機(jī)床概論課件

1、第1章 機(jī)床概論1.1 金屬切削機(jī)床 1.2 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)與傳動(dòng)1.3 數(shù)控加工技術(shù)與設(shè)備概述1.1 金屬切削機(jī)床1.1.1 金屬切削機(jī)床及其地位和作用1.1.2 金屬切削機(jī)床發(fā)展概況1.1.3 金屬切削機(jī)床的分類與編號(hào) 1.1.1 金屬切削機(jī)床及其地位和作用 金屬切削機(jī)床簡(jiǎn)稱機(jī)床，它是利用刀具對(duì)金屬毛坯進(jìn)行切削來(lái)加工機(jī)械零件的一種工作機(jī)械。它是制造機(jī)器的機(jī)器，稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。在現(xiàn)代化機(jī)械制造工業(yè)中，金屬切削機(jī)床是加工機(jī)器零件的主要設(shè)備。在一般的機(jī)械制造中，機(jī)床所負(fù)擔(dān)的加工工作量，約占機(jī)器制造總工作量的4060，它的技術(shù)性能高低直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和制造經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)械制造工業(yè)是

2、制造各種機(jī)械設(shè)備及工具的工業(yè)部門(mén)，擔(dān)負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中各部門(mén)提供現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備及裝備的重要任務(wù)。一個(gè)國(guó)家要實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化，必須具有強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)，而機(jī)床工業(yè)則是為機(jī)械制造業(yè)提供各種制造設(shè)備的“裝備部”，是機(jī)械制造業(yè)的后盾。因此，機(jī)床工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，是整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力，也是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志之一。1.1.3金屬切削機(jī)床的分類與編號(hào) 按照機(jī)床的加工方式，使用的刀具及其用途，將機(jī)床分為11類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工、銑床、刨插床、拉床、鋸床及其它機(jī)床等。 按照工藝范圍的寬窄（萬(wàn)能程度），機(jī)床可分為：通用機(jī)床、專門(mén)化機(jī)床、

3、專用機(jī)床。通用機(jī)床的加工范圍較廣，可加工多種零件的不同工序。常見(jiàn)的有臥式車床、萬(wàn)能升降臺(tái)銑床、臥式銑鏜機(jī)床等。專門(mén)化機(jī)床用于加工不同尺寸的一類或幾類零件的某一道（或幾道）特定工序，如曲軸車床、凸輪軸車床、精密絲杠車床等。專用機(jī)床是為某一特定零件的特定工序所設(shè)計(jì)的，其工藝范圍最窄。如加工機(jī)床主軸箱的專用鏜床、加工車床導(dǎo)軌的專用磨床等。各種組合機(jī)床也屬于專用機(jī)床。 按照加工精度不同，可分為：普通精度級(jí)、精密級(jí)和高精密級(jí)三種精度等級(jí)的機(jī)床。 按照自動(dòng)化程度的不同，可分為：手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床。 按照機(jī)床的質(zhì)量和尺寸不同，可分為：儀表機(jī)床、中型機(jī)床、大型機(jī)床(質(zhì)量達(dá)到：10t)、重型機(jī)床(質(zhì)量

4、在30t以上)、超重型機(jī)床(質(zhì)量在100t以上)。1機(jī)床的分類 機(jī)床型號(hào)是機(jī)床產(chǎn)品的代號(hào)，用以簡(jiǎn)明地表示機(jī)床的類型、主要技術(shù)參數(shù)、性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。我國(guó)的機(jī)床型號(hào)現(xiàn)在是按1997年頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB/T16768-1997金屬機(jī)械機(jī)床型號(hào)編制方法編制的。 （1）型號(hào)表示方法 通用機(jī)床的型號(hào)由基本部分和輔助部分組成?；静糠纸y(tǒng)一管理，輔助部分由生產(chǎn)廠家自定。型號(hào)的構(gòu)成如下： 2機(jī)床型號(hào)的編制方法 其中： 1)有“( )”的代號(hào)或數(shù)字，當(dāng)無(wú)內(nèi)容時(shí)則不表示，若有內(nèi)容則不帶括號(hào)； 2)有“”符號(hào)者，為大寫(xiě)的漢語(yǔ)拼音字母； 3)有“”符號(hào)者，為阿拉伯?dāng)?shù)字； 4)有“”符號(hào)者，為大寫(xiě)的漢語(yǔ)拼音字母，或阿拉伯?dāng)?shù)

5、字，或兩者兼有之。 （2） 機(jī)床類、組、系的劃分及其代號(hào) 為了便于區(qū)別、管理和使用機(jī)床，在國(guó)家制訂的機(jī)床型號(hào)編制方法中，機(jī)床的類代號(hào)，用大寫(xiě)的漢語(yǔ)拼音字母表示。機(jī)床類別代號(hào)見(jiàn)表1-1。表1-1 普通機(jī)床類別代號(hào) 類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床特種加工機(jī)床銑床刨插床拉床鋸床其它機(jī)床代號(hào)CZTM2M3MYSDXBLGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲電銑刨拉割其它 每類機(jī)床劃分為10個(gè)組，每個(gè)組又劃分為10個(gè)系(系列)。在同類機(jī)床中，主要布局和使用范圍基本相同的機(jī)床，即為同一組；在同一組機(jī)床中，其主參數(shù)相同，主要結(jié)構(gòu)及布局形式相同的機(jī)床為同一系。 機(jī)床的組、系代號(hào)用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，位于類

6、代號(hào)和通用特性代號(hào)、結(jié)構(gòu)特性代號(hào)之后；機(jī)床的系，用一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，位于組代號(hào)之后。各類機(jī)床組的代號(hào)及劃分見(jiàn)表1-2。表1-2 金屬切削機(jī)床類、組劃分表 組別類別組類0123456789車床C儀表車床單軸自動(dòng)車床多軸自動(dòng)、半自動(dòng)車床回輪、轉(zhuǎn)塔車床曲軸及凸輪軸車床立式車床落地及臥式車床仿形及多刀車床輪、軸、輥、錠及鏟齒車床其它車床鉆床Z坐標(biāo)鏜鉆床深孔鉆床搖臂鉆床臺(tái)式鉆床立式鉆床臥式鉆床銑鉆床中心孔鉆床其它鉆床鏜床T深孔鏜床坐標(biāo)鏜床立式鏜床臥式銑鏜床精鏜床汽車、拖拉機(jī)修理用鏜床其它鏜床磨 床M儀表磨床外圓磨床內(nèi)圓磨床砂輪機(jī)坐標(biāo)磨床導(dǎo)軌磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲軸、凸輪軸、花鍵軸及軋輥磨床工具

7、磨床2M超精機(jī)內(nèi)圓珩磨機(jī)外圓及其它珩磨機(jī)拋光機(jī)砂帶拋光及磨削機(jī)床刀具刃磨及研磨機(jī)床可轉(zhuǎn)位刀片磨削機(jī)床研磨機(jī)其它磨床3M球軸承套圈溝磨床滾子軸承套圈滾道磨床軸承套圈超精機(jī)葉片磨削機(jī)床滾子加工機(jī)床鋼球加工機(jī)床氣門(mén)、活塞及活塞環(huán)磨削機(jī)床汽車、拖拉機(jī)修磨機(jī)床齒輪加工機(jī)床Y儀表齒輪加工機(jī)錐齒輪加工機(jī)滾齒機(jī)及銑齒機(jī)剃齒及珩齒機(jī)插齒機(jī)花鍵軸銑床齒輪磨齒機(jī)其它齒輪加工機(jī)齒輪倒角及檢查機(jī)螺紋加工機(jī)床S套絲機(jī)攻絲機(jī)螺紋銑床螺紋磨床螺紋車床銑床X儀表銑床懸臂及滑枕銑龍門(mén)銑床平面銑床仿形銑 床立式升降臺(tái)銑床臥式升降臺(tái)銑床床身銑 床工具銑床其它銑床刨插床B懸臂刨床龍門(mén)刨床插床牛頭刨床邊緣及模具刨床其它刨床拉床L側(cè)拉床臥

8、式外拉床連續(xù)拉床立式內(nèi)拉床臥式內(nèi)拉床立式外拉床鍵槽、軸瓦及螺紋拉床其它拉床鋸床G砂輪片鋸床臥式帶鋸床立式帶鋸床圓鋸床弓鋸床銼鋸床其它機(jī)床Q其它儀表機(jī)床管子加工機(jī)床木螺釘加工機(jī)刻線機(jī)切斷機(jī)多功能機(jī)床 (4) 主參數(shù)、主軸數(shù)和第二主參數(shù)的表示方法 機(jī)床主參數(shù)代表機(jī)床規(guī)格大小，用折算值表示，位于系代號(hào)之后。當(dāng)折算數(shù)值大于1時(shí)，取整數(shù)，前面不加“0”，當(dāng)折算數(shù)值小于1時(shí)，則以主參數(shù)值表示，并在前面加“0”。某些通用機(jī)床，當(dāng)其無(wú)法用一個(gè)主參數(shù)表示時(shí)，則在型號(hào)中用設(shè)計(jì)順序號(hào)表示。 機(jī)床的主軸數(shù)應(yīng)以實(shí)際數(shù)值列入型號(hào)，置于主參數(shù)之后，用乘號(hào)“”分開(kāi)。主軸數(shù)是必須表示的。 第二主參數(shù)(多軸機(jī)床的主軸數(shù)除外)一般

9、不予表示，當(dāng)機(jī)床的最大工件長(zhǎng)度、最大切削長(zhǎng)度、工作臺(tái)面長(zhǎng)度、最大跨距等以長(zhǎng)度單位表示的第二主頃數(shù)的變化，將引起機(jī)床結(jié)構(gòu)、性能發(fā)生較大變化時(shí)，為了區(qū)分，可將第二主參數(shù)列入型號(hào)的后部，并用分開(kāi)，讀作“乘”。凡屬長(zhǎng)度（包括跨距、行程等）的，采用“1/100”的折算系數(shù)；凡屬直徑、深度、寬度的，則采用“1/10”的折算系數(shù)；如以厚度、模數(shù)作為第二主參數(shù)的則以實(shí)際數(shù)值列入型號(hào)。 (5) 機(jī)床的重大改進(jìn)順序號(hào) 當(dāng)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能有更高的要求，須按新產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)、試制和鑒定時(shí)，按照改進(jìn)的先后順序用漢語(yǔ)拼音字母A、B、C加在基本部分的尾部，以區(qū)別原機(jī)床型號(hào)。 除了主參數(shù)和第二主參數(shù)外，還有一些反映機(jī)床性能的技

10、術(shù)參數(shù)。這些技術(shù)參數(shù)主要包括尺寸參數(shù)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)：尺寸參數(shù)反映了機(jī)床能加工零件的尺寸范圍以及與附具的聯(lián)系尺寸，例如臥式車床的頂尖距、主軸內(nèi)孔錐度，搖臂鉆床的搖臂升降距離、主軸行程等。運(yùn)動(dòng)參數(shù)反映了機(jī)床執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)速度，如主軸的轉(zhuǎn)速范圍、刀架或工作臺(tái)的進(jìn)給量范圍等，動(dòng)力參數(shù)多指電動(dòng)機(jī)功率、某些機(jī)床的主軸最大允許扭矩等。 了解機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)，對(duì)于正確使用和合理選用機(jī)床具有重大意義。例如根據(jù)工藝要求，確定切削用量后，就應(yīng)按照機(jī)床所能提供的功率及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選擇合適的機(jī)型。又如在計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床的尺寸參數(shù)，以免夾具不能正確安裝或發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。機(jī)床的各種主要技術(shù)參數(shù)，可從機(jī)床說(shuō)明書(shū)中查

11、出。3金屬切削機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)1.2.1 機(jī)床運(yùn)動(dòng) 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)按其功用不同可分為表面成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。下面以車削加工中的運(yùn)動(dòng)為例,介紹機(jī)床的運(yùn)動(dòng),如圖1-1所示。圖1-1 表面成形運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 1表面成形運(yùn)動(dòng) 表面成形運(yùn)動(dòng)是直接參與切削過(guò)程，從而在工件上形成工件表面的刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。表面成形運(yùn)動(dòng)的形式和數(shù)量，決定了被加工表面的形狀、所采用的加工方法和刀具的結(jié)構(gòu)。表面成形運(yùn)動(dòng)可分為機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削的主要運(yùn)動(dòng)。它的特點(diǎn)是速度較高及消耗的動(dòng)力較多。主運(yùn)動(dòng)常常是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以是工件回轉(zhuǎn)(如車床的主運(yùn)動(dòng))，也可是刀具回轉(zhuǎn)(如鉆床、銑床、鏜床等的主運(yùn)動(dòng))，常以

12、n(rmin)表示。主運(yùn)動(dòng)也有是直線運(yùn)動(dòng)的(如刨床、拉床等機(jī)床的主運(yùn)動(dòng))。 機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它的特點(diǎn)是速度較低及消耗的動(dòng)力較少。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由刀具完成(如圖示刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng))，也可由工件完成(如銑床、鏜床和磨床等的進(jìn)給運(yùn)動(dòng))；可以是連續(xù)的(如車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng))，也可是間歇的(如刨床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng))；可以是一個(gè)(如車削外圓柱表面時(shí))，也可有幾個(gè)(如滾齒時(shí))。個(gè)別情況沒(méi)有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(如拉削時(shí))。 2輔助運(yùn)動(dòng) 機(jī)床的輔助運(yùn)動(dòng)是指機(jī)床上除表面成形運(yùn)動(dòng)以外，機(jī)床上其他所需的運(yùn)動(dòng)。其作用是實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種輔助動(dòng)作。 從現(xiàn)代機(jī)床控制角度來(lái)看機(jī)床運(yùn)動(dòng)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)同樣可分為主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)三大類

13、。主運(yùn)動(dòng)同前面的定義一樣。而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則可定義為是機(jī)床主機(jī)上除主運(yùn)動(dòng)以外的刀具移動(dòng)、工件移動(dòng)和工件轉(zhuǎn)動(dòng)等有關(guān)刀具和工件的機(jī)床運(yùn)動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)是除主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以外的機(jī)床上所有的其它運(yùn)動(dòng)(如主軸變速、自動(dòng)換刀、工件自動(dòng)夾緊和工件自動(dòng)交換等運(yùn)動(dòng))。 3金屬切削加工 金屬切削加工是用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料層切去成為切屑，使工件獲得相應(yīng)的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。任何切削加工都必須具備三個(gè)基本條件：切削工具(常稱為刀具)、工件和切削運(yùn)動(dòng)。 切削運(yùn)動(dòng)是刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它由形成切削力的主運(yùn)動(dòng)、保證切削連續(xù)進(jìn)行的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)組成。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間有準(zhǔn)確的比

14、例關(guān)系形成的合成運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)(如車削螺紋時(shí)的兩個(gè)運(yùn)動(dòng))。1.2.2 機(jī)床的傳動(dòng) 1機(jī)床的基本組成 為獲得加工過(guò)程中所必需的各種運(yùn)動(dòng)，機(jī)床應(yīng)具備三個(gè)基本部分： 1) 執(zhí)行件 執(zhí)行件是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的部件，如主軸、刀架、工作臺(tái)等。其任務(wù)是帶動(dòng)工件和刀具完成旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，并保證準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡。 2) 動(dòng)力源 動(dòng)力源是為執(zhí)行件提供運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置，有交流異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等各種電動(dòng)機(jī)?？梢詭讉€(gè)運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)動(dòng)力源，也可每個(gè)運(yùn)動(dòng)單獨(dú)使用一個(gè)動(dòng)力源。 3) 傳動(dòng)裝置 傳動(dòng)裝置是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置：。通過(guò)它把動(dòng)力源的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行件和把一個(gè)執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)傳遞給另一個(gè)執(zhí)行件，并使有關(guān)執(zhí)行件之

15、間保持某種確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。傳動(dòng)裝置還可以變換運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、方向和速度。 機(jī)床的傳動(dòng)裝置有機(jī)械、液壓、電氣、氣壓等多種形式。 2機(jī)床的傳動(dòng)鏈和傳動(dòng)原理圖 在機(jī)床上，為了得到所需的運(yùn)動(dòng)，需要通過(guò)一系列的傳動(dòng)件把執(zhí)行件和動(dòng)力源，或者把執(zhí)行件和執(zhí)行件連接起來(lái)，這種連接稱為傳動(dòng)聯(lián)系。構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)聯(lián)系的按一定規(guī)律排列的一系列傳動(dòng)件，稱為傳動(dòng)鏈。一條傳動(dòng)鏈由該鏈的兩端件及兩端件之間的一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。傳動(dòng)鏈中通常包含兩類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：一類是傳動(dòng)比和傳動(dòng)方向固定不變的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如定比齒輪副、蝸桿蝸輪副、絲杠和螺母副，稱為定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；另一類是根據(jù)加工要求可以變化傳動(dòng)比和傳動(dòng)方向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)、變向

16、機(jī)構(gòu)等。 根據(jù)傳動(dòng)聯(lián)系的性質(zhì)不同，傳動(dòng)鏈(運(yùn)動(dòng)鏈)還可分為內(nèi)、外聯(lián)系兩種。 1) 內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈 內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈用來(lái)連接有嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系的兩執(zhí)行件，以獲得準(zhǔn)確的加工表面形狀及較高的加工精度。例如在臥式車床上用螺紋車刀車螺紋時(shí)，聯(lián)系主軸和刀架之間的螺紋傳動(dòng)鏈，就是一條傳動(dòng)比有嚴(yán)格要求的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，它能保證并得到螺紋所需的螺距。1.2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 傳動(dòng)系統(tǒng)圖用規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)表示傳動(dòng)系統(tǒng)中的各傳動(dòng)元件，并按照運(yùn)動(dòng)傳遞順序，以展開(kāi)圖形式繪在一個(gè)能反映機(jī)床外形及主要部件相互位置的投影面上。用以了解及分析機(jī)床運(yùn)動(dòng)源與執(zhí)行件或執(zhí)行件與執(zhí)行件之間的傳動(dòng)聯(lián)系及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的一種示意圖。圖1.2所示為一臺(tái)數(shù)控銑床的傳

17、動(dòng)系統(tǒng)圖。與傳動(dòng)原理圖相比較，傳動(dòng)原理圖僅表示機(jī)床形成某一表面所需的運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)聯(lián)系，而傳動(dòng)系統(tǒng)圖則表示了一臺(tái)機(jī)床所有的運(yùn)動(dòng)及其傳動(dòng)聯(lián)系。另外，傳動(dòng)系統(tǒng)圖中具體表示了各傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)類型以及作調(diào)整計(jì)算所需的主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 在傳動(dòng)系統(tǒng)圖中各傳動(dòng)元件是按照運(yùn)動(dòng)傳遞的先后順序，以展開(kāi)圖的形式畫(huà)出來(lái)的。傳動(dòng)系統(tǒng)圖中通常還需注明齒輪的齒數(shù)(有時(shí)也注明其編號(hào)和模數(shù))、帶輪直徑、絲杠的導(dǎo)程和線數(shù)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率、傳動(dòng)軸的編號(hào)等。傳動(dòng)軸編號(hào)，通常是從動(dòng)力源(電動(dòng)機(jī)等)開(kāi)始，按運(yùn)動(dòng)傳遞順序，順次地用羅馬數(shù)字、表示。 在閱讀傳動(dòng)系統(tǒng)圖時(shí)，首先要了解該機(jī)床所具有的執(zhí)行件及其運(yùn)動(dòng)方式，以及執(zhí)行件之間是否 要

18、 保 持傳動(dòng)聯(lián)系，然后分析從運(yùn)動(dòng)源至執(zhí)行件或執(zhí)行件至執(zhí)行件之間的傳動(dòng)順序、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)關(guān)系。 以下對(duì)圖1-3所示傳動(dòng)系統(tǒng)圖進(jìn)行分析。該銑床具有兩個(gè)執(zhí)行件，即主軸和工作臺(tái)。機(jī)床工作時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)作往復(fù)直線移動(dòng)。 (1) 主運(yùn)動(dòng) XK5040A型數(shù)控銑床的主運(yùn)動(dòng)由75kW/1450rmin的主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)帶傳動(dòng)到第軸,通過(guò)軸間的三聯(lián)滑移齒輪變速組，一軸間的三聯(lián)滑移齒輪變速組，軸間雙聯(lián)滑移齒輪變速組傳至軸，再經(jīng)軸間的一對(duì)錐齒輪圖1.2 數(shù)控銑床傳動(dòng)系統(tǒng)圖副及上的一對(duì)圓柱齒輪傳至主軸，使主軸獲得18級(jí)轉(zhuǎn)速。由電動(dòng)機(jī)至主軸間的傳動(dòng)聯(lián)系，可簡(jiǎn)明地用傳動(dòng)路線表達(dá)式表示如下： 1.3 數(shù)控加

19、工技術(shù)與設(shè)備概述1.3.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展1.3.2 機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念1.3.3 數(shù)控機(jī)床的組成及其各部分功能1.3.4 數(shù)控機(jī)床分類1.3.5 數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能和可靠性指標(biāo)1.3.6 數(shù)控機(jī)床的主要功能1.3.7 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)1.3.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展 最早采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想，是在20世紀(jì)40年代提出的。當(dāng)時(shí)美國(guó)北密執(zhí)安的一個(gè)小型飛機(jī)工業(yè)承包商帕森斯公司(ParsonsCorporation)在制造飛機(jī)框架及直升飛機(jī)葉片輪廓用樣板時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)葉片輪廓的加工路徑進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，并考慮了刀具半徑對(duì)加工路徑的影響，使加工精度達(dá)到0.038

20、1mm(0.0015英寸)。以當(dāng)時(shí)的水平來(lái)看，是相當(dāng)高的。 1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出一套試驗(yàn)性數(shù)字控制系統(tǒng)，并把它裝在一臺(tái)立式銑床上，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，是數(shù)控機(jī)床的第一代。但是這臺(tái)機(jī)床畢竟是一臺(tái)試驗(yàn)性的機(jī)床，到了1954年11月，在帕爾森斯專利基礎(chǔ)上，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國(guó)本迪克斯公司(BendixCooperation)生產(chǎn)出來(lái)。1.3.2 機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念 在加工設(shè)備中應(yīng)用廣泛的數(shù)字控制(數(shù)控)技術(shù)，是一種采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中各種控制信息進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)算、處理，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元對(duì)機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)化控制的

21、技術(shù)。現(xiàn)在已有大量機(jī)械設(shè)備采用了數(shù)控技術(shù)，其中應(yīng)用面最廣的就是數(shù)控加工設(shè)備(即數(shù)控機(jī)床)。下面介紹機(jī)床中的數(shù)字控制及數(shù)控技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)、開(kāi)放式CNC系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床幾個(gè)概念的定義。 1數(shù)字控制(數(shù)控)及數(shù)控技術(shù) 一般意義上的數(shù)字控制是指用數(shù)字化信息對(duì)過(guò)程進(jìn)行的控制，是相對(duì)模擬控制而言的。機(jī)床中的數(shù)字控制專指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的工作過(guò)程進(jìn)行的可編程自動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱為數(shù)控(NC)。這種用數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)就叫數(shù)控技術(shù)。 2數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件模塊的有機(jī)集成系統(tǒng)，是數(shù)控技術(shù)的載體。它能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床

22、按指令運(yùn)動(dòng)并加工零件。在其發(fā)展過(guò)程中有硬件數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)兩類。 早期的數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，數(shù)字信息由數(shù)字邏輯電路來(lái)處理，數(shù)控系統(tǒng)的所有功能都由硬件實(shí)現(xiàn)，故又稱為硬件數(shù)控系統(tǒng)(NC系統(tǒng))。 3計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)，由裝有數(shù)控系統(tǒng)程序的專用計(jì)算機(jī)、輸入輸出設(shè)備、可編程邏輯控制器(PLC)、存儲(chǔ)器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，習(xí)慣上又稱為CNC系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)可完全由軟件來(lái)確定數(shù)字信息的處理過(guò)程，從而具有真正的“柔性”，并可處理各種復(fù)雜信息，所以CNC系統(tǒng)已基本取代硬件數(shù)控系統(tǒng)(NC系統(tǒng))。 4開(kāi)放式CNC系統(tǒng)

23、 國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)提出的開(kāi)放式CNC系統(tǒng)的定義是：一個(gè)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)，應(yīng)保證使開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件能在不同廠商提供的不同的軟硬件平臺(tái)上運(yùn)行，且能與其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。 根據(jù)這一定義，開(kāi)放式CNC系統(tǒng)至少有以下五個(gè)特征： (1) 對(duì)使用者是開(kāi)放的：可采用先進(jìn)的圖形交互方式支持下的簡(jiǎn)易編程方法，使得數(shù)控機(jī)床的操作更加容易。 (2) 對(duì)機(jī)床制造商是開(kāi)放的：應(yīng)允許機(jī)床制造商在開(kāi)放式CNC系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)專用的功能模塊及用戶操作界面。 (3) 對(duì)硬件的選擇是開(kāi)放的：即一個(gè)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)應(yīng)能在不同的硬件平臺(tái)上運(yùn)行。 (4) 對(duì)主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是開(kāi)放的：即能控制不同廠商提供的主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)

24、系統(tǒng)。 (5) 對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及交換等是開(kāi)放的。 開(kāi)放式CNC系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的方向。 5數(shù)控機(jī)床 數(shù)控機(jī)床是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)其加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的機(jī)床。國(guó)際信息處理聯(lián)盟第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床做了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。 2) 用規(guī)定的程序代碼和格式編寫(xiě)零件加工程序；或用CADCAM軟件直接生成零件的加工程序。 3) 程序的輸入或傳輸。由手工編寫(xiě)的程序，可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床的操作面板輸人程序；由編程軟件生成的程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行通信接口直接傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的數(shù)控單元(MCU)。 4) 將輸入傳輸?shù)綌?shù)控單元的加

25、工程序，進(jìn)行試運(yùn)行、刀具路徑模擬等。 5) 通過(guò)對(duì)機(jī)床的正確操作，運(yùn)行程序，完成零件的加工。 數(shù)控加工的控制過(guò)程與計(jì)算機(jī)控制打印機(jī)打印過(guò)程特別是與計(jì)算機(jī)控制繪圖機(jī)繪圖過(guò)程非常相似。2、數(shù)控機(jī)床的組成及其各部分的功能數(shù)控機(jī)床主要由以下幾部分組成，如圖1-5所示。 （1）數(shù)控裝置（CNC裝置） 由CPU和存儲(chǔ)器組成的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工件，所有這些都是在CNC裝置協(xié)調(diào)控制、合理組織下，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地工作。它主要由計(jì)算

26、機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板、通信接口板、擴(kuò)展功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等模塊組成。圖1-5 數(shù)控機(jī)床的組成 (2) 伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置 伺服單元接收來(lái)自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令，經(jīng)變換和放大后通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換成機(jī)床工作臺(tái)的位移運(yùn)動(dòng)，伺服單元是數(shù)控裝置和機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它能將來(lái)自數(shù)控裝置的微弱指令信號(hào)，放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)。按不同接收指令形式伺服單元分脈沖式和模擬式，而按電源種類又可分為直流伺服單亓和交流伺服單元。 驅(qū)動(dòng)裝置的作用是將放大后的指令信號(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械運(yùn)動(dòng)，利用機(jī)械傳動(dòng)件驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，使工作臺(tái)按規(guī)定軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或精確定位，保證能夠加工出符合圖樣要求的零件

27、。對(duì)應(yīng)于伺服單元的驅(qū)動(dòng)裝置，有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)等不同種類。 伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)它包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。測(cè)量裝置是指位置和速度測(cè)量裝置，它是實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。數(shù)控裝置的指令主要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸實(shí)施，所以，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。從某種意義上講，數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要取決于數(shù)控裝置，而數(shù)控機(jī)床性能的好壞主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 （3）可編程控制器PLC、機(jī)床IO(輸入輸出)電路和裝置 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)控制由CNC和可編程控制器PLC(Programmable Log

28、ic Controller)共同完成。其中CNC負(fù)責(zé)完成與數(shù)字運(yùn)算和管理有關(guān)的功能，如編輯加工程序、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等。PLC負(fù)責(zé)完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的各種動(dòng)作，如進(jìn)行與邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I0控制，它由硬件和軟件組成。機(jī)床I0電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn)I0控制的執(zhí)行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開(kāi)關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)： 1) 接受CNC控制代碼M(輔助功能)、S(主軸轉(zhuǎn)速)、T(選刀、換刀)等順序動(dòng)作信息，對(duì)其進(jìn)行譯碼后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)輔助裝置完成一系列開(kāi)關(guān)動(dòng)作，如裝夾工件、更換刀具和開(kāi)關(guān)切削液等； 2) 接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I0信號(hào)，直接控制

29、機(jī)床動(dòng)作，并將部分指令送往CNC用于加工過(guò)程的控制。 應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的PLC分兩類，一類是CNC生產(chǎn)廠家為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床順序控制，而將CNC和PLC綜合設(shè)計(jì)的內(nèi)裝型(或集成型)，這種PLC是CNC裝置的一部分；另一類是專門(mén)生產(chǎn)廠家開(kāi)發(fā)的PLC系列產(chǎn)品，即獨(dú)立型(或外裝型)的PLC。 （4）控制面板 控制面板又稱操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床(系統(tǒng))進(jìn)行信息交互的工具。操作人員可以通過(guò)它對(duì)數(shù)控機(jī)床(系統(tǒng))進(jìn)行操作、編程、調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，也可以通過(guò)它了解或查詢數(shù)控機(jī)床(系統(tǒng))的運(yùn)行狀態(tài)。它是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸入輸出部件，主要由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列(功能與計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)一樣)和顯示器等部

30、分組成。 （5）控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備 控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介，是人與機(jī)床建立聯(lián)系的介質(zhì)。程序輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)，或?qū)⒁颜{(diào)試好的零件加工程序通過(guò)輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的介質(zhì)上。目前數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和程序輸入輸出設(shè)備是磁盤(pán)和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。 此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可利用通信方式進(jìn)行信息交換，這種方式是實(shí)現(xiàn)CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)的集成、FMS(柔性制造系統(tǒng))和CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))的基本技術(shù)。目前在數(shù)控機(jī)床上常用的通信方式有： (1) 串行通信； (2)

31、自動(dòng)控制專用接口； (3) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 (4) 機(jī)床本體 數(shù)控機(jī)床的本體指其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。它主要由主運(yùn)動(dòng)部件(主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu))、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件(工作臺(tái)、拖板及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu))、支承件(立柱、床身等)以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換(APC)系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換(ATC)系統(tǒng)和輔助裝置(如冷卻、潤(rùn)滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等)組成。它不僅要實(shí)現(xiàn)由數(shù)控裝置控制的各種運(yùn)動(dòng)，而且還要承受包括切削力在內(nèi)的各種作用力，因此機(jī)床本體必須保證有良好的幾何精度、足夠的剛度、小的熱變形、低的摩擦阻力，才能有效地保證數(shù)控機(jī)床的加工精度。1.3.4 數(shù)控機(jī)床分類 數(shù)控機(jī)床的

32、種類很多，從不同角度對(duì)其進(jìn)行考查，就有不同的分類方法，主要分類如下： 1按工藝用途（機(jī)床類型）分類 (1) 切削加工類 即具有切削加工功能的數(shù)控機(jī)床。如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控刨插機(jī)床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、數(shù)控螺紋加工機(jī)床、數(shù)控電加工及超聲波加工機(jī)床、數(shù)控磨床、數(shù)控割斷機(jī)床及數(shù)控其它機(jī)床等。目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的新品種特別多，分得越來(lái)越細(xì)。如在數(shù)控磨床中不僅有數(shù)控外圓磨床，數(shù)控內(nèi)圓磨床，集可磨外圓、內(nèi)圓于一機(jī)的數(shù)控萬(wàn)能磨床，數(shù)控平面磨床，數(shù)控坐標(biāo)磨床，數(shù)控工具磨床，數(shù)控?zé)o心磨床，數(shù)控齒輪磨床，還有專用或?qū)ｉT(mén)化的數(shù)控軸承磨床、數(shù)控外螺紋磨床、數(shù)控內(nèi)螺紋磨床、數(shù)控雙端面磨床、數(shù)控凸輪

33、軸磨床、數(shù)控曲軸磨床、能自動(dòng)換砂輪的數(shù)控導(dǎo)軌磨床(又稱導(dǎo)軌磨削中心)等等；還有工藝范圍更寬的車削中心、加工中心、柔性制造單元(FMC)等。 (2) 成形加工類 此類是指具有通過(guò)物理方法改變工件形狀功能的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)控壓力機(jī)等。 (3) 特種加工類 此類是指具有特種加工功能的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成形機(jī)床、帶有自動(dòng)換電極功能的“電加工中心”、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控激光熱處理機(jī)床、數(shù)控激光板料成形機(jī)床、數(shù)控等離子切割機(jī)等。 (4) 其他類型 是指一些廣義上的數(shù)控設(shè)備，如數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測(cè)量機(jī)、機(jī)器人等 2按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型分類 按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)

34、有無(wú)位置測(cè)量反饋裝置可分為開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)數(shù)控機(jī)床。在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，根據(jù)位置測(cè)量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。 (1) 開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床 開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床采用開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。圖1-6所示為開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)沒(méi)有位置測(cè)量反饋裝置，信號(hào)流是單向的(數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng))，故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。但由于無(wú)圖1-6 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖位置反饋，精度(相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng))不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。該系統(tǒng)一般以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。 （2）

35、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)如圖1-7所示。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置檢測(cè)點(diǎn)是從驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(常用交、直流伺服電動(dòng)機(jī))或絲杠端引出，通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)和絲杠旋轉(zhuǎn)角度來(lái)間接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而不是直接檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置。 圖1-7 半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于在半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可獲得較穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)穩(wěn)定性雖不如開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。另外，在位置環(huán)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)的誤差可得到某種程度的糾正，位置環(huán)外不能直接消除的如絲杠螺距誤差、齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差等，可通過(guò)軟件補(bǔ)償這類誤差來(lái)提高運(yùn)動(dòng)精度，因此在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用 (3) 閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)

36、的位置檢測(cè)元件如圖1-8所示，它直接對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。理論上講，可以消圖1-8 全閉環(huán)控制系統(tǒng)消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量，具有很高的位置控制精度。但由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，很容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都有相當(dāng)?shù)碾y度，對(duì)其組成環(huán)節(jié)的精度、剛性和動(dòng)態(tài)特性等都有較高的要求，價(jià)格昂貴。這類系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。 3按數(shù)控系統(tǒng)分類 按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類，可分為：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、中檔數(shù)控機(jī)床和高檔數(shù)控機(jī)床。 4按數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分類，可分為：2坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床、3

37、坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床和多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。 5按數(shù)控系統(tǒng)控制的刀具軌跡分類，可分為：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。1.3.5 數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能和可靠性指標(biāo) 1規(guī)格指標(biāo) 規(guī)格指標(biāo)是指數(shù)控機(jī)床的基本能力指標(biāo)，主要有以下幾方面： (1) 行程范圍和擺角范圍 行程范圍是指坐標(biāo)軸可控的運(yùn)動(dòng)區(qū)間，它反映該機(jī)床允許的加工空間，一般情況下工件輪廓尺寸應(yīng)在加工空間的范圍之內(nèi)。擺角范圍是指擺角坐標(biāo)軸可控的擺角區(qū)間，也反映該機(jī)床的加工空間。 (2) 工作臺(tái)面尺寸 它反映該機(jī)床安裝工件的最大范圍，通常應(yīng)選擇比最大加工工件稍大一點(diǎn)的面積，這是因?yàn)橐A(yù)留夾具所需的空間。 (3) 承載能力 它反映該機(jī)床

38、能加工零件的最大重量。 (4) 主軸功率和進(jìn)給軸扭矩 它反映該機(jī)床的加工能力，同時(shí)也可間接反映機(jī)床的剛度和強(qiáng)度。 (5) 控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 數(shù)控機(jī)床的控制軸數(shù)通常是指機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的進(jìn)給軸數(shù)。數(shù)控機(jī)床控制軸數(shù)與數(shù)控裝置的運(yùn)算處理能力、運(yùn)算速度及內(nèi)存容量等有關(guān)。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)是指數(shù)控機(jī)床同時(shí)控制多個(gè)進(jìn)給軸，使它們按規(guī)定的路線和進(jìn)給速度運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸的數(shù)目。它反映數(shù)控機(jī)床的曲面加工能力。 (6) 刀具系統(tǒng) 數(shù)控車床包括刀架工位數(shù)、工具孔直徑、刀桿尺寸、換刀時(shí)間、重復(fù)定位精度各項(xiàng)內(nèi)容。加工中心刀庫(kù)容量與換刀時(shí)間直接影響其生產(chǎn)率，通常中小型加工中心的刀庫(kù)容量為1660把，大型加工中心可達(dá)100把以上。

39、換刀速度和工作臺(tái)交換速度，它們也是影響生產(chǎn)效率的性能指標(biāo)。換刀時(shí)間是指自動(dòng)換刀系統(tǒng)，將主軸上的刀具與刀庫(kù)刀具進(jìn)行交換所需要的時(shí)間，換刀一般可在520s的時(shí)間內(nèi)完成。 2性能指標(biāo) (1) 分辨率與脈沖當(dāng)量 分辨率是指兩個(gè)相鄰的分散細(xì)節(jié)之間可以分辨的最小間隔。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)而言，分辨率是可以測(cè)量的最小增量；對(duì)控制系統(tǒng)而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，反映到機(jī)床移動(dòng)部件上的移動(dòng)量，通常稱為脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的原始數(shù)據(jù)之一，其數(shù)值的大小決定數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量。脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工表面質(zhì)量越高。簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量為0.01 mm，

40、普通數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量為1m，精密或超精密數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量為0.1m，最精密的數(shù)控系統(tǒng)的分辨率已達(dá)0001 m。 (2) 最高主軸轉(zhuǎn)速和最大加速度 最高主軸轉(zhuǎn)速是指主軸所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速，它是影響零件表面加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素之一。最大加速度是反映主軸速度提速能力的性能指標(biāo)，也是加工效率的重要指標(biāo)。 (3) 定位精度和重復(fù)定位精度 定位精度是指數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或其它運(yùn)動(dòng)部件，實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置與指令位詈的一致程度，其不一致的差量即為定位誤差。引起定位誤差的因素包括伺服系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)誤差，以及運(yùn)動(dòng)部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。定位誤差直接影響加工零件的尺寸精度。重復(fù)定位精度是指在相

41、同的操作方法和條件下，在完成規(guī)定操作次數(shù)過(guò)程中得到結(jié)果的一致程度。重復(fù)定位精度一般是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它會(huì)影響批量加工零件的一致性，是一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)。一般數(shù)控機(jī)床的定位精度為0.01mm，重復(fù)定位精度為0.005mm。 (4) 最高快移速度和最高進(jìn)給速度 最高快移速度是指進(jìn)給軸在非加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度，最高進(jìn)給速度是指進(jìn)給軸在加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度，它們也是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素。這兩個(gè)性能指標(biāo)受數(shù)控裝置的運(yùn)算速度、機(jī)床動(dòng)態(tài)特性及工藝系統(tǒng)剛度等因素的限制。 （5）電氣 包括主電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)規(guī)格型號(hào)和功率等。 （6）冷卻系統(tǒng) 包括冷卻箱容量、冷卻

42、泵輸出量等。 （7）外形尺寸 表示為長(zhǎng)寬高。 （8）機(jī)床重量 3可靠性指標(biāo) (1) 平均無(wú)故障時(shí)間MTBF(Mean time between failures) 它是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在使用中平均兩次故障間隔的時(shí)間，即數(shù)控機(jī)床在壽命范圍內(nèi)總工作時(shí)間和總故障次數(shù)之比，即 顯然，這段時(shí)間越長(zhǎng)越好。 (2) 平均修復(fù)時(shí)間MTTR(Meantimetorestore) 它是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床從開(kāi)始出現(xiàn)故障直到能正常工作所用的平均修復(fù)時(shí)間，即 考慮到實(shí)際系統(tǒng)出現(xiàn)故障總是難免的，故對(duì)于可維修的系統(tǒng)，總希望一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)的時(shí)間越短越好，即希望MTYR越短越好。 (3) 平均有效度A 如果把MTBF看作設(shè)備正常

43、工作的時(shí)間，把MTTR看作設(shè)備不能工作的時(shí)間，那么正常工作時(shí)間與總時(shí)間之比稱為設(shè)備的平均有效度A，即平均有效度反映了設(shè)備提供正常使用的能力，是衡量設(shè)備可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。1.3.6 數(shù)控機(jī)床的主要功能 1控制軸數(shù)與聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 控制軸數(shù)說(shuō)明數(shù)控系統(tǒng)最多可以控制多少坐標(biāo)軸，其中包括移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸?；咀鴺?biāo)軸是X、Y、Z軸，當(dāng)多于3個(gè)軸時(shí)，往往是X、Y、Z的平行輔助軸或回轉(zhuǎn)軸。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)是指數(shù)控系統(tǒng)按加工要求控制同時(shí)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸數(shù)。如某數(shù)控機(jī)床具有X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)方向，而數(shù)控系統(tǒng)只能同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)(XY、YZ、或XZ)方向的運(yùn)動(dòng)，則該機(jī)床的控制軸數(shù)為3軸，而聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為2軸。 2插補(bǔ)功能 指數(shù)

44、控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)的線型能力。如直線、圓弧、螺旋線、拋物線、正弦曲線等。機(jī)床插補(bǔ)功能越強(qiáng)，說(shuō)明能夠加工的輪廓種類越多。 3進(jìn)給功能 包括快速進(jìn)給(空行程)、切削進(jìn)給：手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給、點(diǎn)動(dòng)進(jìn)給；進(jìn)給率修調(diào)(倍率開(kāi)關(guān))；自動(dòng)加減速功能等。 4主軸功能 可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速、恒線速、定向停止及轉(zhuǎn)速修調(diào)(倍率開(kāi)關(guān))。恒線速即主軸自動(dòng)變速，使刀具對(duì)工件切削點(diǎn)的線速度保持不變。主軸定向停止即換刀、精鏜后退刀前，主軸在其周向準(zhǔn)確定位。 5刀具功能 指刀具的自動(dòng)選擇和自動(dòng)換刀。 6刀具補(bǔ)償 包括刀具位置補(bǔ)償、半徑補(bǔ)償和長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。半徑補(bǔ)償如車刀的刀尖半徑、銑刀半徑的補(bǔ)償；長(zhǎng)度補(bǔ)償如銑床、加工中心沿加工深度方向?qū)Φ毒唛L(zhǎng)度變化的補(bǔ)償。 7機(jī)械誤差補(bǔ)償 指系統(tǒng)可自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)部件因間隙產(chǎn)生的誤差。 8操作功能 數(shù)控機(jī)床通常有單程序段的執(zhí)行和跳段執(zhí)行、試運(yùn)行，圖形模擬、機(jī)械鎖住、暫停和急停等功能，有的還有軟鍵