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1、項目一項目一 數(shù)控機床基本知識數(shù)控機床基本知識知識點知識點數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢；數(shù)控機床的分類；數(shù)控和數(shù)控機床的概念；數(shù)控機床的組成及工作原理。技能點技能點現(xiàn)場認知數(shù)控機床；觀察數(shù)控機床的加工過程。任務(wù)描述任務(wù)描述通過對數(shù)控機床的現(xiàn)場認知，了解數(shù)控機床的加工零件的整個流程。任務(wù)分析任務(wù)分析數(shù)控機床涉及的內(nèi)容和知識比較多，通過本任務(wù)的學習，主要了解數(shù)控機床的基本概念、發(fā)展及類型，掌握數(shù)控機床的加工原理及組成。第1頁，共17頁。1.1 數(shù)控和數(shù)控機床數(shù)控和數(shù)控機床1.1.認知數(shù)控機床認知數(shù)控機床 常見的數(shù)控車床如圖1-1（a）、(b)所示，數(shù)控銑床如圖1-1（c）、(d)所示。（a）臥式數(shù)控車

2、床）臥式數(shù)控車床 (b)立式數(shù)控車床立式數(shù)控車床(c)立式數(shù)控銑床立式數(shù)控銑床 (d)臥式數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床 圖圖1-1 數(shù)控機床數(shù)控機床第2頁，共17頁。2.數(shù)控、數(shù)控機床數(shù)控、數(shù)控機床 數(shù)控即數(shù)字控制(Numerical Control，簡稱NC）。數(shù)控機床是一種通過數(shù)字信息控制機床按給定的運動規(guī)律進行自動加工的機電一體化新型加工裝備。人們習慣把“數(shù)控機床（Numerically Controlled Machine Tool”簡稱為“NC機床”。1.2 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展 隨著社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。特別是在航空、航天、軍事等領(lǐng)域所需

3、的機械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機床顯然無法適應(yīng)這些要求。為了解決這些矛盾，滿足多品種、小批量、高精度的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機床。數(shù)控機床就是在這樣的背景下產(chǎn)生與發(fā)展起來的。第3頁，共17頁。數(shù)控機床是一種綜合了計算機應(yīng)用技術(shù)、自動控制、精密測量、微電子技術(shù)、機械加工技術(shù)、機床結(jié)構(gòu)設(shè)計和成組工藝等各個技術(shù)領(lǐng)域里的最新技術(shù)而發(fā)展起來的，一種具有高效率、高質(zhì)量和高柔性的自動化新穎機床。1948年，美國帕森（帕森（Parsons）公司）公司在研制加工直升機螺旋槳

4、葉片輪廓檢查樣板時首先提出計算機控制機床的設(shè)想，在麻省理工學院（麻省理工學院（MIT）的協(xié)助下，于1952年研制成功了世界上第一臺三坐標直線插補且連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。自第一臺數(shù)控機床問世以來，數(shù)控系統(tǒng)已先后經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控PC機的通用CNC系統(tǒng)。其中前三代為第一階段稱作硬件聯(lián)接數(shù)控，簡稱NC系統(tǒng)，后三代為第二階段稱作計算機軟件數(shù)控，也稱CNC系統(tǒng)。第4頁，共17頁。1.3 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床種類繁多，功能各異。而數(shù)控機床目前尚無統(tǒng)一分類方法，為了便于了解和研究，人們從不同的角度對其進行了分類。

5、1.1.按加工工藝方式分類按加工工藝方式分類(1)金屬切削類數(shù)控機床 (2)金屬成型類數(shù)控機床 (3)特種加工機床(4)其他機床類2.2.按運動軌跡分類按運動軌跡分類 按數(shù)控機床運動軌跡可分為點位控制機床、點位直線控制機床和輪廓控制機床三類。第5頁，共17頁。(1)點位控制數(shù)控機床 點位控制數(shù)控機床的特點是指刀具從某一點位置準確移動到目標點位置。如圖1-2所示為點位控制數(shù)控機床加工。(2)點位直線控制數(shù)控機床 點位直線控制數(shù)控機床的特點是將點位控制和直線控制結(jié)合起來，同時具有點位控制和直線控制的功能。如圖1-3所示為點位直線控制數(shù)控機床加工。圖1-2點位控制機床加工示意圖圖1-3 點位直線控制

6、數(shù)控機床加工示意圖 第6頁，共17頁。(3)(3)輪廓控制數(shù)控機床輪廓控制數(shù)控機床 輪廓控制機床又稱連續(xù)控制機床。如圖1-4所示為輪廓控制數(shù)控機床加工。3.按伺服控制方式不同分類按伺服控制方式不同分類 數(shù)控機床按伺服控制方式不同可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，根據(jù)檢測反饋裝置安放的位置不同可分為全閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制兩種。圖1-4 輪廓控制數(shù)控機床加工示意圖第7頁，共17頁。(1)開環(huán)控制數(shù)控機床 開環(huán)控制數(shù)控機床的特點是沒有位置檢測反饋裝置，伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機。數(shù)控裝置按程序加工要求控制指令脈沖的數(shù)量、頻率和通電順序，達到控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向的目的

7、。如圖1-5所示，指令信息單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。圖1-5 開環(huán)控制系統(tǒng)第8頁，共17頁。(2)閉環(huán)控制數(shù)控機床 閉環(huán)控制數(shù)控機床的特點是機床上裝有位置檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行測量。伺服驅(qū)動裝置主要是直流伺服電機或交流伺服電機。如圖1-6所示為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。圖1-6 閉環(huán)控制系統(tǒng)第9頁，共17頁。（3）半閉環(huán)控制數(shù)控機床 半閉環(huán)控制數(shù)控機床的特點是位置檢測裝置安裝在進給絲杠的端部或伺服電動機軸上，不直接反饋機床的直線位移量，而是用角位移測量元件（旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器等）測量絲杠或電機的旋轉(zhuǎn)角度，從而推算出機床移動部件的位移量，經(jīng)反饋回路送回控制

8、系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，并與所要求的指令值相比較，用比較的差值進行控制。如圖1-7所示為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。圖1-7 半閉環(huán)控制系統(tǒng)第10頁，共17頁。1.4 數(shù)控機床的加工特點及應(yīng)用范圍數(shù)控機床的加工特點及應(yīng)用范圍1.數(shù)控機床的加工特點數(shù)控機床的加工特點（1）對零件加工適應(yīng)性強，靈活性好對零件加工適應(yīng)性強，靈活性好在數(shù)控機床上進行零件加工時，主要取決于零件加工程序，無論多么復(fù)雜的零件，我們只要能編制出加工程序，都可以完成零件的加工。當加工對象改變時，只需要重新編程就可以滿足加工對象的加工工藝要求，不需要制造、更換許多工具、夾具，而不需改變機械部分和控制部分的硬件，就可以迅速實現(xiàn)加工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。（2）加工

9、精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機床是按數(shù)字形式給出的指令進行加工的，一般情況下工作過程不需要人工干預(yù)，因而消除了人為誤差，使同一批工件的尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。（3）自動化程度高，勞動強度低）自動化程度高，勞動強度低在數(shù)控機床上加工零件是程序控制下自動完成的。加工完畢后自動停車，操作者除手工裝夾毛坯、裝刀、對刀、操作鍵盤等外，其余全部加工過程都可由數(shù)控機床自動完成。第11頁，共17頁。（4）生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高零件加工所需的時間主要包括機動時間和輔助時間兩部分。數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速和進給量較普通機床范圍大且無級變速，結(jié)構(gòu)剛性好，驅(qū)動功率大，因此，數(shù)控機床每一道工

10、序、工步、走刀都可選用最有利的切削用量。充分發(fā)揮數(shù)控機床的工藝系統(tǒng)的潛能，節(jié)省了機動時間。（5）良好的經(jīng)濟效益良好的經(jīng)濟效益數(shù)控機床數(shù)控機床雖然設(shè)備昂貴，加工時分攤到每個零件上的設(shè)備折舊費較高。但在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，使用數(shù)控機床加工可節(jié)省劃線工時，減少調(diào)整、加工和檢驗時間，直接節(jié)省生產(chǎn)費用。數(shù)控機床加工零件一般不需制作專用夾具，工藝裝備費用較低。數(shù)控機床加工質(zhì)量穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進一步下降。（6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化使用數(shù)控機床加工工件，能準確地計算零件加工工時和費用，利于現(xiàn)代化的管理。同時在數(shù)控機床上使用數(shù)字信息控制，易于與計算機聯(lián)網(wǎng)，成為計算機

11、輔助設(shè)計、制造、管理等一體化集成的基礎(chǔ)，構(gòu)成由計算機控制和管理的生產(chǎn)系統(tǒng)。第12頁，共17頁。1.5 數(shù)控機床組成及工作原理數(shù)控機床組成及工作原理 1.1.數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的組成 典型數(shù)控機床的組成如圖1-8所示。由圖可知，數(shù)控機床主要由零件加工程序、輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動裝置、輔助控制裝置、檢測反饋裝置、機床本體等七部分組成。（1 1）加工程序）加工程序加工程序可存儲在控制介質(zhì)（也稱信息載體、程序載體）。數(shù)控機床中，常用控制介質(zhì)有穿孔紙帶、磁帶、磁盤、光盤等。圖 1-8 數(shù)控機床的組成第13頁，共17頁。（2）輸入裝置）輸入裝置 輸入裝置的作用是將存儲在控制介質(zhì)上的加工程序傳送給

12、CNC裝置。根據(jù)控制介質(zhì)的不同，相應(yīng)有不同的輸入裝置。通常程序載體有與之相應(yīng)的輸入裝置為光電紙帶閱讀機、錄音機、磁盤驅(qū)動器、光驅(qū)等?，F(xiàn)在對于微機控制的數(shù)控機床可用操作面板上的鍵盤直接把加工程序輸入到數(shù)控裝置中。也可以由計算機編程后，用通訊方式傳送到CNC裝置中。（3）數(shù)控系統(tǒng)）數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心部件，它主要包括微型計算機、通用輸入輸出外圍設(shè)備及相關(guān)軟件即硬件和軟件兩大部分組成。（4）伺服系統(tǒng)）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，它的基本作用是接收CNC裝置發(fā)來的指令脈沖信號，控制機床執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量，以完成零件的自動加工。第14頁，共17頁。現(xiàn)在對于微機控制

13、的數(shù)控機床可用操作面板上的鍵盤直接把加工程序輸入到數(shù)控裝置中。數(shù)控機床雖然設(shè)備昂貴，加工時分攤到每個零件上的設(shè)備折舊費較高。當加工對象改變時，只需要重新編程就可以滿足加工對象的加工工藝要求，不需要制造、更換許多工具、夾具，而不需改變機械部分和控制部分的硬件，就可以迅速實現(xiàn)加工產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。項目一 數(shù)控機床基本知識但在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，使用數(shù)控機床加工可節(jié)省劃線工時，減少調(diào)整、加工和檢驗時間，直接節(jié)省生產(chǎn)費用。數(shù)控加工過程總體上可分為數(shù)控程序編制和機床加工控制兩大部分。伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，它的基本作用是接收CNC裝置發(fā)來的指令脈沖信號，控制機床執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量，以

14、完成零件的自動加工。（a）臥式數(shù)控車床半閉環(huán)控制數(shù)控機床的特點是位置檢測裝置安裝在進給絲杠的端部或伺服電動機軸上，不直接反饋機床的直線位移量，而是用角位移測量元件（旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器等）測量絲杠或電機的旋轉(zhuǎn)角度，從而推算出機床移動部件的位移量，經(jīng)反饋回路送回控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，并與所要求的指令值相比較，用比較的差值進行控制。也可以由計算機編程后，用通訊方式傳送到CNC裝置中。按數(shù)控機床運動軌跡可分為點位控制機床、點位直線控制機床和輪廓控制機床三類。數(shù)控機床的組成及工作原理。數(shù)控機床的組成及工作原理。自第一臺數(shù)控機床問世以來，數(shù)控系統(tǒng)已先后經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管

15、、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控PC機的通用CNC系統(tǒng)。認識數(shù)控車床、數(shù)控銑床的類型。圖1-7 半閉環(huán)控制系統(tǒng)圖1-9 數(shù)控加工的原理圖自第一臺數(shù)控機床問世以來，數(shù)控系統(tǒng)已先后經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控PC機的通用CNC系統(tǒng)。到車間現(xiàn)場認知數(shù)控機床，具體要求如下：如圖1-5所示，指令信息單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。主要包括機床的主運動部件、進給運動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、床身、工作臺(刀架)等，此外還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。（1）對零件加工適應(yīng)性強，靈活性

16、好數(shù)控機床按伺服控制方式不同可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。數(shù)控裝置按程序加工要求控制指令脈沖的數(shù)量、頻率和通電順序，達到控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向的目的。充分發(fā)揮數(shù)控機床的工藝系統(tǒng)的潛能，節(jié)省了機動時間。(2)點位直線控制數(shù)控機床閉環(huán)控制數(shù)控機床的特點是機床上裝有位置檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行測量。1948年，美國帕森（Parsons）公司在研制加工直升機螺旋槳葉片輪廓檢查樣板時首先提出計算機控制機床的設(shè)想，在麻省理工學院（MIT）的協(xié)助下，于1952年研制成功了世界上第一臺三坐標直線插補且連續(xù)控制的立式數(shù)控銑床。（5）檢測反饋裝置）檢測反饋裝置 檢測反饋裝置是采用閉環(huán)或

17、半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床的重要組成部分，其作用是將數(shù)控機床各坐標軸的實際位移和速度進行檢測，將測量值轉(zhuǎn)化為電信號反饋給數(shù)控裝置，數(shù)控裝置對反饋回來的實際值與設(shè)定值進行比較后，并由數(shù)控裝置發(fā)出指令，糾正所產(chǎn)生的誤差，實現(xiàn)閉環(huán)或半閉環(huán)控制。（6）輔助控制裝置輔助控制裝置 輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床的機械與液壓部件之間的各種開關(guān)執(zhí)行電器的控制裝置。主要實現(xiàn)各種輔助功能控制。（7）機床本體）機床本體 機床本體是實現(xiàn)切削加工的主體，對加工過程起支撐作用。主要包括機床的主運動部件、進給運動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、床身、工作臺(刀架)等，此外還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。第15

18、頁，共17頁。2.數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床的工作原理在數(shù)控機床上加工零件時，首先根據(jù)零件圖樣的要求，結(jié)合所采用的數(shù)控機床的功能、性能和特點，將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機床控制系統(tǒng)中，再由其進行運算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機構(gòu)的指令信號，從而控制機床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加工出零件來，如圖1-9所示。圖1-9 數(shù)控加工的原理圖第16頁，共17頁。數(shù)控加工過程總體上可分為數(shù)控程序編制和機床加工控制兩大部分。數(shù)控機床的控制系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機床實現(xiàn)主軸自動啟停、換向和變速，能自動控制進給速度、方向和加工路線，進行加工，能選擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及行走軌跡，能完成加工中所需要的各種輔助動作。任務(wù)實施任務(wù)實施 到車間現(xiàn)場認知數(shù)控機床，具體要求如下：1.認識數(shù)控車床、數(shù)控銑床的類型。2.觀察數(shù)控車床、數(shù)控銑床的組成部分及布局。3.觀察數(shù)控機床編程加工的全過程，從而掌握數(shù)控機床的加工原理。第17頁，共17頁。