講課老師,劉昌平,2012年2月,第1章機(jī)床概論,技能目標(biāo)了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展情況；會(huì)分析機(jī)床型號(hào)的含義；理解機(jī)床的運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)鏈和傳動(dòng)系統(tǒng)圖；理解數(shù)控機(jī)床的組成、分類和主要功能；了解機(jī)床數(shù)控技術(shù)的相關(guān)概念。,1.1金屬切削機(jī)床,1.1.1金屬切削機(jī)床及其地位和作用金屬切削機(jī)床是指利用刀具對(duì)金屬毛坯進(jìn)行切削來(lái)加工機(jī)械零件的一種工作機(jī)械。它是制造機(jī)器的機(jī)器，稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。其地位在機(jī)械制造中，機(jī)床所負(fù)擔(dān)的加工工作量約占機(jī)器制造總工作量的40%60%；,其機(jī)床的技術(shù)性能高低直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械制造工業(yè)擔(dān)負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中各部門(mén)提供現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備及裝備的重要任務(wù)。而機(jī)床制造工業(yè)則為機(jī)械制造業(yè)又提供了各種制造設(shè)備的“裝備部”，是機(jī)械制造業(yè)的后盾。一個(gè)國(guó)家的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，可從機(jī)床制造業(yè)的現(xiàn)代化來(lái)衡量。,1.1.2金屬切削機(jī)床的發(fā)展概況,1.金屬切削機(jī)床的產(chǎn)生18世紀(jì)中葉，機(jī)床的動(dòng)力為蒸汽機(jī)；19世紀(jì)至20世紀(jì)初，其動(dòng)力為電動(dòng)機(jī)，并一直延續(xù)至今。2.數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展46年產(chǎn)生第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)；52年由美國(guó)麻省理工學(xué)院和帕爾森斯共同研制生產(chǎn)第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床；,58年英國(guó)和日本、59年德國(guó)相繼研制生產(chǎn)出數(shù)控機(jī)床；52年至70年為采用專用的控制的硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)（NC），經(jīng)歷了三個(gè)階段；70年后研制出大規(guī)模集成電路，采用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（CNC），也經(jīng)歷了三個(gè)階段；70年第四代小型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床；74年第五代微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng)；90年第六代基于PC的數(shù)控系統(tǒng)；,3.我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展情況58至65年為研制階段；68年清華大學(xué)研制生產(chǎn)出第一臺(tái)數(shù)控立銑；80年前80%為線切割數(shù)控機(jī)床，均屬低端數(shù)控機(jī)床；80年后引進(jìn)曰本、美國(guó)的數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)合資研制生產(chǎn)；85年后可生產(chǎn)45種各類數(shù)控機(jī)床，滿足市場(chǎng)需求，逐步形成規(guī)模；90年中期已漸露頭角；,21世紀(jì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床開(kāi)始形成生產(chǎn)規(guī)模，擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，打破了小數(shù)國(guó)家的高端技術(shù)的壟斷。4.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)高速、高精度加工；要求主軸轉(zhuǎn)速40000轉(zhuǎn)/分，進(jìn)給速度24米/分30米/分，定位精度在幾微米。數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制，多軸聯(lián)動(dòng)和復(fù)合加工的控制功能；,數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。1.1.3金屬切削機(jī)床的分類與編號(hào)1.機(jī)床的分類1）按加工方式，使用刀具及其用途，共分11類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉,床、鋸床及其它機(jī)床等。（見(jiàn)表1.1）2）按工藝范圍的寬窄（萬(wàn)能程度）分：通用機(jī)床、專門(mén)化機(jī)床、專用機(jī)床。3）按加工精度分：普通精度級(jí)、精密級(jí)、高精密級(jí)。4）按自動(dòng)化程度分：手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)。5）按質(zhì)量和尺寸分：儀表機(jī)床、中型機(jī)床、大型機(jī)床（10噸）、重型機(jī)床（30噸以上）、,超重型機(jī)床（100噸以上）。2.機(jī)床型號(hào)的編制方法型號(hào)是機(jī)床產(chǎn)品的代號(hào)，簡(jiǎn)單表示機(jī)床的類型、主要技術(shù)參數(shù)、性能和結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)等。按GB/T167681997標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。（1）型號(hào)表示方法其型號(hào)構(gòu)成如下：,表1-1普通機(jī)床類別代號(hào),（2）機(jī)床類、組、系的劃分及其代號(hào)如表1.1所示,其中每類劃分10個(gè)組，每組劃分10個(gè)系。組、系代號(hào)用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，位于類代號(hào)和通用特性代號(hào)、結(jié)構(gòu)特性代號(hào)之后；系用一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，位于組代號(hào)之后。各類金屬切削機(jī)床類、組劃分如表1.2所示。,（3）通用特性代號(hào)、結(jié)構(gòu)特性代號(hào)通用特性代號(hào)如表1.3所示。,對(duì)主參數(shù)相同而結(jié)構(gòu)、性能不同的機(jī)床，在型號(hào)中加結(jié)構(gòu)特性代號(hào)予以區(qū)分。結(jié)構(gòu)特性代號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母表示，排在類代號(hào)之后。當(dāng)型號(hào)中有通用特性代號(hào)時(shí)應(yīng)排在通用特性代號(hào)之后。（4）主要參數(shù)、主軸數(shù)和第二主參數(shù)的表示方法。主參數(shù)代表機(jī)床規(guī)格大小，用折算值表示位于系代號(hào)之后。,當(dāng)折算數(shù)值大于1時(shí)，取整數(shù)，前面不加“0”；小于1時(shí)，則以主參數(shù)值表示，前面加“0”。某些通用機(jī)床，其無(wú)法用一個(gè)主參數(shù)表示時(shí)，則在型號(hào)中用設(shè)計(jì)順序號(hào)表示。主軸參數(shù)應(yīng)以實(shí)際數(shù)值列入型號(hào)，置于主參數(shù)之后，用乘號(hào)“”分開(kāi)。如C21506。第二主參數(shù)（多軸機(jī)床的主軸數(shù)除外）一般不予表示，當(dāng)機(jī)床的最大工件長(zhǎng)度、最大切削長(zhǎng)度、工作臺(tái)面長(zhǎng)度、最大跨距等以長(zhǎng)度單位表示的第二主參數(shù)的變化，將引起機(jī)床結(jié)構(gòu)、,性能發(fā)生較大變化時(shí)，為了區(qū)分，可將第二主參數(shù)列入型號(hào)的后部，并用乘號(hào)“”分開(kāi)，讀做“乘”。凡屬長(zhǎng)度（包括跨距、行程等）的，采用“1/100”的折算系數(shù)；凡屬直徑、深度、寬度的，則采用“1/10”的折算系數(shù)；如以厚度、模數(shù)作為第二參數(shù)的則以實(shí)際數(shù)值列入型號(hào)。（5）機(jī)床的重大改進(jìn)順序號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母A、B、C加在基本部分的尾部，以區(qū)別原機(jī)床型號(hào)。如MM7132A。,（6）其它特性代號(hào)其它特性代號(hào)主要用以反映各類機(jī)床的特性。（7）企業(yè)代號(hào)及其表示方法包括機(jī)床生產(chǎn)廠家及機(jī)床研究單位代號(hào)，置于輔助部分尾部，用“/”分開(kāi)。機(jī)床型號(hào)實(shí)例：THM6365/JCS鏜床類、通用特性是加工中心和精密級(jí)、臥式、北京機(jī)床研究所。,Z3040/S2沈陽(yáng)第二機(jī)床廠生產(chǎn)的最大鉆孔直徑為40mm、最大跨距1600mm的搖臂鉆床。MM7132A精密平面磨床、工作臺(tái)寬度為320mm、第一次重大改進(jìn)。CM6125/J1濟(jì)南第一機(jī)床廠生產(chǎn)、精密臥式車床、最大切削直徑為250mm。DK7720蘇州三光機(jī)床廠生產(chǎn)、快速走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床、工作臺(tái)橫向行程為200mm。,3.金屬切削機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)包括尺寸參數(shù)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)。尺寸參數(shù)反映加工零件尺寸范圍以及與附具的聯(lián)系尺寸，如臥式車床的頂尖距、主軸內(nèi)孔錐度，搖臂鉆床的搖臂升降距離、主軸行程等。機(jī)床的最大長(zhǎng)寬高尺寸及質(zhì)量。運(yùn)動(dòng)參數(shù)反映機(jī)床執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)速度，如主軸的轉(zhuǎn)速范圍、刀架或工作臺(tái)的進(jìn)給量范圍等。,動(dòng)力參數(shù)是指電動(dòng)機(jī)的功率、某些機(jī)床的主軸最大允許扭矩等。了解機(jī)床技術(shù)參數(shù)有利于根據(jù)工藝要求，確定合理的切削用量。有利于夾具設(shè)計(jì)。有利于工具、刀具的選擇。有利于充分發(fā)揮機(jī)床作用。有利于機(jī)床的選型及運(yùn)輸安裝等。技術(shù)參數(shù)可從閱讀機(jī)床使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)中獲得。,1.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)與傳動(dòng),機(jī)床運(yùn)動(dòng)是指使刀具按一定規(guī)律切除毛坯上多余金屬，從而獲得具有一定幾何形狀、尺寸精度、位置精度和表面質(zhì)量的工件的一系列運(yùn)動(dòng)。按其功用分表面成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。如圖1.1所示。1.2.1機(jī)床的運(yùn)動(dòng)1.表面成形運(yùn)動(dòng),表面成形運(yùn)動(dòng)是指使工件獲得一定表面形狀所必需的刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。表面成形運(yùn)動(dòng)的形式和數(shù)量，取決于被加工表面的形狀、所采用的加工方法和刀具的結(jié)構(gòu)。其分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削的主要運(yùn)動(dòng)，其特點(diǎn)是速度較高、消耗的動(dòng)力較多。主運(yùn)動(dòng)通常是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有工件或刀具作回轉(zhuǎn)；也有是直線運(yùn)動(dòng)作為主運(yùn)動(dòng)。,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其特點(diǎn)是速度較低、消耗動(dòng)力較少。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由刀具或工件來(lái)完成；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)的或是間歇的；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是一個(gè)或幾個(gè)或無(wú)。2.輔助運(yùn)動(dòng)輔助運(yùn)動(dòng)是指機(jī)床上除表面成形運(yùn)動(dòng)以外，機(jī)床上其他所需的運(yùn)動(dòng)。其作用是實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種輔助動(dòng)作。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，其分類與普通機(jī)床相同，,主運(yùn)動(dòng)的定義也與前面相同。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指在機(jī)床主機(jī)上除主運(yùn)動(dòng)以外的刀具移動(dòng)、工件移動(dòng)和工件轉(zhuǎn)動(dòng)等有關(guān)刀具和工件的機(jī)床運(yùn)動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)是指除主、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以外的機(jī)床上所有的其他運(yùn)動(dòng)（主軸變速、自動(dòng)換刀、工件夾緊和自動(dòng)交換等運(yùn)動(dòng)）。3.金屬切削加工金屬切削加工是指利用切削工具（刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材,料層切去成切屑，使工件獲得相應(yīng)的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。其必須條件是切削工具、工件和切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)是指刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由形成切削力的主運(yùn)動(dòng)、保證切削連續(xù)進(jìn)行的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)組成。合成切削運(yùn)動(dòng)是指主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間有準(zhǔn)確的比例關(guān)系形成的運(yùn)動(dòng)（車削螺紋）。,1.2.2機(jī)床的傳動(dòng)1.機(jī)床的基本組成（1）執(zhí)行件是指執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的部件，如主軸、刀架、工作臺(tái)等。其任務(wù)是帶動(dòng)工件和刀具完成旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，并保證準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡。（2）動(dòng)力源是指為執(zhí)行件提供運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置，有交流異步電機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等各種電機(jī)?？蓭讉€(gè)運(yùn)動(dòng)共一個(gè)動(dòng)力,源，也可一個(gè)運(yùn)動(dòng)單獨(dú)一個(gè)動(dòng)力源。（3）傳動(dòng)裝置是指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。其任務(wù)是將動(dòng)力源的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行件和把一個(gè)執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)傳遞給另一個(gè)執(zhí)行件，并使有關(guān)執(zhí)行件之間保持某種確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。它可變換運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、方向和速度。機(jī)床的傳動(dòng)裝置有機(jī)械、液壓、電氣、氣壓等多種形式。2.機(jī)床的傳動(dòng)鏈和傳動(dòng)原理圖,傳動(dòng)聯(lián)系是指通過(guò)一系列傳動(dòng)件將動(dòng)力源與執(zhí)行件，或執(zhí)行件與執(zhí)行件之間的連接。傳動(dòng)鏈?zhǔn)侵笇⒁幌盗械膫鲃?dòng)件按一定規(guī)律排列的傳動(dòng)聯(lián)系。一條傳動(dòng)鏈由該鏈的兩端件及兩端件之間的一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。傳動(dòng)鏈包含兩類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：1）定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指?jìng)鲃?dòng)比和傳動(dòng)方向固定不變的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如定比齒輪副、蝸桿蝸輪副、絲桿和螺母副等。,2）可變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指根據(jù)加工要求可以變化傳動(dòng)比和傳動(dòng)方向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如變速機(jī)構(gòu)、變向機(jī)構(gòu)等。根據(jù)傳動(dòng)聯(lián)系的性質(zhì)不同，傳動(dòng)鏈（運(yùn)動(dòng)鏈）可分內(nèi)、外聯(lián)系兩種。（1）內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)侵赣脕?lái)連接有嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系的兩執(zhí)行件，以獲得準(zhǔn)確的加工表面形狀及較高的加工精度的傳動(dòng)鏈。如車螺紋的主軸和刀架之間的連接。,（2）外聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)侵钢挥绊懝ぜ砻娲植诙龋挥绊懝ぜ砻嫘螤畹男纬?，故不要求有?yán)格的傳動(dòng)比的傳動(dòng)鏈。如車床主運(yùn)動(dòng)鏈的傳動(dòng)比。通常，機(jī)床有幾種運(yùn)動(dòng)，就相應(yīng)有幾條傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)原理圖是指用一些簡(jiǎn)單的符號(hào)來(lái)表明機(jī)床在實(shí)現(xiàn)某種表面成形運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)聯(lián)系的示意圖。如圖1.2所示。,虛線表示定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，菱形符號(hào)表示換置機(jī)構(gòu)。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈由電機(jī)12uv34工件表示。車螺紋傳動(dòng)鏈由工件45ux67絲桿螺母刀架表示。,1.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)圖傳動(dòng)系統(tǒng)圖是指用規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)表示傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳動(dòng)元件，并按照運(yùn)動(dòng)傳遞順序，以展開(kāi)圖的形式繪在一個(gè)能反映機(jī)床外形及主要部件相互位置的投影面上，用以了解及分析機(jī)床運(yùn)動(dòng)源與執(zhí)行件或執(zhí)行件與執(zhí)行件之間的傳動(dòng)聯(lián)系及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的一種示意圖。如圖13所示為一臺(tái)數(shù)控銑床傳動(dòng)系統(tǒng)圖。,（1）主運(yùn)動(dòng)由主電機(jī)（7.5KW/1450r/min）驅(qū)動(dòng)，帶傳動(dòng)到軸，之間三聯(lián)滑移齒輪變速，之間三聯(lián)滑移齒輪變速，之間雙聯(lián)滑移齒輪變速傳至軸，再經(jīng)之間一對(duì)錐齒輪副及軸上的一對(duì)圓柱齒輪傳至主軸，獲得18種轉(zhuǎn)速。,（2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有工作臺(tái)縱向、橫向和垂向3個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)?？v向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由FB15直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)圓柱齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲桿螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。垂直方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由FB25直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。其電機(jī)帶制動(dòng)器，當(dāng)斷電時(shí)Z向剎緊，以防止升降臺(tái)因自重而下滑。,1.3數(shù)控加工技術(shù)與數(shù)控機(jī)床概述,1.3.1數(shù)控機(jī)床的組成及其各部分功能1.數(shù)控機(jī)床工作原理,利用數(shù)控機(jī)床完成零件數(shù)控加工的過(guò)程如圖14所示。（1）進(jìn)行零件工藝分析；（2）編寫(xiě)零件加工程序；（3）程序的輸入或傳輸；（4）進(jìn)行試運(yùn)行、刀具路徑模擬等；（5）正確操作機(jī)床、運(yùn)行程序、完成零件加工。與計(jì)算機(jī)控制打印機(jī)打印過(guò)程或計(jì)算機(jī)控制繪圖儀繪圖過(guò)程特別相似。,2.數(shù)控機(jī)床的組成及各部分的功能數(shù)控機(jī)床主要由以下幾部分組成，如圖1.5所示。,（1）計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）。由CPU和存儲(chǔ)器組成的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），完成零件加工。數(shù)控裝置主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板、通信接口板、擴(kuò)展功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等模塊組成。,（2）伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置。伺服單元是計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置和機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它能將來(lái)自數(shù)控裝置的微弱指令信號(hào)，放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)。按接收指令形式分脈沖式和模擬式兩種；按電源分直流和交流兩種。驅(qū)動(dòng)裝置的作用是將放大后的指令信號(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械運(yùn)動(dòng)，利用機(jī)械傳動(dòng)件驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，使工作臺(tái)按規(guī)定軌跡做嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或精確定位，保證能夠加工出符合圖樣要,求的零件。驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電機(jī)。測(cè)量裝置是指位置和速度測(cè)量裝置，它是實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要取決于數(shù)控裝置，而,數(shù)控機(jī)床性能的好壞主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（3）可編程控制器PLC、機(jī)床I/O（輸入/輸出）電路和裝置。數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)控制由CNC和可編程控制器PLC共同完成。CNC負(fù)責(zé)完成與數(shù)字運(yùn)算和管理有關(guān)的功能，如編輯加工程序、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等。PLC負(fù)責(zé)完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的各種動(dòng)作，,如進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I/O控制，它由硬件和軟件組成。機(jī)床I/O電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件是由繼電器、電磁閥、行程開(kāi)關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。其共同任務(wù)：（PLC、機(jī)床I/O電路和裝置）接收CNC控制代碼M（輔助功能）、S（主軸轉(zhuǎn)速）、T（選刀、換刀）等順序動(dòng)作信息，對(duì)其進(jìn)行譯碼后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)，,驅(qū)動(dòng)輔助裝置完成一系列開(kāi)關(guān)動(dòng)作，如裝夾工件、更換刀具和開(kāi)關(guān)切削液等。接收操作面板和機(jī)床I/O信號(hào)，直接控制機(jī)床動(dòng)作，并將部分指令送往CNC用于加工過(guò)程的控制。PLC分兩類：一類是CNC生產(chǎn)廠家將CNC和PLC綜合設(shè)計(jì)的內(nèi)裝型；一類是專門(mén)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的獨(dú)立型，即外裝型。（4）控制面板。,又稱為操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行信息交互的工具。在控制面板上可進(jìn)行操作、編程、調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，了解或查詢數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）的運(yùn)行狀態(tài)。是一個(gè)輸入/輸出部件，主要由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列和顯示器等組成。（5）控制介質(zhì)與程序輸入/輸出設(shè)備。目前數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和程序輸入/輸出設(shè)備是磁盤(pán)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。,現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可利用通信方式進(jìn)行信息變換，可實(shí)現(xiàn)CAD/CAM集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。其通信方式有串行通信、自動(dòng)控制專用接口和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。（6）機(jī)床本體。數(shù)控機(jī)床本體是指其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，也是實(shí)現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。其中包括主運(yùn)動(dòng)部件（主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板及相應(yīng)的,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換APC系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換ATC系統(tǒng)和輔助裝置等（冷卻、潤(rùn)滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）。其中要求要有良好的幾何精度、足夠的剛度、小的熱變形、低的摩擦阻力等。1.3.2機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念1.數(shù)字控制（數(shù)控）及數(shù)控技術(shù)數(shù)字控制從一般意義上是指用數(shù)字化,信息對(duì)過(guò)程進(jìn)行的控制，是相對(duì)模擬控制而言。機(jī)床中的數(shù)字控制專指用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床的工作過(guò)程進(jìn)行的可編程自動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱數(shù)控NC。而這種用數(shù)字化信息自動(dòng)控制的技術(shù)就稱為數(shù)控技術(shù)。模擬信號(hào)是指用連續(xù)變化的物理量表示信息，其信號(hào)的幅度、或頻率、或相位隨時(shí)間作連續(xù)變化。如目前廣播的聲音信號(hào)、或圖象信號(hào)）。,數(shù)字信號(hào)以一定最小值為單位，用被測(cè)量構(gòu)成此量化單位多少倍數(shù)字所表示的信號(hào)。也可以說(shuō)在時(shí)間上和數(shù)值上都是不連續(xù)變化的信號(hào)。數(shù)字化信息簡(jiǎn)單說(shuō)數(shù)字化就是用數(shù)字來(lái)記錄、表示和應(yīng)用信息。信息信息就是信息，既不是物質(zhì)也不是能量。（48年維納的解說(shuō)）信息是物質(zhì)的普遍屬性。信息是事物聯(lián)系的普遍形式。,信息是一種關(guān)系。等。信息是一種客觀存在。它表現(xiàn)為事物發(fā)出的消息、情報(bào)、指令、數(shù)據(jù)、信號(hào)。自然界和人類社會(huì)活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生信息。2.數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟、硬件模塊的有機(jī)集成系統(tǒng)，是數(shù)控技術(shù)的載體。其功能是能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床按指令運(yùn),動(dòng)并加工零件。按發(fā)展過(guò)程分：70年前是硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC）和70年以后是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）兩類。3.計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)CNC計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。其組成有裝有數(shù)控系統(tǒng)程序的專用計(jì)算機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、可編程邏輯控制器PLC、存,儲(chǔ)器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)可完全由軟件來(lái)確定數(shù)字信息的處理過(guò)程，從而具有真正的“柔性”，并可處理各種復(fù)雜信息，目前基本上由CNC取代了NC。4.開(kāi)放式CNC系統(tǒng)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)是指一個(gè)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)，應(yīng)保證使開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件能在不同廠商提供的不同的軟、硬件平臺(tái)上運(yùn)行，且能與其,他應(yīng)用軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。其特點(diǎn)：（1）對(duì)使用者是開(kāi)放的，可采用先進(jìn)的圖形交互方式支持下的簡(jiǎn)易編程方法，使得操作更加容易。（2）對(duì)機(jī)床制造商是開(kāi)放的，應(yīng)允許機(jī)床制造商在開(kāi)放式CNC系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)專用的功能模塊及用戶操作界面。（3）對(duì)硬件的選擇是開(kāi)放的，即一個(gè)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)應(yīng)能在不同的工作平臺(tái)上運(yùn)行。,（4）對(duì)主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是開(kāi)放的，即能控制不同廠商提供的主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（5）對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及交換等是開(kāi)放的。5.數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床的定義是指一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。6.柔性制造單元FMC柔性制造單元是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加,工中心裝上自動(dòng)裝卸工件的裝置。7.柔性制造系統(tǒng)FMS柔性制造系統(tǒng)是指由中央計(jì)算機(jī)控制的一組數(shù)控機(jī)床組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它能隨機(jī)地加工一組具有不同加工順序及加工循環(huán)的工件，實(shí)行自動(dòng)運(yùn)送材料及計(jì)算機(jī)控制。必須包含加工系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)3個(gè)基本部分。8.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是指在柔性制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和現(xiàn)代管理科學(xué)的基礎(chǔ)上將制造工廠的全部生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)所需的各種分布的自動(dòng)化子系統(tǒng)，通過(guò)新的生產(chǎn)管理模式、工藝?yán)碚摵陀?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地集成起來(lái)，以獲得適應(yīng)于多品種、中小批量生產(chǎn)的高效益、高柔性和高質(zhì)量的智能制造系統(tǒng)。,1.3.3數(shù)控機(jī)床分類1.按工藝用途（機(jī)床類型）分類（1）切削加工切削加工類即具有切削加工功能的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床、銑床、鉆床、鏜床、刨插機(jī)床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、電加工及超聲波加工機(jī)床、磨床、割斷機(jī)床及其他數(shù)控機(jī)床等。,（2）成形加工類是指具有通過(guò)物理方法改變工件形狀功能的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)控壓力機(jī)等。（3）特種加工類是指具除機(jī)械能以外的電能、熱能、光能、化學(xué)能、電化學(xué)能、聲能等特種加工功能的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成形機(jī)床、帶有自動(dòng)換電極功能的,“電火花加工中心”、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控激光熱處理機(jī)床、數(shù)控激光板料成形機(jī)床、數(shù)控等離子切割機(jī)等。（4）其他類型是指如數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)、機(jī)器人等。2.按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型分類按進(jìn)給伺服系統(tǒng)有無(wú)位置測(cè)量反饋裝置分：1）開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床；2）閉環(huán)數(shù)控機(jī)床；,按在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中的位置測(cè)量裝置安裝的位置分：1）全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床；2）半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床；（1）開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床是指采用開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。如圖1.6所示。,開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)沒(méi)有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。但精度不高（相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)）其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。其特點(diǎn)是：該系統(tǒng)一般采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。,（2）半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床如圖1.7所示。其位置檢測(cè)點(diǎn)是從驅(qū)動(dòng)電機(jī)（常用交、直流伺服電機(jī)）或絲桿端引出，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)和絲桿旋轉(zhuǎn)角度來(lái)間接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而,不是直接檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置。其特點(diǎn)是：1）在半閉環(huán)內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可獲得較穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)于閉環(huán)系統(tǒng)，次于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。2）在位置環(huán)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)的誤差可得到某種程度的糾正，位置環(huán)外不能直接消除的，如絲桿螺距誤差、齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差等，可通過(guò)軟件補(bǔ)償這類誤差來(lái)提高運(yùn)動(dòng)精度，因此在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。,（2）閉環(huán)數(shù)控機(jī)床。如圖1.8所示：其位置檢測(cè)元件直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)，從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量，具有很高的位置控制精度。但由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī),械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，很容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有相當(dāng)?shù)碾y度，對(duì)其組成環(huán)節(jié)的精度、剛性和動(dòng)態(tài)特性等都有較高的要求，價(jià)格昂貴。這類系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床。3.按數(shù)控系統(tǒng)分類其分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、中檔數(shù)控機(jī)床和高檔數(shù)控機(jī)床。,4.按數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類可分為2坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床、3坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床和多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。5.按數(shù)控系統(tǒng)控制的刀具軌跡分類可分點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)位/直線控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。1.3.4數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能和可靠性指標(biāo)1.規(guī)格指標(biāo),是指數(shù)控機(jī)床的基本能力指標(biāo)，主要有以下幾方面：（1）行程范圍和擺角范圍行程范圍是指坐標(biāo)軸可控制的運(yùn)動(dòng)區(qū)間，反映該機(jī)床允許的加工空間。擺角范圍是指擺角坐標(biāo)軸可控的擺角區(qū)間，也反映該機(jī)床的加工空間。（2）工作臺(tái)面尺寸工作臺(tái)面尺寸反映該機(jī)床安裝工件的最大范圍，其中要預(yù)留夾具所需的空間。,（3）承載能力承載能力反映該機(jī)床能加工零件的最大質(zhì)量。（4）主軸功率和進(jìn)給軸的扭矩其反映該機(jī)床的加工能力，也可間接反映機(jī)床的剛度和強(qiáng)度。（5）控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)控制軸數(shù)通常是指機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的進(jìn)給軸數(shù)。其與數(shù)控裝置的運(yùn)算處理能力、運(yùn)算速度及內(nèi)存容量等有關(guān)。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)是指數(shù)控機(jī)床同時(shí)控制多個(gè)進(jìn)給軸，,使他們按規(guī)定的路線和進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸的數(shù)目。它反映該數(shù)控機(jī)床的曲面加工能力。（6）刀具系統(tǒng)數(shù)控車床包括刀架工位數(shù)、工具孔直徑、刀桿尺寸、換刀時(shí)間、重復(fù)定位精度等各項(xiàng)內(nèi)容。加工中心還要包括刀庫(kù)容量與換刀時(shí)間等。2.性能指標(biāo)注：性能定義測(cè)量?jī)x器儀表實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的能力的特性。,（1）分辨率與脈沖當(dāng)量分辨率是指兩個(gè)相鄰的分散細(xì)節(jié)之間可以分辨的最小間隔。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)而言，分辨率是可以測(cè)量的最小增量；對(duì)控制系統(tǒng)而言，分辨率是可以控制的最小位移量。脈沖當(dāng)量是指數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，反映到機(jī)床移動(dòng)部件上的移動(dòng)量。脈沖量越小，反映數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量越高。,（2）最高主軸轉(zhuǎn)速和最大加速度其影響工件表面加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及刀具壽命的主要因素之一。最大加速度是反映主軸速度提速能力的性能指標(biāo)，也影響加工效率。（3）定位精度和重復(fù)定位精度定位精度是指數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或其他運(yùn)動(dòng)部件，實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置與指令位置的一致程度，其不一致的誤差量即為定位誤差。,引起定位誤差的因素包括伺服系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)誤差，以及運(yùn)動(dòng)部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。定位誤差直接影響加工零件的尺寸精度。重復(fù)精度是指在相同的操作方法和條件下，在完成規(guī)定操作次數(shù)過(guò)程中得到結(jié)果的一致程度。一般呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它會(huì)影響批量加工零件的一致性，是一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)。,（4）最高快移速度和最高進(jìn)給速度最高快移速度是指進(jìn)給軸在非加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度。最高進(jìn)給速度是指進(jìn)給軸在加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度。它們都是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素。其受數(shù)控裝置的運(yùn)算速度、機(jī)床動(dòng)態(tài)特性及工藝系剛度等因素的限制。,（5）電氣包括主電機(jī)、伺服電機(jī)規(guī)格型號(hào)和功率等。（6）冷卻系統(tǒng)包括冷卻箱的容量、冷卻泵輸出量等。（7）外形尺寸為長(zhǎng)寬高的尺寸。（8）機(jī)床重量3.可靠性指標(biāo)（1）平均無(wú)故障時(shí)間MTBF,MTBF是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在使用中平均兩次故障間隔的時(shí)間，即數(shù)控機(jī)床在壽命范圍內(nèi)總工作時(shí)間和總故障次數(shù)之比，即顯然，這段時(shí)間越長(zhǎng)越好。（2）平均修復(fù)時(shí)間MTTRMTTR是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床從開(kāi)始出現(xiàn)故障直到能正常工作所用的平均修復(fù)時(shí)間，即,總希望該修復(fù)時(shí)間越短越好。（3）平均有效度AA是指正常工作時(shí)間（MTBF）與總時(shí)間（MTBF+MTTR）之比，即,平均有效度是反映數(shù)控機(jī)床提供正常使用的能力，是衡量機(jī)床可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。,1.3.5數(shù)控機(jī)床的主要功能,數(shù)控機(jī)床的主要功能有14種：（1）控制軸數(shù)與聯(lián)動(dòng)軸數(shù)CNC裝置能控制的軸數(shù)以及能同時(shí)控制（即聯(lián)動(dòng)）的軸數(shù)是主要性能之一?？刂戚S數(shù)說(shuō)明數(shù)控系統(tǒng)最多可以控制多少坐標(biāo)軸，其中包括移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸。（2）準(zhǔn)備功能俗稱G功能，用來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作方式，包括基本移動(dòng)、程序暫停、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、,刀具補(bǔ)償、基準(zhǔn)點(diǎn)返回、固定循環(huán)、公/英制轉(zhuǎn)換等。（3）插補(bǔ)功能是指數(shù)控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)的線型能力，如直線、圓弧、螺旋線、拋物線、正弦曲線等。機(jī)床插補(bǔ)功能越強(qiáng)，說(shuō)明能夠加工的輪廓種類越多。（4）進(jìn)給功能包括快速進(jìn)給（空行程）、切削進(jìn)給、手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給、點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給、進(jìn)給率修調(diào)（倍率開(kāi)關(guān)）、自動(dòng)加減速功能等。,（5）主軸功能注：功能是指事物或方法發(fā)揮有效的作用。可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速、恒線速、定向停止及轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率開(kāi)關(guān)）。恒線速即主軸自動(dòng)變速，使