单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Made:Chen Tianxiang,*,数控机床及编程,天津滨海职业学院,陈天祥,Made:Chen Tianxiang,第二章 数控机床的工作原理及其坐标系统,2-1,数控机床的结构,结构原理图,组成部分,2-2,数控机床的工作原理,工作原理,工作步骤,数控机床的分类,2-3,数控编程坐标系统,机床坐标系,坐标轴及其运动方向,原点,及其,参考点,的设定,编程标系,与,加工坐标系,中捷摇臂钻床,Made:Chen Tianxiang,数控机床的结构,结构原理图,CNC,（,Computerized Numerical Control,）是计算机数控系统的缩写，它是在,NC,（数控系统）的基础上发展起来的。现代数控机床主要由,CNC,数控系统和机床主体组成，此外数控机床还有许多辅助装置：自动换刀装置（,Automatic Tool Changer ATC,）、自动工作台交换装置（,Automatic Pallet Changer APC,）、自动对刀装置、自动排屑装置及电、液、气、冷却、润滑、防护等装置。,数控程序,输入装置,输出装置,主轴控制,主轴电机,机床主体,伺服电机,位置检测反馈,速度控制单元,计算机,数控装置,PLC,存储介质,I/O,CNC,系统,伺服系统,数控机床组成框图,Made:Chen Tianxiang,数控机床的组成,1,、程序及载体（穿孔纸带、磁带、磁盘）,2,、输入,/,输出设备（纸带阅读机、软盘驱动器及键盘（,MDI,方式）等，还有,RS232,串行通讯接口，输出设备主要有,CRT,显示器或点阵式液晶显示器）,3,、计算机数控装置（核心部件，包括微处理器,CPU,、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与,CNC,系统的其他组成部分联系的接口等）,4,、伺服单元（计算机数控装置和机床本体的联系环节，它的主要功能是把来自,CNC,装置的微弱的脉冲指令信息，经过功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的运动部件，完成指令规定的动作，加工出合格的零件。通常伺服单元由进给驱动、主轴驱动和位置驱动三部分组成。）,5,、驱动装置（是数控系统主要的执行元件之一，主要功能是把经过放大的指令信号变为机械运动。驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等）,6,、测量反馈装置（反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，主要功能是将数控机床各坐标轴的位移指令检测值反馈到机床的数控装置中，供计算机数控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）,7,、机床主体（主运动部件,主轴、进给机构等完成切削加工；进给运动部件,工作台、刀架；支撑部件,床身、立柱；辅助装置,冷却、润滑、转位、夹紧、换刀机械手等）,Made:Chen Tianxiang,数控机床的工作原理,数控机床与普通机床相比较，其工作原理的不同之处就在于数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的。数控机床加工零件，首先要将被加工零件的图样及工艺信息数字化，用规定的代码和程序格式编写加工程序，然后将所编写的指令输入到机床的数控装置中，数控装置再将程序进行翻译、运算后，向机床的各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床的各个运动部件完成所需的辅助运动，最后加工出合格零件。,零件图,控制程序,控制计算机,伺服系统,数控设备,工件,准备阶段,编程阶段,准备信息载体,加工阶段,数控机床工作原理图,数控机床工作步骤图,Made:Chen Tianxiang,数控机床的分类,1,、按数控机床的加工原理分类,普通数控机床：数控车床、数控铣床、加工中心、车削中心等（用切削刀具对零件进行切削加工）。,特种加工数控机床：线切割数控机床、电火花成型加工数控机床（采用电火花原理对高硬度零件进行切割及形腔进行加工）。,2,、按数控机床的运动轨迹分类,点位控制运动：刀具相对于工件的点定位,直线控制运动：刀具或工作台以给定的速度按直线运动,连续控制运动（轮廓控制运动）：刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动，运动轨迹为任意方向的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线,3,、按进给伺服系统的类型分类,开环控制系统：采用步进电机，无位置检测元件，对执行机构不检测，无反馈控制信号。,闭环控制系统：采用伺服电机，有位置检测元件和位置比较电路。,半闭环控制系统：位置检测元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电机的转角，推算出位移,Made:Chen Tianxiang,数控机床的类型,半闭环控制系统,驱动程序,步进电机,工作台,指令,开环控制系统,指令,位置比较,速度控制,工作台,伺服电机,速度检测,位置检测,反馈,位置比较,速度控制,工作台,指令,伺服电机,速度检测,位置检测,反馈,闭环控制系统,Made:Chen Tianxiang,、机床坐标系的确定,（1）机床相对运动的规定,在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。,（2）机床坐标系的规定,标准机床坐标系中,X、Y、Z,坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。,在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。,例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动,以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床,坐标系来描述。,数控编程坐标系统,Made:Chen Tianxiang,数控编程坐标系统,标准机床坐标系中,X、Y、Z,坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：,伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90。则大拇指代表,X,坐标，食指代表,Y,坐标，中指代表,Z,坐标。,大拇指的指向为,X,坐标的正方向，食指的指向为,Y,坐标的正方向，中指的指向为,Z,坐标的正方向。,围绕,X、Y、Z,坐标旋转的旋转坐标分别用,A、B、C,表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为,X、Y、Z,坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标,A、B、C,的正向。,Made:Chen Tianxiang,数控编程坐标系统,（3）运动方向的规定,增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，下图为数控车床上两个运动的正方向,。,Made:Chen Tianxiang,数,控,控,编,编,程,程,坐,坐,标,标,系,系,统,统,、,、,坐,坐,标,标,轴,轴,方,方,向,向,的,的,确,确,定,定,（1,）,）,Z,坐,标,标,Z,坐,标,标,的,的,运,运,动,动,方,方,向,向,是,是,由,由,传,传,递,递,切,切,削,削,动,动,力,力,的,的,主,主,轴,轴,所,所,决,决,定,定,的,的,，,，,即,即,平,平,行,行,于,于,主,主,轴,轴,轴,轴,线,线,的,的,坐,坐,标,标,轴,轴,即,即,为,为,Z,坐,标,标,，,，,Z,坐,标,标,的,的,正,正,向,向,为,为,刀,刀,具,具,离,离,开,开,工,工,件,件,的,的,方,方,向,向,。,。,（2,）,）,X,坐,标,标,X,坐,标,标,平,平,行,行,于,于,工,工,件,件,的,的,装,装,夹,夹,平,平,面,面,，,，,一,一,般,般,在,在,水,水,平,平,面,面,内,内,，,，,且,且,垂,垂,直,直,于,于,Z,轴,。,。则,刀,刀,具,具,离,离,开,开,工,工,件,件,的,的,方,方,向,向,为,为,X,坐,标,标,的,的,正,正,方,方,向,向,，,，,确,确,定,定,X,轴,的,的,方,方,向,向,时,时,，,，,要,要,考,考,虑,虑,：,：,工,件,件,做,做,旋,旋,转,转,运,运,动,动,的,的,机,机,床,床,，,，,取,取,平,平,行,行,于,于,横,横,向,向,导,导,轨,轨,的,的,方,方,向,向,（,（,即,即,工,工,件,件,径,径,向,向,）,）,为,为,刀,刀,具,具,运,运,动,动,的,的,X,方,向,向,。,。,刀,具,具,做,做,旋,旋,转,转,运,运,动,动,的,的,机,机,床,床,，,，,则,则,分,分,为,为,两,两,种,种,情,情,况,况,：,：,Z,坐,标,标,水,水,平,平,时,时,，,，,观,观,察,察,者,者,沿,沿,刀,刀,具,具,主,主,轴,轴,后,后,端,端,向,向,工,工,件,件,看,看,时,时,，,，+,X,运,动,动,方,方,向,向,指,指,向,向,右,右,方,方,；,；,Z,坐,标,标,垂,垂,直,直,时,时,，,，,观,观,察,察,者,者,面,面,对,对,刀,刀,具,具,主,主,轴,轴,向,向,立,立,柱,柱,看,看,时,时,，,，+,X,运,动,动,方,方,向,向,指,指,向,向,右,右,方,方,。,。,下,下,图,图,所,所,示,示,为,为,数,数,控,控,车,车,床,床,的,的,X,坐,标,标,。,。,对,于,于,没,没,有,有,回,回,转,转,轴,轴,或,或,没,没,有,有,回,回,转,转,工,工,件,件,的,的,机,机,床,床,，,，,X,轴,平,平,行,行,于,于,主,主,要,要,切,切,削,削,方,方,向,向,，,，,且,且,以,以,该,该,方,方,向,向,为,为,正,正,方,方,向,向,。,。,Made:ChenTianxiang,数,控,控,编,编,程,程,坐,坐,标,标,系,系,统,统,（3,）,）,Y,坐,标,标,在,确,确,定,定,X,、,、Z,坐,标,标,的,的,正,正,方,方,向,向,后,后,，,，,可,可,以,以,用,用,根,根,据,据,X,和,Z,坐,标,标,的,的,方,方,向,向,，,，,按,按,照,照,右,右,手,手,直,直,角,角,坐,坐,标,标,系,系,来,来,确,确,定,定,Y,坐,标,标,的,的,方,方,向,向,。,。,Made:ChenTianxiang,3,、,、,机,机,床,床,原,原,点,点,的,的,设,设,置,置,机,床,床,原,原,点,点,是,是,指,指,在,在,机,机,床,床,上,上,设,设,置,置,的,的,一,一,个,个,固,固,定,定,点,点,，,，,即,即,机,机,床,床,坐,坐,标,标,系,系,的,的,原,原,点,点,。,。它,在,在,机,机,床,床,装,装,配,配,、,、,调,调,试,试,时,时,就,就,已,已,确,确,定,定,下,下,来,来,，,，,是,是,数,数,控,控,机,机,床,床,进,进,行,行,加,加,工,工,运,运,动,动,的,的,基,基,准,准,参,参,考,考,点,点,。,。,（1,）,）,数,数,控,控,车,车,床,床,的,的,原,原,点,点,在,数,数,控,控,车,车,床,床,上,上,，,，,机,机,床,床,原,原,点,点,一,一,般,般,取,取,在,在,卡,卡,盘,盘,端,端,面,面,与,与,主,主,轴,轴,中,中,心,心,线,线,的,的,交,交,点,点,处,处,。,。,同,同,时,时,，,，,通,通,过,过,设,设,置,置,参,参,数,数,的,的,方,方,法,法,，,，,也,也,可,可,将,将,机,机,床,床,原,原,点,点,设,设,定,定,在,在,X,、,、Z,坐,标,标,的,的,正,正,方,方,向,向,极,极,限,限,位,位,置,置,上,上,。,。,数,控,控,编,编,程,程,坐,坐,标,标,系,系,统,统,Made:ChenTianxiang,4,、,、,机,机,床,床,参,参,考,考,点,点,机,床,床,参,参,考,考,点,点,是,是,用,用,于,于,对,对,机,机,床,床,运,运,动,动,进,进,行,行,检,检,测,测,和,和,控,控,制,制,的,的,固,固,定,定,位,位,置,置,点,点,。,。,机,床,床,参,参,考,考,点,点,的,的,位,位,置,置,是,是,由,由,机,机,床,床,制,制,造,造,厂,厂,家,家,在,在,每,每,个,个,进,进,给,给,轴,