第1章 数控机床电气控制概述
第1章 数控机床电气控制概述
• 1.1数控机床电气控制系统的组成及特点 • 1.2数控机床的分类及性能指标 • 1.3数控机床电气控制系统发展 • 1.4数控机床自动控制基础 • 思考题与习题
第1章数控机床电气控制概述
第1章 数控机床电气控制概述
1.1数控机床电气控制系统的组成及特点
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图1-3 数控铣床直线控制轨迹示意图
图1-2 数控钻床点位控制示意图
图1-4数控铣床轮廓加工示意图
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（3） 轮廓控制系统又称连续控制系统，其特点是数控系统能够对两个 或两个以上的坐标轴同时进行连续控制。加工时不仅要控制起点和 终点，还要控制整个加工过程中每点的速度和位置。图1-4为数控 铣床轮廓加工示意图。 2.按工艺用途分类 （1） 金属切削类数控机床和传统的通用机床产品种类类似，有数控车 床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及加工中心机床 等。数控加工中心是带有自动换刀装置，在一次装夹后，可以进行 多种工序加工的数控机床。
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2．主轴驱动系统 主轴驱动系统主要由主轴驱动装置、主轴电动机、速度检测元件 等组成。主轴运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的 70%～80%。正、反转和准停以及自动换挡无级调速是主轴的基本控 制功能。 3．进给伺服系统 进给伺服系统由进给伺服驱动装置、各轴进给伺服电动机以及速 度、位置检测元件等组成。进给运动主要完成工件或刀具的X、Y、 Z等方向的精准运动。 4．检测反馈系统 检测反馈系统的作用是把检测装置检测到的数控机床位置、速度 等物理量转化为电量并反馈至数控装置，以便使控制指标达到预定 要求。例如，位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测 出来，经反馈系统输入到机床的数控装置，数控装置将反馈回来的 实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运 动。
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5．机床强电控制系统 机床强电控制系统主要完成对机床辅助运动和辅助动作，如刀库 、液压系统、气动系统、冷却系统、润滑系统等的控制，以及对各 保护开关、行程开关、操作键盘按钮、指示灯、波段开关等的检测 和控制。 6．编程装置 数控机床加工程序可通过键盘用手工方式直接输入数控系统，还 可由编程计算机或采用网络通信方式传送到数控系统中。
• （2）
• 直线控制系统不仅要求具有准确的定位功能，而且要控制两点之间刀具移动 的轨迹是一条直线，且在移动过程中刀具能以给定的进给速度进行切削加工。 直线控制系统的刀具运动轨迹一般是平行于各坐标轴的直线。特殊情况下， 如果同时驱动两套运动部件，其合成运动的轨迹与坐标轴成一定夹角的斜线。 数控铣床直线控制如图1-3所示。
• 1.1.1 数控机床电气控制系统的组成
• 数字控制（NC,Numerical Control，简称数控）技术 是用数字化信息进行控制的自动控制技术，采用数控 技术的控制系统称为数控系统，装备了数控系统的机 床即为数控机床。
• 数控机床电气控制系统由数控装置（CNC, Computer Numerical Control）、主轴驱动系统、进给伺服系统、 检测反馈系统、机床强电控制系统、编程装置等几部 分组成。数控机床电气控制系统的组成如图1-1所示。
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（2) 金属成型类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控压力机等 。 （3) 数控特种加工机床有数控线切割机床、数控电火花加工机床、数 控激光切割机床等。 3. （1） 开环控制系统机床的伺服进给系统中没有位移检测反馈装置，通 常使用步进电机作为执行元件。数控装置发出的控制指令经驱动装 置直接控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统转化成工作台 的位移，开环控制系统结构如图1-5所示。
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4．能完成复现而数控机床则完全可以做到。
5.减轻劳动强度，改善劳动条件。数控机床的加工，除了装卸零 件、操作键盘、观察机床运行外，其他机床动作都是按照程序要求 自动连续地进行切削加工，操作者不需要进行繁重的重复手工操作 。因此能减轻工人劳动强度，改善劳动条件。
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1.1.2 数控机床的特点 数控机床是一种高度自动化机加工设备。与普通机床相比有以下 特点： 1．对零件加工的适应性强、灵活性好。因数控机床能实现若干个 坐标联动，加工程序可按对加工零件的要求而变换，而不需改变机 械部分和控制部分的硬件，所以其适应性强、灵活性好。 2．加工精度高、加工质量稳定。在数控机床上加工零件，零件加 工的精度和质量由机床保证，消除了操作者的人为误差。所以数控 机床的加工精度高，一致性好，加工质量稳定。 3.加工生产效率高。在数控机床上可以采用较大的切削用量，有 效地节省了加工时间。还有自动换刀、自动换速和其他辅助操作自 动化等功能，而且无需工序间的检验与测量，故使辅助时间大为缩 短。
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图1-1 数控机床电气控制系统组成
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1．数控装置（CNC）
• 数控装置是数控机床的核心。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、运算和逻辑 处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分 的工作，使其进行规定的有序运动和动作。零件的轮 廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀 具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运 动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能 是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足 要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和 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、 进给方向和进给位移量等。
6．有利于生产管理。采用数控设备，有利于向计算机控制和管理 生产方向发展，为实现制造和生产管理自动化创造了条件。
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1.2数控机床的分类及性能指标
• 1.2.1数控机床的分类
• 1.按运动轨迹分类
• （1）
• 点位控制系统数控机床只要求控制一个位置到另一个位置的精确移动，在移 动过程中不进行任何加工。为了精确定位和提高生产率，一般先快速移动到 终点附近，然后再减速移动到定位点，以保证良好的定位精度，而对移动路 径不作要求。图1-2为数控钻床点位控制示意图。