机床概论课件

1、第1章 机床概论1.1 金属切削机床 1.2 机床的运动与传动1.3 数控加工技术与设备概述1.1 金属切削机床1.1.1 金属切削机床及其地位和作用1.1.2 金属切削机床发展概况1.1.3 金属切削机床的分类与编号 1.1.1 金属切削机床及其地位和作用 金属切削机床简称机床，它是利用刀具对金属毛坯进行切削来加工机械零件的一种工作机械。它是制造机器的机器，称为“工作母机”或“工具机”。在现代化机械制造工业中，金属切削机床是加工机器零件的主要设备。在一般的机械制造中，机床所负担的加工工作量，约占机器制造总工作量的4060，它的技术性能高低直接影响到机械产品的质量和制造经济性。 机械制造工业是

2、制造各种机械设备及工具的工业部门，担负着为国民经济中各部门提供现代化技术设备及装备的重要任务。一个国家要实现工业、农业、国防、科学技术现代化，必须具有强大的机械制造业，而机床工业则是为机械制造业提供各种制造设备的“装备部”，是机械制造业的后盾。因此，机床工业在国民经济中占有重要地位，是整个国民经济发展的重要推动力，也是衡量一个国家经济实力的标志之一。1.1.3金属切削机床的分类与编号 按照机床的加工方式，使用的刀具及其用途，将机床分为11类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工、铣床、刨插床、拉床、锯床及其它机床等。 按照工艺范围的宽窄（万能程度），机床可分为：通用机床、专门化机床、

3、专用机床。通用机床的加工范围较广，可加工多种零件的不同工序。常见的有卧式车床、万能升降台铣床、卧式铣镗机床等。专门化机床用于加工不同尺寸的一类或几类零件的某一道（或几道）特定工序，如曲轴车床、凸轮轴车床、精密丝杠车床等。专用机床是为某一特定零件的特定工序所设计的，其工艺范围最窄。如加工机床主轴箱的专用镗床、加工车床导轨的专用磨床等。各种组合机床也属于专用机床。 按照加工精度不同，可分为：普通精度级、精密级和高精密级三种精度等级的机床。 按照自动化程度的不同，可分为：手动、机动、半自动和自动机床。 按照机床的质量和尺寸不同，可分为：仪表机床、中型机床、大型机床(质量达到：10t)、重型机床(质量

4、在30t以上)、超重型机床(质量在100t以上)。1机床的分类 机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、主要技术参数、性能和结构特点等。我国的机床型号现在是按1997年颁布的标准GB/T16768-1997金属机械机床型号编制方法编制的。 （1）型号表示方法 通用机床的型号由基本部分和辅助部分组成。基本部分统一管理，辅助部分由生产厂家自定。型号的构成如下： 2机床型号的编制方法 其中： 1)有“( )”的代号或数字，当无内容时则不表示，若有内容则不带括号； 2)有“”符号者，为大写的汉语拼音字母； 3)有“”符号者，为阿拉伯数字； 4)有“”符号者，为大写的汉语拼音字母，或阿拉伯数

5、字，或两者兼有之。 （2） 机床类、组、系的划分及其代号 为了便于区别、管理和使用机床，在国家制订的机床型号编制方法中，机床的类代号，用大写的汉语拼音字母表示。机床类别代号见表1-1。表1-1 普通机床类别代号 类别车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床特种加工机床铣床刨插床拉床锯床其它机床代号CZTM2M3MYSDXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝电铣刨拉割其它 每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系(系列)。在同类机床中，主要布局和使用范围基本相同的机床，即为同一组；在同一组机床中，其主参数相同，主要结构及布局形式相同的机床为同一系。 机床的组、系代号用两位阿拉伯数字表示，位于类

6、代号和通用特性代号、结构特性代号之后；机床的系，用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。各类机床组的代号及划分见表1-2。表1-2 金属切削机床类、组划分表 组别类别组类0123456789车床C仪表车床单轴自动车床多轴自动、半自动车床回轮、转塔车床曲轴及凸轮轴车床立式车床落地及卧式车床仿形及多刀车床轮、轴、辊、锭及铲齿车床其它车床钻床Z坐标镗钻床深孔钻床摇臂钻床台式钻床立式钻床卧式钻床铣钻床中心孔钻床其它钻床镗床T深孔镗床坐标镗床立式镗床卧式铣镗床精镗床汽车、拖拉机修理用镗床其它镗床磨 床M仪表磨床外圆磨床内圆磨床砂轮机坐标磨床导轨磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床工具

7、磨床2M超精机内圆珩磨机外圆及其它珩磨机抛光机砂带抛光及磨削机床刀具刃磨及研磨机床可转位刀片磨削机床研磨机其它磨床3M球轴承套圈沟磨床滚子轴承套圈滚道磨床轴承套圈超精机叶片磨削机床滚子加工机床钢球加工机床气门、活塞及活塞环磨削机床汽车、拖拉机修磨机床齿轮加工机床Y仪表齿轮加工机锥齿轮加工机滚齿机及铣齿机剃齿及珩齿机插齿机花键轴铣床齿轮磨齿机其它齿轮加工机齿轮倒角及检查机螺纹加工机床S套丝机攻丝机螺纹铣床螺纹磨床螺纹车床铣床X仪表铣床悬臂及滑枕铣龙门铣床平面铣床仿形铣 床立式升降台铣床卧式升降台铣床床身铣 床工具铣床其它铣床刨插床B悬臂刨床龙门刨床插床牛头刨床边缘及模具刨床其它刨床拉床L侧拉床卧

8、式外拉床连续拉床立式内拉床卧式内拉床立式外拉床键槽、轴瓦及螺纹拉床其它拉床锯床G砂轮片锯床卧式带锯床立式带锯床圆锯床弓锯床锉锯床其它机床Q其它仪表机床管子加工机床木螺钉加工机刻线机切断机多功能机床 (4) 主参数、主轴数和第二主参数的表示方法 机床主参数代表机床规格大小，用折算值表示，位于系代号之后。当折算数值大于1时，取整数，前面不加“0”，当折算数值小于1时，则以主参数值表示，并在前面加“0”。某些通用机床，当其无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。 机床的主轴数应以实际数值列入型号，置于主参数之后，用乘号“”分开。主轴数是必须表示的。 第二主参数(多轴机床的主轴数除外)一般

9、不予表示，当机床的最大工件长度、最大切削长度、工作台面长度、最大跨距等以长度单位表示的第二主顷数的变化，将引起机床结构、性能发生较大变化时，为了区分，可将第二主参数列入型号的后部，并用分开，读作“乘”。凡属长度（包括跨距、行程等）的，采用“1/100”的折算系数；凡属直径、深度、宽度的，则采用“1/10”的折算系数；如以厚度、模数作为第二主参数的则以实际数值列入型号。 (5) 机床的重大改进顺序号 当机床的结构、性能有更高的要求，须按新产品重新设计、试制和鉴定时，按照改进的先后顺序用汉语拼音字母A、B、C加在基本部分的尾部，以区别原机床型号。 除了主参数和第二主参数外，还有一些反映机床性能的技

10、术参数。这些技术参数主要包括尺寸参数，运动参数及动力参数：尺寸参数反映了机床能加工零件的尺寸范围以及与附具的联系尺寸，例如卧式车床的顶尖距、主轴内孔锥度，摇臂钻床的摇臂升降距离、主轴行程等。运动参数反映了机床执行件的运动速度，如主轴的转速范围、刀架或工作台的进给量范围等，动力参数多指电动机功率、某些机床的主轴最大允许扭矩等。 了解机床的主要技术参数，对于正确使用和合理选用机床具有重大意义。例如根据工艺要求，确定切削用量后，就应按照机床所能提供的功率及运动参数，选择合适的机型。又如在计夹具时，应充分考虑机床的尺寸参数，以免夹具不能正确安装或发生运动干涉。机床的各种主要技术参数，可从机床说明书中查

11、出。3金属切削机床的主要技术参数1.2.1 机床运动 机床的运动按其功用不同可分为表面成形运动和辅助运动。下面以车削加工中的运动为例,介绍机床的运动,如图1-1所示。图1-1 表面成形运动简图 1表面成形运动 表面成形运动是直接参与切削过程，从而在工件上形成工件表面的刀具与工件间的相对运动。表面成形运动的形式和数量，决定了被加工表面的形状、所采用的加工方法和刀具的结构。表面成形运动可分为机床的主运动和机床的进给运动。 机床的主运动是实现切削的主要运动。它的特点是速度较高及消耗的动力较多。主运动常常是回转运动，可以是工件回转(如车床的主运动)，也可是刀具回转(如钻床、铣床、镗床等的主运动)，常以

12、n(rmin)表示。主运动也有是直线运动的(如刨床、拉床等机床的主运动)。 机床的进给运动是实现切削的进给运动。它的特点是速度较低及消耗的动力较少。进给运动可由刀具完成(如图示刀具的进给运动)，也可由工件完成(如铣床、镗床和磨床等的进给运动)；可以是连续的(如车床的进给运动)，也可是间歇的(如刨床的进给运动)；可以是一个(如车削外圆柱表面时)，也可有几个(如滚齿时)。个别情况没有进给运动(如拉削时)。 2辅助运动 机床的辅助运动是指机床上除表面成形运动以外，机床上其他所需的运动。其作用是实现机床的各种辅助动作。 从现代机床控制角度来看机床运动，机床运动同样可分为主运动、进给运动和辅助运动三大类

13、。主运动同前面的定义一样。而进给运动则可定义为是机床主机上除主运动以外的刀具移动、工件移动和工件转动等有关刀具和工件的机床运动。辅助运动是除主运动和进给运动以外的机床上所有的其它运动(如主轴变速、自动换刀、工件自动夹紧和工件自动交换等运动)。 3金属切削加工 金属切削加工是用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得相应的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具(常称为刀具)、工件和切削运动。 切削运动是刀具与工件之间的相对运动，它由形成切削力的主运动、保证切削连续进行的进给运动组成。主运动和进给运动之间有准确的比

14、例关系形成的合成运动称为合成切削运动(如车削螺纹时的两个运动)。1.2.2 机床的传动 1机床的基本组成 为获得加工过程中所必需的各种运动，机床应具备三个基本部分： 1) 执行件 执行件是执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。其任务是带动工件和刀具完成旋转和直线运动，并保证准确的运动轨迹。 2) 动力源 动力源是为执行件提供运动和动力的装置，有交流异步电动机、直流电动机、步进电动机等各种电动机。可以几个运动共用一个动力源，也可每个运动单独使用一个动力源。 3) 传动装置 传动装置是传递运动和动力的装置：。通过它把动力源的动力传递给执行件和把一个执行件的运动传递给另一个执行件，并使有关执行件之

15、间保持某种确定的运动关系。传动装置还可以变换运动性质、方向和速度。 机床的传动装置有机械、液压、电气、气压等多种形式。 2机床的传动链和传动原理图 在机床上，为了得到所需的运动，需要通过一系列的传动件把执行件和动力源，或者把执行件和执行件连接起来，这种连接称为传动联系。构成一个传动联系的按一定规律排列的一系列传动件，称为传动链。一条传动链由该链的两端件及两端件之间的一系列传动机构所构成。传动链中通常包含两类传动机构：一类是传动比和传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠和螺母副，称为定比传动机构；另一类是根据加工要求可以变化传动比和传动方向的传动机构，如滑移齿轮变速机构、变向

16、机构等。 根据传动联系的性质不同，传动链(运动链)还可分为内、外联系两种。 1) 内联系传动链 内联系传动链用来连接有严格运动关系的两执行件，以获得准确的加工表面形状及较高的加工精度。例如在卧式车床上用螺纹车刀车螺纹时，联系主轴和刀架之间的螺纹传动链，就是一条传动比有严格要求的内联系传动链，它能保证并得到螺纹所需的螺距。1.2.3 传动系统图 传动系统图用规定的简单符号表示传动系统中的各传动元件，并按照运动传递顺序，以展开图形式绘在一个能反映机床外形及主要部件相互位置的投影面上。用以了解及分析机床运动源与执行件或执行件与执行件之间的传动联系及传动结构的一种示意图。图1.2所示为一台数控铣床的传

17、动系统图。与传动原理图相比较，传动原理图仅表示机床形成某一表面所需的运动及传动联系，而传动系统图则表示了一台机床所有的运动及其传动联系。另外，传动系统图中具体表示了各传动链的传动元件的结构类型以及作调整计算所需的主要运动参数。 在传动系统图中各传动元件是按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来的。传动系统图中通常还需注明齿轮的齿数(有时也注明其编号和模数)、带轮直径、丝杠的导程和线数、电动机的转速和功率、传动轴的编号等。传动轴编号，通常是从动力源(电动机等)开始，按运动传递顺序，顺次地用罗马数字、表示。 在阅读传动系统图时，首先要了解该机床所具有的执行件及其运动方式，以及执行件之间是否 要

18、 保 持传动联系，然后分析从运动源至执行件或执行件至执行件之间的传动顺序、传动结构及传动关系。 以下对图1-3所示传动系统图进行分析。该铣床具有两个执行件，即主轴和工作台。机床工作时，主轴旋转作主运动，工作台作往复直线移动。 (1) 主运动 XK5040A型数控铣床的主运动由75kW/1450rmin的主电动机驱动，经带传动到第轴,通过轴间的三联滑移齿轮变速组，一轴间的三联滑移齿轮变速组，轴间双联滑移齿轮变速组传至轴，再经轴间的一对锥齿轮图1.2 数控铣床传动系统图副及上的一对圆柱齿轮传至主轴，使主轴获得18级转速。由电动机至主轴间的传动联系，可简明地用传动路线表达式表示如下： 1.3 数控加

19、工技术与设备概述1.3.1 数控机床的产生和发展1.3.2 机床中有关数控的基本概念1.3.3 数控机床的组成及其各部分功能1.3.4 数控机床分类1.3.5 数控机床的规格、性能和可靠性指标1.3.6 数控机床的主要功能1.3.7 数控机床的发展趋势1.3.1 数控机床的产生和发展 最早采用数字控制技术进行机械加工的思想，是在20世纪40年代提出的。当时美国北密执安的一个小型飞机工业承包商帕森斯公司(ParsonsCorporation)在制造飞机框架及直升飞机叶片轮廓用样板时，利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，并考虑了刀具半径对加工路径的影响，使加工精度达到0.038

20、1mm(0.0015英寸)。以当时的水平来看，是相当高的。 1952年，美国麻省理工学院研制出一套试验性数字控制系统，并把它装在一台立式铣床上，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床，是数控机床的第一代。但是这台机床毕竟是一台试验性的机床，到了1954年11月，在帕尔森斯专利基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司(BendixCooperation)生产出来。1.3.2 机床中有关数控的基本概念 在加工设备中应用广泛的数字控制(数控)技术，是一种采用计算机对机械加工过程中各种控制信息进行数字化运算、处理，并通过驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的

21、技术。现在已有大量机械设备采用了数控技术，其中应用面最广的就是数控加工设备(即数控机床)。下面介绍机床中的数字控制及数控技术、数控系统、计算机数控(CNC)系统、开放式CNC系统和数控机床几个概念的定义。 1数字控制(数控)及数控技术 一般意义上的数字控制是指用数字化信息对过程进行的控制，是相对模拟控制而言的。机床中的数字控制专指用数字化信号对机床的工作过程进行的可编程自动控制，简称为数控(NC)。这种用数字化信息进行自动控制的技术就叫数控技术。 2数控系统 数控系统是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统，是数控技术的载体。它能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床

22、按指令运动并加工零件。在其发展过程中有硬件数控系统和计算机数控系统两类。 早期的数控系统主要由数控装置、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，数字信息由数字逻辑电路来处理，数控系统的所有功能都由硬件实现，故又称为硬件数控系统(NC系统)。 3计算机数控系统 计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统，由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程逻辑控制器(PLC)、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，习惯上又称为CNC系统。由于计算机可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的“柔性”，并可处理各种复杂信息，所以CNC系统已基本取代硬件数控系统(NC系统)。 4开放式CNC系统

23、 国际电子与电气工程师协会提出的开放式CNC系统的定义是：一个开放式CNC系统，应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运行，且能与其他应用软件系统协调工作。 根据这一定义，开放式CNC系统至少有以下五个特征： (1) 对使用者是开放的：可采用先进的图形交互方式支持下的简易编程方法，使得数控机床的操作更加容易。 (2) 对机床制造商是开放的：应允许机床制造商在开放式CNC系统软件的基础上开发专用的功能模块及用户操作界面。 (3) 对硬件的选择是开放的：即一个开放式CNC系统应能在不同的硬件平台上运行。 (4) 对主轴及进给驱动系统是开放的：即能控制不同厂商提供的主轴及进给驱动

24、系统。 (5) 对数据传输及交换等是开放的。 开放式CNC系统是数控系统未来发展的方向。 5数控机床 数控机床是指应用数控技术对其加工过程进行自动控制的机床。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床做了如下定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其他符号编码指令规定的程序。 2) 用规定的程序代码和格式编写零件加工程序；或用CADCAM软件直接生成零件的加工程序。 3) 程序的输入或传输。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输人程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元(MCU)。 4) 将输入传输到数控单元的加

25、工程序，进行试运行、刀具路径模拟等。 5) 通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。 数控加工的控制过程与计算机控制打印机打印过程特别是与计算机控制绘图机绘图过程非常相似。2、数控机床的组成及其各部分的功能数控机床主要由以下几部分组成，如图1-5所示。 （1）数控装置（CNC装置） 由CPU和存储器组成的计算机数控装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工件，所有这些都是在CNC装置协调控制、合理组织下，使整个系统有条不紊地工作。它主要由计算

26、机系统、位置控制板、PLC接口板、通信接口板、扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成。图1-5 数控机床的组成 (2) 伺服单元、驱动装置和测量装置 伺服单元接收来自数控装置的进给指令，经变换和放大后通过驱动装置转换成机床工作台的位移运动，伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它能将来自数控装置的微弱指令信号，放大成控制驱动装置的大功率信号。按不同接收指令形式伺服单元分脉冲式和模拟式，而按电源种类又可分为直流伺服单亓和交流伺服单元。 驱动装置的作用是将放大后的指令信号转变成机械运动，利用机械传动件驱动工作台移动，使工作台按规定轨迹作严格的相对运动或精确定位，保证能够加工出符合图样要求的零件

27、。对应于伺服单元的驱动装置，有步进电动机、直流伺服电动机和交流电动机等不同种类。 伺服单元和驱动装置合称为伺服驱动系统它包括主轴伺服驱动装置、主轴电动机、进给伺服驱动装置及进给电动机。测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现主轴、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。数控装置的指令主要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。从某种意义上讲，数控机床功能的强弱主要取决于数控装置，而数控机床性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。 （3）可编程控制器PLC、机床IO(输入输出)电路和装置 数控机床的自动控制由CNC和可编程控制器PLC(Programmable Log

28、ic Controller)共同完成。其中CNC负责完成与数字运算和管理有关的功能，如编辑加工程序、插补运算、译码、位置伺服控制等。PLC负责完成与逻辑运算有关的各种动作，如进行与逻辑运算、顺序动作有关的I0控制，它由硬件和软件组成。机床I0电路和装置是用于实现I0控制的执行部件，是由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路。它们共同完成以下任务： 1) 接受CNC控制代码M(辅助功能)、S(主轴转速)、T(选刀、换刀)等顺序动作信息，对其进行译码后转换成相应的控制信号，驱动辅助装置完成一系列开关动作，如装夹工件、更换刀具和开关切削液等； 2) 接受操作面板和机床侧的I0信号，直接控制

29、机床动作，并将部分指令送往CNC用于加工过程的控制。 应用于数控机床的PLC分两类，一类是CNC生产厂家为实现数控机床顺序控制，而将CNC和PLC综合设计的内装型(或集成型)，这种PLC是CNC装置的一部分；另一类是专门生产厂家开发的PLC系列产品，即独立型(或外装型)的PLC。 （4）控制面板 控制面板又称操作面板，是操作人员与数控机床(系统)进行信息交互的工具。操作人员可以通过它对数控机床(系统)进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解或查询数控机床(系统)的运行状态。它是数控机床的一个输入输出部件，主要由按钮站、状态灯、按键阵列(功能与计算机键盘一样)和显示器等部

30、分组成。 （5）控制介质与程序输入输出设备 控制介质是记录零件加工程序的媒介，是人与机床建立联系的介质。程序输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交互的装置，其作用是将记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统，或将已调试好的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的介质上。目前数控机床常用的控制介质和程序输入输出设备是磁盘和磁盘驱动器等。 此外，现代数控系统一般可利用通信方式进行信息交换，这种方式是实现CAD(计算机辅助设计)CAM(计算机辅助制造)的集成、FMS(柔性制造系统)和CIMS(计算机集成制造系统)的基本技术。目前在数控机床上常用的通信方式有： (1) 串行通信； (2)

31、自动控制专用接口； (3) 网络技术。 (4) 机床本体 数控机床的本体指其机械结构实体。它是数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。它主要由主运动部件(主轴、主运动传动机构)、进给运动部件(工作台、拖板及相应的传动机构)、支承件(立柱、床身等)以及特殊装置、自动工件交换(APC)系统、自动刀具交换(ATC)系统和辅助装置(如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等)组成。它不仅要实现由数控装置控制的各种运动，而且还要承受包括切削力在内的各种作用力，因此机床本体必须保证有良好的几何精度、足够的刚度、小的热变形、低的摩擦阻力，才能有效地保证数控机床的加工精度。1.3.4 数控机床分类 数控机床的

32、种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，主要分类如下： 1按工艺用途（机床类型）分类 (1) 切削加工类 即具有切削加工功能的数控机床。如数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控刨插机床、数控齿轮加工机床、数控螺纹加工机床、数控电加工及超声波加工机床、数控磨床、数控割断机床及数控其它机床等。目前，国内外开发的新品种特别多，分得越来越细。如在数控磨床中不仅有数控外圆磨床，数控内圆磨床，集可磨外圆、内圆于一机的数控万能磨床，数控平面磨床，数控坐标磨床，数控工具磨床，数控无心磨床，数控齿轮磨床，还有专用或专门化的数控轴承磨床、数控外螺纹磨床、数控内螺纹磨床、数控双端面磨床、数控凸轮

33、轴磨床、数控曲轴磨床、能自动换砂轮的数控导轨磨床(又称导轨磨削中心)等等；还有工艺范围更宽的车削中心、加工中心、柔性制造单元(FMC)等。 (2) 成形加工类 此类是指具有通过物理方法改变工件形状功能的数控机床，如数控折弯机、数控冲床、数控压力机等。 (3) 特种加工类 此类是指具有特种加工功能的数控机床，如数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床、带有自动换电极功能的“电加工中心”、数控激光切割机床、数控激光热处理机床、数控激光板料成形机床、数控等离子切割机等。 (4) 其他类型 是指一些广义上的数控设备，如数控装配机、数控测量机、机器人等 2按进给伺服系统类型分类 按数控系统的进给伺服系统

34、有无位置测量反馈装置可分为开环数控机床和闭环数控机床。在闭环数控系统中，根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。 (1) 开环数控机床 开环数控机床采用开环进给伺服系统。图1-6所示为开环进给伺服系统简图。开环进给伺服系统没有位置测量反馈装置，信号流是单向的(数控装置进给系统)，故系统稳定性好。但由于无图1-6 开环控制系统框图位置反馈，精度(相对闭环系统)不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。该系统一般以步进电动机作为伺服驱动元件，它具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。 （2）

35、半闭环数控机床 半闭环数控机床的进给伺服系统如图1-7所示。半闭环数控系统的位置检测点是从驱动电动机(常用交、直流伺服电动机)或丝杠端引出，通过检测电动机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。 图1-7 半闭环控制系统由于在半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，可获得较稳定的控制性能，其系统稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。另外，在位置环内各组成环节的误差可得到某种程度的纠正，位置环外不能直接消除的如丝杠螺距误差、齿轮间隙引起的运动误差等，可通过软件补偿这类误差来提高运动精度，因此在现代CNC机床中得到了广泛应用 (3) 闭环数控机床 闭环进给伺服系统

36、的位置检测元件如图1-8所示，它直接对工作台的实际位置进行检测。理论上讲，可以消图1-8 全闭环控制系统消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量，具有很高的位置控制精度。但由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，很容易造成系统不稳定。因此闭环系统的设计、安装和调试都有相当的难度，对其组成环节的精度、刚性和动态特性等都有较高的要求，价格昂贵。这类系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。 3按数控系统分类 按数控系统的功能分类，可分为：经济型数控机床、中档数控机床和高档数控机床。 4按数控系统的联动轴数分类，可分为：2坐标数控机床、3

37、坐标数控机床和多坐标数控机床。 5按数控系统控制的刀具轨迹分类，可分为：点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。1.3.5 数控机床的规格、性能和可靠性指标 1规格指标 规格指标是指数控机床的基本能力指标，主要有以下几方面： (1) 行程范围和摆角范围 行程范围是指坐标轴可控的运动区间，它反映该机床允许的加工空间，一般情况下工件轮廓尺寸应在加工空间的范围之内。摆角范围是指摆角坐标轴可控的摆角区间，也反映该机床的加工空间。 (2) 工作台面尺寸 它反映该机床安装工件的最大范围，通常应选择比最大加工工件稍大一点的面积，这是因为要预留夹具所需的空间。 (3) 承载能力 它反映该机床

38、能加工零件的最大重量。 (4) 主轴功率和进给轴扭矩 它反映该机床的加工能力，同时也可间接反映机床的刚度和强度。 (5) 控制轴数和联动轴数 数控机床的控制轴数通常是指机床数控装置能够控制的进给轴数。数控机床控制轴数与数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。联动轴数是指数控机床同时控制多个进给轴，使它们按规定的路线和进给速度运动的进给轴的数目。它反映数控机床的曲面加工能力。 (6) 刀具系统 数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度各项内容。加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率，通常中小型加工中心的刀库容量为1660把，大型加工中心可达100把以上。

39、换刀速度和工作台交换速度，它们也是影响生产效率的性能指标。换刀时间是指自动换刀系统，将主轴上的刀具与刀库刀具进行交换所需要的时间，换刀一般可在520s的时间内完成。 2性能指标 (1) 分辨率与脉冲当量 分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。对测量系统而言，分辨率是可以测量的最小增量；对控制系统而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，通常称为脉冲当量。脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。简易数控机床的脉冲当量为0.01 mm，

40、普通数控机床的脉冲当量为1m，精密或超精密数控机床的脉冲当量为0.1m，最精密的数控系统的分辨率已达0001 m。 (2) 最高主轴转速和最大加速度 最高主轴转速是指主轴所能达到的最高转速，它是影响零件表面加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素之一。最大加速度是反映主轴速度提速能力的性能指标，也是加工效率的重要指标。 (3) 定位精度和重复定位精度 定位精度是指数控机床工作台或其它运动部件，实际运动位置与指令位詈的一致程度，其不一致的差量即为定位误差。引起定位误差的因素包括伺服系统、检测系统、进给系统误差，以及运动部件导轨的几何误差等。定位误差直接影响加工零件的尺寸精度。重复定位精度是指在相

41、同的操作方法和条件下，在完成规定操作次数过程中得到结果的一致程度。重复定位精度一般是呈正态分布的偶然性误差，它会影响批量加工零件的一致性，是一项非常重要的性能指标。一般数控机床的定位精度为0.01mm，重复定位精度为0.005mm。 (4) 最高快移速度和最高进给速度 最高快移速度是指进给轴在非加工状态下的最高移动速度，最高进给速度是指进给轴在加工状态下的最高移动速度，它们也是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。这两个性能指标受数控装置的运算速度、机床动态特性及工艺系统刚度等因素的限制。 （5）电气 包括主电动机、伺服电动机规格型号和功率等。 （6）冷却系统 包括冷却箱容量、冷却

42、泵输出量等。 （7）外形尺寸 表示为长宽高。 （8）机床重量 3可靠性指标 (1) 平均无故障时间MTBF(Mean time between failures) 它是指一台数控机床在使用中平均两次故障间隔的时间，即数控机床在寿命范围内总工作时间和总故障次数之比，即 显然，这段时间越长越好。 (2) 平均修复时间MTTR(Meantimetorestore) 它是指一台数控机床从开始出现故障直到能正常工作所用的平均修复时间，即 考虑到实际系统出现故障总是难免的，故对于可维修的系统，总希望一旦出现故障，修复的时间越短越好，即希望MTYR越短越好。 (3) 平均有效度A 如果把MTBF看作设备正常

43、工作的时间，把MTTR看作设备不能工作的时间，那么正常工作时间与总时间之比称为设备的平均有效度A，即平均有效度反映了设备提供正常使用的能力，是衡量设备可靠性的一个重要指标。1.3.6 数控机床的主要功能 1控制轴数与联动轴数 控制轴数说明数控系统最多可以控制多少坐标轴，其中包括移动轴和回转轴。基本坐标轴是X、Y、Z轴，当多于3个轴时，往往是X、Y、Z的平行辅助轴或回转轴。联动轴数是指数控系统按加工要求控制同时运动的坐标轴数。如某数控机床具有X、Y、Z三个坐标轴运动方向，而数控系统只能同时控制两个坐标(XY、YZ、或XZ)方向的运动，则该机床的控制轴数为3轴，而联动轴数为2轴。 2插补功能 指数

44、控机床能够实现的线型能力。如直线、圆弧、螺旋线、抛物线、正弦曲线等。机床插补功能越强，说明能够加工的轮廓种类越多。 3进给功能 包括快速进给(空行程)、切削进给：手动连续进给、点动进给；进给率修调(倍率开关)；自动加减速功能等。 4主轴功能 可实现恒转速、恒线速、定向停止及转速修调(倍率开关)。恒线速即主轴自动变速，使刀具对工件切削点的线速度保持不变。主轴定向停止即换刀、精镗后退刀前，主轴在其周向准确定位。 5刀具功能 指刀具的自动选择和自动换刀。 6刀具补偿 包括刀具位置补偿、半径补偿和长度补偿功能。半径补偿如车刀的刀尖半径、铣刀半径的补偿；长度补偿如铣床、加工中心沿加工深度方向对刀具长度变化的补偿。 7机械误差补偿 指系统可自动补偿机械传动部件因间隙产生的误差。 8操作功能 数控机床通常有单程序段的执行和跳段执行、试运行，图形模拟、机械锁住、暂停和急停等功能，有的还有软键