第1章數(shù)控機(jī)床基本知識(shí)1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1.2數(shù)控機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)及工作原理1.3數(shù)控機(jī)床的分類

1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)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(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動(dòng)化機(jī)床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時(shí)，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進(jìn)一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。一種新型的生產(chǎn)設(shè)備——數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了。1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，于1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)。1959年，美國克耐·杜列克公司（Keaney&Trecker）首次成功開發(fā)了加工中心（MachiningCenter）。1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡況第1代數(shù)控機(jī)床：1952年～1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）。第2代數(shù)控機(jī)床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第3代數(shù)控機(jī)床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第4代數(shù)控機(jī)床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（CNC）。第5代數(shù)控機(jī)床：從1974年開始采用微型計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（MNC）。1．計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)所謂計(jì)算機(jī)直接數(shù)控（DirectNumericalControl，DNC）系統(tǒng)，即使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)為數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)編程，編程結(jié)果直接通過數(shù)據(jù)線輸送到各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的控制箱。2．柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）也叫做計(jì)算機(jī)群控自動(dòng)線，它是將一群數(shù)控機(jī)床用自動(dòng)傳送系統(tǒng)連接起來，并置于一臺(tái)計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制之下，形成一個(gè)用于制造的整體。3．計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制從定貨、設(shè)計(jì)、工藝、制造到銷售的全過程，以實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。1.1.3我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況1958年開始并試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20世紀(jì)60年代末至70年代初成功。從20世紀(jì)80年代開始，先后從日本、美國、德國等國家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。如北京機(jī)床研究所從日本FANUC公司引進(jìn)FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列產(chǎn)品的制造技術(shù)；上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國GE公司的MTC-1數(shù)控系統(tǒng)等。1.1.4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動(dòng)化是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢。數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微處理器，標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到1MB以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1m，高速進(jìn)給可達(dá)100m/min，控制軸數(shù)可達(dá)16個(gè)。1.2數(shù)控機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)及工作原理1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成1．控制介質(zhì)數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不需要操作工人直接操縱機(jī)床，但機(jī)床又必須執(zhí)行人的意圖，這就需要在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物即稱為控制介質(zhì)。2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)數(shù)控裝置是一種控制系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)。它能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機(jī)床進(jìn)給并加工零件，數(shù)控系統(tǒng)通常由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置4大部分組成。3．伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)或使執(zhí)行部分動(dòng)作，以加工出符合要求的工件。每一個(gè)脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)量。目前所使用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量通常為0.001mm/脈沖。4．輔助控制系統(tǒng)輔助控制系統(tǒng)是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的強(qiáng)電控制裝置。5．機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，由機(jī)床的基礎(chǔ)大件（如床身、底座）和各運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)、床鞍、主軸等）所組成。1.2.2數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件1．伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通常用于開環(huán)伺服系統(tǒng)機(jī)床。（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)①小慣量直流電動(dòng)機(jī)②寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)③無刷直流電動(dòng)機(jī)（3）交流伺服電動(dòng)機(jī)近年來新型功率開關(guān)器件、專用集成電路和新的控制算法等的發(fā)展帶動(dòng)了交流驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展，使其調(diào)速性能更能適應(yīng)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的要求。交流速度控制系統(tǒng)正逐步取代直流速度控制系統(tǒng)。2．位旬置檢測摩裝置檢測裝插置是把凡位移和朋速度測纏量信號(hào)辦作為反擋饋信號(hào)校，并將氣反饋信敗號(hào)轉(zhuǎn)換曬成數(shù)字莫送回計(jì)振算機(jī)，冬和脈沖并指令信遍號(hào)相比健較，以雨控制驅(qū)諒動(dòng)元件愈正確運(yùn)得轉(zhuǎn)。（1）感粥應(yīng)同步器感應(yīng)同梳步器是藍(lán)一種電春磁式的帆高精度調(diào)位移檢第測元件叉，按其構(gòu)結(jié)構(gòu)方鐵式的不意同可分剪為直線經(jīng)式和旋姻轉(zhuǎn)式兩蹲種，前昆者用于欣長度測麗量，后棋者用于嚼角度測戚量。感應(yīng)同龜步器的艙特點(diǎn)是酷：精度連高，工黃作可靠污，抗干往擾性強(qiáng)概，維護(hù)西簡單，工壽命長押，可測躬量長距酒離位置網(wǎng)，成本額低，易鋒于批量景生產(chǎn)。（2）光鑼柵光柵就思是在一異塊長條偉形的光將學(xué)玻璃賽上均勻鉗地刻劃壩很多條歉與運(yùn)動(dòng)蒙方向垂研直的條然紋，條臘紋之間方的距離鉛成為柵棒距。光柵測量秀裝置是一令種非接觸捷式測量，畝利用光路姓減少了機(jī)辭械誤差，藏具有精度辨高，響應(yīng)辜速度快等灰特點(diǎn)，因工此是數(shù)控宵機(jī)床和數(shù)者顯系統(tǒng)常王用的檢測干元件。（3）磁蛛柵磁柵是吩用電磁風(fēng)的方法努計(jì)算磁晝波數(shù)目鼻的一種可位置檢土測元件安，磁柵燃測量裝飯置由磁甘性標(biāo)尺旋、讀取妄磁頭和泄檢測電止路組成階。磁柵位置斯檢測電路峽的特點(diǎn)是稼：容易制謎造，檢測峽精度高（錄能達(dá)到每富米±3m），依安裝使擁用方便數(shù)，對(duì)環(huán)遷境條件寄要求較財(cái)?shù)?，若嫌磁性?biāo)趣尺膨脹錘系數(shù)與笨機(jī)床一索致，可舌在一般靈車間使堡用。由猜于磁頭石與磁柵斥為有接曉觸的相伏對(duì)運(yùn)動(dòng)綁，因而士有磨損魂，使用值壽命受爺?shù)揭欢ㄎ莸南拗瞥觥Ｒ话銐m使用壽布命可達(dá)問到5年眉，涂上菌保護(hù)膜耍后壽命相則可進(jìn)宗一步延晨長。（4）旋乏轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓剛器是一種復(fù)角位移檢庫測元件，田由定子和幻玉轉(zhuǎn)子組成貨，分為有慘刷和無刷乖兩種形式丸。有刷旋失轉(zhuǎn)變壓器隸定子和轉(zhuǎn)頌子均為兩夸相交流分劣布繞組。數(shù)控機(jī)纖床檢測罩裝置主迅要使用垮無刷旋棵轉(zhuǎn)變壓毯器，因筒為無刷滅旋轉(zhuǎn)變師壓器具滿有可靠即性高、艷壽命長趁、體積燥小、不骨用維修貝以及輸失出信號(hào)鏟大、抗拳干擾能郵力強(qiáng)等閣優(yōu)點(diǎn)。（5）脈績沖編碼器脈沖編填碼器是兆把機(jī)械輝轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)罵化為電輝脈沖的恒一種常溝用角位茄移傳感既器。（6）六測速發(fā)牧電機(jī)測速發(fā)電婆機(jī)是速度脾反饋元件盆，相當(dāng)于抵一臺(tái)永磁監(jiān)式直流電平動(dòng)機(jī)。3．進(jìn)網(wǎng)給運(yùn)動(dòng)每傳動(dòng)部公件滾珠絲趕杠螺母擦副是回箭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)貸與直線慰運(yùn)動(dòng)相還互轉(zhuǎn)換口的新型監(jiān)理想傳帥動(dòng)裝置煎。具有如下膝優(yōu)點(diǎn)。（1）矮傳動(dòng)效謙率高。（2）摩貪擦力小。（3）偽使用壽齊命長。（4）經(jīng)袖預(yù)緊后可洪以消除軸揉向間隙，賓提高系統(tǒng)孤的剛度。（5）反澤向運(yùn)動(dòng)時(shí)扣無空行程冬，可以提每高軸向運(yùn)島動(dòng)精度。4．C災(zāi)RT顯捷示及其榨接口5．?dāng)?shù)關(guān)控機(jī)床泄通信R暢S-2筆32接捏口1.2沸.3預(yù)數(shù)控淺機(jī)床的則工作原塑理數(shù)控系統(tǒng)封的主要任產(chǎn)務(wù)之一就尤是控制執(zhí)父行機(jī)構(gòu)按文預(yù)定的軌殊跡運(yùn)動(dòng)。姐一般情況板是已知運(yùn)日動(dòng)軌跡的勾起點(diǎn)坐標(biāo)犁、終點(diǎn)坐塔標(biāo)和曲線萌方程，由痰數(shù)控系統(tǒng)售實(shí)時(shí)地算鉗出各個(gè)中末間點(diǎn)的坐益標(biāo)。即需嚴(yán)要“插入那、補(bǔ)上”紛運(yùn)動(dòng)軌跡固各個(gè)中間上點(diǎn)的坐標(biāo)籃，通常這襖個(gè)過程就援稱為“插象補(bǔ)”。1．逐勤點(diǎn)比較間法直線世插補(bǔ)（1）果直線插洗補(bǔ)計(jì)算舅原理①偏村差計(jì)算逝公式定義直便線插補(bǔ)慣的偏差醒判別式減如下：Fm=ymxexmye②終點(diǎn)陸判斷的方酸法一種方吼法是設(shè)句置Σx、Σy兩個(gè)減法亂計(jì)數(shù)器。另一種方攻法是設(shè)置匆一個(gè)終點(diǎn)鈔計(jì)數(shù)器哲。第三種悅方法是詢選終點(diǎn)旱坐標(biāo)值損較大的胡坐標(biāo)作早為計(jì)數(shù)鑰坐標(biāo)。③插閉補(bǔ)計(jì)算歷過程偏差判斷坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別2．逐謙點(diǎn)比較弱法圓弧刑插補(bǔ)（1）角圓弧插對(duì)補(bǔ)計(jì)算夕原理①偏治差計(jì)算烘公式定義圓披弧偏差孝判別式愈如下：Fm=Rm2R2=xm2+ym2R2新加工擦點(diǎn)m+1點(diǎn)允的偏差洽為Fm2xm+1新加工符點(diǎn)的偏圈差值為Fm+2ym+1②終忘點(diǎn)判別狗方法③插庭補(bǔ)計(jì)算組過程1.3型數(shù)控機(jī)托床的分類1.3霉.1岔按控贊制系統(tǒng)鐘的特點(diǎn)跟分類1．點(diǎn)促位控制蔑數(shù)控機(jī)腿床這類機(jī)昨床主要盾有數(shù)控鵝坐標(biāo)鏜笑床、數(shù)逆控鉆床條、數(shù)控焰點(diǎn)焊機(jī)間和數(shù)控跳折彎機(jī)致等，其家相應(yīng)的祝數(shù)控裝繁置稱為籠點(diǎn)位控羽制數(shù)控誘裝置。2．直線矩控制數(shù)控段機(jī)床這類機(jī)床以主要有數(shù)呢控車床、謝數(shù)控磨床騾和數(shù)控鏜室銑床等，壇相應(yīng)的數(shù)范控裝置稱彼為直線控亦制裝置。3．輪廓粗控制數(shù)控拳機(jī)床屬于這嚇類機(jī)床籠的有數(shù)賤控車床累、數(shù)控專銑床、響加工中紋心等。吧其相應(yīng)雜的數(shù)控劫裝置稱伏為輪廓臺(tái)控制裝嶺置。輪枝廓數(shù)控寇裝置比房誠點(diǎn)位、側(cè)直線控汪制裝置騰結(jié)構(gòu)復(fù)傳雜得多敏，功能劃齊全得女多。1.3結(jié).2綠按進(jìn)粱給伺服偶系統(tǒng)的脖類型分礦類1．開環(huán)晌進(jìn)給伺服掉系統(tǒng)數(shù)控餡機(jī)床開環(huán)進(jìn)濁給伺服飲系統(tǒng)通序常不帶雜有位置吵檢測元話件，伺支服驅(qū)動(dòng)誦元件一旅般為步陸進(jìn)電動(dòng)早機(jī)。2．閉環(huán)蔽進(jìn)給伺服焰系統(tǒng)數(shù)控忌機(jī)床閉環(huán)進(jìn)給尸控制系統(tǒng)板帶有位置巴檢測元件肉，隨時(shí)可凱以檢測出婚工作臺(tái)的尚實(shí)際位移徹，并反饋眼給數(shù)控裝隙置，并與蚊設(shè)定的指烘令值進(jìn)行晌比較，利得用其差值癥控制伺服并電動(dòng)機(jī)，珍直至差值歲為零為止祝。3．半閉怕環(huán)進(jìn)給伺孩服系統(tǒng)數(shù)布控機(jī)床半閉環(huán)進(jìn)妹給伺服系尊統(tǒng)是將位源置檢測元疊件安裝在罷伺服電動(dòng)饅機(jī)的軸上烘或滾珠絲援杠的端部膠，不直接哲反饋機(jī)床盈的位移量吉，而是檢農(nóng)測伺服機(jī)匠構(gòu)的轉(zhuǎn)角棉，將此信由號(hào)反饋給燃數(shù)控裝置第進(jìn)行指令帽值比較，等用差值控炸制伺服電與動(dòng)機(jī)。1.3移.3宣按工材藝用途支分類1．金攀屬切削悄類數(shù)控踐機(jī)床金屬切削蘇類數(shù)控機(jī)侍床包括數(shù)船控車床、嗚數(shù)控鉆床盡、數(shù)控銑曾床、數(shù)控勵(lì)磨床、數(shù)林控鏜床以習(xí)及加工中板心。2．金唉屬