數(shù)控機床基本知識課件

數(shù)控機床基本知識內(nèi)容1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢1.2數(shù)控機床工作原理與分類1.3數(shù)控機床坐標系1.4數(shù)控機床的主要指標1948年，美國帕森斯公司在研制加工直升飛機葉片輪廓檢驗用樣板的機床時，首先提出了應(yīng)用電子計算機控制機床來加工樣板曲線的設(shè)想。后來受美國空軍委托，帕森斯公司與麻省理工學院伺服機構(gòu)研究所合作進行研制工作。1952年試制成功第一臺三坐標立式數(shù)控銑床。后來，又經(jīng)過改進并開展自動編程技術(shù)的研究，于1955年進入實用階段，這對于加工復(fù)雜曲面和促進美國飛機制造業(yè)的發(fā)展起了重要作用。

下一頁上一頁返回1958年我國開始研制數(shù)控機床，1975年又研制出第一臺加工中心。目前，在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，我國同先進國家之間還存在不小的差距，但這種差距正在縮小。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用也從機床控制拓展到其他控制設(shè)備，如：數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控測量機和工業(yè)機器人等。

上一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展過程

1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，它為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ)。六年后，即在1952年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來，數(shù)控機床經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展

。1．數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）

早期計算機的運算速度低，這對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路制成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED

NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年第一代——電子管；1959年第二代——晶體管；1965年第三代——小規(guī)模集成電路。下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢2．計算機數(shù)控（CNC）階段（1970～現(xiàn)在）直到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)，其運算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，這比邏輯電路專用計算機成本低、可靠性高。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（CNC）階段。1971年，美國Intel公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件——運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICRO-PROCESSOR），又稱中央處理單元（簡稱CPU）。1974年，微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢因為微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。到了1990年，PC機（個人計算機，國內(nèi)習稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機生產(chǎn)批量很大，價格便宜，可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段。

總之，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即1970年第四代——小型計算機；1974年第五代——微處理器；1990年第六代——基于PC（國外稱為PC-BASED）。

數(shù)字控制，簡稱數(shù)控（NumericalControl）是利用數(shù)字指令對機械動作進行控制的方法。它具有如下特點：

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢（1）可用不同的字長表示不同精度的信息，表達信息準確。（2）可進行邏輯、算術(shù)運算，也可以進行復(fù)雜的信息處理。

（3）可不用改動電路或機械機構(gòu)，通過改變軟件來改變信息處理的方式，具有柔性化。

數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlsystem）是采用數(shù)字控制的系統(tǒng)。計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControl）是用計算機控制實現(xiàn)數(shù)控功能的系統(tǒng)。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）是用數(shù)字指令進行控制的機床，機床的所有運動，包括主運動、進給運動與各種輔助運動都是用輸入數(shù)控裝置的數(shù)字信號來控制的，其加工過程可用如圖1-1所示的框圖來描述。數(shù)控技術(shù)（NumericalControltechnology）是用數(shù)字量及字符發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。目前，計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）、敏捷制造（AM）和智能制造（IM）等先進制造技術(shù)都建立在數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)上。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢數(shù)控加工技術(shù)是指高效、優(yōu)質(zhì)地實現(xiàn)產(chǎn)品零件特別是復(fù)雜零件加工的技術(shù)，它是自動化、柔性化、敏捷化和數(shù)字化制造加工的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。計算機輔助設(shè)計和制造簡稱CAD/CAM，是以計算機作為主要技術(shù)手段，處理各種數(shù)字信息與圖形信息，輔助完成從產(chǎn)品設(shè)計到加工制造整個過程的各項活動。模具CAD/CAM技術(shù)的主要特點是設(shè)計與制造過程的緊密聯(lián)系—設(shè)計制造一體化，其實質(zhì)是設(shè)計和制造的綜合計算機化，主要設(shè)計與制造加工的是各類模具零件。目前這類軟件較多，典型的CAD/CAM軟件主要有MasterCAM、CAXA、I-DEAS、UG、CATIA等，其中我國應(yīng)用較多的有MasterCAM、CAXA、Pro/E、UG等軟件。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢1.1.2數(shù)控機床的特點

數(shù)控機床具有較普通機床切削加工無法比擬的優(yōu)點：1．對加工對象的適應(yīng)性強適應(yīng)模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點，為模具的制造提供了適合的加工方法。

2．加工精度高

當前的數(shù)控裝置脈沖當量一般達到了0.001mm，而且運動執(zhí)行機構(gòu)的誤差（如反向間隙、螺距誤差等）均可以通過數(shù)控系統(tǒng)的誤差補償計算予以消除，因此數(shù)控機床加工精度較高，大大適應(yīng)了模具高精度的加工要求。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢3．生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟效益好

零件加工所需的時間包括機動時間和加工輔助時間兩部分。數(shù)控機床的快速移動和停止采用了加、減速措施，提高了運動速度，且保證了定位精度，有效地縮短了加工時間。同時，由于數(shù)控機床對市場需求響應(yīng)快，生產(chǎn)效率高，使總成本下降，可獲得良好的經(jīng)濟效益。4．可靠性高

衡量可靠性的重要量化指標是平均無故障時間（MTBF），即一臺數(shù)控機床在使用中兩次故障間隔的平均時間，一般用總工作時間除以總故障次數(shù)來計算。目前世界先進的CNC系統(tǒng)的MTBF約為10000～100000h，大部分在10000～30000h，而我國的MTBF≥1500h。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢5．減輕了操作者勞動強度

數(shù)控機床加工是自動進行的，工件加工過程不需要人工干預(yù)，且自動化程度較高，大大改善了操作者的勞動強度。6．有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化

數(shù)控機床使用數(shù)字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為計算機輔助設(shè)計、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)。7．具有很強的通信功能

數(shù)控機床通常具有RS-232接口，有的還備有DNC接口，可與CAD/CAM軟件的設(shè)計與制造相結(jié)合。高檔機床還可與MAP（制造自動化協(xié)議）相連，接入工廠的通信網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)于FMS、CIMS的應(yīng)用要求。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢當然，數(shù)控機床在應(yīng)用中也有其不足之處：1．初始投資大；2．維護工作量大；3．對操作者的技能水平要求較高。1.1.3數(shù)控機床的應(yīng)用

數(shù)控機床具有普通機床不具備的許多優(yōu)點，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍正在不斷擴大，但目前它并不能完全代替普通機床，也還不能以最經(jīng)濟的方式解決機械加工中的所有問題。數(shù)控機床最適合加工具有以下特點的工件：

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢1．多品種小批量生產(chǎn)的工件。2．形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的工件。3．需要頻繁改型的工件。4．價格昂貴，不允許報廢的關(guān)鍵工件。5．需要最少周期的急需工件。6．批量較大、高精度、高要求的工件。

由于數(shù)控機床的自動化加工可減少操作工人，生產(chǎn)效率高。因此，用數(shù)控機床加工，在經(jīng)濟上也是可行的。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢由于數(shù)控系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，又增加了維修的技術(shù)難度和維修費用。廣泛推廣數(shù)控機床的最大障礙是設(shè)備的初始投資大。考慮到上述種種原因，在決定選擇數(shù)控機床加工時，需要進行科學的技術(shù)經(jīng)濟分析，使數(shù)控機床發(fā)揮它最大的經(jīng)濟效益。1.1.4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢

回顧數(shù)控機床的發(fā)展，其主要經(jīng)歷了三個階段：NC階段、CNC階段和ONC（OpenNumericalControl)階段。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢NC與CNC的主要區(qū)別在于：NC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為硬接線系統(tǒng)，機床的控制功能不能輕易改變；CNC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為軟接線系統(tǒng)，機床的控制功能隨系統(tǒng)控制程序（軟件）的變化而變化。為了滿足市場和科學技術(shù)發(fā)展的需要，為了達到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，當前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1．高速、高效、高精度、高可靠性要提高加工效率，首先必須提高切削和進給速度，同時還要縮短加工時間；要確保加工質(zhì)量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢（1）高速、高效機床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。新一代數(shù)控機床（含加工中心）只有通過高速化大幅度縮短切削工時才可能進一步提高其生產(chǎn)率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機床特別是高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)。隨著超高速切削機理、超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅(qū)動進給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，應(yīng)不失時機地開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機床。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢依靠快速、準確的數(shù)字量傳遞技術(shù)對高性能的機床執(zhí)行部件進行高精密度、高響應(yīng)速度的實時處理，由于采用了新型刀具，車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000r/min(有的高達10萬r/min)以上；工作臺的移動速度（進給速度），在分辨率為1微米時，在100m/min（有的到200m/min）以上，在分辨率為0.1um時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內(nèi)；小線段插補進給速度達到12m/min。一方面根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)的需求和電子驅(qū)動技術(shù)的飛速發(fā)展以及高速直線電機的推廣應(yīng)用，另一方面根據(jù)新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快，模具、航空、軍事等工業(yè)的加工零件不但復(fù)雜而且品種增多。因此開發(fā)出一批高效、高速響應(yīng)的數(shù)控機床以滿足模具、汽車和農(nóng)機等行業(yè)的需求勢在必行。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢（2）高精度從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（<10nm），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復(fù)合加工等）。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，對超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高數(shù)控機床的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對數(shù)控機床性能與質(zhì)量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高。為了滿足用戶的需要，近10多年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由±10μm提高到±5μm，精密級加工中心的加工精度則從±3～5μm，提高到±1～1.5μm。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢（3）高可靠性高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因為是商品，受性能價格比的約束。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率P(t)＝99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢MTBF大于3000小時，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機床構(gòu)成的無人化工廠差別就大多了，我們只對一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10：1的話（數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級）。此時數(shù)控系統(tǒng)的MTBF就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于10萬小時。

當前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅(qū)動裝置達30000小時以上。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢2．模塊化、智能化、柔性化和集成化（1）模塊化、專門化與個性化為了適應(yīng)數(shù)控機床多品種、小批量的特點，機床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾年來數(shù)控機床特別明顯的發(fā)展趨勢。（2）智能化

智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面，分別如下：

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等；智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。（3）柔性化和集成化

數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點（數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段車間獨立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標；注重加強單元技術(shù)的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。3．開放性

為適應(yīng)數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國、歐共體及日本發(fā)展開放式數(shù)控的計劃等。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢4．出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備為適應(yīng)制造自動化的發(fā)展，向FMC、FMS和CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)字控制制造系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭（有時帶坐標變換）、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)等功能，廣泛地應(yīng)用于機器人和物流系統(tǒng)。FMC、FMS，Web-based制造及無圖紙制造技術(shù)。圍繞數(shù)控技術(shù)、制造過程技術(shù)在快速成型、并聯(lián)機構(gòu)機床、機器人化機床、多功能機床等整機方面和高速電主軸、直線電機、軟件補償精度等單元技術(shù)方面先后有所突破。并聯(lián)桿系結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機床實用化。這種虛擬軸數(shù)控機床用軟件的復(fù)雜性代替?zhèn)鹘y(tǒng)機床機構(gòu)的復(fù)雜性，開拓了數(shù)控機床發(fā)展的新領(lǐng)域。

上一頁下一頁返回1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢以計算機輔助管理和工程數(shù)據(jù)庫、因特網(wǎng)等為主體的制造信息支持技術(shù)和智能化決策系統(tǒng)。對機械加工中海量信息進行存儲和實時處理。應(yīng)用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使機械加工整個系統(tǒng)趨于資源合理支配并高效地應(yīng)用。由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，機械加工向虛擬制造的方向發(fā)展?？傊乱淮鷶?shù)控系統(tǒng)技術(shù)水平大大提高，促進了數(shù)控機床性能向高精度、高速度、高柔性化方向發(fā)展，使柔性自動化加工技術(shù)水平不斷提高。上一頁返回補充：虛擬制造虛擬制造（VM：VirtualManufacturing）是對真實產(chǎn)品制造的動態(tài)模擬，是一種在計算機上進行而不消耗物理資源的模擬制造軟件技術(shù)。它具有建模和仿真環(huán)境，使產(chǎn)品從生產(chǎn)過程、工藝計劃、調(diào)度計劃、后勤供應(yīng)以及財會、采購和管理等一種集成的、綜合的制造環(huán)境，在真實產(chǎn)品的制造活動之前，就能預(yù)測產(chǎn)品的功能以及制造系統(tǒng)狀態(tài)，從而可以作出前瞻性的決策和優(yōu)化實施方案。虛擬現(xiàn)實技術(shù)、建模技術(shù)與仿真技術(shù)是虛擬制造的核心技術(shù)。1.2數(shù)控機床工作原理與分類1.2.1數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床是利用數(shù)控技術(shù)，準確地按照事先編制好的程序，自動加工出所需工件的機電一體化設(shè)備。數(shù)控機床的組成通常是由程序載體、CNC裝置、伺服系統(tǒng)、檢測與反饋裝置、輔助裝置、機床本體，如圖1-2所示。

1．程序載體

程序載體是用于存取零件加工程序的裝置?？蓪⒓庸こ绦蛞蕴厥獾母袷胶痛a存儲在載體上，常用的有磁盤、磁帶、硬盤和閃存卡等。

下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類由于復(fù)雜模具和大型零件的加工程序占用內(nèi)存空間大與網(wǎng)絡(luò)DNC技術(shù)的發(fā)展，目前將加工程序的執(zhí)行方式按數(shù)控機床控制系統(tǒng)的內(nèi)存空間大小分為兩種方式：一種是采用CNC方式，即先將加工程序輸入機床，然后調(diào)出來執(zhí)行；另一種是采用DNC方式，即將機床與計算機連接，機床的內(nèi)存作為存儲緩沖區(qū)，加工程序由計算機一邊傳送，機床一邊執(zhí)行。2．CNC裝置（又稱計算機數(shù)控裝置）

CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心，主要包括微處理器（CPU）、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路和輸入/輸出控制等。

CNC裝置接受的是輸入裝置送來的脈沖信號；信號經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床的各部分，使其進行規(guī)定的、有序的動作。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類3．伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的運動指令進行放大處理，驅(qū)動機床移動部件的運動，使工作臺和主軸按規(guī)定的軌跡運動，加工出符合要求的產(chǎn)品。它的伺服精度和動態(tài)響應(yīng)是影響數(shù)控機床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)和機床本體之間的電傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行裝置兩大部分，常用的伺服電動機有步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。具體主要由伺服電動機、驅(qū)動控制系統(tǒng)和位置檢測與反饋裝置等組成。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類伺服電動機是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動控制系統(tǒng)則是伺服電動機的動力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號與位置反饋信號比較后作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū)動系統(tǒng)的功率放大后，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，通過機械傳動裝置帶動工作臺或刀架運動。4．檢測與反饋裝置

檢測與反饋裝置的作用是：將機床導(dǎo)軌和主軸移動的位移量、移動速度等參數(shù)檢測出來，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，并反饋到數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置根據(jù)反饋回來的信息進行判斷并發(fā)出相應(yīng)的指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類5．輔助裝置

輔助裝置是把計算機送來的輔助控制指令經(jīng)機床接口轉(zhuǎn)換成強電信號，用來控制主軸電動機起停、冷卻液的開關(guān)及工作臺的轉(zhuǎn)位和換刀等動作。輔助裝置主要包括自動換刀裝置ATC(AutomaticToolChanger）、自動交換工作臺機構(gòu)APC(AutomaticPalletchanger）、工件夾緊放松機構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺、液壓控制系統(tǒng)、潤滑裝置、切削液裝置、排屑裝置、過載和保護裝置等。6．機床本體數(shù)控機床的本體指其機械結(jié)構(gòu)實體。它與傳統(tǒng)的普通機床相比較，同樣由主傳動系統(tǒng)、進給傳動機構(gòu)、工作臺、床身以及立柱等部分組成，但數(shù)控機床的整休布局、外觀造型、傳動機構(gòu)、工具系統(tǒng)及操作機構(gòu)等方面都發(fā)生了很大的變化。為了滿足數(shù)控技術(shù)的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點，歸納起來包括以下幾個方面的變化：

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類（1）采用高性能主傳動及主軸部件。其有傳遞功率大、剛度高、抗振性好及熱變形小等優(yōu)點。（2）進給傳動采用高效傳動件。具有傳動鏈短、結(jié)構(gòu)簡單、傳動精度高等特點，一般采用滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌副等。（3）具有完善的刀具自動交換和管理系統(tǒng)。（4）在加工中心上一般具有工件自動交換、工件夾緊和放松機構(gòu)。

（5）機床本身具有很高的動、靜剛度。（6）采用全封閉罩殼。由于數(shù)控機床是自動完成加工，為了操作安全等，一般采用移動門結(jié)構(gòu)的全封閉罩殼，對機床的加工部件進行全封閉。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類1.2.2數(shù)控機床的工作原理

數(shù)控機床的工作原理是將零件加工信息用代碼化的數(shù)字信息記錄在程序載體上，然后送入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼、運算控制機床的刀具與工件的相對運動，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件的數(shù)控加工過程。

1.2.3數(shù)控機床的分類

由于制造業(yè)中零件的形狀多種多樣，而且精度要求高。因此，根據(jù)零件的功能和結(jié)構(gòu)需要各種類型的數(shù)控機床來適應(yīng)其加工的需要。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類1．按工藝用途分類

（1）金屬切削類數(shù)控機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床和加工中心等。

（2）金屬成型類數(shù)控機床主要有數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機和數(shù)控轉(zhuǎn)頭壓力機等。

（3）數(shù)控特種加工機床主要有數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控沖床和數(shù)控激光切割機床等。

（4）其他類型數(shù)控機床主要有數(shù)控三坐標測量機等。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類2．按運動軌跡分類

（1）點位控制數(shù)控機床

點位控制數(shù)控機床的特點是在刀具相對于工件移動過程中，不進行切削加工，它對運動的軌跡沒有嚴格要求，只要實現(xiàn)一點到另一點坐標位置的準確移動，幾個坐標軸之間的運動沒有任何聯(lián)系。如圖1-3（a）所示為點位控制數(shù)控機床加工示意圖。具有點位控制功能的機床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控沖床等。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控系統(tǒng)價格的降低，單純用于點位控制的數(shù)控系統(tǒng)已不多見。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類（2）直線控制數(shù)控機床

直線控制數(shù)控機床不僅要求具有準確的定位功能，還要求從一點到另一點按直線運動進行切削加工，刀具相對于工件移動的軌跡是平行機床各坐標軸的直線或兩軸同時移動構(gòu)成45°的斜線。如圖1-3（b）所示為直線控制數(shù)控機床加工示意圖。其有直線控制功能的機床主要有比較簡單的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心和數(shù)控磨床等。這種機床的數(shù)控系統(tǒng)也稱為直線控制數(shù)控系統(tǒng)。同樣，單純用于直線控制的數(shù)控機床也不多見。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類（3）輪廓控制數(shù)控機床輪廓控制數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標軸進行連續(xù)的切削加工控制，它不僅能控制機床移動部件的起點和終點坐標，而且能按需要嚴格控制刀具移動的軌跡，以加工出任意斜線、圓弧、拋物線及其他函數(shù)關(guān)系的曲線或曲面。如圖1-3（c）所示為輪廓控制數(shù)控機床加工示意圖。屬于這類機床的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控電火花線切割機床和加工中心等。其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)它所控制的聯(lián)動坐標軸數(shù)不同，又可以分為下面幾種形式：

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類（1）二軸聯(lián)動：主要用于數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工曲線柱面。如圖1-4所示。（2）二軸半聯(lián)動：主要用于三軸以上機床的控制，其中兩根軸可以聯(lián)動，而另外一根軸可以作周期勝進給。如圖1-5所示為采用這種方式用行切法加工三維空間曲面。（3）三軸聯(lián)動：一般分為兩類，一類就是X、y、Z三個直線坐標軸聯(lián)動，比較多的用于數(shù)控銑床、加工中心等，如圖1-6所示用球頭銑刀銑切三維空間曲面。另一類是除了同時控制X、Y、Z中兩個直線坐標外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標軸。如車削加工中心，它除了縱向（Z軸）、橫向（X軸）兩個直線坐標軸聯(lián)動外，還需同時控制圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的主軸（C軸）聯(lián)動。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類（4）四軸聯(lián)動：同時控制X、Y、Z三個直線坐標軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標軸聯(lián)動，如圖1-7所示為同時控制X、Y、Z三個直線坐標軸與一個工作臺回轉(zhuǎn)軸聯(lián)動的數(shù)控機床。（5）五軸聯(lián)動：除同時控制X、Y、Z三個直線坐標軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞這些直線坐標軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C坐標軸中的兩個坐標軸，形成同時控制五個軸聯(lián)動，這時刀具可以被定在空間的任意方向。如圖1-8所示．比如控制刀具同時繞X軸和Y軸兩個方向擺動，使得刀具在其切削點上始終保持與被加工的輪廓曲面成法線方向，以保證被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，減小被加工表面的粗糙度。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類3．按伺服控制方式分類

（1）開環(huán)控制數(shù)控機床

開環(huán)控制數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單，沒有測量反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號流是單向的，所以不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。因為無位置反饋，所以精度不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能。開環(huán)控制數(shù)控機床的工作原理如圖1-9所示。開環(huán)控制數(shù)控機床是這樣工作的，將控制機床工作臺或刀架運動的位移距離、位移速度、位移方向和位移軌跡等參量通過輸入裝置輸入CNC裝置，CNC裝置根據(jù)這些參量指令計算出進給脈沖序列（脈沖個數(shù)對應(yīng)位移距離、脈沖頻率對應(yīng)位移速度、脈沖方向?qū)?yīng)位移方向、脈沖輸出的次序?qū)?yīng)位移軌跡），然后對脈沖單元進行功率放大，形成驅(qū)動裝置的控制信號。

上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類最后，由驅(qū)動裝置驅(qū)動工作臺或刀架按所要求的速度、軌跡、方向和移動距離，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。開環(huán)控制數(shù)控機床一般由功率步進電機作為伺服驅(qū)動單元。具有工作穩(wěn)定、反應(yīng)迅速、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點。在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。但是，由于步進電機的低頻共振及丟步等原因，使其應(yīng)用有逐漸減少的趨勢。在我國，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般都采用開環(huán)控制。上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類（2）半閉環(huán)控制數(shù)控機床

半閉環(huán)控制數(shù)控機床工作原理如圖1-10所示，由伺服電機采樣旋轉(zhuǎn)角度而不是檢測工作臺的實際位置。因此，絲杠的螺距誤差和齒輪或同步帶輪等引起的誤差難以消除。半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此控制性能穩(wěn)定。而機械傳動環(huán)節(jié)的誤差，大部分可用誤差補償?shù)姆椒ㄏ?，因而仍可獲得滿意的精度。目前，大部分數(shù)控機床采用半閉環(huán)控制。上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類（3）全閉環(huán)控制數(shù)控機床全閉環(huán)控制數(shù)控機床工作原理如圖1-11所示，采樣點從機床的運動部件上直接引出，通過采樣工作臺運動部件的實際位置，即對實際位置進行檢測，可以消除整個傳動環(huán)節(jié)的誤差和間隙，因而具有很高的位置控制精度。但是由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故障容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，造成調(diào)試困難。這類系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床和螺紋車床等。上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類（4）混合閉環(huán)控制數(shù)控機床

混合閉環(huán)方式采用半閉環(huán)與全閉環(huán)結(jié)合的方式，如圖1-12所示。它利用半閉環(huán)所能達到的高位置增益，從而獲得了較高的速度與良好的動態(tài)特性。它又利用全閉環(huán)補償半閉環(huán)無法修正的傳動誤差，從而提高了系統(tǒng)的精度?；旌祥]環(huán)方式適用于重型、超重型數(shù)控機床，因為這些機床的移動部件很重，設(shè)計時提高剛性較困難。上一頁下一頁返回1.2數(shù)控機床工作原理與分類4．按功能水平分類

（1）經(jīng)濟型數(shù)控機床經(jīng)濟型數(shù)控機床是指采用步進電動機驅(qū)動的開環(huán)控制的數(shù)控機床。這種機床一般精度較低、價格便宜、功能簡單，適用于自動化程度要求不高的場合。（2）全功能型數(shù)控機床

全功能型數(shù)控機床的功能齊全、價格較貴。適用于加工復(fù)雜零件。（3）精密型數(shù)控機床精密型數(shù)控機床采用閉環(huán)控制，它不僅具有全功能型數(shù)控機床的全部功能，而且機械系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)較快。適用于精密和超精密加工。

上一頁返回1.3數(shù)控機床坐標系1.3.1數(shù)控機床坐標軸命名1．坐標軸命名規(guī)定

數(shù)控機床坐標系按照我國機械工業(yè)部于1982年頒布的JB3051—82《數(shù)控機床坐標和運動方向的命名》數(shù)控標準，與國際上統(tǒng)一的ISO841等效。其中規(guī)定的命名原則如下：

（1）刀具相對于靜止工件而運動的原則

這一原則使編程人員能在不知道是刀具移近工件還是工件移近刀具的情況下，就可依據(jù)零件圖樣，確定機床的加工過程。如：一些立式加工中心是工件運動而臥式加工中心是刀具運動等。

下一頁返回1.3數(shù)控機床坐標系（2）數(shù)控機床坐標系的規(guī)定

數(shù)控機床坐標系采用標準右手笛卡兒直角坐標系，符合右手法則，如圖1-13所示。圖中直角坐標X、Y、Z三者的關(guān)系及其正方向用右手定則判定，大拇指指向為X軸的正方向，食指指向為Y軸的正方向，中指指向為Z軸的正方向。圍繞X、Y、Z各軸的回轉(zhuǎn)運動及其正方向+A、+B、+C分別用右手螺旋定則判定，以大拇指指向+X、+Y、+Z方向，則食指、中指的指向就是圓周進給運動的+A、+B、+C方向。上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機床坐標系2.坐標軸運動方向的確定

數(shù)控機床的某一部件運動的正方向，是增大工件和刀具之間距離的方向。一般先確定Z軸，然后再確定X軸和Y軸。（1）Z軸——Z坐標軸一般是傳遞切削力的主軸軸線。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床（如：銑床、鉆床和鏜床等），旋轉(zhuǎn)刀具的軸線為Z軸，如圖1-15中的（a）和（b）所示是旋轉(zhuǎn)刀具的軸線作為Z軸，并且刀具遠離工件的方向為+Z方向；對于工件旋轉(zhuǎn)的機床（如：數(shù)控車床、外圓磨床等），則工件的旋轉(zhuǎn)軸線為Z軸，如圖1-14是旋轉(zhuǎn)工件的軸線作為Z軸，并且刀具遠離工件的方向為+Z方向。當機床有幾個主軸時，則選擇一個垂直于工件裝夾面的主軸為Z軸；對于工件和刀具都不旋轉(zhuǎn)的機床（如：刨床、插床等），則Z軸垂直于工件裝夾面且正方向為刀具遠離工件的方向。

上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機床坐標系（2）X軸——X坐標軸位于與工件裝夾面相平行的水平面內(nèi)且與Z軸垂直。對于數(shù)控車床、外圓磨床等工件旋轉(zhuǎn)的機床，X軸的方向在工件的徑向上且平行于橫滑座，其X軸的正方向取為遠離工件的方向，如圖1-14所示。對于數(shù)控銑床、鉆床和鏜床等刀具旋轉(zhuǎn)的機床，則規(guī)定當Z軸為水平時，從刀具主軸后端向工件方向看，X軸的正方向為向右方向，如圖1-15（b）所示；當Z軸為垂直時，對單立柱機床則面對刀具主軸向立柱方向看，X軸的正方向為向右方向，如圖1-15（a）所示。（3）Y軸——確定了X、Z軸的正方向后，Y坐標軸正方向可以根據(jù)右手定則來確定，如圖1-14與圖1-15中的（a）和（b）所示。

（4）旋轉(zhuǎn)坐標A、B、C——旋轉(zhuǎn)坐標A、B、C相應(yīng)地表示其軸線平行于X、Y、Z坐標的旋轉(zhuǎn)運動。+A、+B、+C可根據(jù)右手螺旋定則來確定。上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機床坐標系1.3.2數(shù)控機床原點、參考點與數(shù)控機床坐標系數(shù)控機床坐標系是用來確定工件坐標系的基本坐標系，其坐標和運動方向視機床的種類和結(jié)構(gòu)而定，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心都有自己的坐標系。機床坐標系的原點也稱機床原點或零點。這個原點在機床一經(jīng)設(shè)計和制造調(diào)整后，便被確定下來，它是固定的點。為了正確地在機床工作時建立機床坐標系，通常在每個坐標軸的移動范圍內(nèi)設(shè)置一個機床參考點。機床參考點是機床坐標系中一個固定不變的極限點，其固定位置由各軸向的機械檔塊來確定。

上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機床坐標系機床參考點可以與機床原點重合也可以不重合，通過機床參數(shù)指定該參考點到機床原點的距離，如圖1-16所示數(shù)控車床的機床原點和參考點不重合，如圖1-17所示數(shù)控銑床（加工中心）的機床原點與參考點重合。數(shù)控機床工作時，先進行回機床參考點的操作，就可建立機床坐標系。數(shù)控機床的參考點有兩個主要作用：一個是建立機床坐標系；另一個是消除由于漂移、變形等造成的誤差。機床使用一段時間后，工作臺會造成一些漂移，使加工有誤差，回一次機床參考點，就可以使機床工作臺回到準確位置，消除誤差。所以在機床加工前，經(jīng)常要進行回機床參考點的操作。

上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機床坐標系1.3.3工件原點與工件坐標系編程時一般選擇工件上的某一點作為程序原點（或工件原點），并以這個原點作為坐標系的原點，建立一個新的坐標系稱為工件坐標系。工件坐標系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐標系所取代。如圖1-16所示數(shù)控車床工件坐標系，如圖1-17所示為數(shù)控銑床（加工中心）工件坐標系。

工件原點的選擇要盡量滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件。一般情況下，以坐標式尺寸標注的零件，工件原點應(yīng)選在尺寸標注的基準點；對稱零件或以同心圓為主的零件，工件原點應(yīng)選在對稱中心線或圓心上。Z軸的程序原點通常選在工件的上表面。工件原點與坐標系的建立通常是通過對刀操作來實現(xiàn)的。

上一頁下一頁返回1.3數(shù)控機床坐標系1.3.4絕對坐標與增量坐標

數(shù)控機床編程中，工件或刀具移動量的指令主要有絕對坐標和增量坐標兩種方式。運動軌跡的終點坐標是相對于起點計量的坐標，稱為增量坐標（或相對坐標）；所有坐標點坐標值均從工件原點計量的坐標，稱為絕對坐標。如圖1-18所示的絕對坐標與增量坐標。

上一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標1.4.1數(shù)控機床的精度指標

1．定位精度和重復(fù)定位精度

定位精度是指數(shù)控機床工作臺等移動部件在確定的終點所達到的實際位置的精度。而移動部件實際位置與理想位置之間的誤差稱為定位誤差。定位誤差包括伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進給系統(tǒng)等誤差，還包括移動部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。定位誤差直接影響零件加工的位置精度。重復(fù)定位精度是指在同一臺數(shù)控機床上，應(yīng)用相同程序相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給系統(tǒng)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重復(fù)定位精度是成正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項非常重要的性能指標。

下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標2．分度精度

分度精度是指分度工作臺在分度時，理論要求回轉(zhuǎn)的角度值和實際回轉(zhuǎn)的角度值的差值。分度精度既影響零件加工部位在空間的角度位置，也影響孔系加工的同軸度等。3．分辨度和脈沖當量

分辨度是指兩個相鄰的分散細節(jié)之間可以分辨的最小間隔脈沖當量是指數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進給脈沖，機床機械運動機構(gòu)就產(chǎn)生一個相應(yīng)的位移量，一個脈沖對應(yīng)的這個位移量即為脈沖當量。脈沖：在短時間內(nèi)突變，隨后又迅速返回其初始值的物理量。相對于連續(xù)信號在整個信號周期內(nèi)短時間發(fā)生的信號，大部分信號周期內(nèi)沒有信號。就象人的脈搏一樣?，F(xiàn)在一般指數(shù)字信號。

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標脈沖當量是設(shè)計數(shù)控機床的原始數(shù)據(jù)之一，其數(shù)值的大小決定數(shù)控機床的加工精度和表面質(zhì)量。目前普通數(shù)控機床的脈沖當量一般采用0.001mm；簡易數(shù)控機床的脈沖當量一般采用0.01mm；精密或超精密數(shù)控機床的脈沖當量采用0.0001mm。脈沖當量越小，數(shù)控機床的加工精度和加工表面質(zhì)量越高。1.4.2數(shù)控機床的運動性能指標

數(shù)控機床的運動性能指標主要包括主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、坐標行程、擺角范圍和刀庫容量及換刀時間等。上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標1．主軸轉(zhuǎn)速數(shù)控機床的主軸一般均采用直流或交流主軸電動機驅(qū)動，選用高速精密軸承支承，保證主軸具有較寬的調(diào)速范圍和足夠高的回轉(zhuǎn)精度、剛度及抗振性。目前，數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速已普遍達到5000～10000r/min，甚至更高。特別是電主軸的出現(xiàn)，適應(yīng)了高速加工和高精度加工的要求。2．進給速度

數(shù)控機床的進給速度是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素。它受數(shù)控裝置的運算速度、機床動特性及工藝系統(tǒng)剛度等因素的限制。目前國內(nèi)數(shù)控機床的進給速度可達10～15m/min，國外為15～30m/min.

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標3．坐標行程

數(shù)控機床坐標軸X、Y、Z的行程大小，構(gòu)成數(shù)控機床的空間加工范圍，即加工零件的大小。行程是直接體現(xiàn)機床加工能力的指標參數(shù)。4．擺角范圍

數(shù)控機床擺角的大小也直接影響加工零件空間部位的能力。但擺角太大又造成機床的剛度下降，因此給機床設(shè)計帶來許多困難。

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標5．刀庫容量及換刀時間

刀庫容量及換刀時間對數(shù)控機床的生產(chǎn)率有直接影響。刀庫容量是指刀庫能存放加工所需要的刀具數(shù)量。目前常見的中小型加工中心多為16～60把，大型加工中心達100把以上。換刀時間是指帶有自動交換刀具系統(tǒng)的數(shù)控機床，將主軸上使用的刀具與裝在刀庫上的下一工序需用的刀具進行交換所需要的時間。目前國內(nèi)均在10～20s內(nèi)完成換刀；而國外僅為4～5s。

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標1.4.3數(shù)控系統(tǒng)的主要技術(shù)指標

數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)指標反映了CNC系統(tǒng)的基本性能，概括起來主要如下：1．可控軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)

可控軸數(shù)是指機床數(shù)控裝置能夠控制的坐標數(shù)目?？煽剌S數(shù)說明了CNC系統(tǒng)最多可以控制多少坐標軸，其中包括移動軸和回轉(zhuǎn)軸?；咀鴺溯S是X、Y、Z，多于3個的坐標軸往往是X、Y、Z的平行輔助軸或回轉(zhuǎn)軸A、B、C。上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標聯(lián)動軸數(shù)是指機床數(shù)控裝置控制的坐標軸同時達到空間某一點的坐標數(shù)目。有兩軸聯(lián)動、兩軸半聯(lián)動、三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動和五軸聯(lián)動等。聯(lián)動軸數(shù)表示CNC可同時控制按一定規(guī)律完成一定軌跡插補的協(xié)調(diào)運動的坐標軸數(shù)，它與控制軸數(shù)是不同的概念。聯(lián)動軸數(shù)越多，說明CNC系統(tǒng)可以加工較復(fù)雜的空間線型或型面?？刂戚S數(shù)越多，特別是聯(lián)動軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。

2．脈沖當量（分辨率）

脈沖當量是CNC系統(tǒng)重要的精度指標。上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標有兩方面的內(nèi)容：一是機床坐標軸可達到的控制精度，表示CNC系統(tǒng)每發(fā)出一個脈沖，坐標軸所移動的距離，稱為實際脈沖當量或外部脈沖當量；二是內(nèi)部運算的最小單位，稱為內(nèi)部脈沖當量，內(nèi)部脈沖當量一般比實際脈沖當量設(shè)置得要小，為的是在運算過程中不損失精度。數(shù)控系統(tǒng)在輸出位移量之前，自動將內(nèi)部脈沖當量轉(zhuǎn)換成外部脈沖當量。實際脈沖當量決定于絲杠螺距、電機每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)及機械傳動鏈的傳動比，其計算公式為

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標3．定位精度和重復(fù)精度定位精度是實際位置與指令位置的一致程度，不一致量為誤差；重復(fù)精度是在相同條件下，操作方法不變，進行規(guī)定次數(shù)操作所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。4．進給速度和調(diào)節(jié)范圍

以每分鐘進給距離的形式指定刀具切削進給速度。進給速度可通過操作面板上的進給倍率開關(guān)調(diào)整，調(diào)整范圍一般可為10%～200%，每檔間隔10%。上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標5．主軸轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)范圍

以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的形式指定主軸的轉(zhuǎn)速。機床操作面板設(shè)有主軸倍率開關(guān)，可在不修改程序的情況下改變主軸轉(zhuǎn)速，典型的調(diào)節(jié)范圍為50%～120%，每檔間隔5%。另外在車床的端面切削的恒定切削中，可用為m/min單位的主軸恒線速表示方法。6．插補功能

插補功能越強，說明CNC系統(tǒng)能夠加工的輪廓越多。目前CNC系統(tǒng)不僅可以插補直線、圓弧，還可以插補拋物線、橢圓、正弦曲線、螺旋曲線和樣條函數(shù)等。上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標7．準備功能（G功能）

準備功能用來指令機床動作的方式功能，包括基本移動、程序暫停、平面選擇、坐標設(shè)定、刀具補償、參考點返回、固定循環(huán)和公英制轉(zhuǎn)換等。8．輔助功能（M功能）

輔助功能用來規(guī)定主軸的起、停、轉(zhuǎn)向，冷卻液的接通和斷開，刀庫的起、停等。M功能的使用有立即型（在指令的程序段開始動作時立即執(zhí)行）和段后型（在指令的程序段完成時才起作用）兩種。

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標9．刀具管理和刀具補償

用來選擇刀具的功能用T指令。CNC系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)T指令從一定容量的刀庫中選擇加工時所需的刀具。目前CNC系統(tǒng)還可進行刀具半徑補償、刀具長度補償以及刀具壽命管理和自動刀具測量等。10．零件程序管理和編輯零件程序管理功能反映在CNC系統(tǒng)中可同時存儲的零件程序個數(shù)，還有一個重要指標是容量，它表示可存儲程序的長度。有兩種表示方法：一種是直接給出容量例如64K等，另一種是給出可存儲的紙帶長度，例如120m等。兩種方法可以換算，每1K容量大約可存儲2.6m的紙帶。

上一頁下一頁返回補充：刀具補償(1)編程的時候，是看成一個點的運動來編運動軌跡的，而實際上刀具總有一定的刀具半徑或刀尖的圓弧半徑，所以在零件輪廓加工過程中刀位點運動軌跡并不是零件的實際輪廓，它們之間相差一個刀具半徑，為了使刀位點的運動軌跡與實際輪廓重合，就必須偏移一個刀具半徑，這種偏移稱為刀具半徑補償。

(2)刀具長度補償，是為了使刀具頂端到達編程位置而進行的刀具位置補償。1.4數(shù)控機床的主要指標11．零件程序結(jié)構(gòu)

零件程序結(jié)構(gòu)包括程序名位數(shù)、程序號位數(shù)、是否可以調(diào)用子程序、子程序的嵌套層數(shù)、用戶宏程序等。12．操作功能

CNC系統(tǒng)通常能進行條件程序段的執(zhí)行、程序段跳步、機械閉鎖、輔助功能閉鎖、單段、試運行、錄返、示教等操作。上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標13．誤差補償功能加工過程中，機械傳動鏈中存在的反間隙（齒隙）螺距誤差（由滾珠絲杠的螺距不均等引起），導(dǎo)致實際加工出的零件尺寸與程序規(guī)定的尺寸不一致，造成加工誤差。因此CNC系統(tǒng)采用反向間隙補償和螺距誤差補償功能，把誤差的補償量輸入CNC系統(tǒng)的存儲器，按補償量重新計算刀具的坐標尺寸，從而加工出符合要求的零件。14．自動加減速控制

為保證伺服電機在啟動、停止或速度突變時不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩，必須對送到伺服電機的進給頻率或電壓進行控制。

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標在電機啟動及進給速度大幅度上升時，控制加在伺服電機上的進給頻率或電壓逐漸增大；而當電機停止及進給大幅度下降時，控制加在伺服電機上的進給頻率或電壓逐漸減小。CNC系統(tǒng)中自動加減速控制多用軟件實現(xiàn)，它可在插補前進行，稱插補前加減速，也可在插補后進行，稱插補后加減速。

自動加減速控制有多種算法，如：直線加減速、指數(shù)加減速、拋物線加減速和鼓形加減速等。上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標15．開關(guān)量接口

CNC系統(tǒng)的M（輔助功能）、S（主軸轉(zhuǎn)速）、T（刀具功能）功能不僅在CNC內(nèi)部要處理，而且要以BCD碼的形式輸出，M、S、T碼的輸出位數(shù)是一個重要指標。另外，CNC系統(tǒng)還有其他一些開關(guān)量接口，如外部的急停信號、循環(huán)起動信號和進給保持信號等。16．機床順序控制接口

目前CNC系統(tǒng)一般裝有內(nèi)裝型PLC。PLC的性能包括輸入/輸出點數(shù)、編程語言、指令條數(shù)、程序容量等。無內(nèi)裝型PLC的CNC系統(tǒng)，復(fù)雜的順序控制要借助外部的PLC。

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標17．字符圖形顯示

CNC系統(tǒng)可配置彩色CRT（陰極射線管（CathodeRayTube）顯示器

，通過軟件和接口實現(xiàn)字符和圖形顯示?？梢燥@示程序、參數(shù)、各種補償量、坐標位置、故障信號、人機對話編程菜單、零件圖形、動態(tài)刀具軌跡等。18．通信與通信協(xié)議

CNC系統(tǒng)一般都有RS-232接口，有的還配有DNC接口并設(shè)有緩沖區(qū)，進行高速傳輸。高級型CNC系統(tǒng)還可以與MAP相連，接入工廠的通信網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)FMS、CIMS的要求。DNC(DirectNumericalControl即計算機直接數(shù)控或分布式數(shù)控，是指一臺或多臺計算機對多臺數(shù)控機床實施綜合數(shù)字控制），上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標19．自診斷功能

CNC系統(tǒng)中設(shè)置有各種診斷程序，在故障發(fā)生后可迅速查明故障類型和部位，及時排除以減少故障停機時間和防止故障的擴大。CNC系統(tǒng)的故障診斷程序可以包含在系統(tǒng)程序中，在系統(tǒng)運行過程中進行診斷；也可以作為服務(wù)性程序，在系統(tǒng)運行前或故障停機后進行診斷；有的CNC系統(tǒng)還可進行遠程通信診斷。

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標1.4.4數(shù)控機床主要技術(shù)參數(shù)

1．CK6140數(shù)控車床的主要技術(shù)參數(shù)

如圖1-19所示的CK6140數(shù)控車床，它采用主軸變頻調(diào)速，三檔無級變速，使用HNC-21T車床數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)機床的兩軸聯(lián)動。機床配有四工位刀架，可滿足不同需要的加工；可開閉的半防護門，確保操作人員的安全。機床適用于多品種、中小批量產(chǎn)品的加工，對復(fù)雜、高精度零件由于機床的自動化而更顯示其優(yōu)越性。由圖1-19知，該數(shù)控車床主要由底座、床身、主軸箱、大拖板（縱向拖板）、中拖板（橫向拖板）、電動刀架、尾座、防護罩、電氣部分、CNC系統(tǒng)、冷卻、潤滑等部分組成。如表1-1所示為CK6140數(shù)控車床的主要技術(shù)參數(shù)。上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標2．XK714A數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)

如圖1-20所示為XK714A數(shù)控銑床，它采用變頻主軸，X、Y、Z三向進給均由伺服電動機驅(qū)動滾珠絲杠。機床采用HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)三坐標聯(lián)動。系統(tǒng)具有漢字顯示、三維圖形動態(tài)仿真、雙向式螺距補償、小線段高速插補功能和軟盤、硬盤、RS232、網(wǎng)絡(luò)等多種程序輸入功能。獨有的大容量程序加工功能，不需要DNC，可直接加工大型復(fù)雜型面零件。該機床適合于工具、模具、航天航空、電子、汽車和機械制造等行業(yè)對復(fù)雜形狀的表面和型腔零件的大、中、小批量加工。由圖1-20知，該數(shù)控銑床主要由底座、立柱、工作臺、主軸箱、電氣、CNC系統(tǒng)及冷卻、潤滑等部分組成。如表1-2所示為XK714A數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)。

上一頁下一頁返回1.4數(shù)控機床的主要指標3．VMC750E立式加工中心的主要技術(shù)參數(shù)如圖1-21所示為VMC750E立式加工中心，它具有自動換刀裝置及CNC三軸聯(lián)動控制系統(tǒng)的現(xiàn)代化加工機床，機床采用HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)?？梢淮窝b夾，自動連續(xù)完成對零件的銑削、鉆孔、鏜孔、擴孔、鉸孔及攻絲等多種工序加工，適用于中等批量生產(chǎn)的各種零件平面、孔、復(fù)雜形狀表面的加工，尤其是多孔中、小型箱體類零件更為方便，節(jié)省工裝，縮短生產(chǎn)周期，提高加工精度。

由圖1-21知，該加工中心主要由底座、立柱、刀庫與自動換刀裝置、工作臺、主軸箱、電氣、CNC系統(tǒng)及冷卻、潤滑等部分組成。如表1-3所示為VMC750E立式加工中心的主要技術(shù)參數(shù)。