数控机床的组成及基本工作原理(2).docx

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1、数控机床的组成及基本工作原理中国西安机电网 12 数控机床的组成及基本工作原理 一、数控机床组成 数控机床由：程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成。 1、程序的存储介质，又称程序载体 1) 穿孔纸带； 2) 盒式磁带； 3) 软盘、磁盘、U盘； 4) 通信。 2、输人/输出装置 1) 2) 3) 4) 5) 对于穿孔纸带，配用光电阅读机； 对于盒式磁带，配用录放机； 对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡； 现代数控机床，还可以通过手动方式(MDI方式)； DNC网络通讯、RS232串口通讯。 3、CNC单元 CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处

2、理和输出三个部分组成。 CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。 准备功能：G00,G01,G02,G03, 辅助功能：M03，M04 刀具、进给速度、主轴：T，F，S 4、伺服系统 由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每

3、一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。如三轴联动的机床就有三套驱动系统。 脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。 5、位置反馈系统 伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。 反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。 反馈系统包括半闭环、闭环两种系统。 6、机床的机械部件 1) 主

4、运动部件 发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 1 中国西安机电网 2) 进给部件 3) 基础支承件 4) 辅助部分，如液压、气动、冷却和润滑部分等 5) 储备刀具的刀库，自动换刀装置(ATC) 对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件，数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且其传动和变速系统更便于实现自动化扩展。 伺置 服检 机 床 驱测 动装 数 及置主 进 辅 控 位 程输运 给 助 装 序入动 运 动 置 编装 机 动 作 辅电制置 助控构 机 机 CNC 控制 构 构 制装 及置强 图1-

5、1 数控机床的组成 二、工作步骤 在数控机床上加工零件要经过以下的步骤： 。根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。 。将与加工零件有关的信息： 工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数 切削加工的工艺参数 各种辅助操作 编程阶段 发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 2 中国西安机电网 根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序，并填写程序单。 准备信息载体 根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体上，通过信息载体将全部加工信息传给数控系统。若数控加工机床与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统。 加工阶段 当执行程序时，机床数控系统将加工程序语句译码、运

6、算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工。 总的说来，数控机床就是将与加工零件有关的信息，用规定的文字、数字和符号组成的代码，按一定的格式编写成加工程序单，将加工程序通过控制介质输入到数控装置中，由数控装置经过分析处理后，发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。 发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 3 中国西安机电网 RS-232端具有DB9针式和DB9孔式两种接口可供选择。用户在订购时，根据需要选择RS-232串口类型。 图 RS-232接口形状 图 RS-232实物 金坛四海电机 130BYG永磁感应子式

7、步进电机 图 步进电机驱动器 图 驱动器接线实物图 发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 4 中国西安机电网 图 步进电机驱动器连接示意图 图 伺服电机及驱动器实物图 发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 5 中国西安机电网 图 伺服电机及驱动器连接实物图 发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 6 中国西安机电网 13 数控机床的分类及应用范围 数控机床的品种很多，根据其控制原理、功能和组成，可以从几个不同的角度进行分类： 一、按工艺用途分类： 数控机床是从普通机床的基础上发展起来的，各种类型的数控机床基本上起源于同类型的普通机床，按工艺用途分为： 1)数控车床 2)数控铣床

8、 3)加工中心 4)数控钻床 5)数控镗床 6)数控平面磨床 7)数控外圆磨床 8)数控轮廓磨床 9)数控坐标磨床 10)数控工具磨床 11)数控电火花加工机床 12)数控线切割机床 13)数控激光加工机床 14)数控工具磨床 15)数控超声波加工机床 16)数控齿轮加工机床 还有数控等离子切割机，数控火焰切割机、数控折弯机、数控弯管机、数控 水切割机等等。 二、按运动方式分类： 1)点位控制系统 只控制刀具从一点移到另一点的位置，而在移动过程中不进行切削加工，如坐标镗床、钻床和冲床等。要求坐标位置有较高的定位精度，为提高生产效率，采用机床设定的最高进给速度进行定位运动，在接近定位点前要进行分

9、级或连续降速，以便低速趋近终点，从而减少运动部件的惯性过冲和因此引起的定位误差。在定位移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有任何要求。 2)直线控制系统 直线控制系统是控制刀具或基础工作台以一定速度，沿平行于某一坐标轴方向，由一个位置到另一位置的精确移动。也称点位直线移动控制系统。 3)轮廓控制系统 (又称连续控制或多坐标联动控制) 是对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制(二轴、二轴半、三轴、四轴、五轴联动)，它不仅要控制机床移动部件的起点和终点坐标，而且要控制整个加工过程的每一点的速度、发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 7 中国西安机电网 方向和位移量，即要控制加工的轨迹，加

10、工出要求的轮廓。运动轨迹是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。这类机床的数控装置的功能是最齐全的，能够进行两坐标甚至多坐标联动的控制，也能够进行点位和直线控制。 除了少数专用的数控机床，如数控钻床、冲床等以外，现代的数控机床都具有轮廓控制功能。 三、按控制方式分类： 实际上是按有无反馈及反馈的位置来分： 1) 开环数控机床 指不带反馈的控制系统，系统内没有位置反馈元件，通常采用步进电机作为执行机构。输入的数据经过数控系统的运算，发出指令脉冲，通过环形分配器和驱动电路，使步进电机转过一个步距角，再经过传动机构带动工作台移动一个脉冲当量的距离。移动部件的移动速度和位移由输入脉冲的频率和脉冲个数决定的。

11、 2) 半闭环数控机床(Semi-closed Loop Control) 在驱动电机端部或在传动丝杠端部安装角位移检测装置，通过检测电机或丝杠的转角间接测量执行部件的实际位置或位移，然后反馈到数控系统中。获得比开环系统更高的精度，但它的位移精度比闭环系统的要低，与闭环系统相比，易于实现系统的稳定性。现在大多数数控机床都广泛采用这种半闭环进给伺服系统。惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围内。 3) 闭环数控机床(Closed Loop Control) 在机床移动部件上直接接有检测装置，将测得的结果直接反馈到数控系统中。实际上是将位移指令值与位置检测装置测得的实际位置反馈信号，实时进行比较，

12、根据其差值进行控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。 具体的讲解见第四章伺服系统 四、数控机床的应用范围 数控车床： 包括主轴、溜板、刀架等。数控系统包括显示器、控制面板、强电控制等。数控车床一般具有两轴联动功能，Z轴是与主轴平行方向的运动轴，X轴是在水平面内与主轴垂直方向的运动轴。远离工件方向为轴的正向。另外在最新的车铣加工中心，还增加了一个C轴，可用于工件的分度功能，在刀架中安放铣刀，对工件进行铣加工。刀具超过12把称为加工中心。数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面，圆锥面、螺纹表面、成形回转体面等。对于盘类零件可以进行钻孔、扩孔、绞孔、镗孔等。机床还可以完成车端面、切

13、槽、倒角等加工。 数控铣床： 适于加工三维复杂曲面，在汽车、航空航天、模具等行业被广泛采用。可分为数控立式铣床、数控卧式铣床、数控仿形铣床等。 加工中心： 发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 8 中国西安机电网 一般认为带有自动刀具交换装置的数控镗铣床，称为加工中心。可以进行铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等多种工序加工。不能包括磨削功能，因为微细的磨粒可能进入机床导轨，从而破坏机床的精度。而磨床上有特殊的保护措施。加工中心可分为立式加工中心、卧式加工中心。立式的主轴是垂直方向的，卧式的主轴是水平方向的。 数控钻床： 分为立式钻床和卧式钻床。主要完成钻孔、攻丝功能，同时也可以完成简单的铣削功能

14、。刀库可以存放多种刀具。 数控磨床： 用在高硬度、高精度加工表面。平面磨床、内圆磨床、轮廓磨床等。随着自动砂轮补偿技术、自动砂轮修整技术和磨削固定循环技术的发展，数控磨床的功能越来越强。 数控电火花成形机床： 特种加工方法，利用两个不同极性的电极在绝缘体中产生放电现象，去除材料进而完成加工，适用于形状复杂的模具、难加工材料。 数控线切割机床： 原理与电火花成形机床一样，就是电极是电机丝，加工液一般是去离子水。 复 习 题 1-1. 1-2. 1-3. 1-4. 1-5. 1-6. 1-7. 数控机床的定义？加工原理？ 数控机床对刀具和夹具有什么要求？ 数控机床由哪些部分组成？各组成部分有什么作用？ 数控机床按工艺方法分类有哪几种？ 什么是开环、闭环、半闭环控制系统？区别如何？ 什么是脉冲当量？ FMS、FMC、CIMS的概念，及基本组成部分？ 发布机电信息 机电行业资讯 中国西安机电网 9