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第-章概論
第一節數控工具機的基本概念
-、什麼是數控工具機
數字控制( numerical control )是近代發展起來的一種白動控制技術，是用數位化訊號對工具機運動及其加工過程進行控制的一種方法，簡稱為數控(nc丿。
數控工具機，就是採用了數控技術的工具機，或者說是裝備了數控系統的工具機。
國際資訊處理聯盟(international federation of information processing，即if1p)第五技術委員會，對數控工具機作了如下定義:
數控工具機是乙個裝有程式控制系統的工具機。該系統能夠邏輯地處理具有使用號碼，或共他符號編碼指令規定的程式。
定義中所指的那種程式控制系統，就是所說的數控系統。
數控系統是一種控制系統，它自動閱讀輸人載體上事先給定的數宇值，並將其澤碼，從而使工具機動作和加工零件。
數控系統包括:數控裝置、可程式設計序控制器、主軸驅動及進給驅動裝置等部分。
數控工具機是一種高度機電一體化的產品。
二、數控工具機是怎樣加工機械零件的
金屬切削工具機加工零件，是操作者根據圖樣的要求，不斷地改變刀具與工件之間的運動引數(位置、速度等)，使刀具對工件進行切削加工，最終得到所需要的合格的零件。
數控工具機的加工，是把刀具與工件的運動座標分割成一些最小的單位量，即最小位移動量，由數控系統按照零件程式的要求，使座標移動若干個最小位移量，從而來實現刀具與工件的相對運動，以完戍零件的加工。
在數控加工中，使數控工具機動作的是數控裝置給數控工具機傳遞運動命令的脈衝群，每乙個脈衝對應於工具機的單位位移量。
在進行曲線加工時，可以用乙個給定的數學函式來模擬曲線段。
根據給定的數學函式，如線性函式、圓函式或高次函式，在理想的軌跡或輪廓上的已知點之間，進行資料點的密化，確定一些中間點的方法，稱之為插補。
按照規定的直線，給出兩端點間的插補數字資訊，並藉此資訊控制刀具的運動，加工出理想的曲面，稱為直線插補。
而按照規定的圓弧、其它二次曲線或高次函式，給出兩端點間的插補數宇資訊，控制刀具運動，加工出理想的曲面，則稱為圓弧補、二次曲線插步(如拋物線插補)或高次函式插補(如螺旋線插補)等。
處理這些插補的演算法，稱之為插補運算。
數控裝置，也就是一台能夠接受零件圖樣加工耍求的資訊，並按照一定的數學模型進行插補運算並實時地向各座標軸發出速度控制指令及切削用量的特殊用途的電子計算機。
除了數控裝置以外，為了使數控工具機能夠運轉，還需要有乙個有足夠的功率，能快速晌應的驅動裝置。
點位控制和直線控制一般是單軸或兩軸聯動，而連續軌跡控制則是兩軸或兩軸以上的聯動。當然，數控工具機要實現數控加工，還必須有能滿足和實現上述加工方式要求的工具機主機、刀具以及其他一整套輔助、配套裝置。
所以，只要具備了數控裝置、驅動裝置、工具機主機以及相應的配套裝置.就可以組成一台數控機來完成各種零件的數控加工。
三、為什麼要發展數控工具機
近代大工業生產大量採用了剛性自動化。在****及輕工消費品生產方面，採用了大量的組合工具機自動線，生產流水線;在標準件(如螺釘，螺母及帶輪等)的生產中則採用凸輪控制等用於特殊加工的專用工具機。這類工具機，適合於大批量零件的生產，但由於建立製造過程較難，所以更換產品及修改生產工藝需要較長的時間和比較多的費用。
進人80年代以來，由於市場競爭激烈，產品更新極為迅速，中、小批量零件的生產越來越多。對於一些工業國家來說，中、小批零件的生產幾乎可以佔到產品數量的75% - 80%。而且.
隨著航空工業、****以及輕工消費品生產的高速增長，複雜圖形的零件越來越多，精度要求也越來越高。這就使得傳統的剛性自動化不能滿足要求，而柔性加工的重要性更加突出，可調的柔性自動化也就迅速地發展起來。
數控工具機就是實現柔性自動化最重要的裝備，是發展柔性生產的基礎。
數控工具機的優點:
l)能完成很多普通工具機難以完成，或者根本不能加工的複雜型面的零件加工。因此，數控工具機首先在航空、航天等領域獲得應用。在複雜型面的摸具加工中，在蝸輪葉片及螺旋槳的加工中，也都得到了廣泛的應用。
2)採用數控工具機，可以提高零件的加工精度，穩定產品的質量。由於數控工具機是按照預定的程式自動加工，加工過程不需要人工幹頇。而且加工精度還可以利用軟體來進行校正及補償。
因此，可以獲得比工具機本身精度還要高的加工精度及重複精度。
3)可以提高生產率。採用數控工具機比普通工具機可提高生產效率卒2～5倍。尤其對某些複雜零件的加工，生產效率可提高十幾倍甚至幾十倍。
4)可以實現一機多用。一些數控工具機，例如加工中，車削中心等，都可以自動換刀。一次裝卡後，幾乎能完成零件的全部加工部位的加工，可以替代5～7臺普通工具機。
5)幾乎不需要專用的工裝卡具。採用普通的通用工夾具，只需更換零件程式，就可適應不同品種及尺寸規格零件的自動加工。
6)減少了在製品，從而加速了流動資金的周轉，提高經濟效益。
7)大大減輕了工人的勞動強度。
從以上可以看出，數控工具機不僅可以節約勞動力，提高勞動生產率，而且可以提高產品質量，對開發新產品和促進老產品的更新換代、加速流動資金運轉和縮短交貨期，都起著很大作用。
但是，數控工具機的初期投資及維修技術等費用較高，要求管理及操作人員的素質也較高。合理地選擇及使用數控工具機，可以降低企業的生產成本和提高企業的經濟效益與競爭能力。
綜上所述，對於單件、中小批量生產;形狀比較複雜，精度耍求較高的零件加工;產品更新頻繁，生產週期要求短的加工，大都採用數控工具機，可以提高產品質量，降低生產成本，滿足川戶的要求，獲得很好的經濟效益。
第二節數控工具機的構成及分類
一、構成
數控工具機一般由以下幾個部分組成。
1)主機是數控工具機的主體，包括床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。
2)**c裝置是數控工具機的核心，包括硬體(**處理單元、i/o介面、人機互動介面、輸入裝置等)以及相應的控制軟體。
3)驅動裝置是數控工具機執行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給驅動單元、主軸電機及進給電機等。
4)數控工具機的鋪助裝置指數控工具機的一些必須的配套部件，用以保證數控工具機執行。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作台、數控轉台和數控分度頭，還包括刀具及監控檢測裝置。
5)程式設計機及其他一些附屬裝備。
二、功能和特點
(一) 主機
主機是數控工具機的主體，是用於完成各種切削加工的機械部分。根據不同的零件加工要求，有車床、銑床、鑽床、鏜床、磨床、重型工具機、電加工工具機以及其它型別。與普通工具機不同的是，數控工具機的主機結構上具有以下特點；
l)由於大多數數控工具機採用了高效能的主軸及伺服傳動系統，因此，數控工具機的機械傳動結構得到了簡化，傳動鏈較短。
2)為了適應數控工具機連續地自動化加工，數控工具機機械結構具有較高的動態剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。
3)更多地採用高效傳動部件，如滾珠絲槓副，直線滾動導軌等。
（二) **c (***puterized numericaj contro1)裝置
這是數控工具機的核心。用於實現輸入數位化的零件程式，並完成輸入資訊的儲存、資料的變換、插補運算以及實現各種控制功能。
現代數控工具機的數控裝置都具備下面一些功能。
1） 多座標控制(多軸聯動)。
2) 實現多種函式的插補(直線、圓弧、拋物線等)。
3)**轉換(eia/iso**轉換、英製/公制轉換、二-十進位制轉換、絕對值/增量值轉換等)。
4)人機對話、手動資料輸人，加工程式輸人，編輯及修改。
5)加工選擇，各種加工迴圈，重複加工、凹(凸)模加工，鏡象加工等。
6)可實現各種補償功能，進行刀具半徑、刀具長度、傳動間隙、螺距誤差的補償。
7)實現故障自診斷。
8)crt或lcd顯示，實現圖形、軌跡、字元顯示。
9)聯網及通訊功能。
（三）驅動裝置
驅動裝置是數控工具機執行機構的驅動部件。
普通工具機的主軸和進給系統，主要由電機驅動進給箱及主軸箱的齒輪來實現運動和變速。而數控工具機主軸和進給則是由數控裝置發出進給指令，通過電氣或電液伺服系統實現的。當幾個進給軸實現了聯動時，工具機就可以完成點位、直線、平面曲線或空間曲面的加工。
一般來說，數控工具機的伺服驅動，要求有好的快速響應效能，能靈敏而準確的跟蹤由數控裝置傳送來的數字指令訊號。
（四）數控工具機的輔助裝置
它是保證數控工具機功能充分發揮所需要的配套部件。
由於這些配套裝置包括的面很廣，有電器、液壓、氣動元件及冷卻、排屑、防護、
潤滑、照明、儲運等一系列裝置，它對開發數控工具機本身的功能具有很大的作用，因此受到了各產業部門的重視，發展極為迅速。
(五) 程縞機及其他一些附屬設各
現代數控工具機，不僅可以利用**c裝置上的鍵盤直接輸人零件的程式，也可以利用自動程編機，在機外進行零件的程式編制，將程式記錄在資訊載體上(如紙帶、磁帶、磁碟、u盤等)，然後送入數控裝置。對於較為複雜的零件，一般都是採用這種辦法。對這種方式，我們稱為自動程式編制，或計算機輔助程式編制。
大型的，特殊曲面的零件程式，往往要用計算機來實現，並利用計算機的通用外圍介面，如rs-232串列埠、u盤介面以及儲存卡介面來同**c裝置進行零件程式的傳送。
現在隨著微電子技術及計算機軟體技術的發展，大多數零件的程式編制工作，都由計算機來實現了。為了便於使用，一些公司還可以提供一些專用的程編機，並配有完整的附屬裝置。使用專用的程編軟體，可以方便的高質量的編制出各種需要的零件程式。
目前在模具加工行業中應用得比較廣泛的計算機輔助設計程式設計的軟體有mastercam、prole等著名軟體。
三、數控工具機的分類
對於數控工具機，我們可以從不同的角度對其進行分類。
(一)按控制系統的特點分類
1． 點位控制數控工具機
對於一些孔加工用數控工具機，只要求獲得精確的孔系座標定位精度，而不管從乙個孔到另外乙個孔是按照什麼樣的軌跡運動，如座標鑽床，座標鏜床及沖床等，就可以採用簡單而**低廉的點位控制系統。
這種點位控制系統，為了確保準確的定位，系統在高速執行後，一般採用3級減速，以減減小定位誤差。但是由於移動件本身存在慣性，而且在低速運動時，摩擦力有可能變化。所以即使驅動裝置停止運動後，工作台並不立即停止，形成定位誤差δd，而且這個值有一定的分散性。
2． 直線控制數控工具機
數控工具機教案
全國職業中學骨幹教師 國家級培訓交流教案 題目 外圓粗加工迴圈指令g71指令的用法 作者姓名 專業班級數控技術應用 單位 日期外圓粗加工迴圈指令g71 授課時間 略 授課教師 課題 第四節 fanuc系統基本程式設計指令 七 g71指令的用法 教學目標 通過講授使學生明白外圓粗加工迴圈指令g71的格...
數控工具機試題
一 選擇題 共15題，每題3分 1.下列指令屬於準備功能字的是 a g01 b m08 c t01 d s5002.根據加工零件圖樣選定的編制零件程式的原點是 a 工具機原點 b 程式設計原點 c 加工原點 d 刀具原點3.通過當前的刀位點來設定加工座標系的原點，不產生工具機運動的指令是 a g54...
數控工具機實踐大綱
本實踐教學大綱是機電一體化專業 數控工具機 等相關基礎課程的實踐教學大綱，是完成 數控工具機 課程和培養數控工具機的基本操作技能的重要實習實踐環節。總學時為24學時，共包括6個實踐專案。實踐地點為校外。實踐結果將使學生全面掌握數控工具機的技術及使用。一 適用專業範圍 本實踐教學大綱適用於高職機電一體...