馈信息，它们属于数字控制及伺服控制。 第Ⅲ类：电源及保护电路。由数控机床强电线路中的电源控制电路构成。强电线路 由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、接触器、熔断器等连接而成， 以便为辅助交流电动机（如冷却泵电动机、润滑泵电动机等）、电磁铁、离合器、 电磁阀等功率执行元件供电。强电线路不能与低压下工作的控制电路或弱电线路直 接连接，只有通过断路器、中间继电器等器件，转换成直流低电压下工作的触点的 开合动作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接收的电信号，反之亦然。 第Ⅳ类：开/关信号和代码信号连接电路。是数控装置与外部传送的输入、输出控 制信号。当数控机床不带PLC时，这些信号直接在数控装置和机床间传送。当数控 装置带有PLC时，这些信号除极少数的高速信号外，均通过PLC传送。
三、数控机床控制系统的构成
数控机床进行加工时， 数控机床进行加工时，首先必须将工件的几何数据和工艺数据按规定的代码和格式编 制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。 制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。数控系统对输入的加 工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。 工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。 数控机床有以下优点： （1）数控系统取代了普通机床的手工操纵，具有充分的柔性，只要编制成零件程 序就能加工出零件。 （2）零件加工精度一致性好，避免了普通机床加工时人为因素的影响。 （3）生产周期较短，特别适合小批量、单件的加工。 （4）可加工复杂形状的零件，如二维轮廓或三维轮廓加工。 （5）易于调整机床，与其他制造方法（如自动机床、自动生产线）相比，所需调 整时间较少。 数控机床的任务主要有以下方面内容： 1、主轴运动 主轴运动和普通车床一样，主运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的 70～80％。基本控制是主轴的正、反转和停止，可自动换档及无级调速；对加工中 心和有些数控车床还必须具有定向控制和C轴控制。
数控机床的工作原理与编程技术
数控机床的工作原理与编程技术在现代制造业中，数控机床已成为不可或缺的设备。
它能够实现高精度、高效率的加工工艺，为工业制造提供了巨大的便利。
本文将介绍数控机床的工作原理和编程技术，为读者深入了解和应用数控机床提供指导。
一、数控机床的工作原理数控机床是通过计算机系统和数控系统控制其运动和加工工艺的一种设备。
其工作原理基本可以分为以下几个方面：1. 硬件系统：数控机床的硬件系统包括机械结构、传动装置、传感器和执行机构等。
机械结构决定了数控机床的运动方式和加工能力，传动装置使得机床能够按照预定的路径进行运动，传感器用于感知加工状态和位置信息，执行机构则根据数控指令实现具体的加工动作。
2. 数控系统：数控系统是整个数控机床的大脑，负责处理和控制机床的运动和加工过程。
数控系统由计算机、数控器和人机界面组成。
计算机负责运行和管理程序，数控器则负责解析程序指令并向机床发送控制信号，人机界面提供操作界面和输入信号。
3. 编程系统：数控机床的编程系统是数控系统的重要组成部分。
编程系统有多种形式，包括手动编程、自动编程和CAD/CAM编程等。
不同的编程方式适用于不同的加工需求和操作习惯，但核心原理都是通过编写特定的指令来描述加工工艺和运动轨迹。
二、数控机床的编程技术数控机床的编程技术是使用数控机床进行加工时必备的技能。
下面将介绍几种常见的数控机床编程技术：1. G代码编程：G代码是数控机床最常用的编程语言。
它是一种简单的指令系统，通过字母G和后面的数字和小数点来描述不同的运动和功能。
例如，G00表示快速定位，G01表示直线插补，G02表示顺时针圆弧插补，G03表示逆时针圆弧插补等。
程序员可以根据加工工艺和机床特性选择合适的G代码来编写程序。
2. M代码编程：M代码是数控机床用于控制辅助功能和开关的指令。
例如，M03表示主轴正转，M08表示冷却液开，M30表示程序结束等。
M代码和G代码可以结合使用，实现更复杂的加工过程。
《数控机床原理》课件
02
数控机床的工作原理
数控装置的工作原理
数控装置是数控机床的指挥中心，它按照输入的程序 指令，经过计算和处理后，输出脉冲信号给伺服系统
，控制机床各部分按规定的动作进行加工。
输标02入题
数控装置主要由输入输出装置、数控装置和主控制装 置组成。
01
03
数控装置根据输入的加工程序进行计算和处理，输出 脉冲信号给伺服系统。
数控机床的环保措施
01
02
03
减少噪音污染
优化机械部件的设计和装 配工艺，降低数控机床运 行时的噪音。
控制废气排放
采用低污染的液压和润滑 系统，减少废气的排放。
废弃物处理
建立废弃物分类处理系统 ，对油污、金属屑等废弃 物进行妥善处理，以减少 对环境的污染。
数控机床的能效管理与节能技术
能源监测与控制
确定加工工艺
根据图纸和加工要求，确定加 工的顺序、刀具、切削参数等
。
建立坐标系
根据工件和机床的实际情况， 建立合适的坐标系，以便描述 刀具的运动轨迹。
编写加工程序
根据加工工艺和坐标系，使用 数控编程语言编写加工程序。
程序调试和优化
在数控机床上对加工程序进行 试运行，检查程序的正确性和 加工效果，根据需要进行调整
通过能源监测系统实时监 测数控机床的能耗情况， 实现能源的有效控制和管 理。
高效传动系统
采用高效传动部件，如高 精度轴承和齿轮，降低机 械损失和能耗。
空调节能技术
合理利用数控机床内部的 空调系统，保持适宜的工 作温度，降低能耗。
感谢您的观看
THANKS
写加工程序；自动编程指利用 CAD/CAM软件，通过计算机辅
助计算和生成加工程序。
数控技术
Y 75 R25
O2 O3
O1
X
Z
10
rr rr rr rr r rr rr
5 5
rr ` rr r
数控机床的坐标系
直线进给和圆周进给 运动坐标系
规定直线进给运动用右手直角 笛卡尔坐标系XYZ表示，称基 本坐标系
+Y +Y +B +Z ¡ ¯ ¡ +X ¯ +X +C +A ¡ +Z +Y ¯ +X +Z +X +Y+Z
主轴控 制模块
(CPU)
(CPU)
I/O单元
(CPU)
伺服驱动单元 主轴单元
共享总线结构
RAM/EPROM EPROM
键盘 字符 发生器
一、等间距的直线逼近的节点计算
y f ( x)
x
计算简单，但由于取定步长应保证曲线曲率最大处的逼近 误差小于允许值，所以程序可能过多
二、等弦长直线逼近的节点计算
1）确定允许的弦长： 由于曲线各处的曲率不等，等弦长逼近后，最大误差必在 曲率半径最小处。 2 2
l 2 Rmin ( Rmin )
多机系统：CNC装置中有两个或两个以上的CPU，即
系统中的某些功能模块自身也带有CPU。 细分为：多主结构、分布式结构
单机或主从结构模块的功能介绍
标准PC计算机 计算机主板 系 显示卡 I/O设备 多功能卡 统 总 线 （ ） 位置控制板1
…
控制面板
PLC模块
机床I/O
主轴控制模板
速度控制单元1
程序编制中的数学处理
非圆曲线的节点计算
O2 O3
O1
X
Z
10
rr rr rr rr r rr rr
5 5
rr ` rr r
数控机床的坐标系
直线进给和圆周进给 运动坐标系
规定直线进给运动用右手直角 笛卡尔坐标系XYZ表示，称基 本坐标系
+Y +Y +B +Z ¡ ¯ ¡ +X ¯ +X +C +A ¡ +Z +Y ¯ +X +Z +X +Y+Z
主轴控 制模块
(CPU)
(CPU)
I/O单元
(CPU)
伺服驱动单元 主轴单元
共享总线结构
RAM/EPROM EPROM
键盘 字符 发生器
一、等间距的直线逼近的节点计算
y f ( x)
x
计算简单，但由于取定步长应保证曲线曲率最大处的逼近 误差小于允许值，所以程序可能过多
二、等弦长直线逼近的节点计算
1）确定允许的弦长： 由于曲线各处的曲率不等，等弦长逼近后，最大误差必在 曲率半径最小处。 2 2
l 2 Rmin ( Rmin )
多机系统：CNC装置中有两个或两个以上的CPU，即
系统中的某些功能模块自身也带有CPU。 细分为：多主结构、分布式结构
单机或主从结构模块的功能介绍
标准PC计算机 计算机主板 系 显示卡 I/O设备 多功能卡 统 总 线 （ ） 位置控制板1
…
控制面板
PLC模块
机床I/O
主轴控制模板
速度控制单元1
程序编制中的数学处理
非圆曲线的节点计算
数控机床的控制系统概述
第七章数控机床的控制系统概述学习目的：1．什么是数控技术、数控系统和数控机床，数控系统对机床的控制包括哪几方面？2．数控机床控制系统组成有哪些，他们的作用各是什么？3．数控机床的控制方式有几种，各有什么特点？4．数控机床的接口有几类，他们的接口规范是什么？第一节数控机床的控制系统一、数字控制技术简介1．数字控制技术数字控制（Numerical Control）技术，简称数控技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。
数控技术不仅用于机床的控制，而且还用于其它设备的控制，产生了诸如数控绘图机、数控测量机等数控设备。
2．数控系统和数控机床用数字控制技术实现自动控制的系统称为数控系统。
数控系统中的控制信息是数字量，其硬件基础是数字逻辑电路。
最初数控系统是由数字逻辑电路构成的，所以也成为硬件数控系统。
现代数控系统采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部基本数控功能，所以成为计算机数控系统（Comouter Numerical Control），简称CNC系统。
计算机数控系统是在硬件和软件共同作用下完成数控任务的，具有真正的“柔性”。
数控系统对机床的控制包括顺序控制和数字控制两个方面。
顺序控制是指对刀具交换、主轴调速、冷却液开关、工作台的极限位置等一类开关量的控制。
数字控制是指机床进给运动的控制，用于实现对工作台或刀架的位移、速度这一类数字量的控制。
数控系统与机床的有机结合称为数控机床，如数控车床、数控铣床、数控加工中心等。
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电力拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
二、数控机床控制系统的组成序记载机床加工所需的各种信息，包括零件的加工轨迹、工艺信息及开关命令。
输入装置是将程序载体上的数控编码转换成相应的脉冲信息，传送并存入数控装置内。
输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统的运行。
常用的输入/输出装置有光电阅读机、磁带录放机、磁盘驱动器、键盘和CRT显示器等。
第1章 数控机床电气控制概述
第1章数控机床电气控制概述
图1-5开环控制系统结构
第1章数控机床电气控制概述 （2）闭环控制系统 闭环控制系统的机床上安装有检测装置，直接对工作台的位移量 进行检测，当数控装置发出进给指令信号后，经伺服驱动系统使工 作台移动时，安装在工作台上的位置检测装置把机械位移量变为电 量，反馈到输入端与输入设定指令信号进行比较，得到的差值经过 转换和放大，最后驱动工作台向减少误差的方向移动，直到误差值 消除停止移动。闭环系统具有很高的控制精度。图1-6为闭环数控 系统的结构图
第1章 数控机床电气控制概述
第1章 数控机床电气控制概述
• • • • • 1.1数控机床电气控制系统的组成及特点 1.2数控机床的分类及性能指标 1.3数控机床电气控制系统发展 1.4数控机床自动控制基础 思考题与习题
第1章数控机床电气控制概述
第1章 数控机床电气控制概述
1.1数控机床电气控制系统的组成及特点 • 1.1.1 数控机床电气控制系统的组成 • 数字控制（NC,Numerical Control，简称数控）技术 是用数字化信息进行控制的自动制技术，采用数控 技术的控制系统称为数控系统，装备了数控系统的机 床即为数控机床。 • 数控机床电气控制系统由数控装置（CNC, Computer Numerical Control）、主轴驱动系统、进给伺服系统、 检测反馈系统、机床强电控制系统、编程装置等几部 分组成。数控机床电气控制系统的组成如图1-1所示。
第1章数控机床电气控制概述
图1-3 数控铣床直线控制轨迹示意图
图1-2 数控钻床点位控制示意图
图1-4数控铣床轮廓加工示意图
第1章数控机床电气控制概述
（3）轮廓控制系统 轮廓控制系统又称连续控制系统，其特点是数控系统能够对两个 或两个以上的坐标轴同时进行连续控制。加工时不仅要控制起点和 终点，还要控制整个加工过程中每点的速度和位置。图1-4为数控 铣床轮廓加工示意图。 2.按工艺用途分类 （1）金属切削类数控机床 金属切削类数控机床和传统的通用机床产品种类类似，有数控车 床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及加工中心机床 等。数控加工中心是带有自动换刀装置，在一次装夹后，可以进行 多种工序加工的数控机床。
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、要求完成的功能等有关，结合气压传动的特点，一般在要求 力或力矩不太大的情况下采用气压传动。
H400型卧式加工中心工作功率较小、精度中等。为降低制 造成本、提高安全性、减少污染，结合气、液压传动的特点， 该加工中心的辅助动作采用以气压驱动装置为主。
H400型卧式加工中心气动系统主要包括松刀缸、双工作台 交换、工作台与鞍座之间的拉紧、工作台回转分度、分度插销 定位、刀库前后移动、主轴锥孔吹气清理等几个动作完成的气 动支路。
6）液压元器件易实现系列化、标准化、通用化，故可以 降低制造使用成本。
7.1.1 压力控制系统的功能与组成
2.气、液压传动发展概况及应用 机床上采用气、液压技术的方面很多，但主要是利用气、
液传动在工作中可以实现无级变速、易于实现自动化、可频 繁换向等优点。使用方面：
1）进给运动传动 2）往复直线运动 3）回转运动和仿形运动 4）辅助装置 5）静压支承
挂挡的实现等。 2)数控机床中运动部件的平衡。如主轴箱的重力平衡、
换刀机械手的平衡等。 3)定位面的自动吹屑清理等。 4)数控机床防护罩、板、门的自动打开与关闭。 5)工作台的松开与夹紧，交换台的自动交换动作。 6)夹具的自动松开与夹紧。 7)自动换刀所需动作。
7.1.3 数控机床的压力系统
2.数控机床气动系统工作原理、结构布置及特点 数控机床气动系统的设计及布置与加工中心的类型、结构
产生和传递较大的力和力矩。 3）惯性小、反应快、冲击小、工作平稳，易于实现高速
起动、制动和换向。 4）易控制、易调节、操纵方便，易于与电气控制相结合
，用以实现远程控制和复杂顺序控制的自动化，易于实现过载 保护。
5）液压传动具有自润滑、自冷却作用，可以减少因摩擦 和高温产生的液压元件损坏，故工作寿命较长。
machine tools
7.1.1 压力控制系统的功能与组成
1.压力传动的特点 气压、液压传动属于流体传动的两个分支，它们分别是以
压缩空气和液压油为工作介质，来进行能量的传递和控制的传 动技术。相对于机械传动、电力传动等传动技术，气、液压传 动是新兴的工程技术。由于它们具有许多机械传动所不具有的 优点，故其发展速度较快，应用范围也越来越广，目前已广泛 应用于工程技术中的各个领域。
7.1.3 数控机床的压力系统
（3）工作台夹紧支路 H400加工中心可交换的工作台 固定于鞍座上，由四个带定位锥的 气缸夹紧，并且为了达到拉力大于 12000N的可靠工作要求，以及受位 置结构的限制，该气缸采用了弹簧 增力结构，在气缸内径仅为φ63mm 的情况下就达到了设计拉力要求。
7.1.3 数控机床的压力系统
气动装置结构简单、无污染、工作速度快、动作频率高， 适宜于完成频繁起动的辅助动作，且过载时比较安全，不易发 生过载损坏机件等事故。故常用于功率要求不大、精度不太高 的中小型加工中心。
7.1.3 数控床的压力系统
1.气、液压系统在数控机床中常用来完成如下的辅助功能： 1)数控机床运动部件的制动、离合器的控制、齿轮拨叉
数控机床的控制技术与 辅助系统概述
2020年4月22日星期三
数控机床结构及应用
第7章 数控机床的控制技术 与辅助系统
Nc machine tool control technology and auxiliary system
7.1 数控机床的压力控制系统 Pressure control system of nc
7.1.3 数控机床的压力系统
（1）松刀缸支路
松刀缸是完成刀具的拉紧和松开的执 行机构。为保证机床切削加工过程的稳定 、安全、可靠，刀具拉紧拉力应大于 12000N，抓刀、松刀动作时间在2s以内。 换刀时通过气动系统对刀柄与主轴间的 7:24定位锥孔进行清理，使用高速气流清 除结合面上的杂物。为达到这些要求，并 且尽可能地使其结构紧凑，减轻重量，并 且结构上要求工作缸直径不能大于150mm ，所以采用复合双作用气缸可达到设计要 求。如图7-2。
（4）鞍座定位与锁紧支路 H400加工中心工作台具有回转分度功能。鞍座与工作台 连结为一体，采用蜗轮蜗杆机构使之回转，采用插销和可以 变形的薄壁气缸实现床鞍和鞍座之间的定位与锁紧。 当数控系统发出鞍座回转指令并做好相应的准备后，两 位单电控电磁阀HF7得电，定位插销缸活塞向下带动定位销 从定位孔中拔出，到达下运动极限位置后，由感应开关检测 到位信号，通知数控系统可以进行鞍座与床鞍的放松，此时 两位单电控电磁阀HF8得电动作，锁紧薄壁缸中高压气体放 出，锁紧活塞弹性变形回复，使鞍座与床鞍分离。
7.1.3 数控机床的压力系统
（2）工作台交换支路 交换台是实现双工作台交换的关键部件，由于H400加工中 心交换台提升载荷较大（达12000N），工作过程中冲击较大， 设计上升、下降动作时间为3s，且交换台位置空间较大，故采 用大直径气缸（D=350mm），6mm内径的气管，可满足设计载荷 和交换时间的要求。机床无工作台交换时，在两位双电控电磁 阀HF3的控制下交换台托升缸处于下位，感应开关LS17有信号 ，工作台与托叉分离，工作台可以进行自由的运动。
7.1.2 压力控制系统工作原理
气、液压系统工作原理相似，但依其各自的特点，在加工 中心上的应用方面，它们具有相应的适用范围。
液压传动装置以工作压力高的油为工作介质，机械结构紧 凑、与其他传动装置相比在同等体积条件下可以产生较大的力 或力矩、动作平稳可靠、易于调节和控制、噪声较小，但需配 置液压泵和油箱，易产生渗漏和污染，故广泛用于工业型、大 中型加工中心中。
7.1.1 压力控制系统的功能与组成
（1）气压传动的优点： 1）工作介质为空气，来源丰富、制取方便、成本低廉。 2）较好的工作环境适应性。由于气压传动以空气作为工作
介质，故能用在恶劣环境中，一些要求高净化、无污染等的场 合也适宜于气动系统的工作，且工作可靠性较好，易于实现过 载保护。
3）空气粘度很小，故其在传输过程中的能量损失较小，节 能、高效，适宜于远距离的供气和气源的集中布置。
4）气压传动反应灵敏、动作迅速、易维护和调节，故比较 适宜于直接应用到自动控制的场合。
5）气动元件结构简单，制造工艺性较好，制造成本低，使 用寿命长，易于实现标准化、系列化、通用化。
7.1.1 压力控制系统的功能与组成
（2）液压传动的优点： 1）易于实现无级调速和大范围调速（100:1～2000:1）。 2）单位功率的传动装置重量轻、体积小、结构紧凑，可
H400型卧式加工中心工作功率较小、精度中等。为降低制 造成本、提高安全性、减少污染，结合气、液压传动的特点， 该加工中心的辅助动作采用以气压驱动装置为主。
H400型卧式加工中心气动系统主要包括松刀缸、双工作台 交换、工作台与鞍座之间的拉紧、工作台回转分度、分度插销 定位、刀库前后移动、主轴锥孔吹气清理等几个动作完成的气 动支路。
6）液压元器件易实现系列化、标准化、通用化，故可以 降低制造使用成本。
7.1.1 压力控制系统的功能与组成
2.气、液压传动发展概况及应用 机床上采用气、液压技术的方面很多，但主要是利用气、
液传动在工作中可以实现无级变速、易于实现自动化、可频 繁换向等优点。使用方面：
1）进给运动传动 2）往复直线运动 3）回转运动和仿形运动 4）辅助装置 5）静压支承
挂挡的实现等。 2)数控机床中运动部件的平衡。如主轴箱的重力平衡、
换刀机械手的平衡等。 3)定位面的自动吹屑清理等。 4)数控机床防护罩、板、门的自动打开与关闭。 5)工作台的松开与夹紧，交换台的自动交换动作。 6)夹具的自动松开与夹紧。 7)自动换刀所需动作。
7.1.3 数控机床的压力系统
2.数控机床气动系统工作原理、结构布置及特点 数控机床气动系统的设计及布置与加工中心的类型、结构
产生和传递较大的力和力矩。 3）惯性小、反应快、冲击小、工作平稳，易于实现高速
起动、制动和换向。 4）易控制、易调节、操纵方便，易于与电气控制相结合
，用以实现远程控制和复杂顺序控制的自动化，易于实现过载 保护。
5）液压传动具有自润滑、自冷却作用，可以减少因摩擦 和高温产生的液压元件损坏，故工作寿命较长。
machine tools
7.1.1 压力控制系统的功能与组成
1.压力传动的特点 气压、液压传动属于流体传动的两个分支，它们分别是以
压缩空气和液压油为工作介质，来进行能量的传递和控制的传 动技术。相对于机械传动、电力传动等传动技术，气、液压传 动是新兴的工程技术。由于它们具有许多机械传动所不具有的 优点，故其发展速度较快，应用范围也越来越广，目前已广泛 应用于工程技术中的各个领域。
7.1.3 数控机床的压力系统
（3）工作台夹紧支路 H400加工中心可交换的工作台 固定于鞍座上，由四个带定位锥的 气缸夹紧，并且为了达到拉力大于 12000N的可靠工作要求，以及受位 置结构的限制，该气缸采用了弹簧 增力结构，在气缸内径仅为φ63mm 的情况下就达到了设计拉力要求。
7.1.3 数控机床的压力系统
气动装置结构简单、无污染、工作速度快、动作频率高， 适宜于完成频繁起动的辅助动作，且过载时比较安全，不易发 生过载损坏机件等事故。故常用于功率要求不大、精度不太高 的中小型加工中心。
7.1.3 数控床的压力系统
1.气、液压系统在数控机床中常用来完成如下的辅助功能： 1)数控机床运动部件的制动、离合器的控制、齿轮拨叉
数控机床的控制技术与 辅助系统概述
2020年4月22日星期三
数控机床结构及应用
第7章 数控机床的控制技术 与辅助系统
Nc machine tool control technology and auxiliary system
7.1 数控机床的压力控制系统 Pressure control system of nc
7.1.3 数控机床的压力系统
（1）松刀缸支路
松刀缸是完成刀具的拉紧和松开的执 行机构。为保证机床切削加工过程的稳定 、安全、可靠，刀具拉紧拉力应大于 12000N，抓刀、松刀动作时间在2s以内。 换刀时通过气动系统对刀柄与主轴间的 7:24定位锥孔进行清理，使用高速气流清 除结合面上的杂物。为达到这些要求，并 且尽可能地使其结构紧凑，减轻重量，并 且结构上要求工作缸直径不能大于150mm ，所以采用复合双作用气缸可达到设计要 求。如图7-2。
（4）鞍座定位与锁紧支路 H400加工中心工作台具有回转分度功能。鞍座与工作台 连结为一体，采用蜗轮蜗杆机构使之回转，采用插销和可以 变形的薄壁气缸实现床鞍和鞍座之间的定位与锁紧。 当数控系统发出鞍座回转指令并做好相应的准备后，两 位单电控电磁阀HF7得电，定位插销缸活塞向下带动定位销 从定位孔中拔出，到达下运动极限位置后，由感应开关检测 到位信号，通知数控系统可以进行鞍座与床鞍的放松，此时 两位单电控电磁阀HF8得电动作，锁紧薄壁缸中高压气体放 出，锁紧活塞弹性变形回复，使鞍座与床鞍分离。
7.1.3 数控机床的压力系统
（2）工作台交换支路 交换台是实现双工作台交换的关键部件，由于H400加工中 心交换台提升载荷较大（达12000N），工作过程中冲击较大， 设计上升、下降动作时间为3s，且交换台位置空间较大，故采 用大直径气缸（D=350mm），6mm内径的气管，可满足设计载荷 和交换时间的要求。机床无工作台交换时，在两位双电控电磁 阀HF3的控制下交换台托升缸处于下位，感应开关LS17有信号 ，工作台与托叉分离，工作台可以进行自由的运动。
7.1.2 压力控制系统工作原理
气、液压系统工作原理相似，但依其各自的特点，在加工 中心上的应用方面，它们具有相应的适用范围。
液压传动装置以工作压力高的油为工作介质，机械结构紧 凑、与其他传动装置相比在同等体积条件下可以产生较大的力 或力矩、动作平稳可靠、易于调节和控制、噪声较小，但需配 置液压泵和油箱，易产生渗漏和污染，故广泛用于工业型、大 中型加工中心中。
7.1.1 压力控制系统的功能与组成
（1）气压传动的优点： 1）工作介质为空气，来源丰富、制取方便、成本低廉。 2）较好的工作环境适应性。由于气压传动以空气作为工作
介质，故能用在恶劣环境中，一些要求高净化、无污染等的场 合也适宜于气动系统的工作，且工作可靠性较好，易于实现过 载保护。
3）空气粘度很小，故其在传输过程中的能量损失较小，节 能、高效，适宜于远距离的供气和气源的集中布置。
4）气压传动反应灵敏、动作迅速、易维护和调节，故比较 适宜于直接应用到自动控制的场合。
5）气动元件结构简单，制造工艺性较好，制造成本低，使 用寿命长，易于实现标准化、系列化、通用化。
7.1.1 压力控制系统的功能与组成
（2）液压传动的优点： 1）易于实现无级调速和大范围调速（100:1～2000:1）。 2）单位功率的传动装置重量轻、体积小、结构紧凑，可