机械设计制造及其自动化课程
普通车床
数控车床
人机交互界面
(计算机部分)主轴、三爪卡盘
(主轴系统)
刀架(自动换刀装置)尾座(副主轴)
滑板箱
(进给系统)
床身
润滑冷却装置
过载、限位等保护装置
排屑装置
辅助对刀仪
气动、液压装置
(a) 水平床身(b) 斜床身(c)平床身斜滑板(d)立床身
1、主轴传动原理
2、进给传动原理
主轴
电动机
主轴
电动机主轴
电动机(a) 带有齿轮变速的主轴传动方式
(b) 通过定比传动的主轴传动方式
(c) 由主轴电动机直接驱动的传动方式
使主轴获得高低不同的多种转速系列；
它可以确保低速时的大扭矩，满足机床对扭矩
特征的要求；
它是大中型数控车床采用较多的一种配置方式。
定比传动采用齿轮传动或带传动；
带传动主要应用于小型数控车床。
（a）（b）
（c ）电动机与主轴用联轴器同轴联结，简化了主轴结构，提高了主轴刚度；
但是主轴扭矩小，电动机发热对主轴精度影响
较大。
主轴电机I
轴
Z 27Z48Z 84Z 29Z 60
Z 60Z86圈光栅示意图（低速区）
齿形带
II 轴
III 轴
主轴箱
主轴
双联滑移齿轮
主轴电机Z
27Z48Z 84Z 29Z 60
Z 60Z86圈光栅示意图（高速区）
齿形带
主轴箱
主轴
双联滑移齿轮I 轴
II 轴
III 轴
1、
2
、3、4、5—轴承；6—纵向进给丝杠；7—横向进给丝杠
数控车床进给系统传动示意图
进给系统采用伺服电动机经滚珠丝杠螺母副传到滑板和刀架，实现刀具纵向和横向进给运动。
纵向
横向
1—螺母；2—丝杠；3—滚珠；4—导珠管直线运动
旋转运
动
滚珠丝杠螺母副的轴向间隙调整
中小型数控车床的进给系统一般采用滚珠丝杠传动。伺服电机与滚珠丝杠的传动连接方式有两种：
?锥环连接
这是消除转动间隙的一种比较理想的连接方式，它靠内外锥环锥面压紧后产生的摩擦力传递动力，避免了键连接产生的间隙。
?齿形带连接
为了消除齿形带传动对精度的影响，将脉冲编码器安装在滚珠丝杠的端部，以直接对滚珠丝杠的旋转状态进行检测，使进给速度和进给量更加精确。
数控机床的工作原理及基本结构 一、程序编制及程序载体 数控程序就是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置,即零件在机床上的安装位置;刀具与零件相对运动的尺寸参数;零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字与符号组成的标准数控代码,按规定的方法与格式,编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行;对于形状复杂的零件,则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程(APT)或CAD/CAM设计。 编好的数控程序,存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上,它可以就是穿孔纸带、磁带与磁盘等,采用哪一种存储载体,取决于数控装置的设计类型。 数控机床的基本结构
二、输入装置 输入装置的作用就是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同,输入装置可以就是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统;数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。 零件加工程序输入过程有两种不同的方式:一种就是边读入边加工(数控系统内存较小时),另一种就是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器,加工时再从內部存储器中逐段逐段调出进行加工。 三、数控装置 数控装置就是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算与逻辑处理后,输出各种控制信息与指令,控制机床各部分的工作,使其进行规定的有序运动与动作。 零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其她非圆弧曲线组成,刀具在加工过程中必须按零件形状与尺寸的要求进行运动,即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能就是各线段轨迹的起点与终点坐标值等数据,不能满足要求,因此要进行轨迹插补,也就就是在线段的起点与终点坐标值之间进行“数据点的密化”,求出一系列中间点的坐标值,并向相应坐标输出脉冲信号,控制各坐标轴(即进给运动的各执行元件)的进给速度、进给方向与进给位移量等。 四、驱动装置与位置检测装置
数控机床原理与结构实验报告答案 篇一：数控机床实验报告 数 实 控验报班级姓名：学号： 机告床书《》 实验一：《宇航数控加工仿真系统》功能熟悉实验二：数控车床编程与仿真操作 1.数控车床由哪几部分组成？ 答：数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。 数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。 2.为什么每次启动系统后要进行“回零”操作？ 答：机床断电后,就不知道机床坐标的位置,所以进行回零,进行位置确定每次开机启动数控系统的机械零点和实际的机械零点可能有误差，回零操作是对机械零点的校正。 3.绘出运行程序的仿真轨迹，并标出轨迹各段所对应的程序段号。 答：略 4.简述对刀过程? 答：（1）一般对刀，一般对刀是指在机床上使用相对位
置检测手动对刀。下面以Z向对刀为例说明对刀方法：刀具安装后，先移动刀具手动切削工件右端面，再沿X向退刀，将右端面与加工原点距离N输入数控系统，即完成这把刀具Z向对刀过程。 （2）机外对刀仪对刀，机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用。 （3）自动对刀，自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，并自动修正刀具补偿值。 5.G00与G01指令有何不同？答： G00指令表示刀具以机床给定的快速进给速度移动到目标点，又称为点定位指令,G01指令使刀具以设定的进给速度从所在点出发，直线插补至目标点。 6.简述用MDI方式换2号刀的操作过程。答：按下程序建按下MDI建输入一段换刀程序T0101的刀具指令按循环启动 实验三：数控铣床编程与仿真操作 1.数控铣床由哪几部分组成？ 答：（1）、主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统。
CH1 1.数控是数字控制系统的简称：广义上讲，是指利用数字化信息实行控制，也就是利用数字控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。狭义上理解，是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制。 2.计算机数字控制系统都是由输入、决策、输出组成。 https://www.doczj.com/doc/184113955.html,C:计算机数控系统。PLC:可编程逻辑控制器。DNC:分布式数字控制系统。CIMS:计算机集成制造系统。FMC:柔性制造单元。FMS:柔性制造系统。CAD:计算机辅助设计。CAM:计算机辅助制造。CAPP:计算机辅助工艺过程设计。CAQ:计算机辅助质量管理。MAP:制造自动化协议。LAN:工业局域网络。ISO:国际标准化组织。WOP:面向车间的编程系统。MRP:物料需求计划。ERP:企业资源规划。TCP/IP:传输控制协议/网际协议。 4.数控装置是数控系统的核心，主要功能：正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。 5.数控机床右手坐标系，确定坐标系时一律看做工件相对静止而刀具产生运动，还规定增大刀具与工件之间距离的方向为正方向。 6.数控系统分类：(1)按数控机床运动轨迹分①点位数控系统②直线数控系统③轮廓数控系统(2)按数控机床伺服系统分①开环数控系统②全闭环数控系统③半闭环数控系统 7.数控系统的主要任务是进行刀具和工件之间相对运动的控制，通电后对机床各组成部分工作状态进行检查和诊断，并设置初始状态。 8.数控系统软件实现对输入的数控加工程序进行译码，刀补处理及插补运算等。 硬件和各功能程序的接口是由数控系统的管理软件实现的。 9.现代机械制造系统中，生产率和柔性是系统自动化程度的两个主要因素 CH2 1.输入方式包括光电式纸带阅读机输入，键盘方式输入，存储器方式输入和通信方式输入。 2.键盘分为全编码键盘(指由硬件逻辑直接提供被按键相应的ASCII码或其他编码的键盘)和非编码键盘(只提供行列矩阵位置)。 3.通信是指计算机与计算机或计算机与外部设备间的信息交换。 4.ISO与EIA代码大致分为数字码，字母码和功能码三大类。 5.译码的过程主要包括代码识别和功能码翻译两大部分。 6.功能码翻译过程：①建立一个与数控加工程序缓冲器相对应的译码结果缓冲器②考虑缓冲器规模③约定存储格式。 7.由于准备功能代码G(6组)和辅助功能代码M(4组)具有互斥性，因此可按功能分组。 8.数控加工程序诊断是指CNC装置在程序输入或译码过程中对不规范的指令格式进行检查，监控及处理的服务操作，其目的是防止错误代码的读入。 9.语法错误：是指程序段格式或程序字格式不规范的错误。逻辑错误：是指整个数控加工程序或一个程序段中功能代码之间相互排斥，互相矛盾的错误。 10.刀具补偿：刀具实际参与切削的部分是刀尖或刀刃边缘。它们与刀具中心或刀架参考点之间存在偏差，因此需要通过数控系统计算偏差量并将控制对象由刀具中心或刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘上，以满足加工需求。 11.刀具中心轨迹始终在编程轨迹的左边时称为左刀补G41，在右边为右刀补G42。 12.刀具半径补偿执行过程①刀具半径补偿建立②刀具半径补偿进行③刀具半径补偿撤销CH3 1.脉冲增量(行程标量)插补算法是通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴相互协调运动，从而加工出一定轮廓形状的算法。 2.数据采样(时间标量)插补算法是根据数控加工程序编写的进给速度，先将零件轮廓曲线插补周期分割为一系列首尾相连的微小直线段，然后输出这些微小直线段对应的位置数据增量，用以控制伺服系统实现坐标轴的进给。 与脉冲增量插补算法相比数据采样插补算法结果不再是单个脉冲，而是位置增量的数字量。 3.逐点比较法四个工作节拍①偏差判别②坐标进给③偏差计算④终点判别。 4.终点判别方法①总步长法②投影法③终点坐标法。
《数控机床原理及结构》 实验报告 学院：昆明理工大学城市学院 班级：机械 1121 班 学号：2011218501113 姓名：王国军 成绩： 2011年12月
一、实验课程名称：数控机床原理及结构 二、实验课性质：非独立设课 三、实验教学目的、基本要求 通过指导教师肖潇老师带领我们在工厂实地参观学习，经肖潇老师及工厂相关技术人员指导介绍，使学生将理论知识和实践教学有机结合。 1、了解数控铣床的工作原理布局、用途、分类及结构； 2、了解数控铣床的功能及分类、主要技术指标； 3、了解数控铣床基本操作技能及常用的指令； 4、了解新工艺、新技术、新设备在实际加工中的运用 四、基本原理及课程简介 1、基本原理 实验在昆明尼古拉斯克雷亚机床有限公司实地进行；本课程是一门新兴的技术，实践性很强，要学好这门课程必须将理论知识和实践教学相结合，二者缺一不可。通过实践教学从而加深和理解对数控机床原理及结构的基本概念，巩固理论知识，可使学生学到数控机床的基本原理和技能操作，为今后成为实用型科技人才奠定初步基础。 2、课程简介 本课程主要介绍数控机床各组成部分的结构原理、主要功能和特点，并针对数控机床的特点介绍机床的布局、相关机械结构和辅助装备以及相关的调整方法。结合相关实验教学训练项目，从理论到实践，再从实践到理论全面介绍，使学生较快的掌握数控机床各组成部分的结构原理。 五、各项要求： 1、遵守工厂各项规章制度，切实注意安全，对工厂设备、仪器不得随 意搬动。 2、认真听指导教师和工厂技术人员讲解，仔细观察，做好相关记录。 3、整理相关资料，认真完成实验报告。 六、实验课程内容：
数控机床主传动系统 第一节概述 1、对主传动系统的要求 (1)调速范围 :多用途、通用性大的机床要求主轴的调速范围大，低速大转矩功能，较高的速度，如车削加工中心。 (2)热变形: 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小的热变形是对主传动系统要求的重要指标。 (3)主轴的旋转精度和运动精度: 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求有高的旋转精度和运动精度。 (4)主轴的静刚度和抗振性: 数控机床加工精度较高，主轴的转速又很高，因此对主轴的静刚度和抗振性要求较高。主轴的轴颈尺寸、轴承类型及配置方式，轴承预紧量大小，主轴组件的质量分布是否均匀及主轴组件的阻尼等对主轴组件的静刚度和抗振性都会产生影响。 (5)主轴组件的耐磨性: 主轴组件必须有足够的耐磨性，使之能够长期保持良好的精度。 2、主轴变速方式 (1).无级变速 (2)(分段无级变速 :1)带有变速齿轮的主传动2)通过带传动的主传动3)用两个电动机分别驱动主轴 (3)(液压拨叉变速机构在带有齿轮传动的主传动系统中，齿轮的换挡主要靠液压拨耳来完成 3、主轴部件
主轴部件是机床的一个关键部件，它包括主轴的支承、安装在主轴上的传动零件等。 机床的主轴部件满足的要求:主轴的回转精度、部件的结构刚度和抗振性、运转温度和热稳定性以及部件的耐磨性和精度保持能力等。 对于数控机床尤其是自动换刀数控机床，为了实现刀具在主轴上的自动装卸与夹持，还必须有刀具的自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的清理装置等结构。 (1)、主轴端部的结构形状 主轴端部用于安装刀具或夹持工件的夹具，在设计要求上，应能保证定位准确、安装可靠、联接牢固、装卸方便，并能传递足够的转矩 主轴为空心，前端有莫氏锥度孔，用以安装顶尖或心轴。 1)莫氏锥度是一个锥度的国际标准，用于静配合以精确定位。锥度很小，利用摩擦力可以传递一定的扭矩，方便拆卸。莫氏锥度又分为长锥和短锥,长锥多用于主动机床的主轴孔,短锥用于机床附件和机床连接孔, (2)主轴部件的支承 机床主轴带着刀具或夹具在支承中作回转运动，应能传递切削转矩承受切削抗力，并保证必要的旋转精度。机床主轴多采用滚动轴承作为支承，对于精度要求高的主轴则采用动压或静压滑动轴承作为支承。 (3)滚动轴承的精度 主轴部件所用滚动轴承的精度有高级E、精密级D、特精级C和超精级B。前支承的精度一般比后支承的精度高一级，也可以用相同的精度等级。普通精度的机床通常前支承取C、D级，后支承用D、E级。特高精度的机床前后支承均用B级精度液体静压轴承和动压轴承主要应用在主轴高转速、高回转精度的场合，对于要求更高转速的主轴，可以采用空气静压轴承，这种轴承达每分钟几万转的转速，有非常高的回转精度。 (4)(主轴滚动轴承的预紧
1.1数控机床的组成 数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，见图2 - 1。 图1-1 数控机床组成 一、控制介质 数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。在普通机床上加工零件时，由工人按图样和工艺要求进行加工。在数控机床加工时，控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工件位置等信息的信息载体，它记载着零件的加工工序。数控机床中，常用的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡片、磁带和磁盘或其他可存储代码的载体，至于采用哪一种，则取决于数控装置的类型。早期时，使用的是8单位（8孔）穿孔纸带，并规定了标准信息代码ISO（国际标准化组织制定）和EIA（美国电子工业协会制定）两种代码。 二、数控装置
数控装置是数控机床的核心。其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。一般由输入输出装置、控制器、运算器、各种接口电路、CRT显示器等硬件以及相应的软件组成。数控装置作为数控机床“指挥系统”，能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。它具备的主要功 能如下： 1）多轴联动控制。 2）直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。 3）输入、编辑和修改数控程序功能。 4）数控加工信息的转换功能：ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。 5）刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。6）实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。 7）在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。 三、伺服系统 机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，它相当于手工操作人员的手，使工作台（或溜板）精确定位或按规定的
1．2 数控机床的组成及基本工作原理 一、数控机床组成 数控机床由：程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成。 1、程序的存储介质，又称程序载体 1)穿孔纸带（过时、淘汰）； 2)盒式磁带（过时、淘汰）； 3)软盘、磁盘、U盘； 4)通信。 2、输人/输出装置 1)对于穿孔纸带，配用光电阅读机；（过时、淘汰）； 2)对于盒式磁带，配用录放机；（过时、淘汰）； 3)对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡； 4)现代数控机床，还可以通过手动方式(MDI方式)； 5)DNC网络通讯、RS232串口通讯。 3、CNC单元 CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。 CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。 准备功能：G00,G01,G02,G03, 辅助功能：M03，M04 刀具、进给速度、主轴：T，F，S 4、伺服系统 由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。如三轴联动的机床就有三套驱动系统。 脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。 5、位置反馈系统（检测反馈系统） 伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。（作业：让同学们网上查找反馈元件，下节课用5分钟自述所查内容） 反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较，计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。 反馈系统包括半闭环、闭环两种系统。 6、机床的机械部件 1)主运动部件
新疆工程学院机械工程系毕业设计（论文）任务书 学生姓名专业班级机电一体化09-11（1）班设计(论文)题目数控机床主传动系统及主轴设计 接受任务日期2012年2月29日完成任务日期2012年4月9日指导教师指导教师单位机械工程系 设 计(论文)内容目标 培养学生综合应用所学的基本理论，基础知识和基本技能进行科学研究能力的初步训练；培养和提高学生分析问题，解决问题能力。通过毕业设计，使学生对学过的基础理论和专业知识进行一次全面地系统地回顾和总结。通过对具体题目的分析和设计，使理论与实践结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能。 设计(论文)要求 1．论文格式要正确。 2．题目要求：设计题目尽可能选择与生产、实验室建设等任务相结合的实际题目，完成一个真实的小型课题或大课题中的一个完整的部分。 3．设计要求学生整个课题由学生独立完成。 4．学生在写论文期间至少要和指导老师见面5次以上并且和指导教师随时联系，以便掌握最新论文的书写情况。 论文指导记录 2012年3月1号早上9：30-12：00在教室和XX老师确定题目。2012年3月6日早上10：00-12:00在教室确定论文大纲与大纲审核。2012年3月13日早上10:00-12：00在教室确定论文格式。 2012年3月20日早上9：30-12:00在教室对论文一次修改。 2012年3月27日早上9：30-12:00在教室对论文二次修改。 2012年4月6日早上9：30-12：30在教室对论文三次修改。 2012年4月9日早上9:30-12：00在教室老师对论文进行总评。 参考资料[1]成大先.机械设计手册-轴承[M].化学工业出版社 2004.1 [2]濮良贵纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社 2006.5 [3]李晓沛张琳娜赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M].上海科学技术出版社 2005.5 [4]文怀兴夏田.数控机床设计实践指南[M].化学工业出版社 2008.1 [5][日]刚野修一(著). 杨晓辉白彦华(译) .机械公式应用手册[M].科学出版社 2004
数控机床工作原理及组成 1．1．1 数控机床工作原理 数控机床是采用了数控技术的机床，它是用数字信号控制机床运动及其加工过程。具体地说，将刀具移动轨迹等加工信息用数字化的代码记录在程序介质上，然后输入数控系统，经过译码、运算，发出指令，自动控制机床上的刀具与工件之间的相对运动，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件，这种机床即为数控机床。 1．1．2 数控机床的种类 由于数控系统的强大功能，使数控机床种类繁多．其按用途可分为如下三类。 ①金属切削类数控机床。金属切削类数控机床包括数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控镗床、加工中心等。 ②金属成形类数控机床。金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床和数控压力机等。 ③数控特种加工机床。数控特种加工机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光加工机床，数控淬火机床等。 1．1．3 数控机床的组成 数控机床一般由输入输出设备、数控装置(CNC)、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程控制器(PLC)及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。图1—1是数控机床的硬件构成。
(1)输入和输出装置 输入和输出装置是机床数控系统和操作人员进行信息交流、实现人机对话的交互设备． 输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。目前，数控机床的输入装置有键盘、磁盘驱动器、光电阅读机等，其相应的程序载体 第1页 为磁盘、穿孔纸带。输出装置是显示器，有CRT显示器或彩色液晶显示器两种。输出装置的作用是：数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息。显示的信息可以是正在编辑的程序、坐标值，以及报警信号等。 (2)数控装置(CNC装置) 数控装置是计算机数控系统的核心，是由硬件和软件两部分组成的。它接受的是输入装置送来的脉冲信号，信号经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，使其进行规定的、有序的动作。这些控制信号中最基本的信号是各坐标轴(即作进给运动的各执行部件)的进给速度、进给方向和位移量指令(送到伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动)，还有主轴的变速、换向和启停信号，选择和交换刀具的刀具指令信号，控制切削液、润滑油启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度工作和转位的辅助指令信号等。 数控装置主要包括微处理器(CPU)、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统其他组成部分联系的接口等。 (3)可编程逻辑控制器(PLC)
1. 数字控制是用数字化的信息对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。 2. 数控机床按伺服系统的控制原理可分为开环控制、半闭环控制和闭环控制数控机床，其中，精度最高的是闭环控制数控机床。 3. 按机械加工的运动轨迹分类，数控机床可分为点位控制、直线控制和轮廓控制数控机床。 4. NC 机床的含义是数控机床，CNC 机床的含义是计算机数字控制机床。 5. 数控机床大体由输入输出设备、数控装置、测量反馈装置、伺服系统和机床本体组成，其中，数控机床的核心是数控装置。 6. 简单地说，是否采用数控机床进行加工，主要取决于零件的复杂程度；而是否采用专用机床进行加工，主要取决于零件的生产批量。 7. 数控机床按功能水平可分为高级型、普及型和经济型数控机床。 8. 对刀点就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。为了提高零件的加工精度，应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。 9. 数控机床坐标系三坐标轴X、Y、Z 及其正方向用右手定则判定，X、Y、Z 各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C 分别用右手螺旋法则判断。 10. 数控机床中的标准坐标系采用笛卡儿直角坐标系，并规定增大刀具与工件之间距离的方向为坐标正方向。 11. 机床的最小设定单位，即数控系统能实现的最小位移量称为脉冲当量，它是数控机床的一个重要技术指标，一 般为0.001~0.01mm。 12. 与机床主轴重合或平行的刀具运动坐标轴为Z轴，并规定刀具远离工件的运动方向为正方向。 13. 对于机床X 坐标轴，规定其方向为水平方向，且垂直于Z 轴并平行于工件的装夹面。 14. 在轮廓控制中，为了保证一定的精度和编程方便，通常需要有刀具长度和半径补偿功能。 15. 在铣削平面轮廓零件时，为减少刀具切入切出的刀痕，应采用外延法，即刀具应沿着零件轮廓延长线的切向方向 切入切出。 16. 机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台返回到机床参考点。 17. 数控编程时的数值计算，主要是计算零件的基点和节点的坐标。 18. 数控编程时可将重复出现的程序编成子程序，使用时可以由主程序多次重复调用。 19. 数控机床程序编制可分为手工编程和自动编程两种，自动编程又分为语言式自动编程和图形交互式自 动编程。 20. 一个零件加工程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的若干个程序段组成，其又是由若干个指令字组成。 21. 一个完整的数控程序，通常由程序名、程序内容和程序结束三部分组成。目前普遍采用的数控程序 的程序段格式是字地址程序段格式。 22. 改变刀具半径补偿值的大小可以实现同一轮廓的粗、精加工，改变刀具半径补偿值的正负可以实现同一轮 廓的凸模和凹模的加工。 23. 刀具半径补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。 24. G 代码中，模态代码表示在程序中一经被应用，直到出现同组的任一G 代码时才失效；非模态代码表示只在本 程序段中有效。 25. 用直线段逼近非圆曲线，目前常用的节点计算方法有等间距法、等步长法和等误差法，其中程序段数 目最少的方法是等误差法。 26. 数控编程中数值计算的内容主要包括的：基点和节点计算、刀位点轨迹计算和辅助计算。 27. 数控车削加工时，为提高工件的径向尺寸精度，X 方向的脉冲当量取Z 向的1/2 。 28. 孔加工固定循环指令一般包括 6 个动作过程， 3 个相关平面，如孔底平面等。 29. 在孔加工的返回动作中，用G98 指定刀具返回初始平面；用G99 指定刀具返回R 平面。 30. 数控装置具有计算机的一般特征，也是由硬件和软件组成，软件由管理软件和控制软件组成，后者包括译 码程序、速度控制程序等，其核心是插补。 31. CNC 装置按照微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构两种结构。 32. 在单微处理机结构的CNC 装置中，只有一个CPU，只能采用集中控制、分时处理数控的每一项任务。 33. 由于CNC 装置具有多任务性，因此必须采用并行处理技术，常用的并行处理方法有资源共享、资源重复和时间
数控车床的基本组成与工作原理 一、任务描述 了解CAK40100VL 的基本组成与工作原理 二、任务准备 (一)、安全文明生产(播放插件) (二)、机床结构与工作原理 1、 机床结构 数控机床一般由输入输出设备、CNC 装置(或称CNC 单元)、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程控制器PLC 及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。如下图就是数控机床的组成框图。 ⑴、机床本体 数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化,这种变化的目的就是为了满足数控机床的要求与充分发挥数控机床的特点。 ⑵、CNC 单元 CNC 单元就是数控机床的核心,CNC 单元由信息的输入、处理与输出三个部分组成。CNC 单元接受数字化信息,经过数控装置的控制软件与逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后,电 气 回 路 辅 助 装 置 PLC 主轴伺服单元 操 作 面 板 主轴驱动装置 进给驱动装置 测量反馈装置 进给伺服单元 输入/输出 设 备 计算机 数 控 装 置 机 床 本 体
将各种指令信息输出给伺服系统,伺服系统驱动执行部件作进给运动。 ⑶输入/输出设备 输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期,输入装置为穿孔纸带,现已淘汰,后发展成盒式磁带,再发展成键盘、磁盘等便携式硬件,极大方便了信息输入工作,现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。 输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数,故障诊断参数等),一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存,待工作一段时间后,再将输出与原始资料作比较、对照,可帮助判断机床工作就是否维持正常。 ⑷伺服单元 伺服单元由驱动器、驱动电机组成,并与机床上的执行部件与机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用就是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说,每一个脉冲信号使电机转过一个角度,进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统,整个机床的性能主要取决于伺服系统。 ⑸驱动装置 驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动,通过简单的机械连接部件驱动机床,使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动, 最后加工出图纸所要求的零件。与伺服单元相对应,驱动装置有步进电机、直流伺服电机与交流伺服电机等。 伺服单元与驱动装置可合称为伺服驱动系统,它就是机床工作的动力装置,CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施,所以,伺服驱动系统就是数控机床的重要组成部分。 ⑹可编程控制器 可编程控制器 (PC,Programmable Controller) 就是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置,专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的就是为了解决生产设备的逻辑及开关控制, 故把称它为可编程逻辑控制器( PLC, Programmable Logic Controller)。当PLC用于控制机床顺序动作时,也可称之为编程机床控制器( PMC, Programmable Machine Controller )。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC 与PLC协调配合,共同完成对数控机床的控制。 ⑺测量反馈装置 测量装置也称反馈元件,包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通常安装在机床的工作台或丝杠上,它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置,供CNC装置与指令值比较产生误差信号,以控制机床向消除该误差的方向移动。 2、工作原理 使用数控机床时,首先要将被加工零件图纸的几何信息与工艺信息用规定的代码与格式编写成加工程序; 然后将加工程序输入到数控装置,按照程序的要求,经过数控系统信息处
数控机床与数控原理试题库 一、填空 1、数控机床坐标系三坐标轴X、Y、Z及其正方向用（）判定，X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C分别用（）判断。 2、与机床主轴重合或平行的刀具运动坐标轴为（）轴，远离工件的刀具运动方向为（）。 3、X坐标轴一般是（），与工件安装面（），且垂直Z坐标轴。 4、在数控铣床上加工整圆时，为避免工件表面产生刀痕，刀具从起始点沿圆弧表面的进入，进行圆弧铣削加工；整圆加工完毕退刀时，顺着圆弧表面的（）退出。 5、走刀路线是指加工过程中，（）相对于工件的运动轨迹和方向。 6、机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台退离到（）。 7、数控机床按控制系统功能特点分类分为：（）、（）和（）。 8、DNC是指（）。 9、数控机床大体由加工程序、（）、（）、（）、（）、辅助控制装置、机床组成。 10、为减少运动件的摩擦和消除传动间隙，数控机床广泛采用（）导轨和（）导轨，在进给系统中，目前数控机床几乎无例外的都采用（）代替滑动丝杆。 11、从零件图开始，到获得数控机床所需控制（）的全过程称为程序编制，程序编制的方法有（）和（）。 12、数控机床按控制运动轨迹可分为（）、点位直线控制和（）等几种。按控制方式又可分为（）、（）和半闭环控制等。 13、对刀点既是程序的（），也是程序的（）。为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量选在零件的（）基准或工艺基准上。 14、数控加工工艺的特点是（）。 15、主轴伺服系统的作用是实现零件加工中的（）。 16、数控机床的进给伺服系统分为（），（），（）三类。 17、常用的滚动导轨有（）和（）。 18、刀库式自动换刀装置中，刀具的换刀方式有：（）和（）。 19、数控车床刀具换刀点的位置应避免与（）、（）和机床发生干涉。 20、刀位点是刀具上的一点，车刀刀尖带圆弧时刀位点是（），球头铣刀刀位点为（）。 21、在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为（）路线。 22、在轮廓控制中，为了保证一定的精度和编程方便，通常需要有刀具（）和（）补偿功能。 23、编程时的数值计算，主要是计算零件的（）和（）的坐标，或刀具中心轨迹的（）和（）的坐标。直线段和圆弧段的交点和切点是（），逼近直线段或圆弧小段轮廓曲线的交点和切点是（）。 24、数控车床的混合编程是指（）。 25、X坐标轴一般是（），与工件安装面（），且垂直Z坐标轴。 26、机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台退回到（）。
《数控原理与数控机床》教学大纲 课程编码：04040213 课内学时：56 适用专业：机电一体化技术 数控技术 开课学期：第四学期课程名称：数控原理与数控机床课程类型：专业基础课 开课单位：汽车工程学院 大纲撰写人： 一、课程的性质与任务 （一）本课程的性质 课程性质：《数控原理与数控机床》是面向数控技术专业高等职业技术教育学生的一门实践性很强的专业基础课。本课程是以自动化必备设备—数控机床为研究对象讲授数控系统的基本概念、数控机床的程序的编制、机床数控装置的插补原理、计算机数字控制装置、位置检测装置、数控机床的伺服系统等方面知识，培养学生使用和维护数控机床的基本技能。本教学大纲根据本专业及课程的特点，着重能力的培养及具体应用为原则，力求创新。共分九个学习领域，二十六个教学项目，共需56学时。 （二）本课程的任务 课程任务：本课程培养学生掌握数字控制的理论体系。掌握数控加工的程序设计及插补原理，掌握熟悉数控机床的典型机械传动结构及调整方法，熟悉数控机床的控制系统，了解数控机床的伺服系统。 二、课程的基本要求及重点、难点
(一)课程的基本要求 1、掌握数控技术和数控机床的基本理论及概念，了解数控机床的工作原理及其发展趋势。 2、熟练掌握数控编程的内容和步骤，掌握G指令编程方法。 3、了解光电编码器和光栅的结构特点、工作原理及应用。 4、熟悉计算机数字控制系统的组成与功能，了解和掌握刀具补偿原理以及逐点比较法和数字积分法等插补方法， 5、了解数控机床伺服系统的组成和分类；掌握开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统工作原理和特点；了解和掌握常用伺服电机及其特点。 6）了解和掌握数控机床的结构特点、数控机床主运动系统和进给传动系统。 7、了解和掌握数控刀具的特点及其选择。 8、了解和掌握典型数控机床的组成及其特点。 （二）课程的重点 1、掌握数控机床的组成及分类方法 2、程序编制的内容和步骤 3、自动换刀系统，主轴部件及准停装置 4、掌握CNC装置的结构；掌握CNC装置的功能；了解CNC装置的特点 5、掌握旋转变压器的工作原理及应用；了解感应同步器的工作原理； 6、步进电机的正、反转，升降速
数控车床的基本组成和工作原理 一、任务描述 了解CAK40100VL的基本组成和工作原理 二、任务准备 （一）、安全文明生产（播放插件） （二）、机床结构和工作原理 1、机床结构 数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。如下图是数控机床的组成框图。 数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。 ⑵、CNC单元 CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC
单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。 ⑶输入/输出设备 输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。 输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。 ⑷伺服单元 伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。 ⑸驱动装置 驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。 伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。 ⑹可编程控制器 可编程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制，故把称它为可编程逻辑控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称之为编程机床控制器( PMC，Programmable Machine Controller )。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC 和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。 ⑺测量反馈装置 测量装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC 装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。 2、工作原理 使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式
数控原理与编程期末考试试卷(doc 24页)
数控原理与编程期末试卷10及标准答案 一、填空题（0.5分×40 = 20分） 1．操作面板一般有数控操作面板、机床操作面板。2．数控机床的刀具必须具有寿命长、精度高、更换快。 3．数字控制系统简称NC系统，计算机控制系统简称CNC系统。 4．数控机床按加工路线分类，有点位控制系统, 点位直线控制系统和连续（轮廓）控制系统。 5．请写出下列常用缩写的英文全称：CNC Computer Numerical Control 6．通过计算机和数控机床上的标准串行接口，可以将数控加工程序直接送入数控系统进行加工。 7．RS232主要作用是用于程序的自动输入。 8．车床的刀具号T0101，前面两位数字表示____一号刀具____，后面两位数字表示____一号刀补____。 9．G49用来取消刀具____长度____补偿。 10．G40用来取消刀具半径补偿。
置，以免和工件发生碰撞。 18、要进行数控机床的其他操作，首先必须确定（或寻找）机床 坐标系，使数控系统得知机床原点在机床坐标系中的坐标位 置。而确定（或寻找）机床坐标系的方法就是回机床参考点。 22、加工坐标系原点是零件所有尺寸的基准点，所以在每个程序 的开头都要设定工件坐标系。 23、G代码中的非模态指令，只在所在程序段中有效。 24、进给速度是刀具向工件进给的相对速度，有两种单位即 mm/min和mm/r，可以分别用G98和G99指令来指定。 25、接通恒线速控制用G96指令，取消恒线速控制用G97指令。 26、通过旋转机床面板上的转速倍率开关，可在不停机主轴旋转中调节主轴转速。 27．FANUC系统内M98常被用来表示调用子程序。 28、G92指令是通过程序来设定工件坐标系的，且只是设定加工 坐标系，与当前的刀具位置有关，而不产生任何动作。 29、G50指令是通过程序来设定工件坐标系的，用G50指令对刀 结束后，在加工前，刀具必须停在程序指定的坐标值的位置。 30、当数控系统具有刀具半径补偿功能时，CNC系统是根据零件 程序和刀具半径（刀心离开工件轮廓的距离），自动计算刀心 轨迹，完成对零件的加工的。 31、数控机床是严格按照从外部输入的程序来自动地对被加工工 件进行加工的。
数控机床的主运动机械部件 来源：切削技术数控机床的主传动运动是指生产切屑的传动运动，例如，数控车床上主轴带动工件的旋转运动，立式加工中心上主轴带动铣刀、镗刀和砂轮等的旋转运动。数控机床的主传动运动是通过主传动电机拖动的。 一、主传动运动的变速系统 目前，数控机床的主传动电机已经基本不再使用普通交流异步电机和传统的直流调速电机，他们与逐步被新兴的交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机代替。数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切屑用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，多恭喜自动换刀的数控机床和加工中心主运动的调速范围应进一步扩大。数控机床的变速时按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性，因此在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。为了确保低速时的扭矩，有的数控机床在交流和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。由于主运动采用了无级变速，在大型数控车床上测斜端面时就可实现恒速切屑控制，以便进一步提高生产效率和表面质量。数控机床主传动主要有三种配置方式。 带有变速齿轮的主传动 这是大、种型数控机床采用较多的一种方式。通过少数几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以满足主轴对输出扭矩特性的要求。一部分小型数控机床业采用此种传动方式，以获得强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液压油缸带动齿轮实现。 通过皮带传动的主传动 这主要应用在小型数控机床上，可以避免齿轮传动是引起的振动与噪声。但它只能使用与要求的扭矩特性的主轴。 由调速电机直接驱动的主传动 这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。 二、数控击穿主轴部件 数控机床主轴部件的精度、刚度和热变形对加工质量有直接影响。由于加工过程中不对数控机床进行人工调整，因此这些影响就更为严重。目前数控机床的主轴厂主要有三种型式。 1) 前后支撑采用不同轴承 前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和60°角接触双列向心推力球轴承组合，后支撑采用成对向心推力球轴承。此配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强力切屑的要求，因此普遍应用于各类数控机床。 2) 前轴承采用高精度双列向心推力球轴承 向心推力球轴承高速时性能良好，主轴最高转速可达4000r/min。但是，它的承载能力小，因而适用于高速、轻载和紧密的数控车床。