第1章数控系统概述

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1、第1章数控系统概述1.1数控技术的基本概念1.2数控机床的特点1.3数控机床的分类1.4数控机床坐标系和运动方向的确定1.5数控机床的主要性能指标1.6机床数控技术的发展习题1.1数控技术的基本概念1.1.1数字控制技术数控(NumericalControl—NC）技术：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。数控系统：采用数控技术实现自动控制的系统。计算机数控系统（ComputerNumericalControl）：以计算机为核心的数控系统。数控机床（NumericalControlMach

2、ineTool）：就是装备有数控系统，采用数控技术控制的机床。常见的数控机床有数控车床、数控铣床、数控加工中心等。数控系统对数控机床的控制：顺序控制数字控制1.1.2用数控机床进行零件加工的一般过程图1.1数控加工过程示意图数控装置伺服系统加工程序几何数据工艺数据数控编程数控程序识别、存储、运算控制指令伺服驱动机床动作用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床

3、的工作台移动，实现加工过程。1.1.3数控系统的组成控制介质数控装置伺服系统机床测量装置1.2数控机床的特点与普通机床相比，数控机床具有以下特点：（1）加工精度高，产品一致性好。（2）生产效率高。（3）能够实现复杂工件的加工。（4）劳动强度低。（5）自动化程度高。1.3数控机床的分类1.3.1按工艺用途分类按工艺用途不同，可将数控机床分成以下几类：（1）单工序数控机床。（2）加工中心。（3）多坐标数控机床。（4）其他类型的数控设备。1.3.2按运动轨迹分类点位控制数控机床这类数控机床的特点是在刀具相对于工件的移动过程中不进行切削加工，只要求刀

4、具从一点移动到另一点并准确定位（即仅控制行程终点的坐标值），而对运动的速度和轨迹没有严格的要求。如图1.2所示，刀具从A点到B点可以走①、②或③中的任意一条路经。图1.2点位控制切削加工点位直线控制数控机床这类数控机床不仅要控制机床刀具从一点移动到另一点，而且要沿直线轨迹（一般与某一坐标轴平行或成45°角）以一定速度移动，移动过程中可进行切削加工，加工示例如图1.3所示。图1.3直线控制切削加工轮廓控制数控机床能够控制机床刀具或工件沿直线、圆弧或抛物线等曲线轨迹移动，移动过程中可进行切削加工，移动速度根据工艺要求由编程确定，可实现曲线或者曲面

5、轮廓加工，加工示例如图1.4所示。多个坐标轴按照一定的函数关系同时协调运动，称为多轴联动。按照联动轴数，可分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动和多轴联动数控机床，如图1.5所示。图1.4轮廓控制切削加工图1.5不同联动轴数所能加工的型面(a)二轴联动；(b)二轴半联动；(c)三轴联动图1.6五轴联动铣削曲面零件图1.7六轴加工中心坐标示意图1.3.3按伺服系统的控制方式分类按伺服系统的控制方式不同可将数控机床分为开环控制、闭环控制和半闭环控制数控机床。开环控制数控机床这类数控机床的运动部件没有位置检测反馈装置，采用步进电动机驱动，如图1.8所示

6、。图1.8开环控制数控机床结构闭环控制数控机床这类数控机床的运动部件上安装有位置测量反馈装置，由直流或交流伺服电动机驱动，如图1.9所示。图1.9闭环控制数控机床结构半闭环控制数控机床将位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位移，与数控装置中的指令位移量相比较，实现差值控制，构成如图1.10所示的半闭环控制。图1.10半闭环控制数控机床结构图1.3.4按数控装置分类硬线数控（NC）数控系统的输入、插补运算、控制等功能均由集成电路或分立元件等器件实现。软线数控（CNC、MNC）数控系统的部分或全部

7、功能均由软件实现。1.3.5按功能水平分类按照功能水平，可以将数控机床分为低（经济型）、中、高三档。这种分类方法的界线是相对的，不同时期的划分标准会有所不同。就目前的发展水平来看，不同档次数控机床的功能和指标下表所示。1.4数控机床坐标系和运动方向的确定ISO及国标规定，数控机床采用右手直角笛卡尔坐标系，如图1.11所示。基本直角坐标轴X、Y、Z三者的关系及其正方向按右手定则判定，围绕X、Y、Z各轴作旋转运动的轴A、B、C三者的正方向按右手螺旋法则判定。图1.11右手直角笛卡尔坐标系该标准还规定，增大工件与刀具之间距离（即增大工件尺寸）的方向

8、为正方向；Z轴为平行于机床主轴的坐标轴，如果机床有一系列主轴，则选尽可能垂直于工件装卡面的主要轴为Z轴；X轴为水平或者平行于工件装卡平面的轴；其余各轴根据右手定则和