IM电竞2. 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 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1.2所示。这类控制 方式仅用于简易数控车床、数控铣床。

　　图1.2 直线 按所用数控装置的不同分类 有NC硬件数控和CNC软件数控机床。 (1) NC硬件数控机床。它是早期20世纪50～ 60年代采用的技术，其计算控制多采用逻辑电 路板等专用硬件的形式。要改变功能时，需要 改变硬件电路，因此通用性差，制造维护难， 成本高。 (2) CNC软件数控机床。它是伴随着计算机 技术而发展起来的。其计算控制的大部分功能 都是通过小型或微型计算机的系统控制软件来 实现的。不同功能的机床其系统软件就不同。 当需要扩充功能时，只需改变系统软件即可。

　　 这类系统具有结构简单、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

　　2. 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1.8所示。 位置测量反馈装置测出工作台的实际位移 量，与数控装置中的指令位移量相比较，用差 值进行控制。这种控制方式可以消除包括工作 台传动链在内的传动误差，因此具有很高的运 动控制精度。但制造成本较高，因而仅用于镗 铣床、超精车床、超精磨床等。

　　1.4.1 数控机床的基本原理 1. 数控机床的工作过程 数控机床是用数字信息进行控制的 机床。它用数字代码将刀具相对工件移 动的轨迹、速度等信息记录在程序介质 上，然后送入数控系统经过译码和运算， 控制机床刀具与工件的相对运动，加工 出所需要的工件。其基本过程如图1.10所 示。

　　如图所示，数控机床由输入/输出设备、 数控系统、伺服驱动装置和机床本体等几 部分组成。

　　1. 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，信号流是 单向的，如图1.7所示。  开环系统无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，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。

　　3. 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1.9所 示的半闭环控制。 由于闭环内不包含机械传动链，因而其 控制精度略低于闭环控制，但半闭环控制的稳 定性好，调试方便，制造成本低，因此IM电竞，其实 际应用较广泛。

　　在加工过程中，操作人员要向机床数控装置输 入操作命令，数控装置也要为操作人员显示必要的信 息，如坐标值、报警信号等。数控机床必须要有人机 交互设备。 键盘和显示器是数控机床常用的输入输出设备。 也可以把程序编制好后，存放在穿孔纸带或磁带等介 质上，然后由纸带阅读机或磁带机输入数控系统。 数控机床程序输入的方法除上述的磁盘、磁带和 穿孔纸带外，还可以用串行通信的方式输入。随着 CAD／CAM、CIMS技术的发展机床数控系统和计算 机的通信显得越来越重要。

　　3)高级型数控机床 该系统采用32位或更高性能的CPU，分 辨率0.0001mm，进给速度24m/min，采用 数字化交流伺服电动机驱动，具有MAP （Manufacturing Automation Protocol） 高性能通信接口，具备联网功能，联动轴 数在5轴以上，有三维动态图形显示功能。

　　（6）机械传动链短，结构简单。数控机床的主传动 多采用分段无级变速，主轴箱结构简单；进给采用伺服 电机驱动，省去了庞杂的进给变速箱；因此，传动链短， 机械结构简单。

　　1.3.1 按加工工艺及机床用途分类 （1）金属切削类。金属切削类数控机床指 采用车、铣、镗、铰、钻、磨、刨等各种切削 工艺的数控机床。 金属切削类数控机床又可被分为两类： ●普通型数控机床: 如数控车床、数控铣 床、数控磨床等。 ● 加工中心: 加工中心是带有刀库和自动 换刀装置的数控机床，它将数控铣床、数控镗 床、数控钻床的功能结合在一起，零件一次装 夹后，可以实现多工序加工。

　　（2）加工精度高。数控机床一般采用闭环位置控制， 并且可以利用软件进行间隙补偿和螺距误差补偿，因此 可以获得比机床本身精度还要高的加工精度。此外，像 加工中心一类的数控机床还配有刀库，具有多工序加工 能力，可以实现工件的一次装夹后多道工序连续加工， 从而消除了多次装夹引起的定位误差。

　　（3）产品一致性好。由于数控机床按照预 定的加工程序自动进行加工，加工过程消除了 操作者人为的操作误差，因而零件加工的一致 性好。

　　第1章 数控机床概述 1.1 数控机床的产生和发展 1.2 数控机床的特点 1.3 数控机床的分类 1.4 数控机床的基本原理和坐标 系 1.5 数控机床的主要性能指标 1.6 数控机床的应用范围

　　1.1 数控机床的产生和发展 数控机床主要是为了实现复杂多变零件的 自动化加工而产生的。 机床数控技术的产生，不仅为复杂零件的 加工提供了方便，而且加工精度高，一致性好， 生产效率高，能够大大减轻工人的劳动强度， 因此很快受到了人们的关注。

　　PLC：用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有 关的开关量I/O控制，它由硬件和软件组成； 机床I/O电路和装置：实现开关量I/O控制的执行部 件，即由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等电 器组成的逻辑电路； 功能： 接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换 成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应 开关动作 接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装 置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作 状态和机床的动作。

　　伺服单元和驱动装置 主轴伺服驱动装置和主轴电机 进给伺服驱动装置和进给电机 测量装置 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的 闭环控制。 作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令： 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速 度和位置控制）。 主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速 度控制）

　　(2) 金属成型类 指采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控 机床，常用的有数控压力机、数控折弯机、数 控弯管机、数控旋压机等。 （3）特种加工类 特种加工数控机床包括数控切割机、数控 火焰切割机、数控电火花成型机床、数控激光 加工机床等。 （4）其他类型的数控设备。如数控装配机、 数控测量机、机器人等。

　　（ 4）能够实现复杂工件的加工。由于数控 机床能够实现多轴联动，可加工出普通机床无 法完成的空间曲线和曲面，因而在航空、航天 领域和对复杂型面的模具加工中得到了广泛的 应用。

　　（5）生产效率高。数控机床的刚性好，功率大，主 轴转速高，进给速度范围广，平滑无级变速，容易选择 较大及合理的切削用量，可以减少许多调整时间。此外， 数控机床加工可免去划线工序，节省加工过程中检验时 间，空行程速度远高于普通机床，因此也能省出大量的 辅助时间。

　　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轮廓加工，加工示例 如图1.3所示。这类数控机床具备多轴联动功能，其辅助功能也比 前两类多。常见的数控铣床、数控车床、和数控加工中心都采用这 种控制方式。 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1.4所示。

　　二轴联动主要用于数控车床加工回转体端面、圆锥面、圆弧面 等，或者用于数控铣床加工如图1.4a所示的箱板类零件的曲线轮廓。 两轴半联动主要用于三轴以上控制的机床，其中二轴保持联动，另 外一轴作周期进给，可加工如图1.4b所示的三维空间曲面。三轴联 动主要用于数控铣床、加工中心等，用来铣削如图1.4c所示的三维 空间曲面。

　　(5) 机床本体 机床本体：数控机床的主体，是实现制造加 工的执行部件。 组成：由主运动部件、进给运动部件（工 作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件 （立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交 换系统 、工件自动交换系统）和辅助装置 （如排屑装置等）。

　　• 数控铣床:发展最早的一种数控机床 升降工作台式→工作台不升降 可加工复杂平面、曲面、壳体

　　与普通机床相比，数控机床具有以下特点： （1）自动化程度高，劳动强度低。数控机床能够在程 序的控制下自动实现零件的加工功能，加工过程一般不 需要人工干预，可大大降低工人的劳动强度。

　　CNC装置是数控机床的核心部件。 组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通 讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。 作用：它的主要功能是将输入设备传送的数控加工 程序，经数控装置系统软件进行译码、插补运算和 速度预处理，产生位置和速度指令以及辅助控制功 能信息等。

　　工作台 伺服 驱动 系统 CNC 数控系统 G 位置测量反馈信号 编码器 伺服 电动机

　　1.3.4 按功能水平分类 按功能水平可分为经济型、普及型和高级型三种。 (1)经济型数控机床

　　该系统采用8位CPU或单片机控制，分辨率0.01mm， 进给速度在6-8m/min，采用步进电动机驱动，具有 RS232接口，联动轴数在3轴以下，具有简单的CRT字符 显示或数码管显示功能。 (2)普及型数控机床 该系统采用16位或更高性能的CP,分辨率在0.001mm 以内，进给速度24m/min，采用交流或直流伺服电动机 驱动，具有RS232或DNC接口，联动轴数在5轴以下，具 有CRT字符显示和平面线性图形显示功能。

　　数控电火花线. 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，只要求刀具 从一点移动到另一点并准确定位，而对运动的 速度和轨迹没有严格的要求。如图1.1所示数控加工， 刀具从A点到B点可以走①、②或③中的任意一 条路经。为了提高加工效率IM电竞，保证定位精度， 一般按照“先快后慢”的原则移动刀具，即先 快速接近目标点，再低速趋近并准确定位。这 类控制方式仅用于数控钻床、数控冲床等。

　　图1.4 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

　　多轴联动能够同时控制四个以上坐标轴联 动。多坐标数控机床的结构复杂，精度要求高， 程序编制复杂，主要应用于加工形状复杂的零 件。图1.5所示为五轴联动铣削曲面零件示意图， 图1.6为6 轴加工中心运动坐标系示意图。