1.1金屬切削機床基礎(chǔ)金屬切削機床：

是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器。工作母機工具機一個國家機床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。1.1.1金屬切削機床產(chǎn)生及發(fā)展我國機床發(fā)展概況

中國人民是聰明、勤勞的人民。公元前原始的鉆床和木工車床。→人17世紀(jì)中葉，畜力→人力作為機床動力18世紀(jì)，刨床；蒸汽→汽缸鏜床19-20世紀(jì)，電動機→各類機床20世紀(jì)中期，數(shù)控機床產(chǎn)生（1952年）。普通小型→大型超重型高精度數(shù)控機床。約φ6.7米鑲片銑刀磨石→磨削加工

普通升降臺銑床數(shù)控銑床雙龍門數(shù)控龍門移動式鏜銑床

機床型號的編制方法機床型號是機床產(chǎn)品的代號。用以簡明地表示機床的類型、結(jié)構(gòu)特征及主要技術(shù)參數(shù)。我國現(xiàn)行的機床型號是按1994年頒布的標(biāo)準(zhǔn)“GB/T15373-1994金屬切削機床型號編制方法”編制?！纠?】型號為CM6132的機床，表示床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑為320mm的精密臥式車床。【例2】型號為Z3040的機床，表示最大鉆孔直徑為40mm的搖臂鉆床?！纠?】型號為XK7132A的機床，表示工作臺寬3200mm并經(jīng)過第一次重大改進的床身數(shù)控銑床?！纠?】

型號為TX6110的機床，表示帶數(shù)顯的，鏜桿直徑為110mm的臥式銑鏜床。【例5】型號為BQ2016/1的機床，表示輕型、刨削寬度為1600mm、經(jīng)過第一次變型的龍門刨床。1.1.2機床的運動機床運動是使刀具和工件之間按一定的規(guī)律完成一系列的運動，以完成切削加工運動。機床的運動可分為表面成形運動和輔助運動。

1.表面成形運動

表面成形運動是直接參與切削過程，保證在工件上形成工件表面的刀具與工件間的相對運動。表面成形運動是機床上最基本的運動。

形成所需表面的成形運動2.機床的輔助運動

機床的輔助運動是指機床上除表面成形運動以外的所有運動。其作用是實現(xiàn)機床的各種輔助動作，主要包括切入運動、分度運動、操縱與控制運動、各種空行程運動等。

（1）切入運動為獲得一定的加工尺寸，使刀具切入工件的運動。（2）分度運動多工位工作臺、刀架等的周期性位移和轉(zhuǎn)位，以便依次加工工件上各個表面，或依次使用不同刀具對工件進行順序加工。

（3）操縱及控制運動操縱及控制運動包括起動、停止、變速、換向，部件與工件夾緊、松開、轉(zhuǎn)位以及自動換刀、自動測量、自動補償?shù)冗\動。

（4）各種空行程運動是指進給前后的快速運動和各種調(diào)位運動。從現(xiàn)代機床控制角度來看機床運動，機床運動可分為主運動、進給運動和輔助運動三大類。(1)機床主運動是實現(xiàn)切削的主要運動，消耗動力較多。主運動常常是回轉(zhuǎn)運動，可以是工件回轉(zhuǎn)（如車床），也可以是刀具回轉(zhuǎn)（如銑床、鏜床、鉆床）。主運動也有是直線運動的（如刨床、拉床）。(2)進給運動是機床主機上除主運動以外的刀具移動、工件移動和工件轉(zhuǎn)動等有關(guān)刀具和工件的機床運動，消耗的動力較少。(3)輔助運動則是除主運動和進給運動以外的機床上所有其它運動。1.1.3機床的傳動聯(lián)系和傳動表示1、機床傳動的組成

為了實現(xiàn)加工所需的各種運動，機床由三部分構(gòu)成。執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機床運動的部件。如：主軸、刀架、工作臺運動源：為執(zhí)行件提供運動和動力的裝置。

如：電機、馬達等傳動裝置（傳動件）：傳遞運動和動力的裝置。有：機械、電氣、液壓、氣動裝置等。如：齒輪、絲桿、鏈輪、帶輪、油缸、汽缸等2、機床的傳動系統(tǒng)圖表示機床全部運動關(guān)系的示意圖（按國標(biāo)規(guī)定的符號）。各傳動元件是按照運動傳遞的先后順序，以展開圖的形式表示出來。只表示傳動關(guān)系，不能代表各元件的實際尺寸和空間位置。應(yīng)作相關(guān)參數(shù)標(biāo)注。是表示、了解和分析機床的運動和傳動的工具。CA6140機床模型CA6140傳動系統(tǒng)圖MJ-50型數(shù)控車床傳統(tǒng)系統(tǒng)圖皮帶打滑系數(shù)：0.021.2數(shù)控機床基礎(chǔ)1952年，美國麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。（數(shù)控系統(tǒng)是電子管電路，系統(tǒng)非常龐大）1959年，世界上第一臺加工中心產(chǎn)生。1974年微處理技術(shù)用于數(shù)控機床，根本上促進了數(shù)控機床技術(shù)的飛速發(fā)展。80年代后，計算機技術(shù)、信息技術(shù)、檢測技術(shù)等發(fā)展，單臺機床→FMC（柔性制造單元）

→FMS（柔性制造系統(tǒng)）

→CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）數(shù)控機床工作過程數(shù)控機床與普通機床比較：

數(shù)控機床在普通機床基礎(chǔ)上增加了對機床運動和動作自動控制的功能部件，使數(shù)控機床能夠自動完成對零件加工的全過程，并且提高了加工精度及復(fù)雜程度。

其控制的媒介：數(shù)字程序（已經(jīng)重點學(xué)習(xí)）

1.2.1數(shù)控機床組成控制電柜1.2.1數(shù)控機床組成CK616i控制電柜進給伺服單元主軸（變頻）單元操控箱（數(shù)控系統(tǒng)）線纜電氣控制元件及線路1.2.1數(shù)控機床組成及各部分作用輸入/輸出裝置數(shù)控裝置伺服驅(qū)動系統(tǒng)機床本體檢測反饋裝置數(shù)控機床一般由輸入/輸出裝置、CNC裝置、伺服單元、驅(qū)動裝置、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、檢測裝置及機床本體組成。二、數(shù)控機床各部分的作用1.輸入/輸出裝置輸入裝置作用：輸入命令、程序、控制參數(shù)、補償量等方式：鍵盤輸入紙帶輸入（穿孔紙帶）磁盤輸入（硬盤、軟盤、U盤）網(wǎng)絡(luò)通訊(RS232、DNC、TCP/IP）輸出裝置作用：顯示程序、加工圖形、坐標(biāo)值、報警信號等。方式：顯示器輸入/輸出裝置是數(shù)控機床必備的人機交互設(shè)備。

2.數(shù)控裝置（NC，CNC）

作用：數(shù)控機床核心部件(戰(zhàn)略物質(zhì)）

?接受輸入信息

?運算與處理

?產(chǎn)生輸出脈沖（動作、運動）計算機的功能

CNC：計算機數(shù)字控制裝置CNC系統(tǒng)構(gòu)成CNC裝置控制軟件(軟件功能)硬件電路(硬件功能)主軸伺服單元主軸驅(qū)動裝置可編程控制器進給伺服單元進給驅(qū)動裝置測量裝置(位置\速度)程序\指令操作面板輸入輸出設(shè)備機床本體M.S.T\輔助指令信號主軸電機主軸動作完成進給動作PLC完成開關(guān)動作伺服驅(qū)動系統(tǒng)進給電機電→機信號轉(zhuǎn)換\放大典型數(shù)控系統(tǒng)（1）日本FANUC（發(fā)那科）系列數(shù)控系統(tǒng)FANUC公司生產(chǎn)的CNC產(chǎn)品主要有FANUC3/6/9、FANUC0、FANUC10/11/12、FANUC15/16/18/21、FANUC160/180/210等系列。目前我國用戶主要使用的有FANUC0系列、FANUC16/18/21、FANUC160/180/210等系列。（2）德國SIEMENS（西門子）公司的SINUMERIK系列數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK系列數(shù)控系統(tǒng)主要有SINUMERIK3、SINUMERIK8、SINUMERIK810/820、SINUMERIK850/880和SINUMERIK840等產(chǎn)品。最近幾年，SIEMENS公司又面向中國市場推出了經(jīng)濟實用的SINUMERIK802系列CNC系統(tǒng)。有802S、802C、802D等型號。

典型數(shù)控系統(tǒng)（3）華中數(shù)控HNC系列數(shù)控系統(tǒng)是國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已開發(fā)和應(yīng)用的產(chǎn)品有HNC-1、HNC-2000和世紀(jì)星HNC-21/22多個系列。（4）其它數(shù)控系統(tǒng)典型數(shù)控系統(tǒng)還有西班牙的FAGOR（凡高）數(shù)控系統(tǒng)、日本的三菱（MITSUBISHI）、馬扎克（MAZAK）、大隈（OKUMA），德國的海德漢（HEIDENHAIN）、德馬吉（DMG），美國的法道（FADAL），法國的扭姆（NUM）等。國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)還有廣州數(shù)控（GSK）、凱恩帝（KND）、航天數(shù)控（CASNUC2100）和藍天數(shù)控（LT）等3.伺服單元：CNC和機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)作用：接受數(shù)控裝置輸出的速度和位移指令。變換和放大4.驅(qū)動裝置：作用：把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)楦鞣N機械運動。包括：主軸電機、進給電機對應(yīng)伺服單元：步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機（伺服單元＋驅(qū)動裝置）伺服系統(tǒng)：數(shù)控機床的動力裝置作用：接受數(shù)控裝置的輸出驅(qū)動與放大實現(xiàn)電→機轉(zhuǎn)換

脈沖當(dāng)量：每一個進給脈沖使機床運動部件產(chǎn)生的位移量或轉(zhuǎn)角。脈沖當(dāng)量單位：mm/P或

度/P

例如：0.001mm/P

從某種意義上說,數(shù)控機床的功能主要取決于數(shù)控裝置,而數(shù)控機床的性能主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng).5、檢測裝置機檢測裝置是把位移和速度測量信號作為反饋信號，并將反饋信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號與數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖指令信號進行比較，以控制驅(qū)動元件向著消除偏差的方向運動。因此有利于機床的移動部件能夠精確地移到所要求的位置。包括：位置檢測和速度檢測磁尺、編碼器、光柵尺等6、可編程控制器(PLC)通過CNC和PLC的協(xié)調(diào)配合來共同完成數(shù)控機床的控制。其中CNC主要完成與運算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、位置伺服控制等。PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作，而沒有軌跡上的具體要求，如控制輔助裝置完成機床相應(yīng)的開關(guān)動作。內(nèi)裝PLC獨立PLC7、機床本體機械部件的組成與普通機床相似數(shù)控機床的高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工要求，其機械部件在精度、剛度、抗震性等方面要求更高。數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化1.2.2、數(shù)控機床的分類1、按工藝用途分類1）金屬切削類數(shù)控機床是在通用機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它們和傳統(tǒng)的通用機床工藝用途相似。因此，按工藝用途對數(shù)控機床進行分類，是最基本的分類方法。還可以按數(shù)控系統(tǒng)控制運動的方式或按伺服驅(qū)動的控制方式對數(shù)控機床進行分類。切削類數(shù)控機床是指具有切削加工能力的數(shù)控機床。最常用的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床和加工中心等。金屬切削類數(shù)控機床

數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床、數(shù)控齒輪加工機床、加工中心金屬成形類數(shù)控機床數(shù)控剪板機、

數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖床數(shù)控特種加工類機床數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花機床、數(shù)控激光切割機床、水切割機其他類型數(shù)控機床數(shù)控三坐標(biāo)測量機1)按工藝用途（1）數(shù)控車床重型臥車（1）數(shù)控車床1、單柱立車立式車床加工大的工件1、單柱立車2.雙柱立式車床（2）數(shù)控銑床數(shù)控床身銑床數(shù)控立式升降臺式銑床立、臥兩用數(shù)控銑床主軸立式和臥式位置臥式數(shù)控銑床龍門數(shù)控銑床數(shù)控龍門鏜銑床雙龍門移動動梁鏜銑床數(shù)控萬能銑頭高速數(shù)控銑床萬能工作臺數(shù)控銑床數(shù)控車銑復(fù)合機床（3）數(shù)控鉆床（3）數(shù)控鉆床（4）數(shù)控磨床（4）數(shù)控磨床數(shù)控外圓磨床

（5）齒輪加工機床（Y3150E滾齒機）大型滾齒機（5）數(shù)控齒輪加工機床（6）加工中心機床（6）加工中心機床

德馬吉公司車銑復(fù)合加工中心WFL車銑復(fù)合加工中心WFL車銑復(fù)合加工中心臥式鏜床臥式鏜床TX6113臥式鏜床TX617臥式鏜床落地銑鏜床落地銑鏜床（2）金屬成型類機床

成型類數(shù)控機床是指具有通過物理方法改變工件形狀功能的數(shù)控機床。它是采用擠、沖、壓、拉等成型工藝方法對零件進行加工的。主要有數(shù)控剪板機、數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機及數(shù)控沖床等。a.數(shù)控折彎機折彎機是一種金屬板料冷加工成型機。在冷態(tài)下它可利用所配備的通用模具(或?qū)Ｓ媚＞?，將金屬板材折彎成各種幾何截面形狀的工件。各種成形工件截面圖數(shù)控折彎機數(shù)控折彎機數(shù)控折彎機是利用數(shù)控系統(tǒng)對滑塊行程(凸模進入凹模深度)和后擋料器位置進行自動控制，以實現(xiàn)對折彎工件的不同折彎角度和折彎邊寬度的折彎成形。b.數(shù)控剪板機（3）電加工類機床

電加工類數(shù)控機床是指采用電加工技術(shù)加工零件的數(shù)控機床。（3）電加工類機床（3）電加工類機床（3）電加工類機床激光切割機（3）電加工類機床鋼板支撐桿床身工作臺激光發(fā)生器切割頭XYZ（4）其他類數(shù)控機床數(shù)控高壓水切割機、數(shù)控三坐標(biāo)測量機、快速成型機等高壓水射流切割是利用水或水中加添加劑的液體，經(jīng)水泵至增壓器（水壓升到300～1000MPa）,最后由噴嘴（耐磨材料）形成的高速(800～1000m/s，約3倍音速)液體束流，噴射到工件表面，從而達到去除材料的加工目的。高壓水射流切割不僅可以切割各類金屬或非金屬、塑性或脆性硬材料，也適用于各種軟質(zhì)有機材料切割加工。例如各種金屬材料零件切割、玻璃、陶瓷、石材、皮革切割等。水切割水刀就是將普通水經(jīng)過一個超高壓加壓器，加壓至380Mpa（55,000psi)戒更高壓力，然后通過一個細小的噴嘴（其直徑為0.010mm至0.040mm），可產(chǎn)生一道速度為每秒915米（約音速的三倍）的水箭，來進行切割。水刀分為兩種類型：純水水刀及加砂水刀。加砂水刀純水水刀數(shù)控水切割機320MP1.2.2、數(shù)控機床的分類2、按伺服驅(qū)動的控制方式分類開環(huán)控制數(shù)控機床閉環(huán)控制數(shù)控機床半閉環(huán)控制數(shù)控機床數(shù)控機床按照對伺服驅(qū)動被控制量有無檢測反饋裝置可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種，在閉環(huán)系統(tǒng)中，根據(jù)檢測裝置安裝的部位不同又分為半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制兩種。特點：移動部件的速度與位移由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定。位移精度取決于零部件的制造精度。結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、維護方便、成本較低。加工精度不高。適于經(jīng)濟型數(shù)控機床及舊機床的數(shù)控化改造。

開環(huán)控制系統(tǒng)不帶檢測和反饋裝置的控制系統(tǒng)步進電動機滾珠絲桿滑板（工作臺）特點：

間接

測出機床運動部件的位移，經(jīng)反饋回路送回控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，并與控制值相比較，用差值進行控制，實現(xiàn)比較

精確定位?？刂凭鹊陀谌]環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制穩(wěn)定好、調(diào)試及維護比較方便、成本較高。加工比較精度高。適于中檔數(shù)控機床。

半閉環(huán)控制系統(tǒng)在中間元件上安裝檢測和反饋裝置的控制系統(tǒng)特點：

直接

測出機床運動部件的位移，經(jīng)反饋回路送回控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，并與控制值相比較，用差值進行控制，實現(xiàn)最終精確

定位?？刂凭戎饕Q于檢測裝置的精度（理論上）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制穩(wěn)定難以保證、調(diào)試及維護困難、成本高。加工精度高。適于高檔數(shù)控機床。

閉環(huán)控制系統(tǒng)在最終執(zhí)行件上安裝檢測和反饋裝置的控制系統(tǒng)四、數(shù)控機床的主要性能指標(biāo)（一）規(guī)格指標(biāo)規(guī)格指標(biāo)是指數(shù)控機床的基本能力指標(biāo)。主要有以下幾個方面

（1）主參數(shù)尺寸。代表機床規(guī)格的大小，反映機床的加工能力。（2）行程范圍。反映機床坐標(biāo)軸允許的加工范圍。（3）擺角范圍。影響具有擺角坐標(biāo)的數(shù)控機床加工零件空間部位的能力。（4）主軸轉(zhuǎn)速。一般應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍。（5）進給速度。影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及刀具壽命。（6）刀庫容量及換刀時間。影響數(shù)控機床（加工中心）的生產(chǎn)效率。（7）承載能力。機床能承載的加工工件的最大重量。（8）主軸功率和進給軸扭矩。主軸功率和進給軸扭矩反映了機床切削能力，也間接反映了機床剛度和強度能力。CK616i機床主要規(guī)格參數(shù)項目內(nèi)容

單位

參數(shù)

能力床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑mmφ320滑板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑mmφ175最大工件車削直徑mmφ175（電動四方刀架）機床頂尖距mm750主軸主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min30-260,260-2000（二檔，無級）主軸電機功率Kw4.0/5.5主軸孔錐度/通孔直徑MT/mmNo:5/φ30主軸頭外錐度（長錐）/φ75×1:4主軸輸出扭矩N.m高速段：30，低速段：220進給X、Z軸快速移動速度m/minX：8，Z：10X、Z軸進給電機扭矩/功率Nm/KwX：5/1.05，Z：7.5/1.57刀架刀架形式/標(biāo)準(zhǔn)：四位電動，選擇：排刀外圓車刀規(guī)格mm20×20尾架套筒直徑/行程mmφ60/95套筒內(nèi)孔錐度MTNo：4其它機床占地面積（長×寬）mm2290×1100凈重Kg1600NC系統(tǒng)/標(biāo)準(zhǔn)：華中數(shù)控項目單位規(guī)格參數(shù)工作臺工作臺規(guī)格長×寬mm800×420T型槽尺寸槽寬mm3×18×125(中央T型槽)工作臺最大載重kg500坐標(biāo)范圍X坐標(biāo)mm600Y坐標(biāo)mm420Z坐標(biāo)mm520主軸中心線距Z向?qū)к壝婢嚯xmm511主軸端面距工作臺上平面距離mm150--670進給X、Y、Z向切削進給速度mm/min0—10000X、Y、Z向快速進給速度m/minFANUC系統(tǒng)24、24、20主軸系統(tǒng)主軸最高轉(zhuǎn)速r/min8000主軸功率kW7.5/11主軸錐孔NO.40(7:24)主軸軸承潤滑方式油脂潤滑精度X/Y/Z定位精度(國標(biāo))mmX、Z:0.020Y:0.016X/Y/Z重復(fù)定位精度(國標(biāo))mmX、Z:0.008Y:0.006加工能力最大鉆孔直徑mmΦ22最大鏜孔直徑mmΦ100其它設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)符合ISO標(biāo)準(zhǔn)工作電源AC380V±10%；50HZ工作環(huán)境溫度8—40度，濕度≤80%，氣壓0

.5Mpa機床輪廓尺寸(全防護)mm2376×2246×2458主機重量(全防護)kg4400XD-40A數(shù)控銑床主要技術(shù)規(guī)格參數(shù)（二）精度指標(biāo)

1.分辨率與脈沖當(dāng)量分辨率兩個相鄰的分散細節(jié)之間可以分辨的最小間隔。?對測量系統(tǒng)：可以測量的最小增量。?對控制系統(tǒng)：可以控制的最小唯一位移量脈沖當(dāng)量

單位脈沖作用下進給軸移動的距離。?單位：mm/脈沖如0.001mm/P?脈沖當(dāng)量的大小與數(shù)控系統(tǒng)的水平有關(guān)。0.01～0.001～0.0001～納米級（簡易數(shù)控機床～普通數(shù)控機床～精密數(shù)控機床～超精密機床）?脈沖產(chǎn)生：運動控制指令（