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数字机床原理及应用基础 数控机床原理及应用基础 国家数控系统工程技术研究中心 武汉华中数控股份有限公司 提要： 数控机床概述 计算机数控系统 第一章数控机床概述 第一章 数控机床概述 内容提要： 本章主要介绍数控技术、数控机床的基本概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床的应用范围。 第一节 数控技术与数控机床 数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的技术手段。 以数控技术为基础的相关产业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。 数控技术技术水平高低已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。 专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。 第一节 数控技术与数控机床 一、数字控制与数控技术 数字控制（Numerical Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。 数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。主要用于：机床、自动线、机器人、火炮、雷达跟踪等自动化设备 第一节 数控技术与数控机床 数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。 数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。 计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为的核心数控系统。 二、数控系统与数控机床的组成 第一节 数控技术与数控机床 1. 操作面板 操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。 组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。 它是数控机床特有的部件。 第一节 数控技术与数控机床 2. 控制介质与输入输出设备 控制介质 记录零件加工程序的媒介 输入输出设备 CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。 表1 控制介质和输入输出设备表 第一节 数控技术与数控机床 3. 通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有： 串行通讯（RS-232等串口）、 自动控制专用接口和规范（DNC，MAP等） 网络技术（internet，LAN等）。 第一节 数控技术与数控机床 4. CNC装置(CNC单元) CNC装置是CNC系统的核心。 组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。 作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。 第一节 数控技术与数控机床 5. 伺服单元、驱动装置和测量装置 伺服单元和驱动装置 主轴伺服驱动装置和主轴电机 进给伺服驱动装置和进给电机 测量装置 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。 作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令： 进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。 主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制） 第一节 数控技术与数控机床 6. PLC (Programmable Logic Controller) 、机床I/O电路和装置 PLC：用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有关的开关量I/O控制，它由硬件和软件组成； 机床I/O电路和装置：实现开关量I/O控制的执行部件，即由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等电器组成的逻辑电路； 功能： 接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应开关动作 接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。 第一节 数控技术与数控机床 7. 机床 机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。 组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统 工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。 第二节 数控机床的分类 数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，