数控技术与编程
数控技术与编程
1000+ 人选课
更新日期:2025/05/23
开课时间2025/01/21 - 2025/07/20
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
欢迎大家走进《数控技术与编程》在线课堂。制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。没有强大的制造业,就没有国家和民族的强盛。在《中国制造2025》,战略部署中,努力促进产业转型升级,高档数控机床和机器人领域位于十个重点领域的第二位,全面推进我国高档数控机床领域迈入制造强国行列,实现制造业由大变强的历史跨越。《数控技术与编程》课程是以数控机床为对象,主要内容包括:数字控制系统工作原理、机械结构、数控加工技术、数控机床编程、驱动系统与检测技术、机床工程设计等。本课程内容通俗易懂,循序渐进,图文精美,生动有趣。时代呼唤英才,希望在于青年。生逢其时,重任在肩。学习本课程,让我们跟着《中国制造2025》一起前行!!
课程大纲

在线教程

章节简介教学计划
绪论
登录后可预览视频
概述
概述(1) 课程概述
郭凡灿
概述(2)
郭凡灿
数控机床的基本组成和工作原理
郭凡灿
数控机床的分类
郭凡灿
数控机床的机械结构
概述
郭凡灿
数控机床的总体布局
郭凡灿
数控机床的主传动系统
郭凡灿
数控机床的进给传动系统
郭凡灿
数控机床的导轨
郭凡灿
数控机床的自动换刀装置
郭凡灿
数控机床的回转工作台
郭凡灿
数控加工技术
数控加工的工艺特点
数控加工的工艺特点(1)
郭凡灿
数控加工的工艺特点(2)
郭凡灿
数控加工工序的划分原则与内容
工艺性分析
郭凡灿
工序的划分
郭凡灿
数控机床用刀具
刀具类型及数控车床刀具
郭凡灿
数控铣床、加工中心用刀具
郭凡灿
数控机床的夹具
对夹具要求及选用方法
郭凡灿
数控夹具的典型结构
郭凡灿
数控机床编程
编程的基本概念
编程的基本概念(1)
郭凡灿
编程的基本概念(2)
郭凡灿
数控系统的机能说明
郭凡灿
基本编程指令
机床坐标系
郭凡灿
工件坐标系
郭凡灿
基本移动指令
郭凡灿
数控车床的程序编制
编程基础
郭凡灿
特殊编程指令
郭凡灿
简单固定循环
郭凡灿
复合车削固定循环
郭凡灿
其他车削循环
郭凡灿
刀具位置偏置与半径补偿
郭凡灿
镗铣类数控机床的程序编制
编程基础
郭凡灿
特殊编程指令
郭凡灿
刀具长度与半径补偿
郭凡灿
孔加工固定循环概述
郭凡灿
固定循环动作描述
郭凡灿
程序的标准格式
郭凡灿
用户宏程序、参数编程、蓝图编程简介
郭凡灿
车削中心的程序编制
郭凡灿
自动编程概述
郭凡灿
数控机床的驱动系统与检测技术
开环步进驱动系统
彭智娟
交流伺服驱动系统
彭智娟
交流主轴驱动与变频调速系统
彭智娟
数控机床的工程设计
数控系统的硬件结构与选型
硬件组成及连接
郭凡灿
硬件结构分类
郭凡灿
数控系统的软件结构与功能
软件结构
郭凡灿
软件功能
郭凡灿
主轴系统的设计
郭凡灿
伺服进给系统设计
郭凡灿
  • 第一章绪论

    数控技术是先进制造技术的基础,它的普及与应用,使制造业发生了巨大的变化。数控技术的水平和普及程度,已成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。
           通过本章学习,了解数控系统及其组成和数控机床的特点;掌握数控机床的基本组成、工作原理和数控机床的分类。
           重点与难点:
           重点:数控技术的基本概念及数控机床的基本组成
           难点:数控机床的工作原理、特点及应用范围

  • 1.1概述

    数控技术应用最早、最广泛的代表性产品就是数控机床。
    本课程讨论的数控技术--机床数控技术,是指应用数控技术对机床工作过程进行自动控制的技术。
    本课程为什么以“机床”为对象学习数控技术与编程?
    机床是工作母机,无论是控制的精度、控制的运动复杂性以及设备本身的复杂性其要求比其他机械要高,数控技术的应用也最全面。
    机床的运动控制要求与一般机械类似, 并且机床独立运动的轴数更多。
    因此,本课程以数控机床为主线,就数控技术所涉及的重要方面的内容,进行全面、系统的讲述。

  • 1.2数控机床的基本组成和工作原理

    数控机床是最典型的数控设备。为了了解数控机床的基本组成,首先需要分析数控机床加工零件的工作过程。在数控机床上,为了进行零件的加工,可以通过如下步骤进行:
    1)根据被加工零件的图样与工艺方案,用规定的代码和程序格式,将刀具的移动轨迹、加工工艺过程、工艺参数、切削用量等编写成数控系统能够识别的指令形式。
    2)将所编写的加工程序输入数控装置。
    3)数控装置对输入的程序(代码)进行译码、运算处理,并向各坐标轴的伺服驱动装置和辅助机能控制装置发出相应的控制信号,以控制机床的各部件的运动。
    4)在运动过程中,数控系统需要随时检测机床的坐标轴位置、行程开关的状态等,并与程序的要求相比较,以决定下一步动作,直到加工出合格的零件。
    5)操作者可以随时对机床的加工情况、工作状态进行观察、检查,必要时还需要对机床动作和加工程序进行调整,以保证机床安全、可靠地运行。
    数控机床的加工,其实质是应用了“微分”原理。

  • 1.3数控机床的分类

    数控机床品种规格繁多,对数控机床的分类方法较多,但定义明确、分类较确切的一般有下面几种分类方法。按加工工艺方法分类、按伺服驱动的特点分类。

  • 第二章数控机床的机械结构

    从本质上说,数控机床与普通机床一样,也是一种通过切削将金属材料加工成各种不同形状零件的设备。早期的数控机床,包括目前部分改造、改装的数控机床,大都是在普通机床的基础上,通过对进给系统的革新、改造而成的。因此,在许多场合,普通机床的构成模式,零部件的设计计算方法仍然适用于数控机床。但是,随着数控技术(包括伺服驱动、主轴驱动)的迅速发展,为了适应现代制造业对生产效率、加工精度、安全环保等方面越来越高的要求,现代数控机床的机械结构已经从初期对普通机床的局部改进,逐步发展形成了自己独特的结构。特别是随着电主轴、直线电动机等新技术、新产品在数控机床上的推广应用,部分机械结构日趋简化,新的结构、功能部件不断涌现,数控机床的机械结构正在发生重大的变化,虚拟轴机床的出现和实用化,使传统的机床结构面临着更严峻的挑战。
    通过本章学习,了解数控机床的特殊结构和提高数控机床机械性能的措施;掌握数控机床的机械组成。
    重点与难点:
    重点:数控机床的机械组成部分、不同部位的机械结构的组成
    难点:数控机床的机械结构的选择与计算

  • 2.1概述

    为了适应现代制造业对生产效率、加工精度、安全环保等方面越来越高的要求,现代数控机床的机械结构已经从初期对普通机床的局部改进,逐步发展形成了自己独特的结构。
    一、数控机床机械结构的主要特点
    1.结构简单、操作方便、自动化程度高
    2.广泛采用高效、无间隙传动装置和新技术、新产品
    3.具有适应无人化、柔性化加工的特殊部件
    4.对机械结构、零部件的要求高
    二、数控机床对机械结构的基本要求
    1.具有较高的静、动刚度和良好的抗振性
    2.具有良好的热稳定性
    3.具有较高的运动精度与良好的低速稳定性
    4.具有良好的操作、安全防护性能
    三、提高数控机床性能的措施
    1.合理选择数控机床的总体布局
    2.提高结构件的刚度
    3.提高机床抗振性
    4.改善机床的热变形
    5.保证运动的精度和稳定性

  • 2.2数控机床的总体布局

    为了满足数控机床对机械结构的要求,保证数控加工效果和效率,体现数控机床机械结构特点,数控机床总体布局有:
    一、数控车床的常用布局形式
    二、卧式数控镗铣床(卧式加工中心)的常用布局形式
    三、立式数控镗铣床(立式加工中心)的常用布局形式
    四、数控机床交换工作台的布局
    五、高速加工数控机床的特殊布局
    六、虚拟轴机床

  • 2.3数控机床的主传动系统

    为了满足数控机床对机械结构的要求,保证数控加工效果和效率,体现数控机床机械结构特点。数控机床和普通机床一样,主传动系统也必须通过变速,才能使主轴获得不同的转速,以适应不同的加工要求。并且,在变速的同时,还要求传递一定的功率和足够的转矩,以满足切削的需要。从以下方面进行学习:
    一、主传动的基本要求和变速方式
    二、主轴的联接形式
    三、主轴部件的支承
    四、电主轴与高速主轴系统
    五、主轴部件的结构

  • 2.4数控机床的进给传动系统

    为了满足数控机床对机械结构的要求,保证数控加工效果和效率,体现数控机床机械结构特点。进给传动系统的精度、灵敏度、稳定性直接影响了数控机床的定位精度和轮廓加工精度。传动系统的刚度和惯量主要决定于机械结构设计,而传动系统的间隙、摩擦死区则是造成传动系统的非线性的主要原因。因此,对数控机床机械传动系统,从以下方面进行学习:
    一、数控机床对进给传动系统的基本要求
    二、数控机床进给传动系统的基本形式
    三、直线电动机与高速进给单元
    四、滚珠丝杠螺母副的原理
    五、滚珠丝杠螺母副的支承
    六、滚珠丝杠螺母副与电动机的联接

  • 2.5数控机床的导轨

    为了满足数控机床对机械结构的要求,保证数控加工效果和效率,体现数控机床机械结构特点。机床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等上的导轨进行运动的,导轨的作用概括地说是对运动部件起导向和支承作用,导轨的制造精度及精度保持性对机床加工精度有着重要作用的影响。因此,对数控机床导轨,从以下方面进行学习:
    数控机床对导轨的基本要求
    数控机床导轨的种类与特点
    滚动导轨的结构原理与特点
    滚动导轨的安装与使用

  • 2.6数控机床的自动换刀装置

    为了满足数控机床对机械结构的要求,保证数控加工效果和效率,体现数控机床机械结构特点。无自动换刀功能的数控机床只能完成单工序的加工,如车、钻、铣等。而实际上,一个零件往往需要进行多工序的加工,因此,在加工一个零件的过程中,必须花费大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等,切削加工时间仅占整个工时中较小的比例。为了缩短加工辅助时间,充分发挥数控机床的效率,往往采用“工序集中”的原则。因此,对数控机床自动换刀装置,从以下方面进行学习:
    一、自动换刀装置的基本要求和形式
    二、回转刀架
    三、加工中心刀库的类型与布局
    四、无机械手换刀
    五、机械手换刀
    六、凸轮机械手换刀装置
    七、自动换刀机床的主轴结构
    八、机械手手爪结构

  • 2.7数控机床的回转工作台

    为了满足数控机床对机械结构的要求,保证数控加工效果和效率,体现数控机床机械结构特点。为了扩大数控机床的加工性能,适应不同零件的加工需要,数控机床的进给运动,除X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外,还可以有绕X、Y、Z三个基本坐标轴的回转的圆周运动,通常为A、B、C轴。为了实现数控机床的圆周运动,需要采用数控回转工作台。因此,对数控机床回转工作台,从以下方面进行学习:
    一、回转工作台的基本要求和形式
    二、分度工作台
    三、立式数控回转工作台
    四、卧式数控回转工作台

  • 第三章数控加工技术

    数控加工是数控机床按照事先编制好的加工程序自动对工件进行加工的过程。在数控机床上加工零件时,要把被加工零件的全部数控加工工艺过程、工艺参数和轨迹数据,以信息的形式记录在控制介质上,用控制介质上的信息来控制机床,实现零件的全部数控加工过程。
    通过本章学习,了解数控机床的使用与维护;掌握数控机床的工艺特点。
    重点与难点:
    重点:数控工艺分析,数控刀具与夹具选用方法
    难点:根据加工对象的不同能准确地设计和编制数控加工技术文件

  • 3.1数控加工的工艺特点

    由于数控机床的性能不断地改善和提高,数控装备不断地完善以及编程技术的迅速发展,使数控加工方法获得日益广泛的应用。数控加工具有以下特点:
    1、具有复杂形状加工能力
    2、高质量
    3、高效率
    4、高柔性
    5、易于形成网络控制
    6、技术要求高

  • 3.2数控加工工序的划分原则与内容

    数控技术的应用使机械加工的全过程产生了较大的变化,它不仅涉及数控加工设备,还包括数控加工工艺、工装和加工过程的自动控制等。其中,拟定数控加工工艺是进行数控加工的一项基础性工作。
    虽然数控机床是-种先进的加工设备,但也必须由人们去熟悉、掌握和合理使用它,否则,再好的设备也难以发挥其所长。大量应用实践表明,数控机床的使用效果在很大程度上取决于用户技术水平的高低和数控加工工艺拟定的合理性。
    数控加工工艺与普通加工工艺即有相同之处,也有差异。因此,对数控加工工序的划分原则与内容,从以下方面进行学习:
    一、工艺性分析
    二、工序的划分

  • 3.3数控机床用刀具

    要实现高速度、高精度与高效率的数控加工,除数控机床要具有高速(主轴转速和进给速度)、高精能力和高自动化程度外,刀具的性能及如何根据加工对象选用合适的刀具有着极为重要的影响。在刀具性能方面,随着刀具材料性能的提高与结构特性的改善,数控加工用刀具在耐用度、刚度、抗脆性、断屑和调整更换等方面的性能已大大改善。然而,从如何加工的角度看,加工刀具类型与工艺方案的合理选择则极为重要。因此,对数控机床用刀具,从以下方面进行学习:
    一、数控刀具的类型
    二、数控车床刀具
    三、数控铣床、加工中心用刀具

  • 3.4数控机床的夹具

    由于数控机床具有连续、多型面和强力自动加工的特点,所以对数控机床夹具也就要求比一般机床夹具精度与刚度都高,这样可减少工件在夹具中因定位和夹紧所产生的误差以及粗加工时的变形误差。工件在数控机床夹具中定位与在普通机床上定位原理相同,一般都按六点定位原则消除自由度,即实现完全定位。因此,对数控机床夹具,从以下方面进行学习:
    一、对数控机床用夹具的要求
    二、数控机床夹具的选用方法
    三、数控夹具的典型结构

  • 第四章数控机床编程

    数控机床是一种根据加工程序,进行高效、自动化加工的设备。因此,加工程序不仅关系到能否加工出合格的零件,而且还影响到加工精度、加工效率,甚至还会影响到设备、操作人员的安全。理想的加工程序,不仅要保证加工出符合图样要求的合格零件,而且还应该使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥,并保证设备能安全、高效地工作。因此,作为编程人员,不仅要熟悉数控系统的功能和编程指令,而且要熟悉数控加工工艺;掌握所使用的数控机床以及数控系统的特点和性能;懂得刀辅具和工件的装、夹方法;能熟练进行程序的编辑、输人等操作。
    通过本章学习,掌握数控车床、数控镗铣床(加工中心)程序的手工编制以及初步认识自动编程。
    重点与难点:
    重点:数控机床的编程方法
    难点:能对中等复杂的零件的程序编制

  • 4.1编程的基本概念

    为了便于系统地掌握编程知识,现将数控编程中常用的一些概念说明。为了使数控机床能根据零件加工的要求进行动作,必须将这些要求以机床数控系统能识别的指令形式告知数控系统。这种数控系统可以识别的指令称为程序,制作程序的过程称为编程。数控机床常见的编程方法有手工编程和自动编程两种。所谓手工编程,是指编制加工程序的全过程,即图样分析、工艺处理、坐标计算、编制程序单、输入程序直至程序的校验等全部工作都通过人工完成。因此,对编程的基本概念,从以下方面进行学习:
    一、程序与编程
    二、程序字与输入格式
    三、程序的组成、程序段
    四、主程序、子程序

  • 4.2数控系统的机能说明

    在编程过程中,充分利用数控系统的功能,不仅可以使数控机床的功能得到充分发挥,而且可以使程序简洁、明了,熟悉数控系统的功能,是对编程人员的基本要求。但是,由于当前数控系统的种类较多,功能各异,因此,对于特殊功能的使用与编程,必须参照数控系统的编程说明书进行。因此,在此主要介绍一般数控系统中大都具备的常用机能,也就是通常所说的基本功能。主要有:
    一、插补机能
    二、进给机能
    三、主轴机能
    四、辅助机能
    五、刀具机能

  • 4.3基本编程指令

    数控机床的加工和程序编制,一般都按照建立坐标系、选择尺寸单位制和编程方式、确定刀具与切削参数、确定刀具运动轨迹等步骤进行。以上每一步都必须根据数控系统的指令代码进行编程,在前面章节中我们已经对一些简单的指令进行了初步说明,因此,将根据以上步骤,对有关指令进行进一步的说明。基本编程指令主要有:
    一、机床坐标系的建立与选择指令
    二、工件坐标系的建立与选择指令
    三、尺寸的公、英制选择与小数点输入
    四、绝对、增量编程(G90,G91)
    五、基本移动指令的编程
    六、刀具补偿机能(G40、G41、G42、G43、G44、G49)

  • 4.4数控车床的程序编制

    数控车床常用于轴类零件的加工,它是数控机床中产量最大,使用最广的品种之一。在数控车床上,由于通常只需要对轴类零件的轴向(Z向)与径向(X向)进行控制,因此,数控系统通常为两轴控制系统,其指令格式与数控铣床有所区别。数控车床的编程指令通常有三种基本代码体系。在部分系统中,这三种代码体系可以通过“机床参数”的设置进行选择,有的系统则只能使用其中的某-种体系。 代码体系A为数控车床标准指令,使用最为广泛。
    因此,从以下几个方面进行学习数控车床的编程。
    1 编程基础
    2 特殊编程指令
    3 简单固定循环
    4 复合车削固定循环
    5 其他车削循环
    6 刀具位置偏置与半径补偿

  • 4.5镗铣类数控机床的程序编制

    镗铣类数控机床主要用于箱体、法兰、模具类零件的加工。在镗铣类数控机床上,通常要对零件的X、Y、Z三个坐标轴方向进行控制,使用的数控系统至少为三轴控制系统,其指令格式与数控车床也有较大的区别。镗铣类数控机床常用的G代码,通常情况下这一代码体系对所有镗、铣类数控机床都适用,不同的系统- - 般只有功能的增减与使用G代码的多少的区别。
    因此,从以下几个方面进行学习镗铣类数控机床的编程。
    1 编程基础
    2 特殊编程指令
    3 刀具长度与半径补偿
    4 孔加工固定循环概述 
    5 固定循环动作描述
    6 程序的标准格式

  • 4.6用户宏程序、参数编程、蓝图编程简介

    为了更好进行程序的编制,对用户宏程序、参数编程、蓝图编程简介它们的功能。
    用户宏程序是FANUC数控系统及类似产品中的特殊编程功能。所谓用户宏程序其实质与子程序相似,它也是把-组实现某种功能的指令,以子程序的形式事先存储在系统存储器中,通过宏程序调用指令执行这一功能。在主程序中,只要编入相应的调用指令就能实现这些功能。
    参数编程与FANUC系统的“用户宏程序”编程功能相类似,在SIEMENS数控系统中,可以通过参数编程功能,在程序中对参数进行运算、赋值等处理。在参数编程中,“参数”相当于用户宏程序中的“变量"。
    所谓蓝图编程是根据工件的图形,直接利用轮廓图形进行对话式编程的一种方法。 在蓝图编程时,由于指令较难记忆,因此,通常都应通过在显示器上显示图形,然后再根据图形提示,逐-输人轮廓参数,使CNC自动生成程序段。蓝图编程时,直线的交点可通过坐标值或角度输人,并根据需要可进行多点连接。由于这种编程方式可以提高程序的可靠性与编程效率,简化编程指令,目前很多数控系统都已经开始采用蓝图编程方式。

  • 4.7车削中心的程序编制

    车削中心是在数控车床基础上发展起来的一种新颖CNC机床,一般采用斜床身布局,它可以在完成轴类零件的内/外侧面、端面车削加工的同时,在端面或外侧面进行铣削、钻孔、攻螺纹等加工。
    为了实现外侧面的铣削与孔加工,车削中心在CNC车床X/Z轴的基础上增加了刀架上下移动的Y轴,且安装在刀架上的刀具可以旋转(称为动力刀架),动力刀具既可以平衡于Z轴安装也可以平衡于X或Y轴安装,甚至可以倾斜。车削中心的主轴不但能够旋转,而且还具有参与坐标轴插补的精密位置控制功能(称为C轴控制),加工时主轴还可以根据需要自动夹紧或松开。
    车削中心在数控车床的基础上增加铣削加工与孔加工编程功能,同时由于车削中心的CNC功能一般较强,因此,可以使用自动倒角与蓝图编程功能,本节将以FANUC系统为例,介绍车削中心的编程方法。
    一、铣削加工
    二、孔加工
    三、自动倒角
    四、蓝图编程

  • 4.8自动编程概述

    自动编程是使用计算机辅助编制数控机床零件加工程序的过程或方法。
    编程人员根据零件设计要求和现有工艺,使用自动编程软件生成刀位数据文件CLF,再进行后置处理,生成加工程序,然后通过磁盘、(纸带)或通讯接口输入数控机床。
    自动编程的特点:编程工作效率高,可解决手工编程无法解决的许多复杂形状零件的编程难题。由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算,可提高编程效率几十倍乃至上百倍。
    自动编程时,数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的,由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹,使编程人员可及时检查程序是否正确,需要时可及时修改,以获得正确的程序。

  • 第五章数控机床的驱动系统与检测技术

    数控机床伺服系统按系统的结构可分为开环、半闭环和全闭环三种。
    开环系统无测量反馈装置,它只是一种实现CNC位置指令脉冲功率放大并将其转换为刀具或工作台运动的“脉冲放大系统”。
    半闭环系统带有间接位置检测装置,如可以通过对电动机转速与转角的测量,间接反映刀具的运动速度与位移,驱动系统不但能够进行CNC位置指令脉冲的功率放大、转换,而且能够实现电动机转速与转角的闭环调节与控制。
    全闭环系统带有直接位置检测装置,可以测量刀具的运动速度与位移,系统能够实现运动部件转速与位置的闭环调节与控制。
    通过本章学习,了解闭环伺服驱动系统和主轴驱动系统与变频器,掌握开环步进、半闭环伺服驱动系统或数控机床的检测装置。
    重点与难点:
    重点:进给驱动系统的工作原理和数控机床的检测装置的工作原理
    难点:能正确地选择进给驱动系统和数控机床的检测装置

  • 5.1开环步进驱动系统

    开环步进驱动系统的目的是实现CNC位置指令脉冲的功率放大并将其转换为刀具或工作台运动,系统由驱动器与电动机两部分组成。开环系统的执行元件一般为步进电动机, 早期的电液脉冲马达已经淘汰;而步进驱动器的本质只是一种脉冲放大器。
    步进电动机控制系统的结构简单、控制容易、维修方便,但其缺点是在负载大、速度高的情况下易“失步”。近年来随着恒流斩波、PWM、 微步驱动等技术的发展,步进电动机的高频输出转矩得到提高、低频振荡有了明显的改善,在低价位、速度与精度要求不高的经济型数控机床有一定的应用。

  • 5.2交流伺服驱动系统

    交流伺服驱动系统(简称交流伺服)是随晶体管脉宽调制PulseWidthModulated一PWM)技术与矢量控制理论发展起来的一种新型控制系统,与直流伺服驱动系统相比,它具有转速高、功率大、运行可靠、几乎不需要维修等一系列优点,因此,目前在数控机床上已经全面替代直流伺服驱动系统。
    从CNC系统的角度看,交流伺服驱动系统也是以实现CNC位置指令脉冲的功率放大并将其转换为刀具或工作台运动为根本目的,它同样由驱动器与电动机两部分组成,只不过两者在执行元件、系统结构、控制形式上与步进驱动系统有所不同而已。

  • 5.3交流主轴驱动与变频调速系统

    除了刀具运动轨迹的控制外,用于金属切削机床的CNC机床还必须对刀具的切削速度进行控制,以便适应不同材料的刀具对不同材料工件的切削要求。
    机床主轴的控制要求与伺服驱动系统的控制要求是不同的。伺服驱动用来驱动刀具运动,其负载性质为“恒转矩”,要求的电动机容量通常较小,但对调速范围、速度/位置控制的精度要求很高,需要采用无刷直流电动机、交流永磁同步电动机等高性能伺服驱动进行控制。然而,金属的切削加工多数为“恒功率”负载,所要求的电动机容量大,对调速范围、速度/位置的控制精度相对较低,因此,一般不采用无恒功率调速功能的交流伺服电动机,而需要采用具有恒功率输出特性的大容量感应电动机。

  • 第六章数控机床的工程设计

    数控技术是先进制造技术的基础,它的普及与应用,使制造业发生了巨大的变化。数控技术的水平和普及程度,已成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。
    根据应用型本科教学的需要,为了适应现代科技发展与应用型人才培养需求,介绍数控机床工程设计方面的知识。
    通过本章学习,了解数控系统的硬件结构与选型、数控系统的软件功能,掌握主轴系统的设计、伺服进给系统设计。
    重点与难点:
    重点:数控系统的硬件结构与选型、数控系统的软件功能
    难点:主轴系统的设计、伺服进给系统设计

  • 6.1数控系统的硬件结构与选型

    数控系统是数控设备的核心。数控系统的主要控制对象是坐标轴的位移(包括移动速度、方向与位置),控制指令来自加工程序。因此,数控系统的基本组成部件应包括数据输入与显示装置、数控装置、伺服驱动等硬件以及配套的软件。因此,对数控系统的硬件结构与选型,从以下几个方面进行学习:
    1 硬件组成及连接
    2 硬件结构分类

  • 6.2数控系统的软件结构与功能

    数控系统是数控设备的核心。数控系统的主要控制对象是坐标轴的位移(包括移动速度、方向与位置),控制指令来自加工程序。因此,数控系统的基本组成部件应包括数据输入与显示装置、数控装置、伺服驱动等硬件以及配套的软件。因此,对数控系统的软件结构与功能,从以下几个方面进行学习:
    1 软件结构
    2 软件功能

  • 6.3主轴系统的设计

    为了满足数控机床的要求,保证数控加工效果和效率,体现数控机床加工特点。主轴系统的设计,从以下方面进行学习:
    一、电动机基本参数的确定
    主轴电动机的选择包括确定电动机类型、安装形式、转速、功率与加减速时间等。
    二、电动机功率的选择
    主轴电动机的输出功率应根据机床的“ 切削能力”这一设计指标计算后确定。机床的切削能力常用以每分钟能够切削的典型金属材料(如45钢)体积来衡量。
    三、加减能力计算
    主轴加减速能力是衡量机床快速性的指标,以加减速时间进行衡量,加减速时间可以根据主电动机的输出特性与负载情况计算后确定。

  • 6.4伺服进给系统设计

    为了满足数控机床的要求,保证数控加工效果和效率,体现数控机床加工特点。伺服进给系统设计,从以下方面进行学习:
    一、伺服电动机的基本选择
    数控机床的伺服电动机一般都采用高速、中小惯量的电动机,以满足数控机床高速、高精度加工要求。伺服电动机的选择包括确定电动机类型、安装形式、转速、输出转矩与加减速能力等。其中,电动机类型、安装形式决定于机械部件的结构,一般由机械设计人员确定;转速、转矩与加减速性能需要通过计算才能确定。
    二、进给系统的稳态设计
    伺服进给系统由位置调节、速度调节、电流调节回路,伺服电动机、机械传动装置等部分组成,正确选择伺服电动机与设计机械传动装置对进给系统的性能至关重要。
    进给系统设计包括稳态设计与动态设计两个方面,稳态设计是根据负载情况确定电动机连续输出转矩。
    通常来说,系统的稳态特性可以通过力学关系进行较为准确的计算;但是,由于系统中存在部分非线性环节,对动态参数进行准确的分析与计算通常需要借助计算机完成,分析的结果还需要通过仿真等手段进行优化与调整,因此,要对其进行准确的描述是非常困难的,尽管如此,经典的动态分析理论与方法,还是可以为进给系统的正确设计提供很大的帮助。
    三、伺服进给系统的动态设计
    伺服进给系统由位置调节、速度调节、电流调节回路,伺服电动机、机械传动装置等部分组成,正确选择伺服电动机与设计机械传动装置对进给系统的性能至关重要。
    进给系统设计包括稳态设计与动态设计两个方面,动态设计是对系统的瞬态响应特性(如加减速过程、过渡过程与动态稳定性等)进行的分析与计算。
    进给系统对动态性能的要求可以归结为加减速快、瞬态响应过程平稳、抗扰动能力强、系统稳定性好四个方面。这就要求伺服系统驱动电动机的加减速转矩、机械传动装置的刚性足够大,电气调节回路的延时、机械传动系统的死区足够小等。

  • 开始学习
  • 第一章  作业测试
    第一章 绪论

    1.1 概述

    1.2 数控机床的基本组成和工作原理

    1.3 数控机床的分类

    视频数4
  • 第二章  作业测试
    第二章 数控机床的机械结构

    2.1 概述

    2.2 数控机床的总体布局

    2.3 数控机床的主传动系统

    2.4 数控机床的进给传动系统

    2.5 数控机床的导轨

    2.6 数控机床的自动换刀装置

    2.7 数控机床的回转工作台

    视频数7
  • 第三章  作业测试
    第三章 数控加工技术

    3.1 数控加工的工艺特点

    3.2 数控加工工序的划分原则与内容

    3.3 数控机床用刀具

    3.4 数控机床的夹具

    视频数8
  • 第四章  作业测试
    第四章 数控机床编程

    4.1 编程的基本概念

    4.2 数控系统的机能说明

    4.3 基本编程指令

    4.4 数控车床的程序编制

    4.5 镗铣类数控机床的程序编制

    4.6 用户宏程序、参数编程、蓝图编程简介

    4.7 车削中心的程序编制

    4.8 自动编程概述

    视频数21
  • 第五章  作业测试
    第五章 数控机床的驱动系统与检测技术

    5.1 开环步进驱动系统

    5.2 交流伺服驱动系统

    5.3 交流主轴驱动与变频调速系统

    视频数3
  • 第六章  作业测试
    第六章 数控机床的工程设计

    6.1 数控系统的硬件结构与选型

    6.2 数控系统的软件结构与功能

    6.3 主轴系统的设计

    6.4 伺服进给系统设计

    视频数6
  • 期末考试