数控操作技工培训教材

1、数控操作技工培训教材第一章概论第一节数控机床的基本概念一、数控机床的定义数字控制(numerical control )是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机床运动及其 加工过程进行控制的一种方法，简称为数控(NC)。数控机床，就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。国际信息处理联盟 (I nternatio nal Federatio n of In formation Processi ng ，即IFIP)第五技术委员会， 对数 控机床作了如下定义：数控机床是一部装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指 令规定的程序。定义中所

2、指的那种程序控制系统，就是所说的数控系统。数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字值，并将其译码，从而使机床动作 和加工零件。数控系统包括：数控装置、可编程序控制器、主轴驱动及进给驱动装置等部分。数控机床是一种高度机电一体化的产品。二、数控机床加工机械零件的一般过程金属切削机床加工零件，是操作者根据图样的要求，不断地改变刀具与工件之间的运动参数(位置、 速度等)，使刀具对工件进行切削加工，最终得到所需要的合格的零件。数控机床的加工，是把刀具与工件的运动坐标分割成一些最小的单位量，即最小位移量，由数控系统 按照零件程序的要求，使坐标移动若干个最小位移量，从而来实现刀具与工件的相

3、对运动，以完成零件的 加工。通过图1-1，可以了解数控机床加工机械零件的原理。例如，在平面上，要加工任意曲线L的零件。要求刀具T沿工件形状的曲线轨迹运动，进行切削加工。可以将曲线L分解成： l0 , l1 , l2, h等线段。牛。要求刀具T沿工件形狀的曲线轨迹运动*在数控加工中，使数控机床动作的是数控装置给数控机床传递运动命令的脉冲群，每一个脉冲对应于 机床的单位位移量。在进行曲线加工时，可以用一给定的数学函数，来模拟线段 li。根据给定的数学函数，如线性函、圆函数或高次函数，在理想的轨迹或轮廓上的已知点之间，进行数 据点的密化，确定一些中间点的方法，称之为插补。按照规定的直线，给出两端点间

4、的插补数字信息，借此信息控制刀具的运动，加工出理想的曲面，称 为直线插补。而按照规定的圆弧、其它二次曲线或高次函数，给出两端点间的插补数字信息，控制刀具运动，加工出理想的曲面，则称为圆弧插补、二次曲线插补（如抛物线插补）或高次函数插补（如螺旋线插补）等。处理这些插补的算法，称之为插补运算。数控装置，就是一台能够接受零件图样加工要求的信息，并按照一定的数学模型进行插补运算。实时 地向各坐标轴发出速度控制指令（如 Vzi , Vyj等等）及切削用量的特殊用途的电子计算机。除了数控装置以外，为了使数控机床运转，还需要有一个足够的功率，能快速响应的驱动装置。在数控机床上采用的驱动装置，按其原理基本上是

5、两种控制方式。它是按照任意轨迹信息 （path-information ）的指令 W与实际测量值 X在比较器中比较，形成的控制分量来区分的。1.关断电路（cut-off ）在关断电路中，比较器发出的一个信号，符合X-W=02调节电路（regulation ）信号由调节电路送到执行机构时X-W 0关断电路原理，用于点位（poi nt-to-poi nt）控制，而调节电路则用于轨迹（contin uous-path ）控制。点位控制和直线控制一般是单轴或两轴联动。而连续轨迹控制则是两轴或者两轴以上的联动。当然，数控机床要实现数控加工，还必须有能满足和实现上述加工方式要求的机床主机、刀具以及其 它一

6、整套辅助、配套设备。所以，只要具备了数控装置、驱动装置、机床主机以及相应的配套设备，就可以组成一台数控机床， 完成各种零件的数控加工。三、发展数控机床的原因近代，大工业生产大量采用了刚性自动化。在汽车工业及轻工消费品生产方面，采用了大量的组合机 床自动线，生产流水线；在标准件（如螺钉、螺母及带轮等）的生产中则采用凸轮控制等用于特殊加工的 专用机床。这类机床，适合于大批量零件的生产，但由于建立制造过程较难，所以更换产品及修改生产工 艺需要较长的时间和比较多的费用。进入80年代以来，由于市场竞争激烈，产品更新极为迅速，中、小批量零件的生产越来越多。对于 工业国家来说，中、小批零件的生产几乎占产品数

7、量的75%-80%而且随着航空工业、汽车工业以及轻工消费品生产的高速增长，复杂图形的零件越来越多，精度要求也越来越高。这就使传统的刚性自动化不能 满足要求，而柔性加工的重要性更加突出，可调的柔性自动化也就迅速地发展起来。数控机床就是实现柔性自动化最重要的装备，是发展柔性生产的基础。数控机床的优点：1 ）能完成很多普通机床难以完成，或者根本不能加工的复杂型面的零件加工。因此，数控机床首先 在航空、航天等领域获得应用。在复杂型面的模具加工中，在蜗轮叶片及螺旋桨的加工中，也都得到了广 泛的应用。2）采用数控机床，可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量。由于数控机床是按照预定的程序自 动加工，加工过程

8、不需要人工干预。而且加工精度还可以利用软件来进行校正及补偿。因此，可以获得比 机床本身精度还要高的加工精度及重复精度。3 ）可以提高生产率。采用数控机床比普通机床可以提高生产率2-3倍。尤其对某些复杂零件的加工，生产率可以提高十几倍甚至几十倍。4）可以实现一机多用。一些数控机床，例如加工中心、车削中心等，都可以自动换刀。一次装卡以后，几乎能完成零件全部加工部位的加工，可以替代5-7台普通机床，并节省了厂房面积。5）几乎不需要专用的工装卡具。采用普通的通用工夹具，只需更换程序，就可适应不同品种及尺寸 规格零件的自动加工。6）减少了在制品，从而加速了流动资金的周转，提高经济效益。7 ）大大减轻了工

9、人的劳动强度。数控机床与普通机床的性能对比见表1-1。从表1-1可以看出，数控机床不仅可以节约劳动力，提高劳动生产率，而且可以提高产品质量，对开 发新产品和促进老产品的更新换代、加速流动资金运转和缩短交货期，都起着很大作用。表1-1数控机床与普通机床的对比序 号项目数控 机床普通 机床1加工异形复杂零件的能力强弱序 号项目数控 机床普通 机床7初期投资高低2改变加工对象的柔性程度高低8对操作人员素质的要求高低3加工零件质量和加工精度高低9对生产计划、生产准备和生产调度的要求高低4加工效率高低10运转费（包括人力、原材料、 电力、厂房）低高5设备利用率高低11维修技术及费用高低6产品优化设计与C

10、AD连接 功能高低12对不合格品再加工（即回用）的费用低高但是，数控机床的初期投资及维修技术等费用较高，要求管理及操作人员的素质也较高。合理地选择 及使用数控机床，可以降低企业的生产成本和提高企业的经济效益与竞争能力。综上所述，对于单件、中小批量生产；形状比较复杂，精度要求较高的零件加工；产品更新频繁，生 产周期要求短的加工，大都采用数控机床，可以提高产品质量，降低生产成本，满足用户的要求，获得很 好的经济效益。第二节数控机床的构成及分类一、数控机床的结构特点为保证达到高精度、高效率、高自动化程度，数控机床的结构具有以下一些特点： 高刚度。因为数控机床要在高速和重切削条件下工作，因此机床的床身

11、、工作台、 主轴、立柱、刀架等主要部件，均需具有很高的刚度，工作中应无变形或振动。例如：床身 应合理布筋，能承受重载与重切削力；工作台与拖板应具有足够的刚性，能承受工件重量并 使工作平稳；主轴在高速下运转，应具有高的径向扭钜和轴向推力；立柱在床身上移动，应 平稳，能承受大的切削抗力；刀架在切削加工中应十分平稳而无振动。 高灵敏度。数控机床在自动状态下工作，要求精度比普通机床高，因而运动部件应 具有高灵敏度。导轨部件通常用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等，以减少摩擦力，在低速 运动时无爬行现象。工作台、刀架等部件的移动，由直流或交流伺服电机驱动，经滚珠丝杠 或静压丝杠传动。主轴既要在高刚度、高速下

12、回转，又要有高灵敏度，因而多数采用滚动轴 承或静压轴承。 高抗振性。数控机床的一些运动部件，除了应具有高刚度、高灵敏度外，还应具有 高抗振性，在高速重切削情况下应无振动，以保证加工工件的高精度和高表面光洁度。应该 指出的是，特别要避免切削时的谐振。 热变形小。机床的主轴、工作台、刀架等运动部件，在运动中常易产生热量。为保 证部件的运动精度，要求各运动部件的发热量最少，以防产生热变形。为此，立柱一般采取 双壁框式结构，在提高刚度的同时，使零件结构对称，防止因热变形而产生倾斜偏移。为使 主轴在高速运转中产生的热量最少，通常采用恒温冷却装置，使主轴轴承在运转中产生的热 易于消散。为减少电动机运转发热

13、的影响，在电机上安装有散热装置或热管消热装置。 高精度保持性。数控机床的加工精度较高。在高速强力切削下满载工作，为保证机 床在长期内具有稳定的加工精度，要求数控机床具有高的精度保持性。除了各有关零件应正 确选择材料，以防止使用中的变形和快速磨损外，还要求采取一些工艺措施，如淬火和磨削 导轨、粘贴抗磨塑料导轨等，以提高运动部件的耐磨性。 高可靠性。数控机床在自动或半自动条件下工作，尤其在柔性制造系统中的数控机 床，可在24小时运转中实现无人管理，因此要求机床具有高的可靠性。为此，除一些运动部 件应保证不出故障外，特别是数控系统动作频繁的刀库、换刀机构、托盘、工件交换装置等 部件，必须保证在长期工

14、作中十分可靠。 刀具先进。数控机床要能充分发挥效能，实现高精度、高效率、高自动化，除了机 床本身应满足上述要求外，刀具也必须先进，应有高耐用度，其结构也要合理。对于不同的 数控机床，要有不同的刀具系统及相应的刀片。现代数控机床在技术上的发展趋势，是不断提高精度、效率、自动化程度及智能化。因此，机床的主要部件，如导轨、主轴、工作台、传动丝杠、刀库、机械手、刀具预调装置 等，应符合上述要求。目前，数控机床正向着高速化发展。图2-1是加工中心主轴转速高速化发展趋向图，图2-2是加工中心进给速度高速化发展趋向图。数控机床的主要技术参数的 进展情况见表2-1，数控机床的结构要求及其对策见表2-2。表2-

15、1数控机床主要技术参数的发展序 号项目50年代末60年代初60年代末70年代80年代新近水平1主轴速度（r/min）200030006000800010000100002快速进给（m/min）4.86 9.8101524 363定位精度（ym）± 20± 15± 10± 8土 3± 5土 14重复精度（ym）108520.55加工圆弧真圆度（ym）5025201046刀具交换（ATC）刀 具数（把）ATC1648ATC1660ATC30 120刀具管理120刀具管理系统1207工件更换（APC）无APC无APCAPCAPC多个托盘，FMS，无

16、人运输车APC多个托 盘，FMS8数控系统真空管晶体管ICLSI，磁泡存储器16、32位微 处理器，彩色CRT32、64位微处 理器，MAP表2- 2数控机床的结构要素及其对策项目注意要点床身结构导轨主轴驱动控制机床设计1. 根据精度要求正确布 局2. 在确保精度条件下， 提高效率和自动化程 度高精度，复杂结构时特 别注意布局合理V V多用超高精度轴承（液 体静压）驱动源隔离高分辩率一般精度时注意刚性V 平、平平多用高精度滚动轴承直接传动半闭环简单结构时注意可靠性平-平轴承间适当距离直接传动精度1. 提高关键部件精度2. 采取工艺措施提高精 度保持性3. 采用精度补偿米用长年变化抑制对策非悬伸

17、导轨准直调整消除各种间隙闭环、数字化时效处理对悬伸进行支撑前后支承孔高同心度消除驱动不平衡半闭环加补偿刚度1. 提高部件刚度2. 一体化适当布筋3. 预加载荷接合面提高刚度加适量预加载荷支承间距离大时加粗 轴径高刚度伺服电机一体化适当布筋预加载荷，采用合适 磨擦副采用复合轴承，预加载 荷采用大直径滚珠丝 杠，预加载荷伺服刚性化热 变 形1. 减少热源2. 采用对称结构3. 采用冷却措施热源隔离强制润滑强制冷却螺母预加载荷可调整强制空冷对称结构采用减少摩擦对策前轴承轴向支承力持，低粘度润滑剂进给丝杠有轴向力支 承，中空滚珠丝杠低热咼效伺服电机振动1. 采用抗振材料2. 消除不平衡3. 隔离振源咼

18、衰减材料、铸件内腔 夹砂运动面间有合适油 膜、气层回转件平衡，主轴电机隔离驱动电机隔离振动接合面减少摩擦适当的摩擦衰弱措施主轴、电机轴对准隔振离合器加减速控制可靠性1. 结构上尽量简化2. 提高各元部件质量足够刚度不变形咼耐磨减摩擦材料 适当润滑高刚度 正确润滑平衡 隔振高质量元件、系统 适应控制伺 服1. 高刚度2. 高应答，高灵敏度提高伺服刚度高精度控制，高速应答5 / 64二、数控机床的构成及其功能特点（一）构成 数控机床一般由下列几个部分组成（见图 1 2）1）主机 是数控机床的主体，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。2）CNC 装置是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、 C

19、RT 显示器、键盘、纸带 阅读机等）以及相应的软件。3）驱动装置 是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给驱动单元、 主轴电机及进给电机等。4 ）数控机床的辅助装置 指数控机床的一些必须的配套部件， 用以保证数控机床运行。 它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监 控检测装置。5 ）编程机及其他一些附属装备。（二）功能和特点1. 主机 主机是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。根据不同的零件加工 要求，有车床、铣床、钻床、镗床、磨床、重型机床、电加工机床以及其它类型。与普通机 床不同的是，数控机床的主机结构上具有以下特点：1）由

20、于大多数数控机床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械 传动结构得到了简化，传动链较短。2）为了适应数控机床连续地自动化加工，数控机床机械结构具有较高的动态刚度，阻 尼精度及耐磨性，热变形较小。3）更多地采用高效传动部件，如滚珠丝杠副，直线滚动导轨等。2. CNC （computerized numerical control） 装置 这是数控机床的核心。用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。现代数控机床的数控装置都具备下面一些功能。1）多坐标控制（多轴联动） 。2） 实现多种函数的插补（直线、圆弧、抛物线等）。3）代码转

21、换（EIA / ISO代码转换、英制/公制转换、二十进制转换、绝对值/ 增量值转换等）。4）人机对话、手动数据输入，加工程序输入，编辑及修改。5）加工选择，各种加工循环，重复加工、凹（凸）模加工，镜象加工等。6）可实现各种补偿功能，进行刀具半径、刀具长度、传动间隙、螺距误差的补偿。7）实现故障自诊断。8）CRT 显示，实现图形、轨迹、字符显示。9）联网及通信功能。3. 驱动装置 是数控机床执行机构的驱动部件。 普通机床的主轴和进给系统，主要由电机驱动进给箱及主轴箱的齿轮来实现运动和变速。而数控机床主轴和进给则是由数控装置发出进给指令， 通过电气或电液伺服系统实现的。 当几个进给轴实现了联动时，

22、可以完成点位、直线、平面曲线或空间曲线的加工。一般来说，数控机床的伺服驱动， 要求有好的快速响应性能， 能灵敏而准确的跟踪由数 字控制装置发来的数字指令信号。4. 数控机床的辅助装置他是保证数控机床功能充分发挥所需要的配套部件。 由于这些配套装置包括的面很广， 有电器、 液压、气动元件及系统， 冷却、排屑、防护、 润滑、照明、储运等一系列装置，它对开发数控机床本身的功能具有很大的作用，因此受到 了各产业部门的重视，发展极为迅速。5. 程编机及其他一些附属设备 现代数控机床，不仅可以利用 CNC 装置上的键盘直接输入零件的程序，也可以利用自 动程编机， 在机外进行零件的程序编制， 将程序记录在信

23、息载体上 （如纸带、磁带、磁盘等）， 然后送入数控装置。对于较为复杂的零件，一般都是采用这种办法。对这种方式，我们称为 自动程序编制，或计算机程序编制。数控机床构成框图见图 13。 大型的，特殊曲面的零件程序， 往往要用小型计算机来实现， 还可以利用电子计算机的 通用外围设备，如打印机、自动穿孔机来制作程序单及控制带。现在随着微电子技术的发展， 大多数零件的程序编制工作， 已经可以由微型计算机来实 现了。为了便于使用，一些公司还可以提供一些专用的程编机，并配有完整的附属设备。使 用专用的程编软件，可以方便的，高质量的编制出各种需要的零件程序。三、数控机床的分类 目前，为了研究数控机床，可从不同

24、的角度对数控机床进行分类。（一）按控制系统的特点分类1. 点位控制数控机床 对于一些孔加工用数控机床， 只要求获得精确的孔系坐标定位 精度（见图 14），而不管从一个孔到另外一个孔是按照什么轨迹运动，如坐标钻床，坐标 镗床以及冲床等，就可以采用简单而价格低廉的点位控制系统。这种点位控制系统，为了确保准确的定位，系统在高速运行后，一般采用3 级减速，以减小定位误差。但是由于移动件本身存在惯性，而且在低速运动时，摩擦力有可能变化。 所以即使系统关断后，工作台并不立即停止，形成定位误差Ad,而且这个值有一定的分散性。2. 直线控制数控机床 某些数控机床不仅要求具有准确定位的功能， 而且要求从一点到另

25、一点之间按直线移动，并能控制位移的速度（见图15）。因为这一类型的数控机床在两点间移动时，要进行切削加工。所以对于不同的刀具和工件，需要选用不同的切削用量及 进给速度。这一类的数控机床包括：数控镗铣床、数控机床、加工中心等。一般情况下这些数控 机床，有两个到三个可控轴，但同时控制轴只有一个。为了能在刀具磨损或更换刀具后，可得到合格的零件，这类机床的数控系统常常具有 刀具半径补偿功能、刀具长度补偿的功能，和主轴转速控制的功能。3. 轮廓控制的数控机床 更多的数控机床，具有轮廓控制的功能（见图 16），即可 以加工曲线或者曲面的零件。这类机床有二坐标及二坐标以上数控铣床，可加工曲面的数控 车床，加

26、工中心等。这类数控机床应能同时控制两个或两个以上的轴具有插补功能（见图17），对位移和速度进行严格的不间断控制。现代数控机床绝大多数都具有两坐标或两坐标以上联动的功能， 不仅有刀具半径补偿、 刀具长度补偿、还有机床轴向运动误差补偿、丝杠、齿轮的间隙误差补偿等一系列功能。按照可联动（同时控制）轴数，且相互独立的轴数，可以有2轴控制、 2.5轴控制、 3轴控制、 4 轴控制、 5轴控制等。2.5 轴控制（两个轴是连续控制，第三轴是点位或直线控制）的原理，实现了三个主要 轴 X， Y， Z 内的两维控制。3轴控制是三个坐标轴 X，Y，Z 都同时插补，是三维连续控制（见图 18）。5轴连续控制是一种很

27、重要的加工形式（见图1 9）,这时3个坐标X , 丫 ,乙与转台的回转，刀具的摆动，同时联动（也可以是与两轴的数控转台联动，或刀具做两个方向的 摆动）。由于刀尖可以按数学规律导向，使之垂直于任何双倍曲线平面（double curve）,因此特别适合于加工透平叶片、机翼等。（二）按执行机构的伺服系统类型分类1. 开环伺服系统数控机床 这是比较原始的一种数控机床, 这类机床的数控系统将零 件的程序处理后,输出数字指令信号给伺服系统,驱动机床运动。没有来自位置传感器的反 馈信号。最典型的系统就是采用步进电机的伺服系统。这类机床较为经济,但是速度及精度 都较低。因此,目前在国内,仍作为一种经济型的数控

28、机床,多用于对旧机床的改造。2. 闭环伺服系统数控机床 这类机床可以接受插补器的指令, 而且随时接受工作台端 测得的实际位置反馈信号进行比较,并根据其差值不断地进行误差修正。这类数控机床可以 消除由于传动部件制造中存在的精度误差给工件加工带来的影响。这种采用闭环伺服系统的数控机床（见图 110）,可以得到很高的加工精度,但是由 于很多的机械传动环节,如丝杠副、工作台都包括在反馈环路内,而各种机械传动环节,包 括丝杠与螺母、工作台与导轨的摩擦特性,各部件的刚性,以及位移测量元件安装的传动链 间隙等等,都是可变的,都直接影响伺服系统的调节参数。有一些是非线性的参数,因此闭 环系统的设计和调整都有较

29、大的难度。设计和调整得不好,很容易形成系统的不稳定。所以,闭环伺服系统数控机床,主要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精车床、超 精铣床等。3. 半闭环伺服系统的数控机床 大多数数控机床是半闭环伺服系统, 将测量元件从工 作台移到电机端头或丝杠端头。这种系统的闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作台,因此 可以获得稳定的控制特性。而且由于采用了高分辨率的测量元件,可以获得比较满意的精度 及速度。（三）按数控装置类型分类1. 硬件式数控机床 （即 NC 机床） 这是早期的数控机床, 数控装置中的输入、 运算、 插补运算以及控制功能均由集成电路或晶体管等器件组成。一般来说,不同的数控机床都需 要专门设计

30、不同的逻辑电路。这类数控机床数控装置的通用性较差,因其全部由硬件组成, 所以功能和灵活性也较差。2. 软件式数控机床（即 CNC 机床） 70年代中期,随着微电子技术的发展,芯片的 集成度越来越高。利用中、大规模及超大规模的集成电路,组成 CNC 装置成为可能。采用这 一类装置的数控机床,其主要的功能,几乎全由软件来实现,对于不同的数控机床,只需编 制不同的软件就可以实现。而硬件几乎可以通用。这就为硬件的大批量生产提供了条件。批 量生产有利于保证产品的质量、缩短生产周期,降低生产成本,所以现代数控机床,都采用 CNC 装置。这种软件式数控,由于有很高的柔性,给机床厂以及机床的用户以很大的方便。

31、他们 可以根据各自的需要开发出不同的用户程序,使得数控机床的应用更为广泛,并能深入到机 械加工业的各个领域中去。（四）按加工方式分类1. 金属切削类数控机床 如数控车床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等。2. 金属成型类数控机床 如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。3. 数控特种加工机床 如数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、数控激光 切割机床等。4. 其他类型的数控机床 如火焰切割机、数控三坐标测量机等（见表 1- 2）表1 - 2数控机床分类表数控机床的种类控制系统类别执行机构类别加工对象类别数控车床点位、直线控制开环、半闭环没锥度、圆弧的轴轮廓控制开环、半闭环、

32、闭环有锥度、圆弧的轴加工中心机床点位、直线控制开环、半闭环齿轮箱、框架等箱体特殊用途的轮廓控制开环、半闭环、闭环飞机零件的轮廓加工数控铣床点位、直线控制开环、半闭环箱体轮廓控制开环、半闭环、闭环平面轮廓的凸轮、样 板、冲模，压、铸模数控钻床点位控制开环、半闭环印刷电路基板、多孔零件数控镗床点位、直线控制开环、半闭环箱体闭环精密箱体数控磨床轮廓控制半闭环、闭环凸轮、轧辊、冲模数控电加工机床亍轮廓控制开环、半闭环模具数控金属成型机床点位直线轮廓控制半闭环、开环冲压、板材、弯管等（五）按照功能水平分类可以把数控机床分为高、中、低档（经济型）三类：这种分类方法，目前在我国用的很多，但是因为没有一个确切

33、的定义，所以涵意不很 明确。这里，我们试图对按照功能水平分类的界限作一个限定。1. 分辨率和进给度 分辨率为10 g，进给速度在815m/ min为低档；分辨率为1 即，进给速度为1524m/min为中档；分辩率为0.1 口，进给速度为15100m/min为高档。2. 伺服进给类型采用开环、步进电机进给系统为低档；中高档则采用半闭环的直流伺服系统及交流伺服系统（也包括采用闭环伺服系统）。3. 联动轴数 低档数控机床最多联动轴数为 23轴，中、高档则为24轴或35 轴以上。4. 通信功能 低档数控一般无通信功能。中档可以有RS-232或DNC （ directnumerical control

34、直接数字控制）接口。高档的还可有MAP （manufacturing automationprotocal制造自动化协议）通信接口，具有联网功能。5. 显示功能低档数控一般只有简单的数码管显示或简单的CRT （Cathode RayTube阴极射线管）字符显示。而中档数控则具有较齐全的 CRT显示，不仅有字符，而且有图 形，人机对话，自诊断等功能。高档数控还可以有三维图形显示。6. 内装PC （programmable controller可编程控制器）低档数控一般无内装 PC，中、高档数控都有内装PC。高档数控具有强功能的内装 PC,有轴控制的扩展功能。7. 主CPU （central pr

35、ocessing unit中央处理单元）低档数控一般采用 8位CPU， 中档及高档已经逐步的由16位CPU向32位CPU过渡。外国的一些新的数控系统已经选用 了 64位CPU，并选用具有精简指令集的RISC中央处理单元，以提高运算速度。根据以上的一些功能及指标，就可以将各种类型的产品分为低、中、高档三类数控系 统。所谓经济型数控，都是相对标准型数控而言。在不同的国家和不同的时期含意是不同 的。其目的是根据实际机床的使用要求，合理地简化系统，以降低产品价格。在我国，把由单板机、单片机和步进电机组成的数控系统和其它功能简单、价格低的 系统称为经济型数控。主要用于车床、线切割机床、以及老机床改造等。

36、它是属于低档数控 的一种，目前在我国，这类数控有一定批量的生产。区别于经济型数控，则把功能比较齐全的数控系统，称为全功能数控，或称标准型数 控。第三节 典型的数控机床数控机床的品种很多，几乎各种类型的机床，都有成功的数控产品。两面介绍几种典 型的数控机床产品，其中包括数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻、镗床、数控磨床、 数控电加工机床及一些特殊类型的数控机床。介绍各类数控机床的特点，以及这类数控机床 的典型产品。介绍的产品将以我国在最近几年新开发的品种为代表。至于国外最近推出的新 产品、新结构、新的功能将在以后的一些章节中介绍。由于每一类机床，品种都很多，功能和应用范围也有差别。受篇幅限制，

37、这里不能一 一列举，只能选择其中的主要品种和机型作简要介绍，以此了解数控机床的概貌。一、数控车床 数控车床是目前使用较广泛的数控机床，主要用于轴类和盘类回转体零件的加工，能 自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔 等工作，特别适宜复杂形状零件的加工。在车床上由程序确定主轴转速是很必要的，应该有刀具补偿功能，由程序选定刀具并 控制转塔刀架。对于工件轮廓形状不太复杂， 控制系统带有圆弧插补器， 有一个转塔刀架的数控车床， 常常采用手工编制程序。只有在加工复杂轮廓或同时有两把刀具进行加工时，才采用计算机 自动编制程度。例如S3 -1200型数控车床，（图1

38、11）是沈阳第三机床厂与美国 Pratt&Whitney。公 司合作生产的产品。这台车床是美国 P&W 公司 1980 年设计完成的新产品。结构先进、精度 高、刚性好。机床总体布局采用机、电、液一体化，有完善的安全保护装置，除有硬件保护 外，还可设定软件区域保护，有多种诊断功能；主传动采用交流无级调速系统。主轴采用预 加载荷的推力角接触轴承，既适用于高速强力切削，又适于精加工。有恒速切削机能，可提 高加工效率，降低工件表面的粗糙度。床身采用镶钢导轨，在移动的刀架导轨面上粘附聚四氟乙烯软带，并配有可调节流量 的自动点滴润滑系统，精度保持性好。星形转塔刀架结构简单，用液压马达转位，

39、共有 12个 工位，每转一个工位只需 0.7s,液压系统采用叠加阀分散布置，管路排列整齐，便于装配维 修。刀架定位精度 0.01/300mm,重复定位精度 0.005mm,加工精度0.005mm。加工外圆的 圆度0.004mm。加工表面粗糙度 R/.6g，刀架移动最小当量（分辨率）0.001mm,反应灵 敏，误差不超过两个脉冲当量，机床噪声为72.576dB （A）。二、数控铣床 主要用于各类较复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工。如各类模具、样板、叶片、 凸轮、连杆和箱体等。铣削轮廓外形需要轨迹控制，而铣削框形面可以用直线控制。铣削平面零件只要二轴1轨迹控制。 2 轴控制是指用二轴作为轨迹控制

40、，第三轴作逐行进刀运动。2三轴轨迹控制，则是切深运动也与其他两轴联动，这样可以进行空间铣削。 线性插补器是必不可少的，圆弧插补器适用于手工编制程序的简单铣削加工。主轴转 速有时用手动调整，在轨迹控制时，进给量由程序确定。对称功能用作很大，零件偏移对所有铣床都很有用。铣削曲面时建议用刀具直径补偿，能够在垂直于轮廓的任何方向上作直径补偿时，在 铣削精密零件时很有用。北京第一机床厂生产的 XK 50401数控立式升降台铣床，就是一种典型的数控铣床 （图 1 12）。其数控系统可控制 x， y，z 三个坐标轴，并可同时联动。能完成直线铣削，组成各种 往复循环和框式循环或按坐标位置加工，也可铣削具有曲线

41、轮廓的零件。主轴半自动变速，采用电液控制，可以远距离操纵。 导轨采用镶钢淬火，以提高寿命和精度保持性。主传动齿轮均用铬钼钢制造，并经淬 火和磨齿。花键轴亦经淬火并磨削，而且是内径定心的。有独立的导轨润滑泵，自动定时定量润滑。有半自动的刀具安装及拆卸装置。三、数控仿形铣床 数控仿形铣床主要用于各种复杂型腔模具或工件的铣加工，特别对不规则的三维曲面 和复杂边界构成的工件更显示其优越性。新型的数控仿形铣床一般包括三个部分：1. 数控（CNC）功能 它类似一台数控铣床具有的标准数控功能。有用户宏程序，三轴联动，以及刀具半径及长度补偿等。还可以有手动数据输入（MDI ） ，前后台编辑等。2. 仿形功能

42、在机床上装有仿形仪，可以选用多种仿形形式，如笔式手动、双向、单 向钳位、轮廓、部分轮廓、三向， NTC（ numerieal Tracer control 数字仿型）等。还可以有 多种离模方式：如切线离模，法向离模， Z 轴快退等。3. 数字化功能 在仿形加工的同时，要采集仿形指运动轨迹数据，并处理成加工所需 的标准指令，存入存储器，或其它介质（如软盘） 。以后也可以利用存储的数据进行加工。所 以要求有大量的数据处理的功能。SKF718 数控仿形铣床（见图 113），是长征机床厂生产的，采用了国内开发的数字 化仿形数控系统。在一个控制系统中，实现数控、仿形和数字化的全部功能。除实现数控加 工外

43、，还可以用装在主轴箱侧面上的仿形测量仪，在数字化程序控制下，自动扫描模型，直 接生成数控加工指令，实时存入软盘，以备进行数字化加工，从而解决了复杂表面和模具加 工任务。该机床位置控制分辨率（最小输入单位）为0.001mm ,仿形进给速度为2 2000mm/ min，数控加工进给速度为 05000mm/ min，快速行程最高速度为 10000mm/min。四、加工中心 加工中心和数控车床一样，是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床。它主要 用于箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能进行铣镗、钻、攻丝等工序。因为它具有自动换 刀功能，工件一次装卡后，能自动地完成或者接近完成工件各面的所有加工工序。

44、箱体类零件的加工中心，一般是在镗、铣床的基础上发展起来的，可称为镗铣类加工 中心，习惯上简称为加工中心。另外还有一类加工中心， 是以轴类零件为主要加工对象。 是在车床基础上发展起来的。 一般具有 C 轴控制，除可进行车削、镗削之外，还可进行端面和周面上任意部位的钻削、铣 削和攻丝加工。在具有插补功能的条件下，可以实现各种曲面铣削加工。这类加工中心也设有刀库，根据加工工件的需要，配置相应的动力或非动力刀具。这 类加工中心，习惯上称为车削中心。大多数加工中心带有轨迹控制。通常在同一系统内可以用增量数据输入（铣削外形） ， 也可以用绝对数据输入（定位） ，要求多轴同时移动，否则定位时间过长。主轴转速

45、应该由程 序选定。进给量和更换刀具也由程序确定。在铣削外形时应有刀具直径补偿功能，在任意方向垂直于铣削曲面的刀具直径补偿功 能，对加工精密零件很有用。南京机床厂生产的新产品， TH6150 型卧式加工中心。各有能存储 60 把刀具的链式刀 库和双工位自动交换工作台。可完成铣平面、铣沟槽、镗孔、钻孔、扩孔、攻铰螺纹、车螺 纹等工序，特别适用于航空、航天、仪器、机床等行业中小批量复杂箱（壳）体类零件的加 工。500 x 500mm500kg20 6000r/min该机工作台面尺寸 工作台承载 主轴转速主轴电机功率（ 60ED）15kW主轴最大扭矩382Nm进给速度11000mm/min快速进给速度

46、15m/min这台加工中心采用直流电机可控硅无级调速系统，采用斜齿滑移齿轮作机械扩大组； 进给系统和刀库传动采用交流伺服电机驱动。与直流系统相比，过载能力大，响应速度快， 维修保养方便。采用光栅直接测量，全闭环控制，机床定位精度高，床身整体结构（ x 轴和 z 轴导轨在同一大件上）刚性好、装配、调整方便。镶钢淬硬导轨，使用寿命高，精度保持性 好。采用分离式链式刀库，与圆盘式刀库相比，灵活性好，刀库运动不影响立柱精度，机械 手结构新，动作可靠，换刀时间短（3s）。穿梭式双工位交换工作台，更新零件不需附加调整 时间，机床利用率高。有自动排屑功能。备有大流量冷却系统和刀具内部冷却装置，可提高 切削用

47、量和增加刀具的耐用度。全封闭防护罩及安全装置，防止铁屑和冷却液飞溅，保证操 作者安全。四坐标控制，可实现三坐标联动，有多种自动诊断功能，可配置自动程编机以实 现自动编程。中捷友谊厂从德国沙尔曼（ SCHARMANN ）公司引进的 SOLON31 卧式镗铣加工中 心（图 114）：工作台面尺寸1000x 1000mm交换工作台数工作台最大载荷 主轴转速主轴电机功率 主轴最大扭矩 刀库容量26000kg123000/82500r/min 30/15kW1620/1225Nm60/80切削进给（ x， y， z）16000mm/min快速进给（ x， y， z）112000mm/min这台大型立式加

48、工中心，数控系统可配备西门子8ME或发那科6MB系统。采用镶钢淬火导轨，提高寿命和精度保持性。主轴系统优化设计，高精度、高转速。采用了光栅直接 测量系统，工作精度高，设有三个工作台，缩短了辅助时间采用雷尼肖（RENISNAW）公司生产的探针自动测量工件和结果打印。有效的自动排屑装置及全封闭式防护间，保证操作安 全。机床主轴有可移动式和非移动式两种由用户自选。该机床应用广泛，最适用于多工作面 铣、钻、镗、铰、攻丝、两维、三维面等多种工序加工。对中，小批量、多品种生产，是一 种理想的现代化高效设备。这台设备的加工精度高。镗孔圆度0.005mmRo0.8 m表面粗糙度 0.01/300mm±

49、; 0.015/ 300mm0.08 (jm调头镗孔精度同轴度 孔距精度 铣削接刀精度沈阳第三机床厂生产的 S3137 车削中心（图 1 1 5），为双刀架四坐标连续控制，并 设有 C 轴坐标，带主轴定向停车装置，分度及圆周定位，上刀架可安装 12 把刀具，其中有 6 把可回转动力刀具。下刀架可安装 8 把刀具，该机床除能进行各种形状的内外表面的车削加 工外，还能完成钻削、攻螺纹、铣削以及在圆周面上铣螺旋槽和曲线的加工。机床装有自动对刀装置，可完成对刀和检测刀具磨损，最大限度地减少调整时间。 机床还配备了清华大学研制的 AE 刀具破损监示仪，来监控刀具的破损程度。 机床配有美国 AB 公司 8

50、600TC 控制系统，可实现多坐标、多过程的控制，还具有多种接口五、数控钻床及镗床 由于加工中心的发展，绝大多数数控钻床已被加工中心取代，但有些以钻为主要工序 的零件仍需应用数控钻床来加工。如：加工印刷电路板等，故数控钻床还有一定的需要量， 它是能自动进行钻孔的数控机床。大多数钻床用点位控制，同时沿两轴或三个轴移动可以减少定位时间。 有时也采用直线控制，为的是进行平行于机床轴线的钻削加工。 坐标钻床用作精密镗孔。镗铣床配置直线或轨迹控制。沿两个轴同时移动，使定位加快，多轴同时移动使定位 更快。圆弧插补器在轨迹控制器中很有用。转速不一定要由程序控制，但进给量一般要由程序确定。 位置显示在镗铣床上

51、很有用。自动程编可减少程编时间和程编差错，特别是对于有复杂而规则的孔系的工件（如同 一圆周上的孔系），如果用手工程编，则应该有固定加工循环。采用 G代码（G81G89）,- 个钻孔循环可以包括：快速趋近；以给定进给量钻孔到要求深度；主轴停止旋转，刀 具退出；刀具抬起，接通快速，准备下一个钻孔循环。钻削中心是一种可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及连续轮廓控制铣削的数控机床。 用于电气及机械行业中小型零件的加工。图1 16是北京第三机床厂生产的ZH5120型立式钻削中心。该机床可安装 7 把刀具。可以进行各种钻削及攻丝，并可进行高精度铣削（直线及圆 弧插补）。采用交流变频调速，无气动和液压环节，无齿

52、轮传动，极大地提高了可靠性。采用 高钢性焊接结构的床身和立柱。各坐标滚珠丝杠与驱动电机直接相连，具有螺距误差补偿， 间隙补偿，保证高精度定位。六、数控磨床 近年来，由于磨具、磨料的发展，磨削技术在金属加工中，用得相当广泛。 数控磨床要实行多品种，中小批量零件的自动加工，需要具备以下功能：1 ）零件搬运的自动化及工件识别功能。2）砂轮自动交换及砂轮形状精度、安装精度的检查功能。3）修整的数控化功能。4）监视功能（砂轮工作寿命，加工精度机械控制功能） 。5）适应控制功能（砂轮周转速度，砂轮切入等） 。 对于高精度的数控磨床还需要 CNC 系统具有更高的分辨率。 现在用的最多的是数控外圆磨床、数控平

53、面成型磨床及数控坐标磨床。 北京数控设备厂研制的用于外圆磨床的数控系统， 可控制三轴， 两轴联动， 具有直线、 圆弧插补、有砂轮修正补偿功能。脉冲当量0.10.5（m/脉冲，快速10m/ min，速度范围0.0110000mm/ min。还具有跳转功能及固定磨削循环。上海机床厂生产的 H194 数控端面外磨床。 是一种砂轮斜切入磨床， 主要用于多阶梯轴 类零件的自动磨削。主要参数：脉冲当量x轴0.0005mmz 轴 0.001mm移动速度x轴0.12500mm/ minz 轴 1 5000mm/ min工件圆度0.007mm,圆柱度0.007mm，工件尺寸分散度 0.014,自动测量档0.01

54、, x、 z 两轴联动， MDI 数控输入。具有自动磨削、自动成型修正砂轮、自动补偿、自动对刀、自动测量、及安全联锁、 安全保护等功能。当杪轮冲击工件或砂轮冲压电机超过指定负载时，砂轮架即快退、停止、并报警。图1 17是上海第三机床厂生产的 MK9020数控光学曲线磨床，是由数控多自由度的 磨头及工作台，精密投影测量仪组成。适用于加工经热处理硬化的各种精密复杂的模具、样 板、成型刀具、滚轮等。工作台拖板和滑座采用燕尾式滚针导轨并由滚珠丝杠传动。 滑板采用双 V 型镶钢滚针 导轨，并用可调偏心连杆机构传动，往复平稳、换向无冲击，定位精度高。采用交流变频调 速系统控制砂轮转速和滑板往复运动，实现无

55、级调速。砂轮架和滑座有多个自由度，可对各 个方向进行加工。数控系统是三轴CNC系统，分辨率为1 口，可做两轴联动轨迹连续磨削，一轴控制砂 轮修正器，可随时修正补偿，确保工件加工精度。七、数控电加工机床 数控电加工机床是模具加工的重要设备。主要可以分为两大类，数控线（电极）切割 机床和数控电火花加工机床。（一）数控线切割机床 在我国早期成功使用的最广泛的数控机床，就是数控线切割机床。它包括主机、脉冲电源及数控系统三个部分。由于结构简单，价格便宜、使用方便，在模具行业得到广泛应用。 数控系统一般是单板机，称之为经济型数控线切割机床。新开发的数控线切割机床，是慢走丝数控电火花线切割机床，这类机床都采用半闭环 控制，设有精度补偿装置：数控系统内存容量大，控制功能更智能化。x，y，u，v，四轴控制，切割精度可达土 0.005mm；切割表面粗糙度可达 Rq0.4阿，最大切割速度达250mm/ min; 切割锥度可达± 30°。（二）数控电火花成形机床 数控电火花成形机床有主轴头、电源、以及数控系统等部分。主轴头有电源伺服主轴头；力矩电机主轴头；直流电机伺服主轴头等。电源