数控机床教学辅导

数控机床

（54学时）

中央广播电视大学罗学科课程教学辅导Ⅰ、课程教学大纲说明一、课程性质、目的和任务1、课程性质《数控机床》作为数控技术专业的专业必修课，对于培养该专业学生掌握数控技术的核心技术有极其重要的作用。

Ⅰ、课程教学大纲说明以数控机床的机械结构为基础，以数控车床、数控铣床、加工中心、电加工机床为典型数控机床，对其结构、使用方法等进行学习，同时对数控机床的电气部分、日常维护、调试验收等内容也进行学习，为全面掌握数控机床打下良好的基础。Ⅰ、课程教学大纲说明2、目的和任务培养学生五种基本能力和多种分析、思维能力和工程文化素质。五种基本能力：对数控机床进行结构分析的能力、对各种典型数控机床进行性能评价的能力、合理选择数控机床的能力、进行数控机床操作的基本能力、对数控机床进行安装调试和日常维护的能力。Ⅰ、课程教学大纲说明多种分析思维能力:对数控机床进行分类和评价的能力、对数控机床各种结构布局进行分析和评价的能力、对机床进行选择和与工件加工进行匹配的能力等。Ⅰ、课程教学大纲说明Ⅰ、课程教学大纲说明

工程文化素质：认真负责、严谨细致的工作态度和工作作风。Ⅰ、课程教学大纲说明使学生达到既具有工程基础又有较高的工程文化素质，既有丰富的数控机床基础知识、基本理论，又有较强的分析思维能力，能够合理地选择、评价数控机床。为今后在工作中进行数控机床的选用、调试、操作、日常维护和一般故障的检修打下坚实基础。Ⅰ、课程教学大纲说明二、与相关课程的衔接、配合、分工本课程是数控技术专业的必修专业课，学生在学习本课程前必须掌握机械制图、机械制造基础、机械设计基础等知识。与本科课程紧密相关的课程是《数控编程技术》、《数控加工工艺》2门核心课程。Ⅰ、课程教学大纲说明三、课程教学要求的层次1.了解：要求对有关教学内容有一般的了解。2.掌握：要求掌握有关内容的基本概念、基本理论、基本方法，并能在掌握的基础上对相关问题进行分析和判断，得出正确结论。Ⅰ、、课课程程教教学学大大纲纲说说明明3.熟熟练练掌掌握握：：对对于于今今后后实实际际工工作作中中需需要要应应用用的的重重要要内内容容，，要要求求熟熟练练掌掌握握。。这这些些内内容容，，不不仅仅要要深深入入理理解解，，还还能能够够应应用用所所学学的的知知识识解解决决实实际际工工程程问问题题。。Ⅰ、、课课程程教教学学大大纲纲说说明明四、、各各章章学学时时分分配配Ⅱ、、各各章章讲讲述述要要点点第一一章章数数控控机机床床简简介介一、、目目的的与与要要求求使学学生生掌掌握握数数控控机机床床的的基基本本概概念念、、组组成成、、分分类类、、发发展展历历程程和和方方向向。。初初步步了了解解数数控控机机床床的的基基本本工工作作原原理理和和数数控控机机床床的的适适用用范范围围。。二、、教教学学内内容容1．．数数控控机机床床的的基基本本概概念念2．．数数控控机机床床的的基基本本工工作作原原理理3．．数数控控机机床床的的基基本本组组成成4．．数数控控机机床床的的分分类类5．．数数控控加加工工的的特特点点6．．数数控控机机床床的的适适用用范范围围7.数数控控机机床床的的发发展展历历程程和和方方向向三、、重重点点与与难难点点重点点是是数数控控机机床床的的基基本本概概念念、、组组成成、、分分类类。。1、、基基本本概概念念数字字控控制制（（NumericalControl，，NC））简称称数数控控，，是是用用数数字字化化信信号号对对机机床床的的运运动动及及其其加加工工过过程程进进行行控控制制的的一一种种技技术术方方法法。。数控控机机床床（（NumericalControlMachine））采用用数数字字控控制制技技术术对对机机床床的的加加工工过过程程进进行行自自动动控控制制的的一一类类机机床床。。四、、考考核核点点2、、数数控控机机床床的的基基本本组组成成反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测3、、数数控控机机床床的的分分类类（1））按按数数控控机机床床伺伺服服系系统统分分类类开环环数数控控系系统统全闭闭环环数数控控系系统统半闭闭环环数数控控系系统统（2））按按数数控控机机床床运运动动轨轨迹迹分分类类点位位控控制制数数控控机机床床直线线控控制制数数控控机机床床轮廓廓控控制制数数控控机机床床知识识点点：：可可控控轴轴数数和和联联动动轴轴数数通常常一一台台数数控控机机床床的的联联动动轴轴数数一一般般会会小小于于或或等等于于可可控控轴轴数数。。4、、数数控控机机床床特特点点及及应应用用范范围围特点点：：精度度、、高高效效率率、、高高速速度度、、高高刚刚性性、、高高柔柔性性、、高高自自动动化化数控控机机床床是是为为了了解解决决单单件件、、小小批批量量、、精精度度高高、、形形状状复复杂杂的的零零件件加加工工的的自自动动化化要要求求而而产产生生的的。。5、、数数控控机机床床的的发发展展历历程程和和发发展展方方向向突破破传传统统机机床床结结构构的的最最新新一一代代的的数数控控机机床床：：并并联联机机床床（（虚虚轴轴机机床床））。。发展展方方向向：：（1））高高速速度度与与高高精精度度化化（2））多多功功能能化化（3））智智能能化化（4））高高的的可可靠靠性性第二二章章数数控控机机床床的的机机械械结结构构一、、目目的的与与要要求求对数数控控机机床床的的主主要要部部件件及及其其功功能能加加以以阐阐述述，，使使学学习习者者进进一一步步了了解解数数控控机机床床的的机机械械结结构构，，为为后后续续学学习习各各种种典典型型数数控控机机床床打打好好基基础础。。使使学学生生掌掌握握数数控控机机床床机机械械结结构构的的组组成成和和特点。对数数控机床的的主传动系系统、进给给传动系统统、导轨、、工作台、、位置检测测装置、自自动换刀装装置、辅助助装置等重重要组成部部分有一定定的认识。。二、教学内内容1．数控机机床机械结结构组成及及特点2．数控机机床的主传传动系统3．数控机机床进给传传动系统4．数控机机床的导轨轨5．数控机机床的工作作台6．数控机机床的位置置检测装置置7．数控机机床的自动动换刀装置置8．数控机机床的辅助助装置三、重点与与难点重点是数控控机床机械械结构组成成及特点，，主传动系系统、进给给传动系统统的组成、、特点、作作用。难点点是主要部部件的工作作原理。四、考核点点1、数控机机床机械结结构的主要要组成和特特点组要组成：：1）主传动动系统2）进给传传动系统3）基础支支承件4）辅助装装置主要特点1）高的静静、动刚度度2）良好的的抗振性能能3）良好的的热稳定性性4）高的灵灵敏度5）高效化化装置、高高人性化操操作2、数控机机床的主传传动系统作用：产生不同同的主轴切切削速度以以满足不同同的加工条条件要求。。组成：主要包括括电动机、、传动系统统和主轴部部件。特点：（1）转速速高、功率率大（2）变速速范围宽（3）主轴轴变换迅速速可靠（4）主轴轴组件的耐耐磨性高变速方式：：(1)带带有变速齿齿轮的主传传动(2)通通过带传动动的主传动动(3)用用两个电动动机分别驱驱动主轴(4)由由调速电动动机直接驱驱动的主传传动(5)内内装式电主主轴主轴部件：：（1）主轴轴轴承配置置形式（2）主轴轴的润滑与与冷却作用：是控控制主轴发发热，保证证主轴正常常工作的必必要手段。。（3）主轴轴准停装置置作用：又称称主轴定位位功能。即即当主轴停停止时，控控制其停于于固定的位位置，这是是自动换刀刀所必须的的功能。高速主轴单单元高速主轴单单元的类型型主要有电电主轴和气气动主轴。。3、数控机机床进给传传动系统作用：负责接受数数控系统发发出的脉冲冲指令，并并经放大和和转换后驱驱动机床运运动执行件件实现预期期的运动。。图示

进给给传动系统统示意图1-滚珠丝丝杠2-滚珠螺母母3-滚滚动直线导导轨4-工作台5-支承轴轴承6-连轴器7-伺服服电动机8-床身身数控机床对对进给系统统的要求：：1）运动件件间的摩擦擦阻力小2）消除传传动系统中中的间隙3）传动系系统的精度度和刚度高高4）减少运运动惯性，，具有适当当的阻尼传动齿轮副副消除齿轮传传动间隙的的措施：（1）刚性性调整法1）偏心轴轴套调整法法；2）锥度齿齿轮调整法法。（2）柔性性调整法1）轴向压压簧调整法法；2）周向弹弹簧调整法法。滚珠丝杠螺螺母副作用：是将旋转运运动转换为为直线运动动。特点：传动效率高高、摩擦损损失小；通通过预紧可可消除间隙隙，提高传传动刚度；；但制造成成本高，不不能自锁。。轴向间隙的的调整：为了保证滚滚珠丝杠反反向传动精精度和轴向向刚度，必必须消除滚滚珠丝杠螺螺母副的传传动间隙。。滚珠丝杠的的支承与制制动：滚珠丝杠螺螺母副运动动具有可逆逆性，不能能自锁，立立式使用时时应增加制制动装置。。4、数控机机床导轨作用：对运动部件件起支承和和导向作用用。数控机床对对导轨的基基本要求：：1）导向精精度高2）耐磨性性能好3）足够的的刚度4）良好的的摩擦特性性5）工艺性性好类型与特点点：滑动导轨；；滚动导导轨；静静压导轨。。6、数控机机床的位置置检测装置置作用：构成闭环系系统。精度度直接影响响数控机床床的定位精精度和加工工精度。分类：根据运动型型式分为回回转型和直直线型检测测装置。直线型位置置检测装置用用来检测运运动部件的的直线位移移量。旋转型位置置检测装置用用来检测回回转部件的的转动位移移量。光栅分类：长光栅（光光栅尺）和和圆光栅。。特点：响应速度快快，精度高高。应用：高精度数控控机床。旋转变压器器作用：一种常用的的转角检测测元件。7、数控机床的的自动换刀刀装置8、数控机床的的辅助装置置数控机床液液压和气压压装置自动排屑装装置工件自动交交换系统②①③④⑤第三章数数控机床电电气控制系系统一、目的与与要求使学生掌握握数控机床床电气控制制系统的组组成及其各各部分的作作用、特点点、选型。。二、教学内内容1．数控机机床电气控控制系统概概述2．数控系系统的功能能和特点3．数控系系统的插补补原理4．典型数数控系统及及其应用5．数控机机床上的可可编程控制制器6．伺服系系统三、重点与与难点重点是数控控系统的基基本组成，，PLC在在数控机床床上的作用用；难点是是数控系统统的插补原原理和伺服服驱动电动动机的选型型方法。1、数控机床床电气控制制系统的概概述组成：人机界面、、数字控制制以及机床床逻辑控制制（顺序控控制）。。数控系统是是数控机床床的核心。。数控机床的的控制可分分为两大部部分：一部分是坐坐标轴运动动的位置控控制，另另一部分是是数控机床床加工过程程的顺序控控制。四、考核点点2、数控系统统的功能和和特点主要特点：：1）具有灵灵活性2）具有通通用性3）较强的的环境适应应性4）复杂、、高效的数数控功能5）高可靠靠性6）完善的的输入/输输出通道7）易于实实现机电一一体化主要功能：：1）控制功功能2）准备功功能和辅助助功能3）点位与与连续移动动功能4）插补功功能5）固定循循环加工功功能6）进给功功能7）主轴速速度控制功功能8）刀具管管理功能9）补偿功功能10）人机机对话功能能11）程序序编制功能能12）输入入、输出和和通信功能能13）自诊诊断功能数控系统的的插补原理理分类：基准脉冲插插补和数据据采样插补补两大类。。逐点比较插插补法：是以折线来来逼近直线线或圆弧曲曲线，它与与给定的直直线或圆弧弧之间的最最大误差不不超过一个个脉冲当量量。3、数控机床床上的可编编程控制器器（PLC）作用：代替数控机机床上的继继电器逻辑辑，完成逻逻辑控制。。数控机床用用PLC可可分为两类类：内装型和独独立型。PLC处于于CNC和和MT之间间，对NC侧和MT侧的输入入、输出信信号进行处处理。4、关于数控控伺服系统统作用：伺服系统是是把数控信信息转化为为机床进给给运动的执执行机构。。常用伺服电电机：步进电机、、直流伺服服电机、交交流伺服电电机。伺服电机选选型伺服电机选选型要根据据机床的设设计性能指指标，以及及机床实际际应用条件件，来选择择合适的伺伺服电机。。同时需要要考虑该电电机的过载载能力和过过载的条件件，并且要要考虑机床床传动系统统的丝杠与与伺服电机机转子的惯惯量匹配。。第四章典典型数控机机床一、目的与与要求掌握典型数数控机床的的特点、分分类和工艺艺使用范围围，掌握典典型数控机机床的基本本构成及布布局形式，，了解典型型数控机床床的主要技技术参数和和精度指标标。二、教学内内容1．数控车车床2．数控铣铣床3．数控加加工中心4．并联机机床5．数控电电加工机床床三、重点与与难点重点是数控控车床、数数控铣床、、加工中心心的特点、、分类、工工艺使用范范围，基本本构成及典典型布局形形式；难点点是数控机机床的结构构布局原理理，电加工工机床主要要部件的工工作原理。。1、数控车床床特点：发展趋势：：数控车床的的分类：：（1）经济济型数控车车床（2）全功功能型数控控车床（3）车削削中心四、考核点点（1）经济济型数控车车床特点：它一一般是在普普通车床的的基础上进进行改进设设计，并采采用步进电电动机驱动动的开环伺伺服系统。。其控制部部分采用单单板机、单单片机或档档次比较低低的数控系系统来实现现。此类车车床结构简简单，价格格低廉。但但无刀尖圆圆弧半径自自动补偿和和恒线速度度切削等功功能。（2）全功功能型数控控车床特点：全功功能型数控控车床就是是通常所说说的“数控控车床”，，又称标准准型数控车车床，即它它的控制系系统是标准准型的，带带有高分辨辨率的CRT显示器器以及各种种显示、图图形仿零点点、刀具补补偿等功能能，而且还还有通信或或网络接口口。全功能能型数控车车床采用闭闭环或半闭闭环控制的的伺服系统统，可以进进行多个坐坐标轴的控控制，具有有高刚度、、高精度和和高效率等等特点。（3）车削削中心特点：车削削中心是以以全功能型型数控车床床为主体，，并配置有有刀库、换换刀装置、、分度装置置、铣削动动力头和机机械手等，，以实现多多工序复合合加工的机机床。在工工件一次装装夹后，它它可完成回回转类零件件的车、铣铣、钻、铰铰、攻螺纹纹等多种加加工工序。。其功能全全面，但价价格较高。。数控车床的的组成及布布局床身结构形形式：水平床身、、倾斜床身身以及水平平床身斜滑滑板、立式式床身。中小型数控控车床多采采用倾斜床床身或水平平床身斜滑滑板结构。。优点：1）机床外外形美观，，占地面积积小：2）易于排排屑和冷却却液的排流流；3）便于操操作者操作作和观察；；4）易于安安装上下料料机械手，，实现全面面自动化。。5）可采用用封闭截面面整体结构构，以提高高床身的刚刚度。数控铣床的的分类（1）按机机床主轴的的布置形式式及机床的的布局特点点分为：立式、卧式式和立卧两两用式三种种。2、数控铣铣床1）立式数数控铣床特点：主轴轴轴线垂直直于水平面面。是数控控铣床中最最常见的一一种布局形形式，应用用范围最广广泛，其中中以三轴联联动铣床居居多。应用：主要要用于水平平面内的型型面加工，，增加数控控分度头后后，可在圆圆柱表面上上加工曲线线沟槽。2）卧式数数控铣床特点：主轴轴线平行于于水平面。。应用：主要要用于垂直直平面内的的各种上型型面加工，，配置万能能数控转盘盘后，还可可以对工件件侧面上的的连续回转转轮廓进行行加工，并并能在一次次安装后加加工箱体零零件的四个个表面。通通常采用增增加数控转转盘来实现现四轴或五五轴加工。。3）立卧两两用式数控控铣床特点：立卧卧两用式数数控铣床的的主轴轴线线方向可以以变换，既既可以进行行立式加工工，又可以以进行卧式式加工，使使用范围更更大，功能能更强。（2）按按控数系系统的功功能分类类：简易型数数控铣床床普通数控控铣床数控仿形形铣床数控工具具铣床1）简易易型数控控铣床特点：简易型数数控铣床床是在普普通铣床床的基础础上，对对机床的的机械传传动结构构进行简简单的改改造，并并增加简简易数控控系统后后形成的的。这种种数控铣铣床成本本较低，，自动化化程度和和功能都都较差，，一般只只有X、、Y两坐坐标联动动功能，，加工精精度也不不高。应用：可以加工工平面曲曲线类和和平面型型腔类零零件。2）普通通数控铣铣床特点：普通数控控铣床可可以三坐坐标联动动。应用：用于各类类复杂的的平面、、曲面和和壳体类类零件的的加工，，如各种种模具、、样板、、凸轮和和连杆等等。3）数控控仿形铣铣床应用：主要用于于各种复复杂型腔腔模具或或工件的的铣削加加工，特特别对不不规则的的三维曲曲面和复复杂边界界构成的的工件更更显示出出其优越越性。数控铣床床的组成成及布局局1）运动动的分配配与部件件的布局局一般需要要对工件件的顶面面进加工工，则铣铣床主轴轴应布局局成立式式的。一般需要要对工件件的多个个侧面进进行加工工，则主主轴应布布局成卧卧式的。。2）铣床床的布局局与结构构性能数控铣床床的布局局应能兼兼顾铣床床有良好好的精度度、刚度度、抗振振性和热热稳定性性等结构构性能。。T形床身身布局的的优点：：刚性好好。框式立柱柱布局的的优点：：热变形形对加工工精度的的影响小小。T形床身身封闭整体体箱形结结构组成：（1）基础部部件（2）主轴部部件（3）数控系系统（4）自动换换刀系统统（ATC）（5）辅助系系统（6）自动托托盘交换换系统（（APC）3、加工工中心最突出特特点：加工中心心设置有有刀库并并能换刀刀具。这这是它与与数控铣铣床、数数控镗床床等机床床的主要要区别。。（1）卧卧式加工工中心应用：最最适合加加工箱体体类工件件。（2）立式加加工中心心应用：适适合于加加工盘类类工件，，配合各各种附件件后，可可满足各各种工件件的加工工。（3）五面加加工中心心特点：五五面加工工中心具具有立式式和卧式式加工中中心的功功能，通通过回转转工作台台的旋转转和主轴轴头的旋旋转，能能在工件件一次装装夹后，，完成除除安装面面以外的的所有五五个面的的加工。。4、并联联机床传统机床床：串联联机构并联机床床：并联联机构是一种空空间并联联连杆机机构。人人们将这这种机构构称为Stewart平台。。基本结构构：是一个动动平台、、一个定定平台和和六根长长度可变变的连杆杆动。基本原理理：基于工具具和工件件(正、、负电极极)之间间脉冲性性火花放放电时的的电蚀现现象来蚀蚀除多余余的金属属，以达达到对零零件的尺尺寸、形形状及表表面质量量预定的的加工要要求。5、电加加工机床床电火花加加工的特特点：（1）电电火花加加工属不不接触加加工；（2）加加工过程程中没有有宏观切切削力；；（3）易易于实现现加工过过程自动动化。电火花加加工的适适用范围围：（1）适适合于难难切削材材料的加加工；（2）可可以加工工特殊的的零件；；（3）可可以加工工复杂形形状的零零件；（4）可可以改进进结构设设计，改改善结构构的工艺艺性。。电火花加加工的局局限性（1）只只能用于于加工金金属等导导电材料料；（2）加加工速度度一般较较慢；（3）存存在电极极损耗；；（4）最最小角部部半径有有限制。。根据电极极丝的运运行速度度，电火火花线切切割机床床通常分分为两大大类：（1）高高速走丝丝电火花花线切割割机床（（快走丝丝）（2）低低速走丝丝电火花花线切割割机床（（慢走丝丝）第五章数数控控机床的的性能测测试与评评价方法法一、目的的与要求求掌握数控控机床的的性能指指标，测测试数控控机床性性能指标标常用的的设备，，评价的的方法，，以及检检验的内内容，了了解相关关测试设设备的工工作原理理、性能能和相关关指标，，掌握相相关测试试设备的的使用方方法。二、教学学内容1．数控控机床的的主要性性能指标标与验收收2．数控控机床的的生产管管理3．常用用检测装装置———激光干干涉仪4．三坐坐标测量量机三、重点点与难点点重点是数数控机床床的主要要性能指指标，常常用测试试设备的的组成、、工作原原理及检检测方法法。难点点是激光光干涉仪仪和三坐坐标测量量机的工工作原理理。1、数控机床床的主要要性能指指标与验验收数控机床床的精度度检验一一般包括括几何精精度、定定位精度度、切削削精度检检验。四、考核核点数控机床床的几何何精度检检验又称静态态精度检检验，是是综合反反映机床床关键零零部件经经组装后后的综合合几何形形状误差差。常用的检检测工具具：有精密水水平仪、、精密方方箱、直直角尺、、平尺、、平行光光管、千千分表、、测微仪仪及高精精度主轴轴心棒等等。以卧式加加工中心心为例，，要对下下列几何何精度进进行检验验：1）X、Y、、Z坐标轴的的相互垂垂直度；；2）工作作台面的的平行度度；3）X、Z轴移动时时工作台台面的平平行度；；4）主轴轴回转轴轴线对工工作台面面的平行行度；5）主轴轴在Z轴方向移移动的直直线度；；6）X轴移动时时工作台台边界与与定位基基准的平平行度；；7）主轴轴轴向及及孔径跳跳动；8）回转转工作台台精度。。定位精度度的检验验数控机床床的定位位精度是是表明所所测量的的机床各各运动部部位在数数控装置置控制下下，运动动所能达达到的精精度。根据实测测的定位位精度数数值，可可以判断断出机床床自动加加工过程程中能达达到的最最好的工工件加工工精度。。机床切削削精度的的检验机床切削削精度检检查实质质上是对对机床的的几何精精度和定定位精度度在切削削加工条条件下的的一项综综合检查查。2、数控控机床的的生产管管理生产管理理主要包包括如下下内容：：1.数数控机床床的分散散或集中中使用。。2.编编程、操操作、刀刀具、维维修人员员的管理理。3.数数控机床床加工零零件的计计划安排排。4.刀刀具管理理。5.强强化日常常维护管管理。3、常用用检测装装置———激激光干涉涉仪工作原理理：是以激光光波长为为已知长长度、利利用迈克克耳逊干干涉系统统测量位位移的通通用长度度测量工工具。分类:有单频的的和双频频的两种种。4、三坐坐标测量量机坐标测量量原理：：将被测物物体置于于三坐标标机的测测量空间间，可获获得被测测物体上上各测点点的坐标标位置，，根据这这些点的的空间坐坐标值，，经计算算可求出出被测的的几何尺尺寸、形形状和位位置。组成：可分为主主机、测测头、电电气系统统三大部部分。图示三三坐标测测量机的的组成第六章数数控机机床的