數(shù)控機床基礎(chǔ)知識

1、.數(shù)控加工基礎(chǔ)數(shù)控加工基礎(chǔ)工程實訓(xùn)中心.第一章 數(shù)控機床基礎(chǔ)知識 11 數(shù)控與數(shù)控機床 12 數(shù)控機床的分類和常見數(shù)控機床簡介 13 數(shù)控機床的加工特點.引引 入入 在機械制造工業(yè)中，單件與小批量生產(chǎn)的零件（批量在10100件）約占機械加工總量的75%80%。尤其是航空航天、造船、機床、重型機械以及國防工業(yè)中使用的零件，精度要求高、形狀復(fù)雜、加工批量小，用普通機床加工這些零件效率低、勞動強度大，有時甚至不能加工。為了解決這些問題，一種具有高精度、高效率、靈活、通用性強的自動化加工設(shè)備數(shù)控機床應(yīng)運而生，它為多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件提供了自動化加工手段。.11 數(shù)控與數(shù)控機

2、床 1.1 數(shù)控與數(shù)控機床的概念 數(shù)控即數(shù)字控制（Numerical Control，簡稱NC），是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號進行控制的一種方法。 數(shù)控機床（Numerical Control Tool）是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。 計算機數(shù)控（Computer Numerical Control）系統(tǒng)是采用計算機控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)字控制，并通過接口與外圍設(shè)備連接。簡稱CNC系統(tǒng)。1.2 數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服裝置、輔助控制裝置、檢測裝置和機床本體組成。如圖11所示。圖11控制

3、介質(zhì)數(shù)控裝置伺服機構(gòu)輔助控制裝置檢測裝置機床本體主軸箱立柱電氣柜控制面板主軸床身工作臺冷卻液箱.1. 控制介質(zhì) 控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的程序載體。隨數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有磁盤、移動硬盤、Flash（U盤）等（見圖12）。a)b)c)圖12 常用的控制介質(zhì)a) 磁盤 b) 移動硬盤 c) U盤.2. 數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心。如圖13所示是某數(shù)控車床的數(shù)控裝置。它由輸入裝置（如鍵盤）、控制運算器和輸出裝置（如顯示器）等構(gòu)成。圖13 數(shù)控裝置.3. 伺服機構(gòu) 伺服機構(gòu)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，由驅(qū)動裝置和執(zhí)行部件（如伺服電動機）兩大部分組成，如圖14所示。a)

4、 驅(qū)動裝置b ) 伺服電動機圖14 伺服機構(gòu).4.輔助控制裝置 輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的強電控制裝置。由于可編程控制器（PLC）具有響應(yīng)快、性能可靠、易于使用、編程和修改程序，并可直接驅(qū)動機床電氣等特點，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機床的輔助控制裝置。圖15所示為某可編程控制器的外觀圖。圖15 輔助控制裝置.5. 檢測裝置 檢測反饋裝置將數(shù)控機床各個坐標(biāo)軸的實際位移量、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號，并反饋到機床的數(shù)控裝置中。 檢測裝置的檢測元件有多種，常用的有直線光柵（見 圖16）、光電編碼器（見圖17）、圓光柵、絕對編碼尺等。圖17 光電編碼器圖16 直線光柵.6.機床本體

5、 機床本體是數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械部分，包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件（如工作臺、滑板及其傳動部件）和床身、立柱、支承部件等。1.3 數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控機床加工零件的工作過程如圖18所示。加工步驟如下： （1）根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序段格式編寫出加工程序。 （2）將所編寫加工程序指令輸入到機床數(shù)控裝置中。 （3）數(shù)控裝置對程序（代碼）進行處理之后，向機床各個坐標(biāo)的伺服驅(qū)動機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出控制信號。 .數(shù)控裝置伺服機構(gòu)機床本體圖樣程序工件（4）伺服機構(gòu)接到執(zhí)行信號指令后，驅(qū)動機床的各個運動部件，并控制所需的輔助動作。（5）機床自動加工

6、出合格的零件。.1.4 數(shù)控機床的坐標(biāo)系 數(shù)控機床的坐標(biāo)系通常分為機床坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系。 （1）機床坐標(biāo)系 （2）編程坐標(biāo)系 （3）對刀點與換刀點.1.4.1 機床坐標(biāo)系（1）機床相對運動的規(guī)定（2）機床坐標(biāo)系的規(guī)定（3）運動方向的規(guī)定（4）坐標(biāo)軸方向的確定（5）機床原點（6）機床參考點.（1） 機床相對運動的規(guī)定 數(shù)控機床的加工動作主要分刀具的動作和工件的動作兩部分，在確定機床坐標(biāo)系的方向時，始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運動的。這樣編程人員在不考慮機床上工件與刀具具體運動的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機床的加工過程。（2） 機床坐標(biāo)系的規(guī)定 標(biāo)準(zhǔn)機床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系由右

7、手笛卡兒直角坐標(biāo)系決定，如圖110a 所示。 1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90。大拇指代表X坐標(biāo)，食指代表Y坐標(biāo)，中指代表Z坐標(biāo)。 2） 大拇指的指向為X坐標(biāo)的正方向，食指的指向為Y坐標(biāo)的正方向，中指的指向為Z坐標(biāo)的正方向。 3）圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向為Z、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向，如圖110b所示。圖110 右手直角坐標(biāo)系a)b).(3) 運動方向的規(guī)定 對于機床坐標(biāo)系的方向，均將增大刀具與工件距離的方向確定為各坐標(biāo)軸的正方向，如圖111所示為數(shù)控車床上兩個運動的方向。

8、（4） 坐標(biāo)軸方向的確定 1）Z坐標(biāo)的運動方向：是由傳遞切削的動力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標(biāo)軸發(fā)即為Z坐標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向為刀具離開工件的方向。如圖111所示的數(shù)控車床的Z坐標(biāo)。 2）X坐標(biāo) X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X坐標(biāo)的方向時，要考慮兩種情況： 如果工件做旋轉(zhuǎn)運動，則刀具離開工件回轉(zhuǎn)中心的方向為X坐標(biāo)的正方向。如圖111所示的數(shù)控車床的X坐標(biāo)。 如果刀具做旋轉(zhuǎn)運動，則分為兩種情況：Z坐標(biāo)水平時，觀察者沿刀具主軸向工件看時，+X運動方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時，觀察者面對刀具主軸向立柱看時，+X運動方向指向右方，如圖112所示的立式數(shù)控銑床的X坐標(biāo)。圖112

9、立式數(shù)控銑床的坐標(biāo)系.3） Y坐標(biāo) 在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來確定Y坐標(biāo)的方向。如圖112所示的Y坐標(biāo)。（5） 機床原點 機床原點又稱為機床零點，即機床坐標(biāo)系的原點，是指在機床上設(shè)置的一個固定點，它在機床裝配、調(diào)試時就已確定下來，是數(shù)控機床進行加工運動的基準(zhǔn)參考點。 1）數(shù)控車床的機床原點 在數(shù)控車床上，機床原點一般設(shè)在卡盤端面與主軸中心線的交點處，如圖113所示。 2）數(shù)控銑床的原點 在數(shù)控銑床上，機床原點一般設(shè)在X、Y、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上，如圖114所示。圖113 數(shù)控車床的機床原點圖114 數(shù)控銑床的機床原點.（6）機床參考點 機床

10、參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。圖115所示為數(shù)控車床的參考點與機床原點。圖115 數(shù)控車床的參考點1.4.2 1.4.2 編程坐標(biāo)系編程坐標(biāo)系 編程坐標(biāo)系也稱為工件坐標(biāo)系，是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。 編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。 編程坐標(biāo)系的原點（編程原點）應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，編程坐標(biāo)系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機床相應(yīng)的坐標(biāo)軸方向一致，如圖116所示為車削零件的編程坐標(biāo)系及編程原點。圖116 編程坐標(biāo)系1.4.3 對刀點與換刀點 對刀點是數(shù)控加工中刀具相對工件運動的起點，程

11、序也是從這一點開始執(zhí)行，所以對刀點也稱為“起刀點”或“程序起點”。對刀點選擇的原則如下： （1）找正容易。 （2）編程方便。 （3）對刀誤差小。 （4）加工時檢查方便、可靠。.12 數(shù)控機床的分類和常見數(shù)控機床簡介1.2.1 數(shù)控機床的分類按控制運動的方式分類 (1) 點位控制數(shù)控機床 (2) 直線控制數(shù)控機床 (3) 輪廓控制數(shù)控機床.(1) 點位控制數(shù)控機床 點拉控制數(shù)控機床的特點是只控制從一點到另一點位置的精確定位,而不控制移動軌跡,在移動和定位過程中不進行任何加工,如圖119所示。. (2) 直線控制數(shù)控機床 直線控制數(shù)控機床也自然數(shù)為點位直線控制機床。其特點是機床移動部件不僅要實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確定位，而且要控制工作臺以給定的速度，沿平行坐標(biāo)軸方向進行直線切削運動（有些機床還可以進行45斜率直線的加工），如圖120所示。圖120 直線控制加工圖.(3) 輪廓控制數(shù)控機床 輪廓控制數(shù)控機床是對兩個或兩個以上軸同時進行控制。它不僅要控制機床移動部件的起點和終點，而且要控制加工過程中每一點的速度、方向和位移量，運動軌跡是任意的直線、圓弧、螺旋線等，將工件加工成一定的輪廓形狀，如圖121所示。圖121 輪廓控制加工圖2.數(shù)控銑床 世界上第一臺數(shù)控機床就是數(shù)控銑床，它適于加工三維復(fù)雜曲面，在汽車、航空航天、模具等行業(yè)被廣泛