《数控铣削编程与加工技术》课件-第1

第1章数控铣床的基础知识

第1章数控铣床的基础知识

第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述1.2数控铣床的结构、组成及加工原理1.3数控铣床的分类1.4数控铣床的主要功能1.5数控铣床的特点与应用

本章小结第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述

数控即数字控制（numericalcontrol,简称为NC）。数控机床是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，它是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是数控技术与机床相结合的产物。

第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述我国自从1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了第一代电子管数控铣床以来，也同样经历了六代历史，见表1-1。

数控系统发展的历史世界产生年代中国产生年代第一代（电子管数控系统）1952年1958年第二代（晶体管数控系统）1959年1964年第三代（集成电路数控系统）1965年1972年第四代（小型计算机数控系统）1970年1978年第五代（微处理器数控系统）1974年1981年第六代（基于工控PC机的通用型CNC系统）1990年1994年表1-1数控系统发展的六代历史第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述数控系统第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述

数控系统的核心是计算机数字控制装置，即CNC装置。CNC装置由硬件和软件组成。软件包括管理软件和控制软件两大类。

第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述第1章数控铣床的基础知识

1.2数控铣床的结构、组成及加工原理1.2.1数控铣床的结构如图1-1所示为XK0186A型升降台式数控铣床的外形结构图。

图1-1XK0186A型数控铣床的结构1—工作台支撑；2—底座；3—强电柜；4—变压器箱；5—垂直升降进给伺服电动机；6—主轴变速手柄和按钮板；7—床身；8—行程限位开关；9—纵向工作台；10—操作台；11—横向溜板；12—纵向进给伺服电动机；13—横向进给伺服电动机；14—升降台

第1章数控铣床的基础知识

1.2数控铣床的结构、组成及第1章数控铣床的基础知识

1.2.2数控铣床的组成

数控铣床一般由输入装置、数控装置、伺服系统、强电控制柜、铣床本体和辅助装置等几大部分组成。

1.输入装置

输入装置的作用是将加工零件的程序和各种参数、数据通过输入设备送进计算机系统（数控装置）内。

2.数控装置

数控装置是数控铣床的核心。它的基本任务是接收输入装置送来的数字化信号，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接收的指令信号，然后由输出装置送给伺服系统，控制数控铣床的各个部分进行规定、有序的动作。第1章数控铣床的基础知识

1.输入装置第1章数控铣床的基础知识

3.伺服系统

伺服系统是数控系统与铣床本体之间的电传动联系环节，包括伺服驱动电动机、各种伺服驱动元件及执行机构等。它是数控系统的执行部分，其作用是接收数控装置的指令信号，并按指令信号的要求控制执行部件的进给速度、方向和位移。指令信号是以脉冲信号体现的，每一脉冲使铣床移动部件产生的位移量称为脉冲当量。第1章数控铣床的基础知识

3.伺服系统第1章数控铣床的基础知识

4.强电控制柜强电控制柜主要用来安装铣床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在PLC的输出接口与铣床各类辅助装置的电气执行元器件之间起连接作用，即控制铣床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。第1章数控铣床的基础知识

4.强电控制柜第1章数控铣床的基础知识

5.铣床本体

铣床本体是数控铣床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括铣床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、工作台、导轨及传动部件等。

6.辅助装置数控铣床配备许多辅助控制装置，如自动工作台交换装置、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、冷却液装置、排屑装置、过载与限位保护功能等。第1章数控铣床的基础知识

5.铣床本体第1章数控铣床的基础知识

1.2.3数控铣床的加工原理

数控铣床的加工原理如图1-2所示。图1-2数控铣床的加工原理第1章数控铣床的基础知识

1.2.3数控铣床的加工原理第1章数控铣床的基础知识

1.3数控铣床的分类

数控铣床的种类繁多，规格不一，其分类方法尚无统一规定，人们可以从不同的角度对其进行分类。下面介绍几种常用的分类方法。1.3.1按主轴的布置形式分类按主轴的布置形式可将数控铣床分为立式数控铣床、卧式数控铣床和龙门数控铣床三种。第1章数控铣床的基础知识

1.3数控铣床的分类第1章数控铣床的基础知识

1.立式数控铣床2.卧式数控铣床

图1-3立式数控铣床图1-4卧式数控铣床第1章数控铣床的基础知识

1.立式数控铣床第1章数控铣床的基础知识

图1-5龙门数控铣床第1章数控铣床的基础知识

图1-5龙门数控铣床第1章数控铣床的基础知识

1.3.2按数控系统的功能分类

按数控系统的功能可将数控铣床分为经济型数控铣床、全功能数控铣床和高速铣削数控铣床三种。第1章数控铣床的基础知识

1.3.2按数控系统的功能分第1章数控铣床的基础知识图1-6经济型数控铣床第1章数控铣床的基础知识图1-6经济型数控铣床第1章数控铣床的基础知识图1-7全功能数控铣床图1-8高速铣削数控铣床第1章数控铣床的基础知识图1-7全功能数控铣床图1-8第1章数控铣床的基础知识

1.3.4按进给伺服系统分类

按进给伺服系统有无位置检测反馈装置及位置检测反馈装置安装位置，可将数控铣床分为开环数控铣床、闭环数控铣床和半闭环数控铣床三种。

1.开环数控铣床开环数控铣床没有位置检测反馈装置，伺服驱动装置主要是步进电动机。每给一脉冲信号，步进电动机就转过一定的角度，工作台就走过一个脉冲当量的距离，如图1-9所示。移动部件的移动速度和位移量是由输入脉冲的频率和数量所决定的。第1章数控铣床的基础知识

1.3.4按进给伺服系统分类第1章数控铣床的基础知识

图1-9开环伺服系统第1章数控铣床的基础知识

图1-9开环伺服系统第1章数控铣床的基础知识

2.闭环数控铣床

闭环数控铣床上装有位置检测反馈装置，直接对工作台的位移量进行测量。如图1-10所示为闭环伺服系统。图1-10闭环伺服系统第1章数控铣床的基础知识

2.闭环数控铣床图1-10第1章数控铣床的基础知识

3.半闭环数控铣床

半闭环数控铣床的位置检测反馈装置安装在进给丝杠的端部或伺服电动机轴上，不直接反馈铣床的位移量，而是用转角测量元件测量丝杠或电动机的旋转角度，进而推算出工作台的实际位移量，如图1-11所示。图1-11半闭环伺服系统第1章数控铣床的基础知识

3.半闭环数控铣床图1-11第1章数控铣床的基础知识

1.4数控铣床的主要功能

不同的数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但除了一些特殊的功能不尽相同外，其主要功能基本相同。1．控制功能2．插补功能3．刀具补偿功能4．固定循环功能5．比例及镜像功能6．子程序调用功能7．通信功能8．数据采集功能9．自诊断功能

第1章数控铣床的基础知识

1.4数控铣床的主要功能第1章数控铣床的基础知识

1.5数控铣床的特点与应用

1.5.1数控铣床的特点数控铣床与普通铣床加工零件的区别在于数控铣床是按照程序自动加工零件，即通过数字（代码）指令来自动完成铣床各个坐标的协调运动，正确地控制铣床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制铣床各个部件的动作，如主轴转速、进给速度、换刀、工件夹紧放松、冷却液开关等。在数控铣床上只要改变控制铣床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。第1章数控铣床的基础知识

1.5数控铣床的特点与应用1第1章数控铣床的基础知识

由于数控铣床加工是一种程序控制过程，因此，相应形成了以下几个特点。1.适应性强2.质量稳定，精度高3.生产效率高4.降低劳动强度，改善生产条件5.实现复杂零件的加工6.有利于现代化生产管理第1章数控铣床的基础知识

由于数控铣床加工是一种程序控第1章数控铣床的基础知识

1.5.2数控铣床的应用

数控铣床与普通铣床相比具有许多优点，应用范围还在不断扩大。但是数控铣床设备的初始投资费用较高、技术复杂，对编程、维修人员的素质要求也比较高。在实际选用中，需要充分考虑其技术经济效益。一般来说，数控铣床特别适用于加工零件较复杂、精度要求高和产品更新频繁、生产周期要求短的场合。第1章数控铣床的基础知识

1.5.2数控铣床的应用第1章数控铣床的基础知识

根据国内外数控铣床技术应用实践，可对数控铣床加工的适用范围作定性分析。如图1-12（a）所示为随零件复杂程度和生产批量的不同，通用铣床、专用铣床和数控铣床应用范围的变化。如图1-12（b）所示为通用铣床、专用铣床和数控铣床零件加工批量与生产成本的关系。(a)(b)图1-12数控铣床的适用范围第1章数控铣床的基础知识

根据国内外数控铣床技术应用第1章数控铣床的基础知识

以上分析说明，数控铣床通常最适合加工具有以下特点的零件：

(1)多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。(2)轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。(3)用普通铣床加工时，需要有昂贵的工艺装备(工具、夹具和模具)的零件。(4)需要多次改型的零件。(5)价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件。(6)需要最短生产周期的急需零件。数控铣床加工的缺点是设备费用较高。尽管如此，随着高新技术的迅速发展、数控铣床的普及和人们对数控铣床认识上的提高，其应用范围必将日益扩大。第1章数控铣床的基础知识

以上分析说明，数控铣床通常最第1章数控铣床的基础知识

本章小结

本章仅对数控铣床的基本概念、结构、分类、功能、特点及应用作了概述。通过本章内容的学习，要求熟悉数控铣床的基本概念、数控铣床的结构、数控铣床的特点及应用，掌握数控铣床的组成及加工原理、数控铣床的主要功能及数控铣床的类型。第1章数控铣床的基础知识

本章小结第1章数控铣床的基础知识

第1章数控铣床的基础知识

第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述1.2数控铣床的结构、组成及加工原理1.3数控铣床的分类1.4数控铣床的主要功能1.5数控铣床的特点与应用

本章小结第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述

数控即数字控制（numericalcontrol,简称为NC）。数控机床是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，它是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是数控技术与机床相结合的产物。

第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述我国自从1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了第一代电子管数控铣床以来，也同样经历了六代历史，见表1-1。

数控系统发展的历史世界产生年代中国产生年代第一代（电子管数控系统）1952年1958年第二代（晶体管数控系统）1959年1964年第三代（集成电路数控系统）1965年1972年第四代（小型计算机数控系统）1970年1978年第五代（微处理器数控系统）1974年1981年第六代（基于工控PC机的通用型CNC系统）1990年1994年表1-1数控系统发展的六代历史第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述数控系统第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述

数控系统的核心是计算机数字控制装置，即CNC装置。CNC装置由硬件和软件组成。软件包括管理软件和控制软件两大类。

第1章数控铣床的基础知识

1.1数控机床加工概述第1章数控铣床的基础知识

1.2数控铣床的结构、组成及加工原理1.2.1数控铣床的结构如图1-1所示为XK0186A型升降台式数控铣床的外形结构图。

图1-1XK0186A型数控铣床的结构1—工作台支撑；2—底座；3—强电柜；4—变压器箱；5—垂直升降进给伺服电动机；6—主轴变速手柄和按钮板；7—床身；8—行程限位开关；9—纵向工作台；10—操作台；11—横向溜板；12—纵向进给伺服电动机；13—横向进给伺服电动机；14—升降台

第1章数控铣床的基础知识

1.2数控铣床的结构、组成及第1章数控铣床的基础知识

1.2.2数控铣床的组成

数控铣床一般由输入装置、数控装置、伺服系统、强电控制柜、铣床本体和辅助装置等几大部分组成。

1.输入装置

输入装置的作用是将加工零件的程序和各种参数、数据通过输入设备送进计算机系统（数控装置）内。

2.数控装置

数控装置是数控铣床的核心。它的基本任务是接收输入装置送来的数字化信号，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接收的指令信号，然后由输出装置送给伺服系统，控制数控铣床的各个部分进行规定、有序的动作。第1章数控铣床的基础知识

1.输入装置第1章数控铣床的基础知识

3.伺服系统

伺服系统是数控系统与铣床本体之间的电传动联系环节，包括伺服驱动电动机、各种伺服驱动元件及执行机构等。它是数控系统的执行部分，其作用是接收数控装置的指令信号，并按指令信号的要求控制执行部件的进给速度、方向和位移。指令信号是以脉冲信号体现的，每一脉冲使铣床移动部件产生的位移量称为脉冲当量。第1章数控铣床的基础知识

3.伺服系统第1章数控铣床的基础知识

4.强电控制柜强电控制柜主要用来安装铣床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在PLC的输出接口与铣床各类辅助装置的电气执行元器件之间起连接作用，即控制铣床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。第1章数控铣床的基础知识

4.强电控制柜第1章数控铣床的基础知识

5.铣床本体

铣床本体是数控铣床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括铣床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、工作台、导轨及传动部件等。

6.辅助装置数控铣床配备许多辅助控制装置，如自动工作台交换装置、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、冷却液装置、排屑装置、过载与限位保护功能等。第1章数控铣床的基础知识

5.铣床本体第1章数控铣床的基础知识

1.2.3数控铣床的加工原理

数控铣床的加工原理如图1-2所示。图1-2数控铣床的加工原理第1章数控铣床的基础知识

1.2.3数控铣床的加工原理第1章数控铣床的基础知识

1.3数控铣床的分类

数控铣床的种类繁多，规格不一，其分类方法尚无统一规定，人们可以从不同的角度对其进行分类。下面介绍几种常用的分类方法。1.3.1按主轴的布置形式分类按主轴的布置形式可将数控铣床分为立式数控铣床、卧式数控铣床和龙门数控铣床三种。第1章数控铣床的基础知识

1.3数控铣床的分类第1章数控铣床的基础知识

1.立式数控铣床2.卧式数控铣床

图1-3立式数控铣床图1-4卧式数控铣床第1章数控铣床的基础知识

1.立式数控铣床第1章数控铣床的基础知识

图1-5龙门数控铣床第1章数控铣床的基础知识

图1-5龙门数控铣床第1章数控铣床的基础知识

1.3.2按数控系统的功能分类

按数控系统的功能可将数控铣床分为经济型数控铣床、全功能数控铣床和高速铣削数控铣床三种。第1章数控铣床的基础知识

1.3.2按数控系统的功能分第1章数控铣床的基础知识图1-6经济型数控铣床第1章数控铣床的基础知识图1-6经济型数控铣床第1章数控铣床的基础知识图1-7全功能数控铣床图1-8高速铣削数控铣床第1章数控铣床的基础知识图1-7全功能数控铣床图1-8第1章数控铣床的基础知识

1.3.4按进给伺服系统分类

按进给伺服系统有无位置检测反馈装置及位置检测反馈装置安装位置，可将数控铣床分为开环数控铣床、闭环数控铣床和半闭环数控铣床三种。

1.开环数控铣床开环数控铣床没有位置检测反馈装置，伺服驱动装置主要是步进电动机。每给一脉冲信号，步进电动机就转过一定的角度，工作台就走过一个脉冲当量的距离，如图1-9所示。移动部件的移动速度和位移量是由输入脉冲的频率和数量所决定的。第1章数控铣床的基础知识

1.3.4按进给伺服系统分类第1章数控铣床的基础知识

图1-9开环伺服系统第1章数控铣床的基础知识

图1-9开环伺服系统第1章数控铣床的基础知识

2.闭环数控铣床

闭环数控铣床上装有位置检测反馈装置，直接对工作台的位移量进行测量。如图1-10所示为闭环伺服系统。图1-10闭环伺服系统第1章数控铣床的基础知识

2.闭环数控铣床图1-10第1章数控铣床的基础知识

3.半闭环数控铣床

半闭环数控铣床的位置检测反馈装置安装在进给丝杠的端部或伺服电动机轴上，不直接反馈铣床的位移量，而是用转角测量元件测量丝杠或电动机的旋转角度，进而推算出工作台的实际位移量，如图1-11所示。图1-11半闭环伺服系统第1章数控铣床的基础知识

3.半闭环数控铣床图1-11第1章数控铣床的基础知识

1.4数控铣床的主要功能

不同的数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但除了一些特殊的功能不尽相同外，其主要功能基本相同。1．控制功能2．插补功能3．刀具补偿功能4．固定循环功能5．比例及镜像功能6．子程序调用功能7．通信功能8．数据采集功能9．自诊断功能

第1章数控铣床的基础知识

1.4数控铣床的主要功能第1章数控铣床的基础知识

1.5数控铣床的特点与应用

1.5.1数控铣床的特点数控铣床与普通铣床加工零件的区别在于数控铣床是按照程序自动加工零件，即通过数字（代码）指令来自动完成铣床各个坐标的协调运动，正确地控制铣床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制铣床各个部件的动作，如主轴转速、进给速度、换刀、工件夹紧放松、冷却液开关等。在数控铣床上只要改变控制铣床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。第1章数控铣床的基础知识

1.5数控铣床的特点与应用1第1章数控铣床的基础知识

由于数控铣床加工是一种