項目1數(shù)控機床的基礎(chǔ)知識

1、數(shù)控機床與操作主講人：林暉湖北輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控機床基礎(chǔ)知識項目一什么是數(shù)控機床？數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù) 控Numerical Control 數(shù)控是數(shù)字控制的簡稱,數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。機 床Machine Tool 機床是指制造機器的機器，亦稱工作母機或工具機，習(xí)慣上簡稱機床。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床（Numerical Control machine）是用數(shù)字信息進行控制的機床。它用數(shù)字代碼記錄刀具相對工件移動的軌跡、速度等信息，在數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)過譯碼和運算，控制刀具與工件的相對運動，加工出所需要的

2、工件。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展歷史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。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展歷史1952年，第一臺三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床在MIT問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了制造自動化的發(fā)展。 1954年，美國BENDIX-COOPERATION制造了第一臺工業(yè)用數(shù)控機床1955年，第一臺商業(yè)數(shù)控機床在美國全國機床展覽會上展出。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展歷史半個多世紀(jì)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（

3、19521970年） 早期計算機的運算速度低，這對當(dāng)時的科學(xué)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。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展歷史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

4、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)。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展歷史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(xí)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197

5、0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)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展歷史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。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展趨勢智能化工件智能檢測刀具智能管理過程智能監(jiān)控數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展趨勢高可靠性采用：故障診斷技術(shù)，自動檢錯、糾錯技術(shù)，系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)，軟件可靠性

6、技術(shù)。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展趨勢高速高效切削速度已達到50008000 m/min以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在30000 r/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100 m/min（有的到200 m/min）以上，在分辨率為0.1um時，在24 m/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12 m/min。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展趨勢高精度普通級數(shù)控機床的加工精度已由10m提高到5m，精密級加工中心的加工精度則從35m，提高到11.5m。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床概述任務(wù)一數(shù)控機床發(fā)展趨勢多功

7、能復(fù)合化數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床工藝用途數(shù)控車床數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床工藝用途數(shù)控銑床數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床工藝用途加工中心數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床工藝用途數(shù)控磨床數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床工藝用途線切割機數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床工藝用途電火花數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床工藝用途數(shù)控鉆床數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床工藝用途激光切割機數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之

8、機床工藝用途三坐標(biāo)測量儀數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床運動軌跡點位控制刀具與工件相對運動時只控制從一點到另一點的準(zhǔn)確性，不考慮兩點之間的運動路徑和方向。多用于數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床和數(shù)控點焊機。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床運動軌跡直線控制刀具在兩點間的運動是平行于機床坐標(biāo)軸的直線或兩軸同時運動形成與坐標(biāo)軸有一定角度的斜線。多用于經(jīng)濟型數(shù)控車床，數(shù)控鏜銑床，加工中心。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床運動軌跡輪廓控制刀具或工作臺按工件的輪廓軌跡運動，運動軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其他函數(shù)關(guān)系的曲線。多用于數(shù)控車床，數(shù)控

9、銑床，加工中心。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床伺服系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床伺服系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床伺服系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床坐標(biāo)軸數(shù)1）兩坐標(biāo)數(shù)控機床 可控制兩個坐標(biāo)軸加工曲線輪廓零件的機床。如數(shù)控車床、數(shù)控線切割機床、簡易數(shù)控銑床等。2）三坐標(biāo)數(shù)控機床 可控制和聯(lián)動控制的坐標(biāo)軸均為三軸的輪廓控制機床。如數(shù)控銑床。3）2 1/2坐標(biāo)數(shù)控機床 俗稱兩軸半坐標(biāo)數(shù)控機床。它有X、Y、Z三個坐標(biāo)軸，僅能實現(xiàn)2軸聯(lián)動控制。常見有經(jīng)濟型數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床

10、等。4）多坐標(biāo)數(shù)控機床指聯(lián)動坐標(biāo)軸為四軸或四軸以上的機床。數(shù)控機床與操作數(shù)控機床分類任務(wù)二數(shù)控機床分類之機床系統(tǒng)功能水平1）經(jīng)濟型數(shù)控機床經(jīng)濟型數(shù)控機床結(jié)構(gòu)簡單，精度中等，但價格便宜，僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件。2）普及型數(shù)控機床普及型數(shù)控機床具有人機對話功能，應(yīng)用較廣，且價格適中，通常稱為全功能數(shù)控機床。3）高級型數(shù)控機床高級型數(shù)控機床是指加工復(fù)雜形狀、多軸控制、工序集中、自動化程度高、柔性度高的數(shù)控機床。數(shù)控機床原理組成任務(wù)三數(shù)控機床與操作數(shù)控機床原理和組成任務(wù)三機床組成框圖數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四數(shù)控機床與操作數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四笛卡爾右手

11、定理數(shù)控機床與操作數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四機床坐標(biāo)系坐標(biāo)系采用右手笛卡爾坐標(biāo)系假定工件靜止刀具相對工件運動刀具遠(yuǎn)離工件方向為正方向回轉(zhuǎn)軸正方向遵循右手螺旋定則數(shù)控機床與操作數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四臥式車床坐標(biāo)系立式銑床坐標(biāo)系數(shù)控機床與操作數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四機床坐標(biāo)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(biāo)系，通常在每個坐標(biāo)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(biāo)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。 機床原點和參考點數(shù)控機床與操作數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四機床參考點可以與機床原點重合也

12、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，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(biāo)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(biāo)系；另一個是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(zhǔn)確位置，消除漂移誤差。所以在機床加工前，經(jīng)常要進行回機床參考點的操作。 機床原點和參考點數(shù)控機床與操作數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四機床原點和參考點數(shù)控機床與操作數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四機床原點和參考點數(shù)控機床與操作數(shù)控機床坐標(biāo)系任務(wù)四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(biāo)系的原點，建立一個新的坐標(biāo)系稱為工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐標(biāo)系所取代。 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(biāo)式尺寸標(biāo)注的零件，工件原點應(yīng)選在尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)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(biāo)系的建立通常是通過對刀操作來實現(xiàn)的。 工件原點與工件坐標(biāo)系數(shù)控機床