简述数控机床概念和分类

1、数控机床基本概念（2018-11-23 ）目录一、数控机床的定义1、定义2、历史背景3、数控技术4、数控机床特点二、数控机床的组成1、NC 程序2、数控装置3、伺服系统4、机床本体5、检测装置三、数控机床的分类1、按工艺用途分类1）一般数控机床2）数控加工中心2、按运动轨迹分类1）点位控制2）点位直线控制数控机床3）轮廓控制数控机床3、按伺服系统控制方式分类 ）开环系统 12）闭环系统3）半闭环系统4、按同时控制的坐标轴分类1）两坐标 NC 机床2）三轴联动的 NC 机床3）四坐标联动4）五坐标联动5）“超五坐标” NC 机床及实质四、数控加工中的几个基本概念1、机床的切削运动2、数控编程方法

2、五、数控机床的特点与发展趋势1、现代数控机床的特点2、数控机床的发展趋势一、数控机床的定义1、定义： 数控机床( Numerical Control Machine Tools ) 是采用数字技术形式控 制的机床。即凡是用数字化的代码将加工过 程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移等信息 用数字化的指令 (记录在程序介质上 ) 表示出来， 并送入计算机或数 控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动， 加工出所需工件的一类机床即为数控(NC)机床。2、数控机床产生的历史背景1) 40 年代后期，美 John T. Parsons 提出了数控机床构 即用记录有坐 想

3、设想通过控制机床的微小增量运动来加工机翼曲面 标位置的数据的穿孔卡来控制机床的动作，以实现曲线、曲面的加 工。随后美国空军投入大量军费给 MIT 伺服机构实验室。2) 1952 年 MIT 第一台数控机床样机研制成功1953 年 开始应用初步应用MIT 开发了 APT 编程系统3) 飞机制造企业对数控机床需求的发展起了推动作用。 飞机结构复杂 、精度要求高、大量复杂曲面形状零件、 产量小、转型快，其生产特点决定了其急需 NC设备， 从而为数控机床的发展应用提供了机遇。3、数控技术 (NUMERICALCONTRO)L1) 概念: 以数字化信息实现控制的应用技术2) 分类 : 硬件数控技术：以硬

4、件作为控制器 靠硬件完成运算 ;功能简单; 存储量小 计算机控制 (CNC): 以计算机作为控制器 靠软件完成运算 ;功能强; 存储量大3) 数控系统对机床控制的类别 :顺序控制 : 换刀、主轴调速、冷却液关启、工作台限位等 数字控制 : 进给传动控制，即对刀具、工作台的运行的 顺序、位移量度以至速度实现控制。4、数控机床的优点 传统机械式自动机床、仿形机床的缺点：1) 需要辅助工装 自动机床需要制作凸轮、挡块等辅助装置 需要制作标准零件仿形机床2) 加工过程是模拟量传递3) 加工精度低4) 加工零件变更需重新准备辅助装置 数控机床优点：1) 提高加工精度，保证同批零件的一致性2) 提高生产效

5、率，一般可提高加工效率 35 倍3) 适合于复杂形状零件加工(只提高了编程难度，而无须各种工装)4) 有利于实现管理和机械加工的自动化5. 数控机床的缺点1) 设备造价昂贵，机时费用高2) 工作环境要求苛刻(温度、湿度、灰尘等)3) 操作、编程、维修保养人员素质要求高二、数控机床的组成1. 数控机床的主要组成部分1) NC程序(控制介质)：包含加工过程中的所有信息 几何信息：确定加工零件的几何形状， 如位移、圆心、曲面法 矢量等 . 辅助功能信息：说明加工条件，如刀具几何参数、进给速度和主 轴转速、开关冷却液、 程序结束等 . 准备功能信息：说明插补类型、加工坐 标平面、实现刀具半径 补偿等.

6、NC程序传入NC机床的途径键盘手工敲入 、穿孔纸带 、拷贝、 I/O 通讯接口2) 数控装置：由输入装置、控制器、运算器和输出装置组成。输入装置：接收外部的输入程序并存储. 控制器：控制和协调数控装置各部分协调工作 运算器：接收控制信息，对集合信息进行插补运算并向输出装置 发出进给脉冲 输出装置：将脉冲输出给伺服系统3) 伺服系统 ( 数控机床运动的动力装置 ) 伺服系统是数控装置与机床本体间的传动联系环节，可以将来 自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，使工作台精确 定位或按规定的轨迹做严格的相对运动，最后加工出符合图纸的零 件。4) 机床本体 机床本体指的是数控机床的机械构造实体。

7、它与普通机床的差 别，主要是机械传动的结构和功能部件要求更高。机床本体主要由 床身、导轨、各运动部件、工作台、 刀库、排屑器等组成。5) 检测装置 在机床的坐标轴中安装有光栅尺 等来实时监测运动部分的位 移量,并与理论值比较 , 以确定需补充的运动脉冲量。三、数控机床的分类1、按工艺用途分类一般数控机床数控铣床类别 : 立铣、卧铣、龙门铣等用途 : 二维轮廓、复杂结构、复杂型面等 ，可用于孔加工 工作特点：切削时刀具运动方向不受方向限制数控车床 用途：用于加工回转类零件 工作特点：刀具不旋转，零件旋转，刀具只做轴向与径向运动。数控镗床 用途：用于精度较高的孔加工 工作特点：工作时镗刀只能沿机床

8、主轴方向运动 精度等级： 0.01mm 以内数控钻床 用途：传统机械孔及电子线路版孔加工 工作特点：刀具旋转 , 钻孔时钻头只做轴向进给 效率极高， 300-400 孔分，孔径：可达 0.1mm/min数控冲床 用途：用于钣金件的孔与形状加工 工作特点：工作时，冲头不旋转，只做轴向进给 效率高， 300-500 孔分数控磨床 用途：用于配合面的加工，表面质量精度高 工作特点：磨头高速旋转 , 可做三个方向的运动 精度等级： 0.005-0.001mm 以内数控加工中心 带有刀库及自动换刀装置的数控机床，习惯上称为加工中心 Machining Center, 可使多道工序在一次装夹中完成，使加工

9、精度 和效率大大提高。加工中心的优点：a. 可以减少机床数量，便于管理，对于多工序的零件只要一台机床就能完成全部工序加工，并可以减少半成品的库存率；b. 可以减少多次装夹的定位误差，提高零件加工精度c. 由于工序集中，减少了辅助时间，提高了生产率；d. 大大减少了专用工夹量具的数量，进一步缩短了生产准备时间， 降低了成本 。2. 按运动轨迹分类1) 点位控制( Positioning Control )数控机床特点：只控制起点和终点的精确位置，与中间过程无关 共性：中间过程属 “非切削段”包括： 数控钻、数控镗、数控冲床和数控测量机2) 点位直线控制数控机床这类机床不仅能保证刀具在相关点的定位

10、，还要控制刀具沿某一 个坐标轴方向作直线运动的速度和路线。它是点位控制和单坐标控 制的结合，可有多个坐标但不能联动，起终点之间属 “切削段” 该类设备有：简易数控车床、数控铣床等 加工零件类型：带台阶的圆柱零件、方形零件3) 轮廓控制数控机床实现两个或两个以上坐标做关联运动，即联动 控制内容：程序规定的轨迹、速度 该类设备有：数控车床、数控铣床、数控磨床和电加工机床等。 加工零件类型：可加工曲线、曲面类零件3. 按伺服系统控制方式分类成本低,中小型设备 ,精度低, ：无反馈 开环系统 闭环系统：有反馈 , 精度高,精密、大型设备 , 成本高 半闭环系统：有部分反馈 ,精度较高,中小型设备 ,成

11、本适中4. 按同时控制的坐标轴分类1）两坐标NC机床：类型：线切割、二坐标铣（二轴半） 用途：可加工二维轮廓零件。2）三轴联动的NC机床:可实现 X 、 Y 、Z 三个坐标联动 用途：可用于加工曲面类零件3）四坐标联动 :除X、Y、Z外还可和另一旋转轴实现联动按旋转轴划分：XYZA、XYZE、XYZC用途：可加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零 件和平面内斜孔的壳体类零件。与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。4）五坐标联动：除X、Y、Z外还可和两个旋转轴实现联动（XYZAE、XYZAC、XYZEC） 结构：两个旋转坐标都在主轴上； 两个旋转坐标都在工作台上； 一个旋转坐标在主轴上

12、，另一个在工作台上用途：理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零 件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶 盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件四、数控加工中的几个基本概念1. 机床的切削运动 概念：刀具相对工件运动，并进行切削的过程。 切削运动是相对运动，一般视工件为静止，而刀具运动 切削运动的构成：刀具的整体移动：平移 摆动 刀具自身的旋转运动2. 数控编程方法 数控编程可以分为手工编程和自动编程两种 手工编程：是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸 分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、 计算数控机床所需输 入的数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验，均由人工自动编程 ：即用计算机来实现零件的数控编程工作，即把零件的几 何尺寸和数据输入计算机，根据计算机建立的零