我对数控专业的认知

1、目 录摘 要.第一章 数控机床的概述.第二章 数控机床的分类.第三章 数控技术的应用与发展第四章 数控车间培训.第五章 数控机床加工程序的编写.第六章 加工程序的编写第七章 数控机床的伺服驱动及控制第八章 结论.参考文献.后 记.摘要数控机床就是运用计算机队机床的机械加工过程进行数字化的自动控制。数控系统、伺服系统、主传动系统、强点控制柜、机床本体和各类辅助装置组成一台数控机床。我们从这些系统中学习，了解各各细微和基础。关键词：数控系统、伺服系统、主传动系统、强点控制柜、机床本体第一章 数控机床的概述一、数控机床的特点数控机床就是运用计算机队机床的机械加工过程进行数字化的自动控制。具体来说：数

2、控机床是通过将机床的各种动作、工件的形状尺寸以及机床的其它功能编制程序，精确控制机床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制机制各个部件的动作（如：主轴转速、进给速度、换刀、工件夹紧放松、工件交换、冷却液开关等）来完成机械加工工件的。它是一种集中了传统的自动（专用）机床、精密机床和万能机床三者的优点，即中和了专用机床的高效率、精密机床的高精度、万能机床的高柔性的新型机床。 数控机床一般由数控系统、伺服系统、主传动系统、强点控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。1数控系统它是机床实现自动加工的核心。主要由操作系统、主控制系统、可编程控制器、各种输入输出接口等组成。其中操作系统由显示器和操

3、纵键盘组成，显示器有数码管、crt、液晶等多种形式。主控制系统与计算机主板有所类同，主要由CPU、存储器、控制器等部分组成。数控系统所控制的一般对象是位置、角度、速度等机械量和温度、压力、流量等物理量，其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。 2伺服系统它是数控系统与机床本体之间的电传动联系缓解。主要由伺服电动机、驱动控制系统及位置检测反馈装置等组成。伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置检测反馈信号比较后作为位移指令，再经驱动控制系统功率放大后，驱动电动机运转，从而通过机械传动装置拖动工作台或刀架运动。 3主传动系统它是机

4、床切削加工时传递扭矩的主要部件之一。一般分为齿轮有级变速和电器无级调速两种类型。但较高档的数控机床都要求实现无极调速，以满住各种加工工艺的要求。它主要由主轴驱动控制系统。主轴电动机以及主轴机械传动机构等组成。 4强电控制柜它主要用来安装机床强点控制的各种电器元器件，除了提供数控、私服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在可编程控制器的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元器件之间起叫梁连接作用，及控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。主要起到扩展节点数和扩大触点容量等作用。5辅助装置它主要包括ATC刀具自动交换机构、APC工件自动交

5、换机构、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、冷却液装置、排屑装置、过载与限位保护功能等部分，但根据机床加工功能与类型不同，所包含的部分也不同。6机床本体他指的是数控机床机械结构实体。它与传统的普通机床相比较，同样由主传动机构、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成。 二、数控机床的工作原理首先实现数控程序的编制。即根据零件图的设计要切，编制数控加工程序，如确定加工路线、工序内容、切削用量、行程等，再按编程手册的有关规定编制数控加工程序单。然后通过键盘或其他输入设备输入，送入数控系统后再经过调试、修改，最后把它存储起来。加工时就按所编程序进行有关数字信息处理，一方面通过插

6、补运算器进行加工轨迹运算处理，从从而控制伺服系统驱动机床个坐标轴，保证道具与工件的相对位置按照被加工零件的形状轨迹进行运动，并通过位置见车反馈以确保其位置精度。第二章 数控机床的分类数控机床的品种规格繁多，根据数控机床的功能和结构组成，一般可以按三种方法分类。一、按控制轨迹分类1、点位控制数控机床，2、直线控制数控机床，3、轮廓控制数控机床。点位控制系统数控机床主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床等，其相应的数控系统称为点位控制数控系统。直线控制数控机床主要有数控车床、数控铣床、数控磨床等，其相应的数控装置称为直线控制数控系统。轮廓控制数控机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机、数控缓进给成

7、型磨床、加工中心等。其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统。轮廓控制也称为连续控制。其控制特点是能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关的控制。二轴联动、二周半联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动是它所按控制联动坐标轴数不同分出的主要形式。二、按伺服系统分类伺服系统包括驱动机构和机床移动部件，它是数控机床的执行部分，按控制原理可分为以下三类：1、开环控制数控机床，2、闭环控制数控机床3混合控制数控机床。其中闭环控制数控机床又分为全闭环控制和半闭环控制。混合控制数控机床又有开环补偿型和半闭环补偿型。三、按功能和用途分类按数控系统的空能水平通常把数控系统分为低档、中档、高档三类。大难其

8、基本用途有分为四大类：1金属切削类，2金属成型类3特种加工类4测量、绘图类第三章 数控技术的应用与发展一、数控技术的应用数控技术应用专业培养与中国社会主义现代化建设相适应，德、智、体、美、劳全面发展，牢固掌握文化基础知识、具备从事数控加工和数控设备操作与管理的基础理论知识和综合职业能力，有较强的实践能力，在生产、服务、技术、管理第一线从事数控设备及其它机电设备操作与维护的高素质劳动者和初中级应用型专门人才。二数控技术的发展趋势20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今

9、已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有1020万台，产值上百亿美元。世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同，生产任务饱满。 中国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但

10、总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50，库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，中国向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年8月份的上海数控机床展览会和2001年4月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。但也反映了下列问题：数控车间（1）低技术水平的产品竞争激烈，互相靠压价

11、促销； （2）高技术水平、全功能产品主要靠进口；（3）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；（4）应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；（5）自行开发能力较差，相对有较高技术水平产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前中国是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到19左右，这与西方工业国家一般能达到20的差距太大。日本不到80万台的机床却有近10倍于中国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展中国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年中国产全功能数控

12、机床30004000台，日本1年产5万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口70009000台数控机床，即使这样中国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达810万台，需投入80100亿资金，但得到的经济效益将是投入的510倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入68亿元，用于对1218万台机床的数控化改造。第四章 数控车间培训数控技术经过50年的2个阶段和6代的发展：第1

13、阶段：硬件数控（NC）第1代：1952年的电子管第2代：1959年晶体管分离元件第3代：1965年的小规模集成电路。 第2阶段：软件数控（CNC）第4代：1970年的小型计算机第5代：1974年的微处理器第6代：1990年基于个人PC机（PCBASEO）第6代的系统优点主要有：基于PC平台，技术进步快，升级换代容易；提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）；对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广

14、州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300400套。近10年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步：（1）高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由30004000rmin提高到800010000rmin，铣床和加工中心主轴转速由40008000rmin提高到12000rmin、24000rmin、40000rmin以上?快速移动速度由过去的1020mmin提高到48mmin、60mmin、80mmin、120mmin在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的05G（重力加速度）提高到1

15、52G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 （2）高精度化数控机床的定位精度已由一般的001002mm提高到0008mm左右，亚微米级机床达到00005mm左右，纳米级机床达到0005001m，最小分辨率为1nm（0mm）的数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。（3）复合加工、新结构机床大量出现如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数

16、控的特殊运算方式，特殊编程要求。（4）使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达1000mmin，加工铝件能达5000mmin。（5）数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。第五章 数控机床加工程序的编写零件加工程序是用规定代码来详细描

17、述整个零件加工的工艺过程和机床的每个动作步骤。编程基础普通机床机械加工有操作者按照工艺规程通过手动操作来完成零件的加工。机床操作工的操作技能和水平决定着普通机床的加工质量和机床的效率的发挥。而数控机床与普通机床在机械加工中的根本区别是：数控机床是按照事先编制好的 由计算机自动完成对零件的加工其对所加工零件的质量与加工效率很大程度上取决于所编程序的合理与否。一般来说，数控机床程序编制主要过程包括：分析零件图纸、进行工艺处理；采取数学处理进行数值计算；编写零件加工程序单；输入程序或制备控制介绍；程序检验等。一、编程步骤1、在线编程一些编程软件可恨方便地直接存入CNC系统内，即可实现所谓的在线编程，

18、使得编程和控制一体化，操作者可在机床操作台上直接通过键盘进行编程。数控加工程序编制的一般过程与步骤分析零件图纸工艺处理编写程序单操作键盘输入校验加工生产 数学处理 复制程序存储介质工艺处理涉及问题很多，需注意：1 确定加工方案2 工件夹具的设计和选择3 正确选择工件坐标原点4 确定机床换到点5 选择合理的走刀路线6 合理选择刀具7 确定合理地切削用量8 确定有关辅助装置在加工过程中的先后动作要求。二、编程代码与指令格式代码是代表信息的符号体系。数控加工所用的信息代码（如字母、数字和符号）代表数控加工的二进制数编码可用纸带上的以行孔来表示。1数控程序的指令代码零件程序所用的代码，主要有准备功能G

19、指令、进给功能F指令。主轴速度S指令、道具功能T指令、辅助功能M指令。2零件加工程序结构与格式加工程序主要由程序号、程序段和程序结束等组成加工程序由程序段组成。程序段由程序段号（N后继若干个数字）、程序内容，后加程序段结束符构成。3主程序与子程序一组数控程序段在一个程序中多次出现，或在几个程序中都要使用它，威力缩短程序，可以把这组程序段按规定的格式写成一个新的程序单独存储，以供另外的程序调用。这种程序就叫子程序。4 变量参数编程与用户宏程序变量又分公共变量、局部变量和系统变量三类。变量的演算主要包括加、减、乘、除、逻辑或、逻辑或非和逻辑与非等几种运算。如FANUC-6系统分别用以下形式表示：#

20、i=#j+#k#i=#j-#k#i=#j*#k#i=#j/#k#i=#jor#k#i=#jxor#k#i=#jand#k第六章 加工程序的编写一、数控机床坐标系确定1. 数控机床坐标轴的运动方向及其命名在数控加工中，数控机床是按照规定的程序在一定的坐标系进行自动加工零件的。为了便于编程时描述机床的运动，数控机床的坐标轴和运动方向，应有统一规定，并共同遵守，这样有利于程序编制和保证同类数控机床的数据具有互换性，也将给数控系统和机床的设计、程序编制和使用维修带来极大的便利。2、数控机床坐标系与工作坐标系数控机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。机床坐标系的原点称为机床零点（X=0，

21、Y=0，Z=0），机床零点是机床上的一个固定点，有制造厂确定。它是其它所有坐标吸入工件坐标系、编程坐标系，以及机床参考点的基准点。工件坐标系是用确定工件几何图形上各几何要素的位置而建立的坐标系。工件坐标系的原点既是工件零点。3、绝对坐标绝对坐标系是指所有坐标点的坐标志军葱末以固定坐标原点计量的坐标系。4、与坐标相关的G指令G90绝对坐标值编程指令；G91相对坐标值编程指令;G92工件编程坐标系设定的预置寄存指令G53G59零点偏执设定指令G17，G18，G19差不坐标平面设定指令二、常用指令介绍 G00快速定位指令；G01直线插补指令；G02、G03圆弧插补指令编程实例车加工编程实例例、零件如

22、图所示：毛坯外径24mm，卡盘爪外长度40mm，试绘制其数控加工程序。解：1.根据图样要求，确定工艺方案及工艺路线。按先主后次的加工原则，确定其工艺路线。即先切削外轮廓面再自右向左加工，其路线为;先倒角车削10外圆倒角车削16切小圆弧部分2. 选择刀具。3. 确定切削用量。车外圆时，主轴转速确定为630r/min，进给速度选为F15。4. 编写程序单，确定O为工件坐标系的原点，A点未对刀点，既是程序的起点。完成的该零件加工程序单如下：N010 G92 X55. Z47. 设置工作坐标系N020 G00 X4. Z35. S630 M03 快速进刀N030 G01 X10. Z31. F15 倒

23、角N040 X10. Z17. 车10N050 X14. Z17. 退刀N060 G01 X16. Z16. 倒角N070 G01 X16. Z4. 车16N080 G02 X24. Z0 I4. J0 圆弧NO9O G00 X55. M05 退主起点N100 M02第七章 数控机床的伺服驱动及控制伺服系统是数控系统的重要组成部分，伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。因此，伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。数控机床的伺服系统是以CNC插补器的输出信号作为输入来控制机床部件的位置和速度的自动控制系统，也称随动系统，进给拖动系统。对数控功能的基本要求：1准听数控。2角度分析控制

24、。3最低进给速度到最高进给速度范围都能稳定运行平滑过渡。4进给电机应具有大和较长时间的过载能力，一般能过载45倍左右，持续时间达10Min以上，转动惯量要小。5满足快速响应的要求，一般进给伺服电机做成细长，高档电机具备400rad/s2以上的加速度，保证电机在0.2s以内能从静止起动到1500rad/min。6电机应能承受频繁的启动、制动和反转，20次/min以上。伺服系统的类型1按调节理论分类开环伺服系统。开环伺服系统既无位置反馈的系统，器驱动元件主要是功率步进电动机或电液脉冲马达，这两种驱动元件不用位置检测元件实现定位，而是靠驱动装置本身，转过的角度正比于指令脉冲的个数，运动速度又进给脉冲的频率决定。闭环伺服系统。闭环系统实际上是误差控制的随动系统，数控机床进给系统的误差是CNC输出的位置指令和机床工作台移动实际位置的差值。半闭环系统。位置检测元件装载进给电机轴上，从电机轴到实际位移一般为机械传动不用检测，这个机械传动链的误差一般可看以固定不变的可以用加工程序来补偿，半闭环系统的精度一般低于闭环系统。2.按使用的驱动元件分类电液系统。电液系统的执行元件为液压元件，其前一级为电气元件，驱动元件为液动机和液压缸，常用的有电液脉冲马达和电液伺服马达。电气伺服系统。电气伺服系统全部采用电子器件和电机部件，随着电子业的发展，制造成本越来越低，可靠性越来越高。3按执