《数控铣床》数控铣床基础知识（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《数控铣床》数控铣床基础知识-讲义 知识点一 数控铣床： 1、 数控铣床定义： 数控铣床是用计算机数字化信号控制的铣床。它把加工过程中所需的各种操作(如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等)和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码表示，通过控制介质或数控面板等将数字信息送入专用或通用的计算机，由计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行机构，使机床自动加工出所需要的工件。 图1 立式数控铣床外形 2、 加工中心: 带刀库和自动换刀装置的数控镗铣床 图2 所示为立式加工中心外形 3、 数控铣床(加工中心)上零件的加工过程： 图3 零件的加工过程 数控机床自动加工零件是由以下哪个部分来控制的（ ） A. 数控系统 B. 操作者 C. 伺服系统 D. 辅助装置 【答案】A 【解析】数控系统是数控机床的“大脑”，负责接收并处理加工指令（如 G 代码、M 代码），通过运算将指令转化为控制信号。它指挥伺服系统、辅助装置等各部件协同工作，从而实现零件的自动加工，是控制核心。 1. 数控铣床的核心控制方式是（ ）​ A. 依靠人工手动操作机床手柄​ B. 通过机械凸轮机构控制刀具运动 C. 利用计算机数字化信号进行自动化控制 D. 依赖液压系统实现工件加工方向不同、间距相等 【答案】C 【解析】数控铣床的核心特征就是利用计算机数字化信号进行自动化控制，区别于传统铣床的手动操作。 2. 以下关于数控铣床工作原理的描述，正确的是（ ）​ A. 直接将机械动作转化为物理信号控制机床​ B. 把加工操作和位移量用数字化代码表示，经计算机处理后控制执行机构​ C. 仅通过数控面板输入指令，无需计算机参与运算​ D. 依靠操作者经验判断加工步骤，无需编程台虎钳钳口最大夹持厚度（0~146mm） 【答案】B 【解析】数控铣床的工作原理是把加工过程中的各种操作和刀具与工件之间的相对位移量用数字化的代码表示，通过控制介质或数控面板将数字信息送入计算机，计算机处理运算后发出指令控制执行机构。 3. 数控铣床在加工过程中，实现刀具与工件相对位移的关键部件是（ ）​ A. 数控系统​ B. 伺服系统​ C. 冷却系统​ D. 刀库 【答案】B 【解析】伺服系统接收数控系统发出的指令信号，驱动电机带动工作台、主轴等部件运动，从而实现刀具与工件的相对位移。 1. 数控铣床区别于传统铣床的主要特点是（ ）​ A. 只能加工简单平面零件​ B. 加工精度完全依赖操作者经验​ C. 通过数字化代码编程实现自动化加工​ D. 无法加工复杂曲面轮廓 【答案】C 【解析】数控铣床通过编写数字化代码（如 G 代码、M 代码）进行编程，实现自动化加工，这是与传统铣床最大的区别。 2. 数控铣床在接收加工指令时，不可以通过以下哪种方式将数字信息送入计算机（ ）​ A. U 盘​ B. 数控面板手动输入​ C. 机械齿轮传动​ D. 网络传输​ 【答案】C 【解析】机械齿轮传动是机械结构中传递动力和运动的方式，无法用于传输数字信息。 3. 下列关于数控铣床与传统铣床的说法，正确的是（ ）​ A. 数控铣床加工效率一定低于传统铣床​ B. 传统铣床能通过编程实现复杂零件的自动化加工​ C. 数控铣床可通过修改程序快速切换加工不同零件​ D. 传统铣床和数控铣床都依靠计算机数字化信号控制 【答案】C 【解析】数控铣床通过修改程序就能快速调整加工任务，实现不同零件的加工，这正是其柔性化生产的优势。 · 数字化控制本质：数控铣床以计算机数字化信号为控制核心，通过G代码、M代码等数字指令替代传统机械手动操作，实现机床自动化运行。 · 工作原理流程：将加工操作与位移量转化为数字代码，经控制介质输入计算机，系统处理运算后，驱动伺服系统带动刀具与工件相对运动，完成加工。 · 核心技术优势：相比传统铣床，数控铣床具备高精度（误差 ±0.01mm 级）、自动化加工和柔性生产能力，可通过修改程序快速切换加工不同零件。 知识点二 数控铣床种类： 1、 按机床形态分类： 数控铣床有立式、卧式和龙门式三种。其中立式、卧式数控铣床应用较广。立式数控铣床主轴处于垂直位置，适宜加工高度方向尺寸相对较小的工件。卧式数控铣床主轴是水平设置的，结构比立式复杂，占地面积较大、价格较高，宜加工箱体类零件。龙门式数控铣床用于加工特大型零件。 图1 卧式数控铣床 2、 按控制方式分类： 按控制方式分，数控铣床可分为开环控制、半闭环控制和闭环控制的数控铣床三大类。 1. 开环控制系统的数控铣床 开环控制系统的数控铣床是指不带反馈装置的数控铣床。进给伺服系统采用步进电动机，数控系统每发出一个指令脉冲，经驱动电路功率放大后，驱动步进电动机旋转一个角度，然后经过减速齿轮和丝杠螺母机构，转换为工作台的直线移动。系统信息流是单向的。 图2 开环控制系统框图 开环控制系统的数控铣床不具有反馈装置，对移动部件实际位移量的测量不能与原指令值进行比较，也不能进行误差校正，因此系统精度低。因其结构简单、成本低、技术容易掌握，故在中、小型控制系统的经济型数控铣床中得到应用，尤其适用于旧机床改造的简易数控铣床中。 2. 半闭环控制系统的数控铣床 半闭环控制系统的数控铣床在伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接测量移动部件的位移，然后反馈到数控装置中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，以弥补移动部件位移，直至差值消除为止。由于丝杠螺母机构不包括在闭环之内，所以丝杠螺母机构的误差仍然会影响移动部件的位移精度。 图3 半闭环控制系统框图 半闭环控制系统框图 半闭环控制系统的数控铣床(加工中心)采用伺服电动机，结构简单、工作稳定、使用维修方便，目前应用比较广泛。 3. 闭环控制系统的数控铣床 闭环控制系统的数控铣床在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才停止，达到精度要求。 图4 闭环控制系统框图 闭环控制系统数控铣床的优点是定位精度高(一般可达0.01mm，最高可达0.001mm)，但结构复杂、维修困难、成本高，一般用于加工精度要求很高的场合。 3、 按数控系统分类 目前工厂常用的数控系统有FANUC(发那科)数控系统、SIEMENS(西门子)数控系统、华中数控系统、广州数控系统、三菱数控系统等。每一种数控系统又有多种型号，如FANUC(发那科)系统从0i到23i；SIEMENS(西门子)系统从SINUMERIK 802S、802C到802D、810D、840D等。各种数控系统指令各不相同，同一系统不同型号，其数控指令也略有差别，使用时应以数控系统说明书指令为准。 按机床形态分类，适用于加工箱体类零件的数控铣床是（ ） A. 立式数控铣床 B. 卧式数控铣床 C. 龙门式数控铣床 D. 经济型数控铣床 【答案】B 【解析】卧式数控铣床主轴水平布置，配合回转工作台可实现多面加工，适合箱体类零件（如变速箱壳体）；立式铣床主轴垂直，多用于平面加工；龙门式用于特大型零件。 1. 开环控制系统的数控铣床不具备以下哪个特点（ ） A. 采用步进电动机驱动 B. 结构简单成本低 C. 具有高精度定位能力 D. 常用于经济型数控铣床 【答案】C 【解析】开环控制系统无反馈装置，无法校正误差，精度较低（一般 ±0.1mm）；其特点是结构简单、成本低，采用步进电机，常用于经济型机床。高精度定位是闭环系统的优势。 2. 半闭环控制系统的数控铣床，其位置检测装置安装在（ ） A. 工作台导轨上 B. 伺服电机轴或滚珠丝杠端部 C. 刀具主轴上 D. 数控系统内部 【答案】B 【解析】半闭环系统通过检测伺服电机或丝杠转角间接测量位移，检测装置安装在电机轴或丝杠端部；闭环系统则直接安装在工作台上。 3. 加工精度要求达到 ±0.001mm 的精密零件，应选择哪种控制系统的数控铣床（ ） A. 开环控制 B. 半闭环控制 C. 闭环控制 D. 以上均可 【答案】C 【解析】闭环控制系统直接检测工作台实际位移，定位精度最高（可达 ±0.001mm），适合精密零件加工；开环精度最低，半闭环次之。 1. 数控铣床按机床形态分类时，龙门式结构的主要优势是（ ） A. 占地面积小 B. 适合加工特大型零件 C. 主轴转速高 D. 价格低廉 【答案】B 【解析】龙门式数控铣床具有跨距大、承载能力强的特点（跨度可达 3-10 米），适合加工船舶、航空航天等领域的特大型零件；但其结构庞大，成本较高。 2. 华中数控系统属于以下哪种分类方式？ A. 按机床形态分类 B. 按控制方式分类 C. 按数控系统分类 D. 按加工精度分类 【答案】C 【解析】华中数控是国产数控系统品牌，与FANUC、SIEMENS等同属按数控系统分类；机床形态分立式/卧式/龙门式，控制方式分开放/半闭环/闭环。 3. 以下哪种数控系统属于德国品牌（ ） A. FANUC B. SIEMENS C. 华中数控 D. 广州数控 【答案】B 【解析】SIEMENS（西门子）是德国品牌，FANUC是日本品牌，华中数控和广州数控为国产系统。 · 形态分类与适用场景：数控铣床按形态分为立式、卧式和龙门式。立式主轴垂直，适合加工高度小的工件；卧式主轴水平，常用于箱体类零件；龙门式则用于加工特大型零件。 · 控制方式与精度差异：按控制方式分为开环、半闭环和闭环。开环无反馈，精度低，成本也低，多用于经济型机床；半闭环通过检测丝杠转角间接测位移，应用广泛；闭环直接检测工作台位移，精度最高，适用于高精度加工场景。 · 数控系统的多样性：工厂常用数控系统有 FANUC、SIEMENS、华中数控等多种品牌，各品牌下又有不同型号，且不同系统及同系统不同型号的数控指令均存在差异，使用时需以对应说明书为准。 知识点三 数控铣床组成及加工特点 数控铣床一般由机床主机、控制部分、驱动部分、辅助部分等组成，加工中心还包括刀库及自动换刀装置。 表1 数控铣床的组成部分 表2 数据铣床加工特点 数控铣床的核心控制单元是（ ） A. 伺服系统 B. 数控系统 C. 主轴部件 D. 冷却系统 【答案】B 【解析】数控系统是数控铣床的 “大脑”，负责接收、处理加工指令并控制各部件协同工作；伺服系统执行运动控制，主轴部件提供切削动力，冷却系统属于辅助部分。 1. 下列哪项不属于数控铣床的驱动部分（ ） A. 步进电机 B. 伺服电机 C. 滚珠丝杠 D. 数控装置 【答案】D 【解析】驱动部分包括电机（步进/伺服）、传动机构（滚珠丝杠、联轴器）等；数控装置属于控制部分，负责指令处理，不直接参与驱动。 2. 加工中心区别于普通数控铣床的关键部件是（ ） A. 刀库与自动换刀装置 B. 主轴电机 C. 冷却系统 D. 工作台 【答案】A 【解析】加工中心通过刀库和自动换刀装置（ATC）实现多工序连续加工，普通数控铣床需手动换刀；主轴电机、冷却系统和工作台为通用部件。 3. 数控铣床的辅助部分不包括以下哪项（ ） A. 润滑系统 B. 液压系统 C. 反馈装置 D. 排屑装置 【答案】C 【解析】辅助部分包括润滑、液压、气动、排屑、冷却等系统；反馈装置（如光栅尺、编码器）属于控制检测环节，用于闭环/半闭环控制。 1. 数控铣床加工的主要特点不包括（ ） A. 加工精度高 B. 适合单件小批量生产 C. 完全依赖人工操作 D. 可加工复杂曲面 【答案】C 【解析】数控铣床通过程序自动化加工，减少人工干预；其特点包括高精度（±0.01mm 级）、柔性生产（适合单件小批量）、可加工复杂曲面（如五轴联动）。 2. 下列关于数控铣床主轴部件的描述，错误的是（ ） A. 主轴提供切削加工的旋转运动 B. 主轴转速越高，加工效率一定越高 C. 电主轴是高速加工的常用配置 D. 主轴精度影响工件表面质量 【答案】B 【解析】主轴转速需与进给量、切削深度匹配，过高转速可能导致刀具磨损加剧或加工振动；电主轴转速可达 40,000r/min 以上，适合高速加工；主轴精度直接影响加工表面粗糙度。 3. 数控铣床相比传统铣床的核心优势体现在？ A. 仅能加工简单平面零件 B. 加工精度完全依赖操作者经验 C. 通过修改程序即可适应不同零件加工 D. 设备成本显著降低 【答案】C 【解析】数控铣床的柔性化特征是其核心优势，通过修改数控程序即可快速切换加工任务，适合多品种小批量生产；传统铣床需重新调整机械结构。 · 数控铣床主要由机床主机、控制部分、驱动部分和辅助部分组成。机床主机是基础，包括床身、工作台、主轴部件等；控制部分的数控系统是 “大脑”，负责接收处理指令；驱动部分含伺服电机、滚珠丝杠等，实现刀具与工件的相对运动；辅助部分涵盖冷却、润滑、排屑等系统，保障机床正常运行，各部分协同工作实现自动化加工。 · 数控铣床凭借多坐标联动与程序控制优势，具有高精度、高柔性、自动化强三大核心加工特点 知识点四 数控铣床的应用场合 数控铣床相对于一般铣床具有许多优点，随着数控技术的发展，数控铣床的应用范围也在不断扩大，但因设备投资费用较高，还不能完全替代普通铣床，它最适用于以下几种情况。 1. 形状复杂的零件。形状复杂的零件，如凸轮、样板、具、叶片等，使用普通铣床加工困难，有时甚至无法加工，因此其不论批量大小，都适宜采用数控铣床加工。 2. 精度高，尺寸一致性要求高的零件。数控铣床通过数控程序控制零件尺寸精度，首件加工合格后，能保证一批零件的尺寸精度，且精度不受人为因素的影响，尺寸一致性好仅存在刀具磨损带来的误差影响。 3. 多品种、小批量生产的零件。零件生产批量与加工总费用存在一定关系，当生产批量在100件以下、具有一定复杂程度的零件用数控铣床加工时，加工费用最低，能获得较高的经济效益。 4. 频繁改型的零件。当生产的产品不断更新时，使用数控铣床只需更改相应数控加工程序，从而节省大量的工艺装备，使综合费用降低。 5. 价值昂贵，不允许报废的关键零件。 6. 设计制造周期短的急需零件。 用数控铣床替代普通铣床，可提高生产率，减轻劳动者工作强度，是技术发展不可逆转的方向和趋势。 下列哪种零件最适合使用数控铣床加工（ ） A. 大批量生产的标准螺母 B. 形状简单的平板零件 C. 精度要求不高的普通垫片 D. 复杂曲面的航空发动机叶片 【答案】D 【解析】数控铣床擅长加工形状复杂、精度要求高的零件，如航空发动机叶片，普通铣床难以实现。 1. 对于生产批量为 50 件、结构复杂的零件，采用哪种加工方式经济效益最高（ ） A. 普通铣床手工加工 B. 数控铣床加工 C. 3D 打印成型 D. 铸造后打磨 【答案】B 【解析】当生产批量在100件以下且零件有一定复杂程度时，数控铣床通过编程一次性装夹加工，效率和精度优于普通铣床，成本低于频繁更换工装的传统方式；3D打印和铸造不适合高精度机械零件。 2. 某企业需要频繁更新产品型号，优先选择哪种设备可降低成本（ ） A. 传统万能铣床 B. 数控铣床 C. 普通钻床 D. 磨床 【答案】B 【解析】数控铣床只需修改程序即可适应产品改型，无需重新设计工装；传统铣床每次改型需调整夹具、刀具，成本高且周期长。 3. 价值昂贵且不允许报废的关键零件，适合用数控铣床加工的主要原因是（ ） A. 设备采购成本低 B. 加工过程完全自动化，无需人工干预 C. 可精准控制精度，减少废品率 D. 能同时加工多个不同零件 【答案】C 【解析】数控铣床通过精确编程和反馈控制，可保证关键零件的加工精度，降低报废风险；其设备成本高，加工过程仍需人工装夹、监控，且一般一次加工一个零件。 1. 急需交付（设计制造周期短）的零件，数控铣床的核心优势是（ ） A. 无需编程，直接加工 B. 可同时使用多台设备并行加工 C. 一次编程后快速投产，减少工艺准备时间 D. 对操作人员技术要求低 【答案】C 【解析】数控铣床只需编写程序即可快速投产，相比普通铣床调试工装的流程更高效；编程是必要步骤，且操作仍需专业培训，多台并行需额外资源。 2. 下列哪种零件不适合使用数控铣床加工（ ） A. 单件生产的复杂模具 B. 大批量生产的普通螺栓 C. 改型频繁的电子产品外壳 D. 高精度医疗器械零件 【答案】B 【解析】大批量生产的普通螺栓适合用专用机床或自动生产线，效率高、成本低；数控铣床在单件复杂模具、改型频繁产品及高精度零件加工中优势明显。 3. 要求尺寸一致性极高的零件，数控铣床的主要优势在于（ ） A. 完全不受刀具磨损影响 B. 通过数控程序消除人为操作误差 C. 加工速度比普通铣床快5倍 D. 无需进行质量检测 【答案】B 【解析】数控铣床通过程序控制加工，可消除人为操作误差，保证尺寸一致性；刀具磨损仍会影响精度，需定期更换；其加工速度并非固定比普通铣床快5倍，且仍需质量检测。 · 适用零件类型：数控铣床适用于形状复杂（如凸轮、叶片）、精度要求高且尺寸一致性要求严格的零件加工，普通铣床难以完成此类零件的加工或无法保证精度。 · 生产场景优势：在多品种小批量（100 件以下）生产、产品频繁改型、制造周期短的急需零件加工，以及价值昂贵不容报废的关键零件加工中，数控铣床凭借编程灵活、高效精准的特点，展现出显著优势。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$