数控技术基本知识

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第1章绪论

数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；数控技术的应用是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段。

我国制造业数控化率年增长率达6%，据预测到2020年，制造业数控化率将达到60%。

§1-1数控系统及数控机床的基本概念

一、定义1.数字控制(数控NC)(NumericalControl)

它是指用数字化信号对机床运动及其加工过程中进行控制的一种方法。32.数控系统（NCControlSystem）

数控设备的数据处理和控制电路以及伺服机构等统称数控控制系统。它由程序输入、输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴进给及驱动装置等组成。

数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。它综合了综合了计算机、自动控制、精密测量、机床的机构设计与制造等方面的最新成果。3.数控机床（NCMachineTools）4二、数控加工的原理数控装置伺服系统加工程序零件图数控系统

机床数控机床的工作原理图§1.2

数控车床组成：一、数控车床是集机、电、液、气为一体,按照人机工程学宜人化进行布局设计,全封闭防护。主要由如下几部分组成:（1）主机:它是数控车床的机械部分,包括床身底座、主轴箱、刀架、尾座、进给机构。（2）数控装置:它是数控车床的控制核心部分,包括CPU、存储器、CTR等。

数控装置

（3）伺服驱动系统:它是数控车床的切削动力部分,主要实现主运动和进给运动,由伺服驱动电机和伺服驱动装置组成。伺服驱动装置主要由主轴电机和进给伺服驱动装置。（4）辅助装置:辅助装置包括数控车床的一些配件,包括液压装置、气压装置、排屑装置冷、却润滑装置等。二、数控车床加工的特点如下:（1）自动化程度高,减轻操作者的劳动强度。（2）加工质量稳定,尺寸统一性好

。（3）生产效率高

。（4）便于产品研制

。（5）便于实现计算机辅助制造。（6）加工成本一般较高。（7）适宜多品种中小批量生产。（8）设备维修困难。2022/12/1211§1.3数控机床总总体结构设设计一、对数控控机床总体体设计的要要求1、对机床性性能的要求求（1）机床工艺艺范围：要要适应不同同生产要求求的能力（2）加工精度度高：抵挡挡数控系统统的分辨率率为10um中档为1um，高档为0.1um.2、满足机床床刚度和抗抗震性的要要求3、减少热变变形的要求求4、对机床可可靠性的要要求5、对速度的的要求6、经济效益益7、人机关系系的要求二、数控机机床的总体体布局机床的总体体布局直接接影响到机机床的结构构和性能。。合理选择择机床布局局，不但可可以使机械械结构更简简单、合理理、经济，，而且能提提高机床刚刚度、改善善机床受力力情况，提提高热稳定定性和操作作性能，使使机床满足足数控化的的要求。（1）卧式数控控车床：刀架后置的数控控车床（2）立式数控控车床：主轴轴线处处于垂直位位的数控车车床。立式数控车床16（3）双刀架四四轴控制的的数控车床床：机床上有两两个独立的的回转刀架，可实实现四轴控控制。17（4）三轴控制制的车削中中心：车削中心是是在数控车车床的基础础上发展起起来的，主要特征是在数控车车床的转塔塔刀架上增设了多种种自驱动刀刀具，并对对主轴（C轴）进行伺伺服控制，，自驱动刀刀具有钻削削头、铣削削头等。（5）五轴联动车车铣复合中中心：机床配置双双车主轴、、一个铣轴、一个个回转刀架架和一个盘盘式刀库。。车铣复合中中心主要用于航空、、军工、汽汽车、船舶舶等行业中中复杂零件件的加工。。主轴銑轴前置回转刀刀架三、数控机机床的主传传动系统数控机床的的主传动系系统包括主主轴电动机机、传动系系统和主轴轴组件1、对主传动动系统的要要求（1）调速范围围（2）热变形（3）主轴的旋旋转精度和和运动精度度（4）主轴的静静刚度和抗抗震性（5）主轴组件件的耐磨性性2、数控机床床主轴的调调速方法数控机床的的主传动要要求较大的的调速范围围，以保证证加工时能能选用合理的的切削用量量，从而获获得最佳的的生产效率率、加工精精度和表面质质量。数控机床的的变速是按按照控制指指令自动进进行的，因因此变速机机构必须适应应自动操作作的要求。。数控机床主主传动系统统主要有四四种配置方方式带有变速齿齿轮的主传传动通过带传动动的主传动动用两个电动动机分别驱驱动主轴内装电动机机主轴传动动结构3、主轴部件件主轴部件是是机床重要要的部件之之一，它带带动工件或或刀具执行行机床的切削运动动，因此数数控机床主主轴的精度度，抗震性性，和热变变形对加工质量有有直接影响响主轴部件包包括主轴的的支承、安安装在主轴轴上的传动动零件等。。锥孔双列圆圆柱滚子轴轴承双列推力角角接触球轴轴承双列圆锥滚滚子轴承带凸肩的双双列圆锥滚滚子轴承常用主轴轴轴承轴承的配置置合理配置轴轴承,可以提高主主轴精度,降低温升,简化支承结结构。在数数控机床上上配制轴承承时,前后轴承都都应能承受受径向载荷荷,支承间的距距离要选择择合理,并根据机床床的实际情情况配制轴轴向力的轴轴承。（1）采用后端定位,推力轴承布布置在后支支承的两侧侧,轴向载荷由由后支承承承受。（2）采用前、后两端端定位,推力轴承布布置在前、、后支承的的两外侧,轴向载荷由由前支承承承受,轴向间隙由由后端调整整。（3）采用前端定位,推力轴承布布置在前支支承,轴向载荷由由前支承承承受。四、数控机机床的进给给传动系统统数控机床对对进给系统统的基本要要求1)提高传动部部件的刚度度。2)减小传动部部件的惯量量。3)减小传动部部件的间隙隙4)减小系统的的摩擦阻力力数控机床进进给系统的的基本形式式滚珠丝杠螺螺母副静压丝杠螺螺母副静压蜗杆蜗蜗条副和齿齿轮齿条副副直线电动机机直接驱动动滚珠丝杠螺螺母副的结结构原理滚珠丝杠的的支撑方法法1、机床支承件件及其功用用机床支承件是机机床的基础础构件。包括床身、立往往、横梁、、底座、刀刀架、工作作台、箱体体和升降台等。这些件一一般称为“大件”。机床的各种支承承件有的互互相固定连连接、有的的在导轨上上运动。切切削时它们们受力并变形。。机床变动动的切削力、、运动件的的惯性、旋旋转件的不不平衡等动动态力会引引发支承件件和整机振振动。支承件的热变形会会改变执行行机构的正正确位置或或运动轨迹迹，影响加加工精度和和表面质量量e因此必须重视支承件的设设计。五、机床支支承件2、对机床支承承件的基本本要求（1）、应具有足够的的静刚废和和较高的刚刚度一重量量比。（2）、应有较好的动态特性（3）、应具有较好的的热变形特性（4）、应考虑到便于于排屑、清清砂，吊运运安全；合合理地布置置液压，电气等器器件，并具具有良好的的工艺性，便于制制造和装配配。3、数控机床支支承件结构构的一些特点(一)支承件的形形状选择原则1)在同等面积积下，设计计支承件时时总是使壁壁厚在工艺艺可能的前提下尽量量薄2)方形截面的的抗弯刚度度比圆形的的大，而抗抗扭刚度则则较低因此此，如果支支承件所承承受的主要要是弯短，，则截面形形状以方形形和矩形为为佳。3)不封闭的截截面比封闭闭的截面，，刚度显著著下降，特特别是抗扭扭刚度，下下降更多因因此，在可可能条件下下，应尽量量把支承件件的截面做做成封闭的的框形。(二)结构特点为提高静刚刚度和抗振振性，应合合理的设计计横截面的的形状尺寸寸，合理的的布置筋板板结构五、数数控机床导导轨1、机床导轨轨的功用机床导轨的的功用是起起导向及支支承作用，，即保证运运动部件在在外力的作作用下(运动部件本本身的重量量、工件重重量、切削削力及牵引引力等)能准确地沿沿着一定方方向的运动动。2、导轨应满满足的基本本要求（1）．导向精精度（2）．刚度（3）．耐磨性性（4）．低速平平稳性（5）．结构工工艺性3、导轨基本本类型及特特点1)导轨按工作作性质可分分为主运动动导轨、进进给运动导导轨。2)校运动轨迹迹可分为直直线运动和和圆周运动动导轨。3)按受力情况况可分为开开式导轨和和闭式导轨轨。4)按摩掠性质质可分为滑滑动导轨和和滚动导轨轨。直线滑动导导轨滚动导轨6、刀库和机机械手选刀方式是是将所需刀刀具从刀库库中准确调调出的方法法，常用的有顺顺序选刀和和任意选刀刀二、刀具的的选择方式式顺序选刀：：按照工艺艺顺序的要要求依次将将所用刀具具插入刀库刀座中中，需要时时按规定的的顺序取刀刀。更换不同的的工件时必必须重新排排列刀库中中刀具的顺序，，因而操作作繁琐。任意选刀：：可分为刀座座编码、刀刀具编码、、和跟踪记记忆等方式式顺序选刀刀座编码任任选刀具七、回转工工作台数控机床的的回转工作作台主要有有：数控进进给回转工工作台和分度回转工工作台两种种定位销式分分度工作台台开环数控回回转工作台台61§1.4数控技术的的发展趋势势1．高精度化化从精密加工工发展到超超精密加工工，是世界界各工业强强国的发展展方向。其其加工精度度已从微米米级发展到到亚微米级级，乃至纳纳米级。2．高速化机床向高速速化发展，，可以充分分发挥现代代刀具材料料的性能，，不但可大大幅提高加加工效率、、降低加工工成本，而而且还可以以提高零件件的表面加加工质量和和精度。623．高柔性化化柔性自动化化技术是制制造业适应应市场动态态需求及产产品迅速更更新的主要要手段，是是各国制造造业发展的的主流趋势势。4．高自动化化高自动化是是指在全部部加工过程程中尽量减减少人的介介入而自动动完成任务务，它包括括物料流和和信息流的的自动化。。5．智能化数控系统的的智能化主主要体现在在以下几个个方面：（1）应用自自适应应控制制技术术63（2）自动编编程技技术（3）具有故故障自自动诊诊断功功能（4）应用模模式识识别技技术6．开放式式体系系结构构为适应应数控控进线线、联联网、、普及及型个个性化化、多多品种种、小小批量量、柔柔性化化及数数控迅迅速发发展的的要求求，最最重要要的是是体系系结构构的开开放性性，如如设计计生产产开放放式的的数控控系统统。7．基于于网络络的数数控系系统网络的的任务务主要要是进进行通通讯，，共享享信息息。数数控机机床作作为车车间的的基本本设备备。648．提高数数控系系统的的可靠靠性可靠性性是数数控机机床用用户最最为关关注的的问题题，提提高可可靠性性通常常可采采取下下列一一些措措施：：（1）提高线线路的的集成成度采用大大规模模集成成电路路、专专用芯芯片及及混合合式集集成电电路，，以减减少元元器件件数量量，精精简外外部连连线和和降低低功耗耗。（2）建立由由设计计、试试制到到生产产的完完整质质量保保证体体系例如采取防防电源源干扰扰，输输入、输出隔隔离；；使数数控系系统模模块化化、通通用化化及