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1、第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础1.1 1.1 1.1 1.1 数控技术的发展历程数控技术的发展历程数控技术的发展历程数控技术的发展历程1.2 1.2 1.2 1.2 数控机床的结构数控机床的结构数控机床的结构数控机床的结构1.3 1.3 1.3 1.3 数控机床控制系统数控机床控制系统数控机床控制系统数控机床控制系统1.4 1.4 1.4 1.4 进给运动控制（插补）进给运动控制（插补）进给运动控制（插补）进给运动控制（插补）1.5 1.5 1.5 1.5 开关量（顺序）控制开关量（顺序）控制开关量（顺序）控制开关量（顺序）控制第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础1.
2、11.1数控技术的发展历程数控技术的发展历程数控数控数控数控(NC)(NC)(NC)(NC)阶段（年）阶段（年）阶段（年）阶段（年）计算机数控计算机数控计算机数控计算机数控(CNC)(CNC)(CNC)(CNC)阶段（至今）阶段（至今）阶段（至今）阶段（至今）第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础 控制介质控制介质控制介质控制介质1.21.2数控机床的结构数控机床的结构 输入装置输入装置输入装置输入装置 数控装置数控装置数控装置数控装置 驱动装置和检测装置驱动装置和检测装置驱动装置和检测装置驱动装置和检测装置 机床本体机床本体机床本体机床本体 辅助控制装置辅助控制装置辅助控制装置辅助控
3、制装置基本结构图基本结构图基本结构图第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础控制介质控制介质控制介质控制介质 数控机床工作时必须编制加工程序，而加工程序数控机床工作时必须编制加工程序，而加工程序数控机床工作时必须编制加工程序，而加工程序数控机床工作时必须编制加工程序，而加工程序需存储在控制介质上，需存储在控制介质上，需存储在控制介质上，需存储在控制介质上，常用的控制介质有穿孔带、常用的控制介质有穿孔带、常用的控制介质有穿孔带、常用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。磁带和磁盘等。磁带和磁盘等。磁带和磁盘等。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础输入装置输入装置输入装置输入装置 输入
4、装置的作用是将控制介质上的数控代码传递输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递并存入数控系统内。并存入数控系统内。并存入数控系统内。并存入数控系统内。输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、输入装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、磁带机和软盘驱动器。磁带机和软盘驱动器。磁带机和软盘驱动器。磁带机和软盘驱动器。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础数控装置数控装置数控装置数控装置 数控装置是数控机床的中枢。数控装置从
5、内部存数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存储器中取出或接收输入装置送来的一段或几段数储器中取出或接收输入装置送来的一段或几段数储器中取出或接收输入装置送来的一段或几段数储器中取出或接收输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制件进行
6、编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。规定的有序运动和动作。规定的有序运动和动作。规定的有序运动和动作。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础驱动装置和检测装置驱动装置和检测装置驱动装置和检测装置驱动装置和检测装置 驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构。执行机构大都采用
7、直流或交流伺服电动机。构。执行机构大都采用直流或交流伺服电动机。构。执行机构大都采用直流或交流伺服电动机。构。执行机构大都采用直流或交流伺服电动机。驱动装置接收来自数控装置的指令信息，经功率驱动装置接收来自数控装置的指令信息，经功率驱动装置接收来自数控装置的指令信息，经功率驱动装置接收来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加工出符合图样要求的零件。动部件，以加工出符合图样要求的零件。动部件，以加工出符合图样要求的零件。动部件，
8、以加工出符合图样要求的零件。检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控中。数控装出来，经反馈系统输入到机床的数控中。数控装出来，经反馈系统输入到机床的数控中。数控装出来，经反馈系统输入到机床的数控中。数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令值运动。控制驱动装置按指令值运动。控制驱动
9、装置按指令值运动。控制驱动装置按指令值运动。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础辅助控制装置辅助控制装置辅助控制装置辅助控制装置 辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工置的启停，工件和机床部件的松
10、开、夹紧，分度工置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。作台转位分度等开关辅助动作。作台转位分度等开关辅助动作。作台转位分度等开关辅助动作。辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液功率放大后驱动相应的电器，带动机
11、床的机械、液功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。辅助控制装置普遍使用辅助控制装置普遍使用辅助控制装置普遍使用辅助控制装置普遍使用PLCPLC。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础机床本体机床本体机床本体机床本体 数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整数控机床的机床本体与传统
12、机床相似，只是在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。以及操作机构等方面发生了很大的变化。以及操作机构等方面发生了很大的变化。以及操作机构等方面发生了很大的变化。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础控制介质输入装置数控装置机床驱动装置辅助控制装置检测装置数控机床的基本结构图第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础1.31.3数控机床控制系统数控机床控制系统 系统组成图 数控装置（数控装置（数控装置（数控装置（CN
13、CCNC）进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统 主轴伺服系统主轴伺服系统主轴伺服系统主轴伺服系统 机床强电控制系统机床强电控制系统机床强电控制系统机床强电控制系统第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础数控机床电气控制系统组成图第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础数控装置（数控装置（数控装置（数控装置（CNCCNC）数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心。数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心。数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心。数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心。它能够自动地对输入的数控加工程序进行处理，它能够自动地对输入的数控加工程序进行处理，它
14、能够自动地对输入的数控加工程序进行处理，它能够自动地对输入的数控加工程序进行处理，将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一将数控加工程序信息按两类控制量分别输出：一类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散类是连续控制量，送往伺服系统；另一类是离散的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协的开关控制量，送往机床强电控制系统，从而协调控制机床各部
15、分的运动，完成数控机床所有运调控制机床各部分的运动，完成数控机床所有运调控制机床各部分的运动，完成数控机床所有运调控制机床各部分的运动，完成数控机床所有运动的控制，实现数控机床的加工过程。动的控制，实现数控机床的加工过程。动的控制，实现数控机床的加工过程。动的控制，实现数控机床的加工过程。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统进给伺服系统 进给伺服系统由进给轴伺服电机进给伺服系统由进给轴伺服电机进给伺服系统由进给轴伺服电机进给伺服系统由进给轴伺服电机(一般内装速度一般内装速度一般内装速度一般内装速度和位置检测器件和位置检测器件和位置检测器件和位置检测
16、器件)和进给伺服装置组成。进给伺和进给伺服装置组成。进给伺和进给伺服装置组成。进给伺和进给伺服装置组成。进给伺服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削服系统驱动机床各坐标轴的切削进给，提供切削过程中所需要的转矩、运转速度。过程中所需要的转矩、运转速度。过程中所需要的转矩、运转速度。过程中所需要的转矩、运转速度。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础主轴伺服系统主轴伺服系统主轴伺服系统主轴伺服系统 主轴伺服系统包括主轴电机主轴伺服系统包括主轴电机主轴伺服系统包括主轴电机主轴伺服系统包括主轴电机(含速度检
17、测器件含速度检测器件含速度检测器件含速度检测器件)和和和和主轴伺服装置，实现对主轴转速的调节控制，有主轴伺服装置，实现对主轴转速的调节控制，有主轴伺服装置，实现对主轴转速的调节控制，有主轴伺服装置，实现对主轴转速的调节控制，有的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。的主轴伺服装置还含有主轴定向控制功能。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础机床强电控制系统机床强电控制系统机床强电控制系统机床强电控制系统 包括可编程控制器控制系统和继电器接触器控制包括可编程控制器控制系统和继电器接触器控制包括可编程控制器控制系统和
18、继电器接触器控制包括可编程控制器控制系统和继电器接触器控制系统。系统。系统。系统。机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助动作动作动作动作(包括电动系统、液压系统、气动系统、冷包括电动系统、液压系统、气动系统、冷包括电动系统、液压系统、气动系统、冷包括电动系统、液压系统、气动系统、冷却箱及润滑油箱等却箱及润滑油箱等却箱及润滑油箱等却箱及润滑油箱等)的控制外，还包括对保护开的控制外，还包括对保护开的控制外，还包括对保护开的控制外，还包括对保护开关、各种行程极限开关和操作
19、盘上所有元件关、各种行程极限开关和操作盘上所有元件关、各种行程极限开关和操作盘上所有元件关、各种行程极限开关和操作盘上所有元件(包包包包括各种按键、操作指示灯、波段开关括各种按键、操作指示灯、波段开关括各种按键、操作指示灯、波段开关括各种按键、操作指示灯、波段开关)的检测和的检测和的检测和的检测和控制。在机床强电控制系统中，可编程控制器控制。在机床强电控制系统中，可编程控制器控制。在机床强电控制系统中，可编程控制器控制。在机床强电控制系统中，可编程控制器(PLC)(PLC)可替代机床上传统的强电控制中大部分机可替代机床上传统的强电控制中大部分机可替代机床上传统的强电控制中大部分机可替代机床上传
20、统的强电控制中大部分机床电器，从而实现对润滑、冷却、气动、液压和床电器，从而实现对润滑、冷却、气动、液压和床电器，从而实现对润滑、冷却、气动、液压和床电器，从而实现对润滑、冷却、气动、液压和主轴换刀等系统的逻辑控制。主轴换刀等系统的逻辑控制。主轴换刀等系统的逻辑控制。主轴换刀等系统的逻辑控制。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础1.41.4进给运动控制（插补）进给运动控制（插补）按运动轨迹分类按运动轨迹分类按运动轨迹分类按运动轨迹分类 按伺服系统分类按伺服系统分类按伺服系统分类按伺服系统分类第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础按运动轨迹分类按运动轨迹分类按运动轨迹分类按运动
21、轨迹分类 点位控制系统点位控制系统点位控制系统点位控制系统 直线控制系统直线控制系统直线控制系统直线控制系统 轮廓控制系统轮廓控制系统轮廓控制系统轮廓控制系统 示 意 图 示 意 图 示 意 图第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础数控钻床点位控制示意图点位控制系统只是精确地控制刀具相对工件从一点位控制系统只是精确地控制刀具相对工件从一个坐标点移动到另一个坐标点，移动过程中不进行任个坐标点移动到另一个坐标点，移动过程中不进行任何切削加工，点与点之间移动轨迹、速度和路线决定何切削加工，点与点之间移动轨迹、速度和路线决定了生产率的高低。为了提高加工效率，保证定位精度，了生产率的高低。为了提
22、高加工效率，保证定位精度，系统采用系统采用“快速趋近，减速定位快速趋近，减速定位”的方法实现控制。的方法实现控制。这类数控机床有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。这类数控机床有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础数控铣床直线控制示意图直线控制系统不仅要求具有准确的定位功能，而直线控制系统不仅要求具有准确的定位功能，而且要控制两点之间刀具移动的轨迹是一条直线，且在且要控制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。移动过程中刀具能以给定的进给速度进行切削加工。直线控制系统的刀具运动轨迹一般是平行于各坐直线控制系统的刀
23、具运动轨迹一般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。件，其合成运动的轨迹是与坐标轴成一定夹角的斜线。这类数控机床有数控车床、数控镗铣床等。这类数控机床有数控车床、数控镗铣床等。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础数控线切割机床加工示意图轮廓控制系统能同时控制两个或两个以上坐标轴，轮廓控制系统能同时控制两个或两个以上坐标轴，需要进行复杂的插补运算，即根据给定的运动代码指需要进行复杂的插补运算，即根据给定的运动代码指令和进给速度，计算刀具相对工件的运动轨迹，实现令和进给速度，
24、计算刀具相对工件的运动轨迹，实现连续控制。这类数控机床有数控车床、数控铣床、数连续控制。这类数控机床有数控车床、数控铣床、数控线切割机床、数控加工中心等控线切割机床、数控加工中心等。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础按伺服系统分类按伺服系统分类按伺服系统分类按伺服系统分类 开环控制系统开环控制系统开环控制系统开环控制系统 半闭环控制系统半闭环控制系统半闭环控制系统半闭环控制系统 闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统 系统框图 系统框图 系统框图第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础开环控制系统框图开环控制系统没有检测反馈装置，以步进电机作为开环控制系统没有检测反
25、馈装置，以步进电机作为驱动元件，由步进驱动装置和步进电机组成。驱动元件，由步进驱动装置和步进电机组成。在开环控在开环控制系统中，制系统中，CNC装置输出的指令脉冲经驱动电路进行功装置输出的指令脉冲经驱动电路进行功率放大，控制步进电机转动，再经机床传动机构带动工率放大，控制步进电机转动，再经机床传动机构带动工作台移动。这类系统结构简单、价格低廉，调试和维修作台移动。这类系统结构简单、价格低廉，调试和维修都比较方便，但无位置闭环控制，精度主要取决于步进都比较方便，但无位置闭环控制，精度主要取决于步进电机及传动机构的精度，因而精度较差。电机及传动机构的精度，因而精度较差。第第一一章章 数数控控机机床
26、床控控制制基基础础半闭环控制系统框图 半闭环控制系统位置检测装置安装在电动机或丝杠半闭环控制系统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，间接测量机床工作台的实轴端，通过角位移的测量，间接测量机床工作台的实际位置，并与际位置，并与CNC装置的指令值进行比较，用差值进装置的指令值进行比较，用差值进行控制。半闭环控制系统以交、直流伺服电机作为驱行控制。半闭环控制系统以交、直流伺服电机作为驱动元件，由位置比较、速度控制、伺服电机等组成。动元件，由位置比较、速度控制、伺服电机等组成。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础闭环控制系统框图闭环控制系统位置检测装置安装在机床工作台闭环控
27、制系统位置检测装置安装在机床工作台上，直接测量工作台的实际位移，并与上，直接测量工作台的实际位移，并与CNC装置的装置的指令值进行比较，用差值进行控制。闭环控制系统指令值进行比较，用差值进行控制。闭环控制系统以交直流伺服电机作为驱动元件，用于高精度设备以交直流伺服电机作为驱动元件，用于高精度设备的控制。的控制。第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础1.51.5开关量（顺序）控制开关量（顺序）控制输入接口接收机床操作面板各开关、按钮的输入接口接收机床操作面板各开关、按钮的输入接口接收机床操作面板各开关、按钮的输入接口接收机床操作面板各开关、按钮的信号，分为信号，分为信号，分为信号，分为
28、输出接口将机床各种工作状态灯的信息送到输出接口将机床各种工作状态灯的信息送到输出接口将机床各种工作状态灯的信息送到输出接口将机床各种工作状态灯的信息送到机床操作面板，把控制机床动作的信号送机床操作面板，把控制机床动作的信号送机床操作面板，把控制机床动作的信号送机床操作面板，把控制机床动作的信号送到强电柜，分为到强电柜，分为到强电柜，分为到强电柜，分为 首先通过滤波吸收来抑制首先通过滤波吸收来抑制首先通过滤波吸收来抑制首先通过滤波吸收来抑制干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办干扰信号的产生，然后采用光电隔离的办法使微机与强电
29、部件不共地，阻断干扰信法使微机与强电部件不共地，阻断干扰信法使微机与强电部件不共地，阻断干扰信法使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导，同时实现电子转换。号的传导，同时实现电子转换。号的传导，同时实现电子转换。号的传导，同时实现电子转换。触点输入的接收电路触点输入的接收电路电压输入的接收电路电压输入的接收电路继电器输出电路继电器输出电路无触点输出电路无触点输出电路光电隔离电路光电隔离电路第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础触点输入的接收电路触点输入的接收电路第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础电压输入的接收电路电压输入的接收电路第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础继电器输出电路继电器输出电路第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础无触点输出电路无触点输出电路第第一一章章 数数控控机机床床控控制制基基础础光电隔离电路光电隔离电路