考点1 数控机床基础知识《数控加工工艺与编程》四川省（对口招生）智能制造类 知识点讲解

四川省智能制造类对口高考复习讲义 《数控加工工艺与编程》 考点1 数控机床基础知识 ■考纲要求 1.了解数控机床的发展。 2.了解数控机床的组成及其各部分的作用。 3.掌握数控机床的分类。 4.理解数控机床加工内容及其运动形式。 5.掌握数控机床坐标系组成。 6.理解数控机床的加工特点及应用范围。 ■知识网络 一、知识树 图5-1-1 数控机床基础知识树 二、重点知识梳理 （一）数控机床的发展 1.数控机床的产生 （1）1952年在美国麻省理工学院研制了世界上第一台试验性三坐标数控铣床。 （2）1955年数控机床开始批量用于生产，在复杂曲面机件的加工中发挥了重要作用。 （3）1958年中国在清华大学研制出我国第一台数控机床，也是亚洲第一台数控机床。 2.数控机床的发展 数控系统经历了两个阶段和六代发展，即NC阶段和CNC阶段，随着元器件的发展经历了电子管元件、晶体管电路和小、中规模集成电路三代，随着计算机技术的发展，经历了大规模集成电路的小型计算机控制系统、微处理器、微机时代。 NC：数字控制，是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。 CNC：计算机数字控制。 （二）数控机床的组成及其各部分的作用 1.数控机床的组成：输入/输出设备、数控装置、可编程控制器、伺服系统、测量装置、机床本体。 （1）输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交换的装置。 （2）数控装置是数控系统的核心部分。 （3）可编程控制器PLC是用二进制与逻辑运算、顺序动作有关的I/O控制，由硬件和软件组成。 （4）伺服系统是CNC装置和机床的联系环节，是数控机床的执行机构。 （5）测量装置是位置和速度测量装置，它是实现主轴、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。 （6）机床本体是数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部件。组成：床身、工作台、主轴箱、进给机构、自动刀具交换系统和辅助装置（如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）组成。 2.数控机床组成部分的作用 表5-1-1 数控机床组成部分作用 数控机床组成部件 作用 输入/输出设备 将零件加工程序输入CNC系统，或将调试好的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相适应的介质上。 数控装置 输入的信息，对其进行识别、储存、运算，然后输出控制命令到相应的执行部件完成加工程序和操作者所要求的工作。 可编程控制器 控制数控机床的辅助加工动作。 伺服系统 将数控装置输出的信号转化为移动部件的运动，对速度和位置进行控制。 测量装置 可以随时检测工作台实际位移值，并经反馈装置输入到机床的数控系统中。 机床本体 完成数控加工任务。 （三）数控机床的分类 1.按机床运动轨迹分类：点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床。 （1）点位控制数控机床，刀具从某一点位置向另一点位置移动，没有中间移动轨迹要求（数控镗床、数控钻床、数控电焊机、数控折弯机等）； （2）直线控制数控机床，控制点到点的准确位置之外，还要保证两点之间移动的轨迹为一条直线，对移动速度也有控制（数控车床、数控磨床、数控铣床等）； （3）轮廓控制数控机床，同时控制两个以上联动轴的控制，具有插补功能（数控车床、数控铣床、加工中心等）。 2.按伺服系统类型分类：开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床。 （1）开环控制数控机床也称为经济型数控机床，无位置检测反馈装置，采用步进电机，特点：控制线路简单、调节方便、加工精度较低、系统稳定、机床成本低，适用于经济类中小型数控机床； （2）闭环控制数控机床带有位置检测装置和位置检测元件，位置检测元件安装在工作台上，特点：加工精度高、结构复杂、系统调试和维修困难、成本较高，适用于精度要求较高的镗铣床、超精车床和加工中心； （3）半闭环控制数控机床带有位置检测装置和位置检测元件，位置检测元件安装在伺服电机或数控机床传动丝杆的端部，特点：调试维修方便，广泛适用于中、小型数控机床。 3.按工艺用途分类：金属切削类数控机床、金属成形类数控机床、特种数控机床、其他类型数控机床。 （1）金属切削类数控机床包括数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床、加工中心等。 （2）金属成形类数控机床包括数控折弯机、数控剪板机、数控弯管机、数控压力机和数控切割机等。 （3）特种数控机床包括数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床、数控火焰切割机床和数控激光加工等机床。 （4）其他类型的数控机床有数控三坐标测量机床和数控装配机等。 4.按数控系统功能水平分类：高、中、低档。 5.按数控坐标轴联动分类：两轴联动、两轴半联动、三轴联动、多轴联动。 （1）两轴联动：数控机床在加工零件时可实现两个坐标轴方向同时运动。 （2）两轴半联动：数控机床在加工零件时，工件先在某一平面内进行两坐标轴方向的联动，然后沿第三个坐标轴方向做等距周期移动，如此反复，直到加工完毕。 （3）三轴联动：数控机床在加工零件时可实现三个坐标轴的联动。 （4）多轴联动：数控机床在加工零件时，可以实现四个坐标轴、五个坐标轴甚至六个坐标轴的联动。 （四）数控机床的加工内容及主要运动形式 1.数控车床加工内容及其主要运动形式 数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。数控车床加工的基本内容有：车外圆柱面、车外圆锥面、车端面、车外螺纹、车槽、钻孔、钻中心孔、铰孔、镗孔、攻丝、车成形面，工件旋转为主运动、刀具的直线运动为进给运动。 2.数控铣床加工内容及其运动形式 数控铣床（加工中心）主要用于箱体、泵体、阀体、壳体和机架等零件。数控铣床加工的基本内容有：铣平面、铣台阶面、铣矩形槽、铣键槽、铣T型槽、铣螺旋槽、铣半圆槽、钻孔、镗孔、铣孔、切断、铣齿轮，铣刀的旋转运动是主运动，工件直线移动为进给运动。 （五）数控机床坐标系组成 1.坐标系建立的基本原则： （1）坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系； （2）采用假设工件固定不动，刀具相对工件移动的原则； （3）规定Z轴的运动由传递切削动力的主轴决定，与主轴轴线平行的坐标轴为Z轴，X轴为水平方向，平行于工件装夹面并与Z轴垂直。 （4）采用使刀具与工件之间的距离增大的方向为该坐标系的正方向，反之为负方向。 （5）坐标轴的判断顺序：先判断Z轴，其次判断X轴，最后采用右手笛卡尔直角坐标系判断Y轴。 2.机床坐标系、机床原点及参考点 （1）机床坐标系是机床上固有的坐标系，它是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。机床坐标系机床厂家确定，一般情况下不能随意改动。机床坐标系的原点称为机床原点或机床零点。 （2）机床参考点也是机床上的一个固定点，参考点的固定位置一般设在机床的各轴正向最大极限位置。（开机回零就是回参考点） 3.工件坐标系、编程原点、对刀点、换刀点及起刀点 （1）工件坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系，程序中的坐标值均以此坐标系为依据，因此其又称为编程坐标系。 （2）工件坐标系的原点也称为程序原点或编程原点，由编程人员根据具体情况确定，一般设在图样的设计基准或工艺基准处。 （3）确定工件具体位置的过程是通过对刀来实现的（即在机床坐标系中建立工件坐标系，确定工件原点在机床中的位置）。 （4）对刀点：数控加工中刀具相对工件运动的起点，也可以叫做程序的起点或起刀点。 （5）换刀点：加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。 （六）数控机床的加工特点及应用范围 1.数控机床的加工特点：加工精度高、产品一致性好、生产效率高、劳动强度低、经济效益好和有利于生产管理现代化。 2.数控机床的适用范围 （1）多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件； （2）普通机床很难加工的精密、复杂零件； （3）精度及表面粗糙度要求高的零件； （4）加工过程中需要进行多工序加工的零件； （5）用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件。 ■真题练习 一、单选题（下面选项中只有一个答案是正确的，每题2分，共20分） 1.世界上第一台数控机床是( )年研制出来的 A.1942 B.1948 C.1952 D.1958 2.下列关于数控机床组成的描述不正确的是( ) A.数控机床通常是由控制装置、数控系统、机床本体组成 B.数控机床通常是由控制装置、数控装置、伺服系统、测量反馈装置、辅助控制装置和机床本体组成 C.数控机床通常是由控制装置、数控系统、伺服系统、机床组成 D.数控机床通常是由键盘、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床组成 3.闭环控制系统的反馈装置是装在( )。 A.传动丝杠上 B.电机轴上 C.机床工作台上 D.装在减速器上 4.数控装置将所得到的信号进行一系列处理后，再将其处理结果以( )形式向伺服系统发出执行命令。 A.输入信号 B.位移信号 C.反馈信号 D.脉冲信号 5.( )主要用于经济型数控机床的进给驱动。 A.步进电机 B.直流伺服电机 C.交流伺服电机 D.直流进给伺服电机 6.CNC系统中的PLC是( )。 A.可编程序逻辑控制器 B.显示器 C.多微处理器 D.环形分配器 7.对于配有设计完善的位置伺服系统的数控机床，其定位精度和加工精度主要取决于( )。 A.机床机械结构的精度 B.驱动装置的精度 C.位置检测元器件的精度 D.计算机的运算速度 8.按照机床运动的控制轨迹分类，加工中心属于( )。 A.轮廓控制 B.直线控制 C.点位控制 D.远程控制 9.数控机床中把脉冲信号转换成机床移动部件运动的组成部分称为( )。 A.控制介质 B.数控装置 C.伺服系统 D.机床本体 10.只要数控机床的伺服系统是开环的，一定没有( )装置 A.检测 B.反馈 C.I/O通道 D.控制 11.开环控制系统用于（ ）数控机床上。 A.经济型 B.中档 C.精密 D.高档 12.数控机床的核心是（ ）。 A.伺服系统 B.数控系统 C.反馈系统 D.传动系统 13.数控机床与普通机床的主机最大不同是数控机床的主机采用（ ）。 A.数控装置 B.滚动导轨 C.滚珠丝杠 D.拖板 14.数控机床的检测反馈装置的作用是：将其准确测得的（ ）数据迅速反馈给数控装置，以便与加工程序给定的指令值进行比较和处理。 A.直线位移 B.角位移或直线位移 C.角位移 D.直线位移和角位移 15.闭环控制系统的位置检测元件装在（ ）。 A.传动丝杠上 B.伺服电动机轴上 C.机床移动部件上 D.数控装置中 二、多选题（下面选项中有两个以上答案是正确的，每题2分，共10分） 1.按照伺服系统分类，数控机床可分为（ ）。 A.开环控制数控机床 B.闭环控制数控机床 C.直线控制数控机床 D.轮廓控制数控机床 2.数控机床的由（ ）部分组成 A.数控装置 B.伺服单元、驱动单元和测量装置 C.PLC D.键盘 3.按工艺用途分类，数控机床可分为（ ）。 A.切削加工类 B.成形加工类 C.特种加工类 D.其他类型 4.坐标系的确定原则有（ ）。 A.永远假定刀具远离静止的工件坐标系而运动 B.数控机床的坐标系是采用右手笛卡尔直角坐标系 C.增大工件和刀具之间的距离为正方向 D.刀具静止，工件相对刀具移动 5.数控机床适宜加工（ ）。 A.生产批量小的零件 B.需要进行多次改型设计的零件 、科研试制产品 C.加工精度要求高、形状复杂的零件 D.需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件 三、判断题（正确的画“✓”，错误的画“×”，每题2分，共30分） 1.( )开环数控机床的稳定性低于闭环数控机床。 2.( )机床的运动永远是假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。 3.( )数控加工主要应用于加工零件形状比较复杂、精度要求较高，以及产品更换频繁、生产周期要求短的场合。 4.( )机床参考点通常设在机床各轴靠近正向极限位置。 5.( )旋转体类零件，宜采用数控加工中心或数控磨床加工。 6.( )数控机床重新开机后，一般需先回机床零点。 7.( )数控车床操作切削运动分主运动和进给运动两种，车削时，车刀的移动是进给运动。 8.( )数控机床的伺服系统由驱动装置和执行机构两个部分组成。 9.( )数控车床操作在开环和半闭环数控机床上，定位精度主要取决于进给丝杠的精度。 10.( )闭环数控机床的检测装置，通常安装在伺服电机上。 11.( )数控车床适宜加工轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件、箱体类零件、精度要求高的回转体类零件、特殊的螺旋类零件等。 12.( )点位控制系统不仅要控制从一点到另一点的准确定位，还要控制从一点到另一点的 路径。 13.( )每一个脉冲使机床移动部位产生的位移量称为脉冲当量，一般是0.1-0.01m。 14.( )世界上著名的数控系统生产厂家有日本FANUC公司、德国SIEMENS公司等。 15.( )数控车床的参考点和机床原点重合。 四、填空题（将最恰当的词语或答案填写在横线上，每题2分，共30分） 1.1952年在美国麻省理工学院研制出世界上第一台三坐标数控 。 2. 年在美国研制出世界第一台生产型数控机床。 3. 年在中国国研制出第一台数控机床，也是亚洲第一台数控机床。 4.数控系统经历了 阶段和 阶段。 5.数控机床由输入/输出设备、 、可编程控制器、伺服系统、测量装置、机床本体等组成。 6.当机床刀架回到 时，点动按键的指示灯亮，表示刀架已回到机床零点位置。 7.数控车床按主轴的布置形式分为 和 两种。 8.按伺服系统的控制方式分类，数控机床的步进驱动系统属于 数控系统。 9.数控系统的核心是 。 10.将数控装置输出的信号转化为移动部件的运动，对速度和位置进行控制为 。 11.数控机床按工艺用途分类分为 、 、特种数控机床和其他类型数控机床。 12.数控车床主要用于加工轴类、 的回转体零件。 13.与普通机床相比，数控机床加工精度 ，生产效率 ，劳动强度低。 14.轮廓控制数控机床，不仅能完成点位及点位直线控制数控机床的加工功能，而且能够对 坐标轴进行插补，因而具有各种轮廓切削加工功能。 15.数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，通常称为 。 考点1 真题练习 参考答案 一、单选题 1-5：CDCDA 6-10：ABACB 11-15：ABABC 二、多选题 1.AB 2.ABC 3.ABCD 4.ABC 5.ABCD 三、判断题 1-5：×√√√× 6-10：×√√√× 11-15：×××√× 四、填空题 1.铣床 2.1955 3.1958 4.NC|CNC 5.数控装置 6.参考点 7.立式数控车床|卧式数控车床 8.开环 9.数控装置 10.伺服系统 11.金属切削类数控机床|金属成形类数控机床 12.盘类 13.高|高 14.两轴以上 15.脉冲当量 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $