数控专业毕业设计数控机床产生与发展.doc

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1、数控机床的产生与发展1. 绪论 三年的大专生活已接近尾声，回顾三年的学习历程，感受颇多，上中专时，我的班主任曾对我说：“一切不是上帝安排的，是自己选择的，不为成功付出代价，就要为失败付出代价。”中专毕业走上工作岗位，发现自身专业知识的不足，多了一份求学的渴望，是中北大学给了我这个机会，经过三年的理论学习，使我受益匪浅，在中北大学老师的指导和参考数控方面的书籍完成了此论文，我衷心感谢中北大学老师的热心指导，对参考文献中的各位作者深表谢意，本论文主要介绍了数控机床的产生与发展、数控机床的分类以及数控机床的工作原理和组成，阐述了数控系统与数控机床技术未来的发展趋势，并对数控机床维护、维修工作的安全规

2、范进行了概括介绍。 2. 数控机床的产生与发展 2.1数控技术与数控设备 数控技术是指利用数字信号构成的控制程序对设备的工作过程实现自动控制的一种技术，简称数控。它所控制的一般是位移、角度、速度等机械量，也可以是温度、压力、流量、颜色等物理量，这些物理量的大小不仅是可测得的，而且可经/或/转换，用数字信号表示。 现代数控技术是20世纪40年代后期发展起来的一种自动化加工技术，它综合了计算机、自动控制、电动机、电气传动、测量、监控、和机械制造等学科的内容，目前在机械制造业中已得到了广泛的应用。 数控设备则是采用数控系统进行控制机械设备，其操作命令是用数字或数字代码的形式来描述的，工作过程按照指定

3、的程序自动地进行，装备了数控系统的机床称为数控机床。数控机床是数控设备的典型代表，其他数控设备还有数控气割机、数控绘图机、数控测量机、数控雕刻机、电脑绣花机、数控插件机等。 随着微型计算机的发展，最初的由数字逻辑电路构成的硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是当前广泛采用的计算机数控系统，采用存储程序的专用计算机实现部分或全部基本数控功能，从而具有真正的“柔性”，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，使数控系统的性能大大提高。2.2数控机床的产生与发展1.数控机床的产生 随着生产和科学技术的发展，机械产品日臻精密、复杂、而且改型频繁，因此对制造机械产品的设备机床提出了高性能、高精度、和高自

4、动化的要求。在机械产品中，单件和小批量产品所占比例明显增多。由于这类产品生产批量小、品种多，而且当产品改型时，机床与工艺装备均需作较大的变更和调整，因此这类产品的生产不仅对机床提出“三高”的要求，而且要求机床具有较强的适应产品变化的能力。长期以来，这类产品都在通用机床加工，基本上是由人工操作，强度大，而且难以提高生产效率和保证产品质量。 因此，要实现这类产品生产的自动化成为机械制造业中长期未能解决的难题。1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，发生了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了

5、基础。 6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国PARSONS公司和麻省理工学院的共同研制下，诞生了第一台三坐标直线插补连续控制的立式数控铣床。该铣床的研制成功是机械制造行业中的一次技术革命，使机械制造行业的发展进入了一个新的阶段。 2.数控机床的发展 20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明和应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。随着微电子技术的不断发展，数控系统也在不断地更新换代，数控设备包括车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有1020万台，产值上百亿美元。 世界

6、制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出要振兴现代制造业。20世纪90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改进。例如，美国，德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮；德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同，生产任务饱满。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 （1）数控（NC）阶段（19521970） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，

7、被称为硬件连接数控，简称数控（NC)。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代电子管；1959年的第二代晶体管；1965年的第三代小规模集成电路。 （2）计算机数控（CNC）阶段（1970年至今） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产，于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的“通用”两个字省略了）。到1971年，美国Intel公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称为微处理器，又可称为中央处理单元（简称CPU）。 到1974年，微处理器被应用于数控系统

8、。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理，而且当时小型机的可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决，由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代，即1970年的第四代小型计算机；1974年的第五代微处理器；1990年的第六代基于PC。 我国数控机床制造业在20世纪80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实

9、现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术、攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年8月份的上海数控机床展览会和2001年4月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。 当今世界，工业国家数控机床的拥有量反映了

10、这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家，（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到1.9%左右，这与西方工业国家一般能达到20%的差距太大。日本不到80万台机床却有近10倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床30004000台，日本1年产5万台数控机床，每年我们花十几亿美元进口70009000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五”“九五”就提出数控化改造的方针。当时提出数控化改造的设备可达810万台，需投

11、入80100亿资金，但得到的经济效益将是投入的510倍以上。因此，这几年来承担数控化改造的企业公司大量涌出，甚至还有美国公司加入。“十五”期间，国防科工委就在军工企业中投入6.8亿元，用于对1.21.8万台机床的数控化改造。 2.3 数控机床的特点 数控设备（特别是采用CNC装置的数控设备）是实现柔性自动化的重要设备，在各行业中得到了日益广泛的应用，与其他加工设备相比，数控机床具有如下特点。 1.适应性强 适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控设备上进行产品加工，当产品改变是时，仅仅需要改变数控设备的输入程序就能适应新产品的生产需要，而不需改变机械部分和控制部分

12、的硬件，而且生产过程是自动完成的。这一特点不仅满足了当前产品更新快的市场竞争需要，而且较好地解决了单件、小批量、多变产品的自动化生产问题。适应性强是数控设备最突出的优点，也是数控设备得以产生和迅速发展的主要原因。 2.能实现复杂的运动 普通机械设备难以实现或无法实现轨迹为三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；而数控设备则可以实现几乎是任意轨迹运动和加工任何形状的空间曲面，适用于复杂异形零件的加工。 3.精度高、质量稳定 数控设备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。在设计制造设备主机时，通常采取了许多措施使数控设备

13、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0.010.0001mm,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，数控设备可以获得比设备本身精度更高的加工精度，尤其提高了同批零件的一致性，使产品质量稳定。 4.生产率高 数控设备比普通设备生产率高出许多倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产率可提高十几倍甚至几十倍。生产率高的原因是： 数控设备上可采用较大的切削用量，有效地减少了加工中的切削工。 数控设备具有自动换速、自动换刀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，使辅助时间大为缩短。 工序集中、一机多用的数控加工中心，在一次装夹后几乎可以完成零

14、件的全部加工，这样不仅可减少装夹误差，还可以减少半成品的周转（包括运输、测量等）时间，生产率的提高更为明显。 5.减轻劳动强度，改善劳动条件 数控设备的工作是按预先编制好的加工程序自动连续完成的，操作者除输入加工程序或操作键盘、装卸工件、关键工序的中间测量及观看设备的运行之外，不需进行繁重的重复手工操作，劳动条件和劳动强度大为改善。 6有利于生产管理 采用数控设备能准确地计算产品生产的工时，并有效地简化检验、工夹具和半成品的管理工作。数控设备采用数控信息的标准代码输入，这样有利于与计算机连接，构成由计算机控制和管理的小批量生产系统，实现制造和生产管理的自动化。 3. 数控机床的分类 数控设备五

15、花八门，品种繁多，各个行业都有自己的数控设备和分类方法，虽然在使用上各自的控制对象不同，但在原理上却万变不离其宗。按照数控系统的基本原理，可进行下述分类。 3.1 按数控机床的伺服控制系统分类 1.开环数控系统 开环数控系统结构简单，没有测量反馈装置。同时，数控装置发出的指令信号流是单向的，所以不存在系统稳定性问题。因为无位置反馈，所以精度不高，其精度主要取决于伺服驱动系统的性能。 开环数控系统的工作原理，开环数控系统是这样工作的：首先，将控制机床工作台或刀架运动的位移距离、位移速度、位移方向、位移轨迹等参量通过输入装置输入CNC装置，CNC装置根据这些参量指令计算出进给脉冲的序列；其次，对脉

16、冲单元进行功率放大，形成驱动装置的控制信号；最后，由驱动装置驱动工作台或刀架按所要求的速度、轨迹、方向和移动距离，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。开环数控系统一般用功率步进电动机作为伺服驱动单元。 开环数控系统具有工作稳定、反应迅速、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、驱动力矩不大的场合得到了广泛的应用。但是，由于步进电动机的低频共振及丢步等原因，其应用有逐渐减少的趋势。一般适用于经济型数控机床和旧机床的数控化改造。 2.半闭环数控系统 这类系统的位置检测装置安装在电动机或丝杠轴端，通过角位移的测量间接得出机床工作台的实际位置，并与CNC装置的指令值进行比较用差值进

17、行控制。这类系统可矫正部分环节造成的误差，精度比开环高，以交、直流伺服电动机作为驱动元件。 半闭环数控系统的工作原理是由伺服电动机采样旋转角度而不是检测工作台的实际位置。因此，丝杠的螺距误差和齿轮或同步带轮等引起的误差都难以消除。半闭环数控系统的环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此系统控制性能稳定。而机械传动环节的误差，大部分可通过误差补偿的方法消除，因而仍可获得满意的精度。 3.闭环数控系统 这类系统的位置检测装置安装在机床工作台上，将工作台的实际位置检测出来，并与CNC装置的指令位置进行比较，用差值进行控制。这类系统可矫正全部传动环节造成的误差，其精度很高。系统的精度主要取决于检测装

18、置的精度，以交、直流伺服电动机作为驱动元件，用于高精度设备的控制。 闭环数控系统的工作原理：采样点从机床的运动部件上直接引出。通过采样工作台运动部件的实际位置，即对实际位置进行检测可以消除整个传动环节的误差、间隙，因而具有很高的位置控制精度。但是，由于位置环内的许多机械环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故容易造成系统的不稳定以及调试困难。这类系统主要用于精度要求很高的精铣床、超精车床和螺纹车床等。 3.2按机床运动的控制轨迹分类 1.点位控制系统 这类控制系统只控制刀具相对工件从一点移动到另一点的准确位置，面对于点与点之间的移动的轨迹不进行控制，且移动过程中不进行切削。为了提高加工效率，

19、保证定位精度，系统采用“快速趋近，减速定位”的方法实现控制。采用此类控制方式的设备有数控钻床、数控镗床、数控冲床、数控折弯机、数控电焊机等。 2.直线控制系统 这类数控系统不但要控制点与点的准确位置，而且要保证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。一般情况下，直线控制系统的刀具运动轨迹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，其合成运动的轨迹是与坐标轴成一定夹角的斜线。采用此类控制方式的设备有数控车床、数控磨床、和数控镗铣床等。 3.连续控制系统 连续控制系统又称为轮廓控制系统，大多数数控机床具有连续控制功能。这类系统能对两个或

20、两个以上的坐标方向进行严格控制。连续控制系统是多坐标同时控制，信息处理比较复杂，它需要进行复杂的插补运算。插补运算的作用是：根据给定的运动代码指令和进给速度，计算刀具相对于工件的运动轨迹，实现连续控制。轮廓控制装置要比点位、直线控制装置结构复杂得多，功能齐全得多。采用此类控制方式的设备有数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等。 3.3按数控系统的制造方式分类 1.专用型数控系统 这类数控系统是各制造厂家专门设计和制造的，布局合理、结构紧凑、专用性强，但硬件之间彼此不能交换和替代，没有通用性，如SIEMENS数控系统、FANUC数控系统及我国一些数控系统生产厂家生产的数控系统等都属此

21、类。 2.通用型数控系统 这类数控系统是以PC机作为CNC装置的支持平台，再由各数控机床制造厂根据数控的需要，插入自己的控制卡和数控软件，构成相应的CNC装置。其通用性很强，易于实现升级换代，且抗干扰能力强。 3.4按可控制联动的坐标轴分类 所谓数控机床可控制联动的坐标轴，是指数控装置控制几个伺服电动机，同时驱动机床移动部件运动的坐标轴数目。 1.两坐标联动 数控机床能同时控制两个坐标轴联动，即数控装置同时控制X和Z方向运动，可用于加工各种曲线轮廓的回转体类零件；或机床本身有X、Y、Z三个方向的运动，数控装置中只能同时控制两个坐标，实现两个坐标轴联动，但在加工中能实现坐标平面的变换，用于加工图

22、零件的沟槽。 2.三坐标联动 数控机床能同时控制三个坐标轴联动，此时，铣床称为三坐标数控铣床，可用于加工曲面零件。 3.两轴半坐标联动 数控机床本身有三个坐标能做三个方向的运动，当控制装置只能同时控制两个坐标，而第三个坐标只能做等距周期移动，可加工空间曲面。数控装置在ZX坐标平面内控制X、Z两坐标联动，加工垂直面内的轮廓表面，控制Y坐标坐定期等距移动，即可加工出零件的空间曲面。 4.多坐标联动 数控机床能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。五轴联动铣床加工曲面形状零件，六轴加工中心运动坐标系 3.5按数控系统的功能水平分

23、类 数控系统一般分为高级型、普及型和经济型三个档次。数控系统并没有确切的档次界限，其参考评价指标包括：CPU性能、分辨率、进给速度、联动轴数、伺服水平、通信功能和人机对话界面等。 1.高级型数控系统 该档次的数控系统采用32位或更高性能的CPU，联动轴数在5轴以上，分辨率可达0.1m以下，进给速度24m/min(分辨率为1m时）或10m/min(分辨率为0.1m时），采用数字化交流伺服驱动，具有MAP高性能通信接口，具备联网功能，有三维动态图形显示功能。 2.普及型数控系统 该档次的数控系统采用16位或更高性能的CPU，联动轴数在5轴以下，分辨率在1m以内，进给速度24m/min,可采用交、直

24、流伺服驱动，具有RS-232或DNC通信接口，有CRT字符显示和平面线性图形显示功能。 3.经济型数控系统 该档次的数控系统采用8位CPU或单片机控制，联动轴数在3轴以下，分辨率为0.01mm,进给速度在68m/min，采用步进电动机驱动，具有简单的RS-232通信接口，用数码管或简单的CRT字符显示。 4. 数控机床的工作原理、组成及日常安全生产，维护规范 4.1数控机床的工作原理 数控机床是用数字信息进行控制的机床。也就是说，凡是用代码化的数字信息将刀具移动轨迹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，通过控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需工件的一类机床即为数控机床。其数

25、控加工的基本过程是：首先数控机床在加工前要分析零件图，拟定零件加工工艺方案，明确加工工艺参数，然后按编程规则编制数控加工程序。当加工零件的几何信息和工艺信息转换为数字化信息后，可以用不同方法输入到机床的数控系统中，经检查无误后即可启动机床，运行数控加工程序，数控装置会自动完成数控加工程序发出的各种控制指令。如果不出现故障，直到加工程序运行结束，零件加工完毕为止。数控加工的控制过程与计算机控制打印机的打印过程，特别是与计算机控制绘图机绘图过程非常相似。 数字控制是相对于模拟控制而言的。数控控制系统或CNC系统，用字长来表示不同精度信息，可进行复杂的算术运算、逻辑运算和信息处理。通过改变软件（而非

26、电路或机械机构）实现信息处理方式和过程的转换，因此具有很好的柔性功能。 由于CNC系统方便，可靠及精确高，因而广泛应用于机械运动的轨迹、检测和辅助运动控制等各个方面，其中轨迹控制是机床和工业机器人的主要控制内容。 4.2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。 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

27、键盘、磁盘驱动器、光电阅读机等，其相应的程序载体为磁盘、穿孔纸带。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。输出装置是显示器，有CRT显示器或彩色液晶显示器两种。 2.计算机数控装置（CNC装置） 计算机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，信号经过计算机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（即做进给运动的各执行部件）的进给速度、进给方向和位

28、移量指令（送到伺服驱动系统驱动执行部件做进给运动），还有主轴的变速、换向和启停信号，选择和交换刀具的指令信号，控制冷却液、润滑油启停，工件和机床部分松开和夹紧、分度工作台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) 数控机床通过CNC和PLC共同完成控制功能，其中CNC主要完成与数字运算和管理等有关的功能，如零件程序的编辑、查补运算、译码、刀具运动的位置伺服控制等。而PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作，它接收CNC的控制代码M（辅助功能）、和S（主轴转速）、T（选刀、换刀

29、）等开关量动作信息，对开关量动作信息进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作。它还接收机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作（如手动操作机床），另一方面将一部分指令送往数控装置用于加工过程的控制。 在FANUC数控系统中专门用于控制机床的PLC，记作PMC，称为可编程机床控制器。 4.伺服单元 伺服单元接收来自数控装置的速度和位移指令。这些指令经伺服单元变换和放大后，通过驱动装置转变成机床进给运动的速度、方向和位移。因此，伺服单元是数控装置与机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的

30、大功率信号。伺服单元分为主轴单元和进给单元等，伺服单元就其系统而言又有开环系统，半闭环系统和闭环系统之分。 5.驱动装置 驱动装置把经过伺服单元放大的指令信号变为机械运动，通过机械连接部件驱动机床工作台，使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的相对运动，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。目前常用的驱动装置有直流伺服电动机和交流伺服电动机，且交流伺服电动机正逐渐取代直流伺服电动机。 伺服单元和驱动装置合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，计算机数控装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，伺服驱动装置包括主轴驱动单元（主要控制主轴的速度）、进给驱动单元（主要是进给系统的速度控制和位置控制）。伺

31、服驱动系统是数控机床的重要组成部分。从某种意义上说，数控机床的功能主要取决于数控装置，而数控机床的性能主要取决于伺服驱动系统。 6.机床本体 机床本体即数控机床的机械部件，包括主运动部件、进给运动执行部件（工作台、拖板及其传动部件）和支撑部件（床身、立柱等），还包括具有冷却，润滑、转位和夹紧等功能的辅助装置。加工中心类的数控机床还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件，数控机床机械部分的组成与普通机床相似，由于数控机床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工的要求，其机械部件在精度、刚度、抗震性等方面要求更高。 此外，为保证数控机床功能充分发挥，还有一些辅助系统，如冷却、润滑、液压、（或气动）

32、、排屑、防护系统等。 4.3数控机床的主要性能指标 1.主要规格尺寸 数控车床的主要规格尺寸有床身与刀架的最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等；数控铣床的主要规格尺寸有工作台、工作台T形槽、工作台行程等。 2主轴系统 数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽调速范围和较高回转精度，主轴本身刚度与抗震性较好。现在数控机床主轴普遍达到500010000r/min,甚至更高的转速，对提高加工质量和各种小孔加工极为有利；主轴可以通过操作面板上的转速倍率开关直接改变转速，每挡间隔5%，其调节范围为50%120%；在加工端面时主轴具有恒定切削速度（恒线速单位为mm/min)。 3.进给系统 该

33、系统有进给速度范围、快速（空行程）速度范围、运动分辨率（最小移动增量）定位精度和螺距范围等主要技术参数。 进给速度是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素，直接受到数控装置运算速度、机床动特性和工艺系统刚度限制。数控机床的进给速度可达到1030m/min。其中最大进给速度为加工的最大速度，最大快进速度为不加工时移动的最快速度。进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整，每档间隔为10%，其调整范围为10%200%。 脉冲当量（分辨率）是CNC重要的精度指标。该指标包括两个方面的内容，一是机床坐标轴可达到的控制精度（可以控制的最小位移增量），表示CNC每发出一个脉冲时坐标轴移动的距离，称为实

34、际脉冲当量或外部脉冲当量；二是内部运算的最小单位，称之为内部脉冲当量，一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置得要小，目的是在运算过程中不损失精度，数控系统在输出位移量之前，自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量。 实际脉冲当量取决于丝杠螺距、电动机每转脉冲数及机械传动链的传动比，其计算公式为 实际脉冲当量=传动比 数控机床的加工精度和表面质量取决于脉冲当量数的大小。普通数控机床的脉冲当量一般为0.001mm，简易数控机床的脉冲当量一般为0.01mm，精密或超精密数控机床的脉冲当量一般为0.0001mm，脉冲当量越小，数控机床的加工精度和表面质量越高。 定位精度和重复定位精度。定位精度是指数控机床工作

35、台或其他运动部件，实际运动位置与指令位置的一致程度，其不一致的差量即为定位误差。引起定位误差的因素包括伺服系统、检测系统、进给系统误差，以及运动部件导轨的几何误差等。定位误差直接影响加工零件的尺寸精度。重复定位精度是指在相同的操作方法和条件下，在完成规定操作次数过程中得到结果的一致程度。重复定位精度一般是呈正态分布的偶然性误差，它会影响批量加工零件的一致性，是一项非常重要的性能指标。一般数控机床的定位精度为0.01mm，重复定位精度为0.005mm。 4.刀具系统 刀具系统包括刀架工位数、刀具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间，重复定位精度各项内容。加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率，通常中小

36、型加工中心的刀库容量为1660把，大型加工中心可达100把以上。换刀时间是指自动换刀系统，将主轴上的刀具与刀库刀具进行交换所需的时间，换刀一般可在520s的时间内完成。 5.电气系统 电气系统包括主电动机、伺服电动机规格型号和功率等。 6冷却系统 冷却系统包括冷却箱容量、冷却泵输出量等。 7.外形尺寸及机床重量外形尺寸表示为长宽高；机床重量即机床总体的质量。4.4数控机床的安全生产规则及日常维护保养 与普通设备一样，数控机床的使用寿命和效率高低，不仅取决于机床本身的精度和性能，很大程度上也取决于它的正确使用和维护。正确使用和精心的维护能防止设备非正常的磨损，可使设备保持良好的技术状态，避免突发

37、故障。可以延长机床使用寿命，防止恶性事故的发生，从而保障安全运行。也就是说，机床的正确使用与精心维护是贯彻设备管理以预防为主的重要环节。 1.数控机床的安全生产规则 数控机床的使用环境要避免光的直射和其他辐射，要避免太潮湿和粉尘过多的场所，特别要避免腐蚀气体的场所。 为了避免电源不稳定给电子组件造成损坏，数控机床应采取专线供电或增设稳压装置。 数控机床的开机、关机顺序，一定要按照机床说明书的规定操作。 主轴启动开始切削之前，要关好防护罩门，程序正常运行中禁止开启防护罩门。 机床在正常运行时不允许开开电器柜的门，禁止按动“急停”、“复位”按钮。 机床发生故障，操作者要注意保留现场，并向维修人员如

38、实说明故障发生的前后情况，以利于分析情况查找故障缘由。 数控机床的使用一定要有专人负责，严禁其他人随意动用数控设备。 要认真填写数控车床工作日志，做好交接班工作，消除事故隐患。 不得随意更改控制系统内制造厂设定的参数。 2.数控机床日常维护、维修工作的安全规范 数控机床维修工作必须遵守之与有关的安全防范措施，避免发生安全事故或由于操作不当造成设备损坏。只能由经过培训的人员来进行数控机床的维修工作，在检查机床操作之前要熟悉机床厂家提供的机床说明书。 （1）维修是的安全注意事项 在拆开外罩的情况下开动数控机床时，衣服可能会卷到主轴或其他部件中，应站在离机床远一点的地方进行检查操作，以确保衣物不会被

39、卷到主轴或其他部件中。 在检查机床运转时，要先进行不装工件的空运转操作，开始就进行实物加工，如果数控机床误动作，可能会引起工件掉落或刀尖破损飞出，还可能会造成切屑飞散，伤及人身。因此要站在安全的地方进行检查操作。 打开电柜门检查维修时需注意，电柜中有高电压部分，切勿触碰高压部分。 在采用自动方式加工工件时，要首先采用单程序段运行，进给速度倍率要调低，或采用机床锁定功能，并且应在不装刀具和工件的情况下运行自动循环过程，以确认机床动作正确。否则机床动作可能不正常，引起工件和机床本身的损害或伤及操作者。 在数控机床运行之前要认真检查所输入的数据，防止数据输入错误，自动运行操作中由于程序或数据错误，可

40、能引起机床动作失控，从而造成事故。 给定的进给速度应该适合于预定的操作，一般来说，对于每一台数控机床有一个可允许的最大进给速度，不同的操作所适用的最佳进给速度不同，应参照机床说明书确定最合适的进给速度，否则会加速机床磨损，甚至造成事故。 当采用刀具补偿功能时，要检查补偿方向和补偿量，如果输入的数据不正确，数控机床可能会动作异常，从而可能引起对工件、机床本身的损害或伤及人员。 （2）更换电子器件时的注意事项 更换电子器件必须在关闭CNC的电源和强电主电源下进行。如果只关闭CNC的电源，电源可能仍会继续向所维修部件如伺服单元供电，在这种情况下更换新装置可能会使其损坏，同时操作人员会有触电的危险。

41、至少要在关闭电源20min后，才可以更换放大器。在关闭电源后，伺服放大器和主轴放大器的电压会保留一段时间，因此即使在放大器关闭后也有被点击的危险，至少要在关闭电源20min后，残余的电压才会消失。 在更换电气单元时，要确保新单元的参数及其设置与原来单元的相同。否则错误的参数使机床运动失控，会损坏工件或机床，造成事故。 （3）设定参数时的注意事项 为避免由于输入错误的参数造成机床失控，在修改完参数后第一次加工工件时，要关闭机床护罩，通过利用单程序段功能、进给速度倍率功能、机床锁定功能或采用不装刀具的工件的操作等方式，验证机床的运行正常，然后才可以正式使用自动加工循环等功能。 CNC和PLC的参数

42、在出厂时被设定在最佳值，所以通常不需要修改其参数，由于某些原因必须修改其参数时，在修改之前要确认自己完全了解其功能，如果错误的设定了参数值，机床可能会出现意外的运动，可能造成事故。 （4）日常维护的注意事项 存储器备用电池的更换。更换存储器备用电池应在机床（CNC)电源接通下进行，并使机床紧急停止，这项工作是在接通电源和电气柜打开状态下进行的，要防止触及高压电路，防止触电。由于CNC利用电池来保存其存储器中的内容，在断电时换电池，将使存储器中的程序和参数等数据丢失。当电池电压不足时在机床操作面板和CRT屏幕上会显示出电池电压不足报警，当显示出电池电压不足报警时，应在一周内更换电池，否则CNC存

43、储器的内容会丢失。更换电池时要按本书中所述的方法进行。 绝对脉冲编码器电池的更换。绝对脉冲编码器利用电池来保存绝对位置。如果电池电压下降会在机床操作面板或CRT屏幕上显示低电池电压报警，当显示出低电池电压报警时要在一周内更换电池，否则保留在脉冲编码器中的绝对位置数据会丢失。 保险丝的更换。在更换保险丝时，先要找出并消除引起保险丝熔断的原因，然后才可以更换新的保险丝。因此只有接受过正规的安全和维护培训的人员，才可以进行这项工作。 数控机床的维护工作由机床本体（包括液压、气动和润滑装置等）和电气控制系统两大部分组成。 3数控机床本体的维护 机床本体的维护主要指机床机械部件的维护，由于机械部件处于运

44、动摩擦过程中，因此，对它的维护和维修对保证机床精度是很重要的，如主轴箱的冷却和润滑，齿轮副、导轨副和丝杠螺母副的间隙调整和润滑，轴承的预紧，液压和气动装置的压力和流量的调整等。数控机床因其功能、结构及系统的不同，其维护保养的内容和规则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照该机床说明书要求，制订和建立必要的定期及定级保养制度。 （1）使机床保持良好的润滑状态 定期检查清洗自动润滑系统，添加或更换幼稚油液，使丝杠、导轨等各运动部位始终保持良好的润滑状态，降低机械磨损速度。 （2）定期检查液压、气压系统 对液压系统定期进行油质化验检查，更换液压油，并定期对各润滑、液压、气压系

45、统的过滤器或过滤网进行清洗或更换，对气压系统还要注意及时对分水滤气器放水。 （3）定期进行机床水平和机械精度的检查并校正 机床机械精度的校正方法有软、硬两种。所谓软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等。而硬方法一般在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母副预紧，调整其反向间隙、齿轮副的间隙调整等。 （4)适时对各坐标轴进行超程限位实验 尤其是对于硬件限位开关，由于切削液等原因使之产生锈蚀，平时又主要靠软件限位起保护作用，但关键时刻因硬件限位开关锈蚀不起作用将产生碰撞，甚至损坏滚珠丝杠，严重影响其机械精度。试验时只要用手按一下限位开

46、关看是否出现超程警报，或检查相应I/O接口输入信号是否变化。 （5）数控机床的日常保养 为了使数控机床保持良好的状态，除了发生故障及时修理外，坚持经常的维修保养是非常重要的。坚持定期检查，经常维护保养，可以把许多故障隐患消除在萌芽之中，防止或减少事故的发生。不同型号的数控机床日常保养的内容和要求不完全一样，对于具体机床应按说明书中的规定执行。 以下列出几个带有普遍性的日常维护内容： 做好各导轨面的清洁润滑，有自动润滑系统的机床要定期检查，清洗自动润滑系统，检查油量及时添加润滑油，检查油泵是否定期启动打油及停止。 每天检查主轴箱自动润滑系统工作是否正常，定期更换主轴箱润滑油。 注意检查电器柜中冷却风扇工作是否正常，风道过滤网有无堵塞，清洗黏附的尘土。 注意检查冷却系统，检查液面高度，及时添加油或水；油、水脏时，应及时更换清洗。 注意检查主轴驱动皮带，调整松紧程度。 注意检查导轨镶条松紧程度，调节间隙。 注意检查机床液压系统油箱油泵有无异常噪音，工作油面高度是否合适，压力表指示是否正常，管路及各接头有无泄漏。 注意检查导轨机床防护罩是否齐全有效。