第一章 数控机床概论

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1、第一章概论第一节机床数字控制的基本原理一、数控机床与其应用特点随着微电子技术的发展，机械加工自动化已由刚性自动化向着柔性自动化方向发展，其中最典型的就是数控机床。目前由于计算机应用技术的成熟，机床数控系统匀采用计算机数控（CNC，ComputerNumericalControl）。为此，我们首先给数控机床下个简单定义：数控机床就是用计算机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具体说来，数控机床是通过编制程序，即通过数字（代码）指令来自动完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序

2、要求自动控制机床各个部件的动作（如：主轴转速、进给速度、换刀、工件夹紧放松、工件交换、冷却液开关等等）。它是一种综合了计算机应用技术、自动控制、精密测量、微电子技术、机械加工技术、机床结构设计和成组工艺等各个技术领域里的最新技术而发展起来的，一种具有高效率、高质量和高柔性的自动化新颖机床。可以说它集中了自动（专用）机床、精密机床和万能机床三者的优点，而避免了它们的缺点，即它具有专用机床的高效率，精密机床的高精度，万能机床的高柔性。具体说来，数控机床具有如下优点：(1)广泛的适应性由于采用数字程序控制，当生产品种改变

3、时，只要重新编制零件程序，输入新的加工程序就能够实现对新零件的自动化生产。这对当前市场竞争中产品不断更新换代的生产模式是十分重要的，它为解决多品种、中小批量零件的自动化加工提供极好的生产方式。(2)精度高、质量稳定数控机床是按照预定程序自动工作的，一般情况下工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造机床主机时，通常采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到较高的精度。数控装置的脉冲当量（或分辨率）目前可达0.01～0.0001mm，同时可以通过实时检测反馈修正误差或补偿来获得更高的精度。因此，

4、数控机床可以获得比机床本身精度更高的加工精度。尤其是产品稳定（即零件加工的一致性）是过去任何机床所不及的，它与操作者的思想情绪和熟练程度几乎无关。也由于零件加工的一致性，它给下道工序的加工或总装工序的互换性都带来许多方便。(3)生产效率高数控机床能够减少零件加工所需的机动时间与辅助时间。数控机床的主轴转速和进给量的范围比通用机床的范围大，每一道工序都能选用最佳的切削用量，良好的机械结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，从而有效地节省了机动时间。数控机床移动部件在定位中均采用加速和减速措施，并可选用很高的空行

5、程运动速度，缩短了定位和非切削时间。由于采用了自动换刀，自动交换工作台和装夹工件，并还可在同一台机床（加工中心）上同时进行车、铣、镗、钻、磨等各种粗精加工，即在一台机床上实现多道工序的连续加工。它不仅减少了辅助工时，并且由于集中了工序，即减少了零件周转和装夹次数，又减少了半成品零件的堆放面积，给生产调度管理带来极大的方便。另外，也由于一机多用，减少了设备台数和厂房占地面积。(4)减轻劳动强度，改善生产条件由于数控机床是按所编程序自动完成零件加工的，操作者一般只需装卸工件和更换刀具，按了自动循环按键后，由机床自动完成

6、加工。因而大大减轻了操作者的劳动强度，改善了生产条件，减少了对熟练技术工人的需求，并也可实现1个人管理多台机床加工。(5)能实现复杂零件的加工普通机床难以实现或无法实现轨迹为二次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面。而数控机床由于采用了计算机插补技术和多坐标联动控制，可以实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适用于各种复杂形面的零件加工。(6)有利于现代化生产管理采用数控机床加工，能很方便地准确计算零件加工工时、生产周期和加工费用，并有效地简化了检验，以及工夹具和半成品的管理工作。

7、利用数控机床的通信接口，采用数控信息与标准代码输入，适宜于与计算机联网，实现计算机辅助设计、制造及管理一体化。数控机床与“刚性自动化”机床所不同的根本点是具有广泛的适应性，也就是说对于各种不同零件的加工，只要在软件上通过不同的更改，不必从机械结构等硬件上作变动，即通过编制零件加工程序就能适应于自动加工各种不同形面、尺寸的零件。所以说它是解决多品种、中小批量机械加工自动化的根本出路。我们知道机械加工中70%～80%是中小批量零件，它是机械工业生产的主体。尤其是在当今技术飞跃发展的时代，机电产品日新月异。为加速产品的更

8、新换代，实现中小批量机械加工自动化是关键的一步。这也是历来机械加工中的一大难题。由于微电子技术的迅速发展，计算机数控化使这个问题逐步得到了较满意的解决。数控机床与普通机床相比具有许多优点，应用范围还在不断扩大。但是数控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，数控机床特别适用于加