数控机床控制系统与数控机床技术.pptx
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机床数控原理与系统课件
数控编程的方法
数控编程的方法包括手工编程和自动编程两 种。手工编程是依靠人工进行编程，适用于 简单的零件加工；自动编程是利用计算机进 行编程，适用于复杂的零件加工。
CNC系统的插补原理
插补的概念
插补是指在两个已知坐标点之间进行数据点 的密化处理，生成中间点的坐标数据。
插补的方法
插补的方法包括直线插补和圆弧插补两种。 直线插补是在两点之间进行直线插补，生成 一系列中间点的坐标数据；圆弧插补是在两 点之间进行圆弧插补，生成一系列中间点的
润滑保养
按照机床制造商的推荐，定期对 数控机床的滑动部分和传动部件 进行润滑，以减少磨损和摩擦。
数控机床的故障分类与诊断方法
硬件故障
包括电气元件损坏、线路故障等，需 要通过检查和更换损坏部件来解决。
软件故障
由于程序错误或系统设置不当引起的 故障，需要修正程序或调整系统设置 。
机械故障
如传动部件卡滞、轴承损坏等，需要 修复或更换损坏的机械部件。
误差补偿的方法包括温度补偿、非 线性补偿、重复定位误差补偿等， 根据具体的应用场景和要求选择合 适的补偿方法。
06 数控机床的维护 与故障诊断
数控机床的日常维护与保养
定期检查
对数控机床进行定期检查，包括 电气系统、机械部件、冷却系统 等，确保各部分正常工作。
清洁保养
保持数控机床的清洁，定期清理 灰尘和杂物，以防止对机床精度 和寿命造成影响。
坐标数据。
04 数控机床伺服系 统
伺服系统的组成与分类
要点一
伺服系统的组成
伺服系统是数控机床的重要组成部分，主要由伺服驱动器 、伺服电机和反馈装置等组成。
要点二
伺服系统的分类
根据控制方式的不同，伺服系统可以分为开环控制、半闭 环控制和全闭环控制三种类型。
数控机床控制系统介绍PPT(27张)
（4）PMC软件组成
PMC软件分为初始化、运行和关闭三 个组成部分。
3．加工中心的基本功能程序段
加工中心的基本功能包括轴运动控制、 手轮、归零、各种工作方式转换、主轴准 停、手动调整操作面板的管理等功能。
（1）工作方式转换程序段 （2）主轴速度修调
3.3.4 PMC典型子模块举例
Z轴去换刀位； 主轴准停； 刀库前进； Y轴去换刀位； X轴去换刀位； 松刀吹气；
3.2 机床常用数控系统
3.2.1 SIEMENS数控系统
SINUMERIK 840D共设置有10个数控 通道，具有同时处理10组加工数据的能力； 最多可控制24个NC轴和6个主轴。标准配 备的以太网接口具有很强的通信功能 。
3.2.2 FANUC数控系统
FANUC 16/18系列数控系统具有多主轴、 多控制轴控制功能，数控铣床可以构成具有 三轴联动和五轴联动功能的加工中心；具有 与计算机联网组成柔性制造系统的能力。
•
1、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚持运动。人最失败的，莫过于对自己不负责任，连答应自己的事都办不到，又何必抱怨这个世界都和你作对？人生的道理很简单，你想要什么，就去付出足够的努力。
•
5、心情就像衣服，脏了就拿去洗洗，晒晒，阳光自然就会蔓延开来。阳光那么好，何必自寻烦恼，过好每一个当下，一万个美丽的未来抵不过一个温暖的现在。
•
6、无论你正遭遇着什么，你都要从落魄中站起来重振旗鼓，要继续保持热忱，要继续保持微笑，就像从未受伤过一样。
•
7、生命的美丽，永远展现在她的进取之中;就像大树的美丽，是展现在它负势向上高耸入云的蓬勃生机中;像雄鹰的美丽，是展现在它搏风击雨如苍天之魂的翱翔中;像江河的美丽，是展现在它波涛汹涌一泻千里的奔流中。
数控ppt课件完整版
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数控技术在未来制造业中的地位和作用
提高生产效率
数控技术能够显著提高加工精度和生产效率，降低生产成本，提 升企业竞争力。
促进产业升级
数控技术的应用将推动制造业向高端化、智能化、绿色化方向发 展，促进产业升级和转型。
增强国家经济实力
数控技术作为制造业的核心技术之一，其发展水平和应用程度将 直接影响国家经济实力和国际竞争力。
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数控加工工艺与刀具选择
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数控加工工艺的制定原则
先粗后精原则
先进行粗加工，再进行精加工，逐步 提高加工精度。
一次装夹原则
尽可能在一次装夹中完成多道工序， 减少装夹次数，提高加工效率。
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工序集中原则
将相互关联的加工工序集中在一起进 行，便于保证加工精度和提高生产效 率。
基准统一原则
尽可能选择统一的定位基准和测量基 准，以减少误差和提高加工精度。
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数控加工刀具的类型与特点
铣刀
车刀
用于铣削平面、台阶面、沟槽等，具有多 种结构和形状，可根据加工需求进行选择 。
用于车削外圆、内孔、端面等，可分为外 圆车刀、内孔车刀、切断车刀等。
钻头
镗刀
用于钻孔加工，可分为麻花钻、中心钻、 深孔钻等，具有不同的结构和特点。
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contents
目录
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• 数控技术概述 • 数控机床结构与分类 • 数控编程基础 • 数控加工工艺与刀具选择 • 数控机床操作与维护 • 数控技术发展趋势与展望
2
数控机床主轴控制系统PPT课件
5.3.5主轴驱动装置的特性
一、交流主轴驱动装置的特性 感应电动机与变频装置配合，其工作特性图5.11所示。 在其基本转速下，为恒转矩输出，在其基本转速以上，为恒
功率负载。
二、交流伺服主轴装置的特性 交流伺服主轴装置除具有交流主轴装置的基本特
性外还应具有以下特性 1.足够大的转矩过载能力； 2.具有高分辨率的位置、速度、电流检测能力； 3.采用更快的生微处理器，采样周期更快； 4.主轴电动机的转矩响应关至5ms以内； 5.具有四象限运行能力，具有足够的制动能力。 驱动电动机若使用感应式电动机，要求其控制方式
波是等效的。如果对正弦波的负半周也做同样处理，即可得到 相应的2N个脉冲，这就是与正弦波等效的正弦脉宽调制波，如 图所示。
a)正弦波的正半波 b)等效的SPWM波形 与正弦波等效的SPWM波形
②产生SPWM波形的原理 SPWM波形可用计算机产生，即对给定的正弦波用计 算机算出相应脉冲的宽度，通过控制电路输出相应波 形，还可用专门集成电路产生，如产生三相SPWM波 形的专用集成电路芯片有HEF4752、SLE4520等；也 可用模拟电路产生，其方法是以正弦波为调制波，对 等腰三角
5.3.4直接转矩控制
直接转矩控制技术，是利用空间矢量、定子磁场 定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动 机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转 矩，采用离散的两点式调节器（Band—Band控 制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波 动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节 器来控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器 的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。
SPWM变频器属于交一直一交变频器，其原理 框图见图4.23b)。基本工作过程是先将50Hz交流电经 整流变压器变压得到所需电压，经二极管整流和电容 滤波，形成恒定直流电压，然后送入由大功率晶体管 构成的逆变器主电路，输出三相电压和频率均可调整 的等效于正弦波的脉宽调制波(SPWM波)，即可拖动 三相电机运转。这种变频器结构简单，电网功率因数 接近于1，系统动态响应快，输出波形好，因此，在数 控机床的交流驱动中广泛使用。
课题二 数控机床的数控系统精品PPT课件
CNC系统
课题二 数控机床的数控系统
（2） CNC系统软件的功能结构
从本质特征来看，CNC系统软件是具有实时性和多 任务性的专用操作系统，从功能特征来看，该操作 系统由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。它 是CNC系统活的灵魂。其结构框图如图2-4所示。
课题二 数控机床的数控系统
图2-4 CNC系统软件系统功能框图
课题二 数控机床的数控系统
课题二 数控机床的数控系统
数控装置
课题二 数控机床的数控系统
伺服系统
课题二 数控机床的数控系统
图2-1计算机数控系统的组成
课题二 数控机床的数控系统
(一) 计算机数控装置
C装置的组成
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）控 制系统，其本质上是以多执行部件（各运动轴）的位移量 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。
测量范围的量程：传感器的测量范围要满足系统的要求，并留有 余地。
其他指标：对测量装置还要求工作可靠、抗干扰性强、使用维护 方便、成本低等
课题二 数控机床的数控系统
3.常用的位置检测装置：
（1）旋转变压器：旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种 小型交流电机。在结构上与两相绕组式异步电动机相似，由定 子和转子组成，定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器 的副边。激磁电压接到定子绕组上，激磁频率通常为400H、 500H、1000H、3000H、5000H，其结构简单、动作灵敏，对环 境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰性强，工 作可靠。
数控加工程序
图2-5 CNC系统平台
应用软件
控制软件
管理软件 操作系统
硬件
数控机床操作PPT课件
10
4、数控机床的种类
按工艺用途分类 按控制运动方式分类 按控制方法分类 按联动轴数分类
11
按工艺用途分类
普通数控机床：在一个工序上实现数字控 制的自动化机床
如：数控车床、数控铣床、数控钻床 加工中心：带刀库和自动换刀装置
如：车削加工中心、铣削加工中心。 其他：三坐标测量机、机械手（工业机器
X、Z：圆弧终点坐标值 R：圆弧半径
圆弧 小于或等于180度，R为正值
F：圆弧插补的进给速度
如：G02 X240. Z10.R50.F0.2；
Z
40
（5）、外径粗车循环G71
格式： G71 U△d Re
G71 Pns Qnf U△u W△w Ff Ss Tt
△d：X方向切深 ，无正负 ，半径值 e： 退刀量 ns：精加工第一个程序段的序号 nf：精加工最后一个程序段的序号 △u：X方向留的精加工余量 △w：Z方向留的精加工余量 f：粗加工的进给量(精加工程序段中的F代码失效) s：粗加工转数(精加工程序段中的S代码失效) t：粗加工所用刀具号(精加工程序段中的FT代码失效)
44
（9）、螺纹切削循环G92 格式： G92 X(U)_Z(W)_R_F_；
X、Z——绝对值编程时，螺纹终点在工件坐标系 下的坐标值
U、W——增量值编程时，螺纹终点相对于起点的 距离
R——为螺纹起点与终点的半径差，其符号为差的 符号（无论是绝对值编程还是增量值编程）。
它不仅要控制机床移动部件的起点与终点， 而且要控制整个加工过程的每一点的速度、 方向和位移量，即要控制轨迹，加工出要 求的轮廓。
运动轨迹是任意的直线、圆弧、螺旋线等 如：数控车床、数控铣床、加工中心等。
18
按控制方式分类
4、数控机床的种类
按工艺用途分类 按控制运动方式分类 按控制方法分类 按联动轴数分类
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按工艺用途分类
普通数控机床：在一个工序上实现数字控 制的自动化机床
如：数控车床、数控铣床、数控钻床 加工中心：带刀库和自动换刀装置
如：车削加工中心、铣削加工中心。 其他：三坐标测量机、机械手（工业机器
X、Z：圆弧终点坐标值 R：圆弧半径
圆弧 小于或等于180度，R为正值
F：圆弧插补的进给速度
如：G02 X240. Z10.R50.F0.2；
Z
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（5）、外径粗车循环G71
格式： G71 U△d Re
G71 Pns Qnf U△u W△w Ff Ss Tt
△d：X方向切深 ，无正负 ，半径值 e： 退刀量 ns：精加工第一个程序段的序号 nf：精加工最后一个程序段的序号 △u：X方向留的精加工余量 △w：Z方向留的精加工余量 f：粗加工的进给量(精加工程序段中的F代码失效) s：粗加工转数(精加工程序段中的S代码失效) t：粗加工所用刀具号(精加工程序段中的FT代码失效)
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（9）、螺纹切削循环G92 格式： G92 X(U)_Z(W)_R_F_；
X、Z——绝对值编程时，螺纹终点在工件坐标系 下的坐标值
U、W——增量值编程时，螺纹终点相对于起点的 距离
R——为螺纹起点与终点的半径差，其符号为差的 符号（无论是绝对值编程还是增量值编程）。
它不仅要控制机床移动部件的起点与终点， 而且要控制整个加工过程的每一点的速度、 方向和位移量，即要控制轨迹，加工出要 求的轮廓。
运动轨迹是任意的直线、圆弧、螺旋线等 如：数控车床、数控铣床、加工中心等。
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按控制方式分类
机床数控技术PPT课件
3、按伺服系统分类
（1）开环数控系统；（2）半闭环数控系统；（3）闭环数控系统
（1）开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统）， 故系统稳定性好。
CNC 插补指令
脉冲频率f 脉冲个数n
换算
f、n
脉冲环 形分配
变换
A相、B
相
功率
放大
C相、…
机械执行部件
电机
（2） 半闭环数控系统
第一节拍——偏差判别 第二节拍——进给 第三节拍——偏差计算 第四节拍——终点判别
如此不断重复上述四个节拍就可 以加工出所要求的轮廓。
开始
偏差判别
坐标进给
y
偏差计算
3 2
终点判 1 别
O1
Y
2N 3
E(4,3)
4
x
给 结束
（2） 直线插补的运算程序流程
3）不同象限的直线插补
对第二象限，只要用| x |取
出一进给脉冲，刀具从这点向 y 方向迈进一步，新加工点
P(xi , y j1 ) 的偏差值为
Fi, j1 xe ( y j 1) xi ye
xe y j xi ye xe Fi, j xe
即： Fi, j1 Fi, j xe
2）节拍控制和运算程序流程 （1） 直线插补的节拍控制 逐点 比较法直线插补的全过程，每走一步 要进行以下四个拍节：
的加工偏差有以下三种情况：
若点 P(xi , y j ) 正好落在圆弧上，则下式成立
xi2
y
2 j
x02
y02
R2
若加工点 P(xi , y j ) 落在圆弧外侧，则 RP R ，即：
xi2
y
《数控机床控制系统》课件
数控机床控制系统
数控机床控制系统是现代制造业的核心技术之一，它提供了高精度、高效率 的加工能力。本课件将全面介绍数控机床控制系统的各个方面，以帮助大家 深入了解这一关键技术。
数控机床控制系统简介
数控机床控制系统是利用计算机技术对机床进行精确控制的系统。它通过数学模型和控制算法，实现对机床运 动轴的精确控制，从而实现高精度、高效率的加工。
传感器
用于测量机床和工件的状态，提供反馈信息。
人机界面
通过操作面板或计算机界面与数控系统进行交 互。
计算机控制系统与PLC控制系 统的区别
• 计算机控制系统适用于复杂的工艺流程，能处理更多的数据和逻辑； • PLC控制系统适用于简单的控制任务，响应速度更快。
数控系统的主要性能指标
1 精度
2 速度
用于描述机床加工精度的指标，如定位精度、 重复定位精度等。
指机床加工速度，通常以每分钟转速或移动 速度计算。
3 可靠性
描述数控系统长时间稳定工作的能力。
4 使用寿命
描述数控系统的工作寿命。
数控系统中的主要元器件
伺服电机
负责驱动机床的运动轴，实现精 确的位置控制。
滚珠丝杠
用于将伺服电机的旋转运动转换 为线性运动。
数控系统
由计算机、编程装置等组成，用 于控制整个机床系统。
G代码和M代码的作用与区别
G代码
用于控制机床的运动方式和路径，如直线插补、 圆弧插补。
M代码
用于控制机床的辅助功能，如刀具进退、冷却液 开关。
数控系统的运行模式
自动运行
根据预先编写好的加工程序自动完成加工任务。
手动运行
通过操纵面板手动控制机床的运动。
数控机床控制系统的发展历程
数控机床控制系统是现代制造业的核心技术之一，它提供了高精度、高效率 的加工能力。本课件将全面介绍数控机床控制系统的各个方面，以帮助大家 深入了解这一关键技术。
数控机床控制系统简介
数控机床控制系统是利用计算机技术对机床进行精确控制的系统。它通过数学模型和控制算法，实现对机床运 动轴的精确控制，从而实现高精度、高效率的加工。
传感器
用于测量机床和工件的状态，提供反馈信息。
人机界面
通过操作面板或计算机界面与数控系统进行交 互。
计算机控制系统与PLC控制系 统的区别
• 计算机控制系统适用于复杂的工艺流程，能处理更多的数据和逻辑； • PLC控制系统适用于简单的控制任务，响应速度更快。
数控系统的主要性能指标
1 精度
2 速度
用于描述机床加工精度的指标，如定位精度、 重复定位精度等。
指机床加工速度，通常以每分钟转速或移动 速度计算。
3 可靠性
描述数控系统长时间稳定工作的能力。
4 使用寿命
描述数控系统的工作寿命。
数控系统中的主要元器件
伺服电机
负责驱动机床的运动轴，实现精 确的位置控制。
滚珠丝杠
用于将伺服电机的旋转运动转换 为线性运动。
数控系统
由计算机、编程装置等组成，用 于控制整个机床系统。
G代码和M代码的作用与区别
G代码
用于控制机床的运动方式和路径，如直线插补、 圆弧插补。
M代码
用于控制机床的辅助功能，如刀具进退、冷却液 开关。
数控系统的运行模式
自动运行
根据预先编写好的加工程序自动完成加工任务。
手动运行
通过操纵面板手动控制机床的运动。
数控机床控制系统的发展历程
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数控机床一般由加工程序、输入装置、数控系统、伺服系 统和辅助控制装置、检测反馈系统以及机床本体组成，如图1-1 所示。
第1 绪 论
加
输
数
工
入
控
程
装
系序Biblioteka 置统伺服系统 机
辅助控制装置 床
检测反馈系统
图1-1 数控机床的组成
第1 绪 论
图1-2和图1-3分别为卧式普通车床和数控车床的传动系统 示意图。可以看出，数控车床与普通车床相比，传动链简单清 晰， 其主轴转动和进给轴移动分别由主轴电机和进给电机来 驱动, 而辅助运动，都是由数控系统中的可编程控制器(PLC) 来控制完成的。 如主轴卡盘的松紧和尾座顶尖的伸缩是通过 PLC控制液压系统的液压缸来完成的， 从刀库中选刀和换刀同 样是经M(辅助指令)指令与T(换刀指令)指令由PLC功能指令来 完成。
图1-4 数控机床电气控制柜示意图
第1 绪 论
1.1.2 数控机床的工作原理和特点 1. 主轴运动 和普通机床一样， 主轴运动主要完成切削任务，其动力
约占整台机床动力的70%～80%。 基本控制功能是主轴的正、 反转和停止，可自动换挡及无级调速；对加工中心和有些数 控车床， 还要求主轴进行高精度准停和分度功能。
第1 绪 论 图1-2 卧式车床传动系统示意图
第1 绪 论
2 1
3
4
1—主 轴 电 动 机 ； 2—主 轴 编 码 器 ； 3—X轴 进 给 电 动 机 ； 4—X轴 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 ； 5— Z轴 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 ；Z6轴—进 给电动机
6
5
图1-3 卧式数控车床传动系统示意图
第1 绪 论
3. 输入／输出（I/O）接口
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 动轨迹进行准确的控制外，还需要对机床主轴启/停、换向、 刀具更换、工件夹紧/松开以及液压、冷却、润滑、分度工作 台转位等辅助动作进行控制。例如，通过对加工程序中的M代 码指令、机床操作面板上的控制开关及分布在机床各部位的行 程开关、接近开关、压力开关等输入元件的检测，由数控系统 内的可编程控制器（PLC）进行逻辑运算，输出控制信号驱动 中间继电器、接触器、电磁阀及电磁制动器等输出元件， 对 冷却泵、润滑泵、液压系统和气动系统进行控制。
速度反馈
工作台 位置检测反馈
图1-5 数控机床进给伺服系统
第1 绪 论
一般说来，数控机床功能的强弱主要取决于计算机数控系 统(CNC)装置，而数控机床性能的优劣，如运动速度与精度等 ， 主要取决于进给伺服驱动系统。为了保证进给运动的位置 精度， 人们采取了一些有效的措施。 如对机械传动链进行预 紧和反向间隙调整；采用高精度的位置检测装置；采用高性能 的伺服驱动装置和伺服电动机, 来提高数控系统的运算速度等 。
类
Ⅲ 联锁 停止命令
电动机速度控制
机床
X、Y、Z速 度
坐标轴进给
电源
主轴驱动
位置测量 传感器激励 位置指示
电源
坐标轴进
速度
给电动机
电源
主轴驱动 电动机
操作面板
Ⅳ 开 / 关指令 信号
总电源 保护接地线
机床控制设备
控制装置
电源控制 (变 压 器 、 保 护 装
置等)
限位开关
机电器件 (电 磁 铁 、 离 合
第1 绪 论
数控机床接口是指数控装置与机床电气设备之间的电气 连接部分。根据国际标准《ISO4336-1981（E）机床数字控制 ——数控装置和数控电气设备之间的接口规范》的规定，接 口分为四种类型。 图1-6所示为数控装置、 数控设备和机床间 的连接关系。
第1
绪 论 数 控 装 置
Ⅰ
接
口 分
Ⅱ
第1 绪 论
2. 进给运动
进给运动是数控机床区别于普通机床最主要的地方，即用 电气驱动替代了机械驱动，数控机床的进给运动是由进给伺服 系统完成的。进给伺服系统由进给伺服驱动装置、伺服电动机 、 进给传动链及位置检测反馈装置等组成， 如图1-5所示。
第1 绪 论
CNC
位置检测
伺服驱 动装置
伺服 速度 电动机 检测
第1 绪 论
第1
论
1.1 数控机床控制系统的组成 1.2 数控机床的分类 1.3 数控机床技术的发展 思考与练习
第1 绪 论
1.1 数控机床控制系统的组成
1.1.1 数控机床的组成
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控制技术。 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 控机床是集机床、计算机、电机、自动控制、传感检测等技术 于一体的自动化设备。
第4类： 通/断信号和代码信号连接电路。
第1、 2类接口连接电路传送的信息是数控装置与伺服单 元、伺服电机、位置检测和速度检测器件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1 绪 论
第3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 电机（如风扇电机、冷却泵电机、润滑泵电机等）、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、热动 开关、中间继电器等器件转换成在直流低压下工作的触点的开 合工作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接收的电信号，反 之亦然。
器等)
辅 助 功 能 (齿 轮 箱 、 回 转刀架、
换刀装置等)
辅助电动机
图 1-6 数控装置、 控制设备与机床间的连接关系
第1 绪 论 第1类：与驱动命令有关的连接电路，主要是指与坐标轴 进给驱动和主轴驱动的连接电路。
第2类： 数控装置与测量系统和测量传感器之间的连接电 路。
第3类： 电源及保护电路。
第1
机床侧操作 MDI / CRT
绪论
机床电气控制柜
12 3
4
机床侧
机床操作 面板
10 9
机床侧行程开关、 接近开关、按钮、 液位、压力等开关
机床侧液压、气动 系统、冷却泵、润 滑泵电动机等
8
7
6
5
1—熔 断 器 及 断 路 器 ； 2—开 关 电 源 ； 3—主 轴 及 进 给 驱 动 装 置 ； 4—CNC装 置 ； 5—接 地 排 ； 6—接 触 器 ； 7—接 线 排 ； 8—机 床 控 制 变 压 器 ； 9—中 间 继 电 器 ； 10—输 入 / 输 出 (I / O)端 子 排
第1 绪 论
加
输
数
工
入
控
程
装
系序Biblioteka 置统伺服系统 机
辅助控制装置 床
检测反馈系统
图1-1 数控机床的组成
第1 绪 论
图1-2和图1-3分别为卧式普通车床和数控车床的传动系统 示意图。可以看出，数控车床与普通车床相比，传动链简单清 晰， 其主轴转动和进给轴移动分别由主轴电机和进给电机来 驱动, 而辅助运动，都是由数控系统中的可编程控制器(PLC) 来控制完成的。 如主轴卡盘的松紧和尾座顶尖的伸缩是通过 PLC控制液压系统的液压缸来完成的， 从刀库中选刀和换刀同 样是经M(辅助指令)指令与T(换刀指令)指令由PLC功能指令来 完成。
图1-4 数控机床电气控制柜示意图
第1 绪 论
1.1.2 数控机床的工作原理和特点 1. 主轴运动 和普通机床一样， 主轴运动主要完成切削任务，其动力
约占整台机床动力的70%～80%。 基本控制功能是主轴的正、 反转和停止，可自动换挡及无级调速；对加工中心和有些数 控车床， 还要求主轴进行高精度准停和分度功能。
第1 绪 论 图1-2 卧式车床传动系统示意图
第1 绪 论
2 1
3
4
1—主 轴 电 动 机 ； 2—主 轴 编 码 器 ； 3—X轴 进 给 电 动 机 ； 4—X轴 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 ； 5— Z轴 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 ；Z6轴—进 给电动机
6
5
图1-3 卧式数控车床传动系统示意图
第1 绪 论
3. 输入／输出（I/O）接口
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 动轨迹进行准确的控制外，还需要对机床主轴启/停、换向、 刀具更换、工件夹紧/松开以及液压、冷却、润滑、分度工作 台转位等辅助动作进行控制。例如，通过对加工程序中的M代 码指令、机床操作面板上的控制开关及分布在机床各部位的行 程开关、接近开关、压力开关等输入元件的检测，由数控系统 内的可编程控制器（PLC）进行逻辑运算，输出控制信号驱动 中间继电器、接触器、电磁阀及电磁制动器等输出元件， 对 冷却泵、润滑泵、液压系统和气动系统进行控制。
速度反馈
工作台 位置检测反馈
图1-5 数控机床进给伺服系统
第1 绪 论
一般说来，数控机床功能的强弱主要取决于计算机数控系 统(CNC)装置，而数控机床性能的优劣，如运动速度与精度等 ， 主要取决于进给伺服驱动系统。为了保证进给运动的位置 精度， 人们采取了一些有效的措施。 如对机械传动链进行预 紧和反向间隙调整；采用高精度的位置检测装置；采用高性能 的伺服驱动装置和伺服电动机, 来提高数控系统的运算速度等 。
类
Ⅲ 联锁 停止命令
电动机速度控制
机床
X、Y、Z速 度
坐标轴进给
电源
主轴驱动
位置测量 传感器激励 位置指示
电源
坐标轴进
速度
给电动机
电源
主轴驱动 电动机
操作面板
Ⅳ 开 / 关指令 信号
总电源 保护接地线
机床控制设备
控制装置
电源控制 (变 压 器 、 保 护 装
置等)
限位开关
机电器件 (电 磁 铁 、 离 合
第1 绪 论
数控机床接口是指数控装置与机床电气设备之间的电气 连接部分。根据国际标准《ISO4336-1981（E）机床数字控制 ——数控装置和数控电气设备之间的接口规范》的规定，接 口分为四种类型。 图1-6所示为数控装置、 数控设备和机床间 的连接关系。
第1
绪 论 数 控 装 置
Ⅰ
接
口 分
Ⅱ
第1 绪 论
2. 进给运动
进给运动是数控机床区别于普通机床最主要的地方，即用 电气驱动替代了机械驱动，数控机床的进给运动是由进给伺服 系统完成的。进给伺服系统由进给伺服驱动装置、伺服电动机 、 进给传动链及位置检测反馈装置等组成， 如图1-5所示。
第1 绪 论
CNC
位置检测
伺服驱 动装置
伺服 速度 电动机 检测
第1 绪 论
第1
论
1.1 数控机床控制系统的组成 1.2 数控机床的分类 1.3 数控机床技术的发展 思考与练习
第1 绪 论
1.1 数控机床控制系统的组成
1.1.1 数控机床的组成
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控制技术。 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 控机床是集机床、计算机、电机、自动控制、传感检测等技术 于一体的自动化设备。
第4类： 通/断信号和代码信号连接电路。
第1、 2类接口连接电路传送的信息是数控装置与伺服单 元、伺服电机、位置检测和速度检测器件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1 绪 论
第3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 电机（如风扇电机、冷却泵电机、润滑泵电机等）、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、热动 开关、中间继电器等器件转换成在直流低压下工作的触点的开 合工作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接收的电信号，反 之亦然。
器等)
辅 助 功 能 (齿 轮 箱 、 回 转刀架、
换刀装置等)
辅助电动机
图 1-6 数控装置、 控制设备与机床间的连接关系
第1 绪 论 第1类：与驱动命令有关的连接电路，主要是指与坐标轴 进给驱动和主轴驱动的连接电路。
第2类： 数控装置与测量系统和测量传感器之间的连接电 路。
第3类： 电源及保护电路。
第1
机床侧操作 MDI / CRT
绪论
机床电气控制柜
12 3
4
机床侧
机床操作 面板
10 9
机床侧行程开关、 接近开关、按钮、 液位、压力等开关
机床侧液压、气动 系统、冷却泵、润 滑泵电动机等
8
7
6
5
1—熔 断 器 及 断 路 器 ； 2—开 关 电 源 ； 3—主 轴 及 进 给 驱 动 装 置 ； 4—CNC装 置 ； 5—接 地 排 ； 6—接 触 器 ； 7—接 线 排 ； 8—机 床 控 制 变 压 器 ； 9—中 间 继 电 器 ； 10—输 入 / 输 出 (I / O)端 子 排