對數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識

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一、數(shù)控機(jī)床的分類

按工藝用途

L金屬切削類數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床。金屬切削機(jī)床是采用切

削的方法把金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器,

所以又稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”，習(xí)慣上簡稱機(jī)床。

2.金屬成型類數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控沖床。

3.數(shù)控特種加工機(jī)床，如數(shù)控電火花機(jī)床。特種加工與切削加

工的不同之處在于：

（1）.主要利用電、光、聲、熱、化學(xué)等能量而非機(jī)械能來去

除材料。

（2）.工具硬度可低于被加工材料硬度。

（3）.加工過程中工具和工件間不存在顯著的切削力。

（4）.從原理上來說特種加工可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌

性、脆性的金屬或非金屬材料。

4.其他類型的數(shù)控設(shè)備。

按運(yùn)動方式分類

L點(diǎn)位控制系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或工作臺，從一點(diǎn)唯

確地移動到另一點(diǎn)，而點(diǎn)與點(diǎn)之間運(yùn)動的軌跡不需要嚴(yán)格控制的系

統(tǒng)。

2.點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)不僅控制道具或工作臺從一

個點(diǎn)準(zhǔn)確地移動到另一個點(diǎn)，而且保證在兩點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡是一

條直線的控制系統(tǒng)。

3.輪廓控制系統(tǒng)：也稱連續(xù)控制系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€

或兩個以上的坐標(biāo)軸同時進(jìn)行嚴(yán)格連續(xù)控制的系統(tǒng)。

按控制方式分類

1.開環(huán)控制系統(tǒng)。無反饋，誤差相對較大；系統(tǒng)精度較低

（±0.02mm）,但具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、使用維修方便及成本低

等優(yōu)點(diǎn)。

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2.半閉環(huán)控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位

移檢測裝置，通過檢測伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲桿轉(zhuǎn)角間接檢測移動部件

的唯一，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)

行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動部件補(bǔ)充位移，指導(dǎo)差

值消除。系統(tǒng)調(diào)試方便，穩(wěn)定性好，目前應(yīng)用廣泛。

3.閉環(huán)控制系統(tǒng)。在機(jī)床移動部件位置上直接裝有

直線位置檢測裝置，將檢測到的實(shí)際位移反饋到數(shù)控位置的比較中，

與輸入的原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值控制移動部件補(bǔ)

充位移，直到差值消除。閉環(huán)控制系統(tǒng)定位精度高（一般±0.01mm,

最高可達(dá)±0.001mm）,一般應(yīng)用在高精度數(shù)控機(jī)床上，由于系統(tǒng)增

加了檢測、比較和反饋裝置，所以結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)試維修比較困

難。

注：反饋：（1）速度反饋（測速發(fā)電機(jī)、編碼

器）。

（2）位置反饋（光柵尺、磁尺）。

二、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

1,主傳動系統(tǒng)

主軸一一

變速形式：

帶有變速齒輪的主傳動。有極變速，優(yōu)點(diǎn)：低速時能夠獲得較

大的轉(zhuǎn)矩，一部分小型數(shù)控機(jī)床也使用這種傳動方式，以獲得強(qiáng)力

切削時所需要的扭矩?；讫X輪的移位大都是采用液壓撥叉或直接

由液壓缸帶動齒輪來實(shí)現(xiàn)。

通過帶傳動的主傳動。應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，采用綜合了

帶、鏈傳動優(yōu)點(diǎn)的同步帶傳動，（同步帶傳動優(yōu)點(diǎn)：無滑動、傳動

比準(zhǔn)確；傳動效率高可達(dá)98%以上；適用范圍較廣，速度可達(dá)50m/s,

傳動比可達(dá)10左右；維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。不足之處：安裝

時中心距要求嚴(yán)格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。）

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由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動的主傳動。三相異步電動機(jī)+變頻器（粗加

工機(jī)床）；伺服電機(jī)+伺服驅(qū)動器（精加工機(jī)床）。

2.伺服系統(tǒng)一一

是計(jì)算機(jī)（或其他數(shù)控計(jì)算裝置）與機(jī)床主體相連的主要裝

置。

3.進(jìn)給系統(tǒng)——

滾珠絲桿螺母副。在傳動時，滾珠與絲桿、螺母之間基本上是

滾動摩擦，所以具有以下優(yōu)點(diǎn)：傳動效率高；摩擦力小；使用壽命

長；經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)的剛度；反向運(yùn)動時無

空行程，可以提高軸向運(yùn)動精度。缺點(diǎn)：制造成本高；不能實(shí)現(xiàn)自

鎖。制造材料：合金鋼（不變形、耐磨）。

導(dǎo)軌。目前普遍使用的導(dǎo)軌有：滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)

軌，塑料導(dǎo)軌因其良好的動、靜摩擦特性和耐磨性、無爬行、減振

性等優(yōu)點(diǎn)，大有取代滾珠導(dǎo)軌之勢。塑料導(dǎo)軌（導(dǎo)軌滑動面上貼有

一層抗磨軟帶，導(dǎo)軌的另一滑動面為淬火磨削面，軟帶是以聚四氟

乙烯為基材，添加合金粉和氧化物的高分子復(fù)合材料。）

4.工件實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、定位的裝置及附件一一

數(shù)控機(jī)床常用的位置檢測元件

直線型：磁尺、計(jì)量光柵、激光干涉儀等。

旋轉(zhuǎn)型：旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等。

5.自動換刀裝置

自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足基本要求包括：換刀時間短；重復(fù)定位

精度高；足夠的道具儲存量；刀庫占地面積小。加工中心和數(shù)控銃

床最大的區(qū)別就是一加工中心多了一個刀庫。

6.實(shí)現(xiàn)某種動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置

如液壓、氣動、潤滑、冷卻等系統(tǒng)及排屑、防護(hù)裝置。

7.實(shí)現(xiàn)其他特殊功能的裝置

如監(jiān)控裝置、加工過程圖形顯示、精度檢測等。

三、數(shù)控機(jī)床的工作原理

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四、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

1.加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量。

2.可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件。

3.加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)

備。

4.機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率

高（一般為普通機(jī)床的3—5倍）。

剛性：抵抗變膨的能力。

柔性：柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統(tǒng)適應(yīng)外部

環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來衡量；第二方

面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，可用在有干擾（如機(jī)器出現(xiàn)故障）情

況下，系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比來衡量。

“柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動化生

產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率很高，由于

設(shè)備是固定的，所以設(shè)備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低。但價

格相當(dāng)昂貴，且只能加工一個或幾個相類似的零件，難以應(yīng)付多品

種中小批量的生產(chǎn)。隨著批量生產(chǎn)時代正逐漸被適應(yīng)市場動態(tài)變

化的生產(chǎn)所替換，一個制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很

大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、

較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當(dāng)重要的位置。

柔性主要包括

1）機(jī)器柔性當(dāng)要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時，機(jī)器隨產(chǎn)

品變化而加工不同零件的難易程度。

2）工藝柔性一是工藝流程不變時自身適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變

化的能力；二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應(yīng)產(chǎn)品或原材料變化而改變相應(yīng)工

藝的難易程度。

3）產(chǎn)品柔性一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟(jì)

和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；二是產(chǎn)品更新后，對老產(chǎn)品有用特

性的繼承能力和兼容能力。

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4）維護(hù)柔性采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進(jìn)

行的能力。

5）生產(chǎn)能力柔性當(dāng)生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的能

力。對于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要。

6）擴(kuò)展柔性當(dāng)生產(chǎn)需要的時候，可以很容易地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu),

增加模塊，構(gòu)成一個更大系統(tǒng)的能力。

7）運(yùn)行柔性利用不同的機(jī)器、材料、工藝流程來生產(chǎn)一系

列產(chǎn)品的能力和同樣的產(chǎn)品，換用不同工序加工的能力。

5.機(jī)床自動化程度高，可以減輕勞動強(qiáng)度。

鉆床：指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)

動，鉆頭軸向移動為進(jìn)給運(yùn)動。鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加工精度相對較低，

可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴(kuò)、鉤孔，較孔或進(jìn)行攻絲等

加工。加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，

并使刀具轉(zhuǎn)動（主運(yùn)動）。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動，刀具做旋轉(zhuǎn)

運(yùn)動。

鍵床：主要用鍵刀對工件已有的預(yù)制孔進(jìn)行鍵削的機(jī)床。通常，健

刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，鈴刀或工件的移動為進(jìn)給運(yùn)動。它主要用于加工

高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精

加工有關(guān)的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件還可進(jìn)行鉆

削、錢削、切它的加工精度和表面質(zhì)量要高于鉆床。鏡床是大型箱

體零件加工的主要設(shè)備。螺紋及加工外圓和端面等

車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床。在車床上還

可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、較刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應(yīng)的加

工。

銃床系指主要用銃刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通