数控机床的分类与特点

1．什么叫数控机床? 经常提到的“CNC”是什么意思？

答：国际信息处联盟第五技术委员会对数控机床的定义是这样的：数控机床是一种安装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。

“CNC”中第一个“C是”英文“计算机”的第一个字母，“N”是英文“数字”的字头；最后一个字母“C”是英文“控制”的第一个字母。所以“CNC”系统用汉语说就是“计算机数字控制系统”。“CNC”系统是数控机床的核心部分。数控机床功能的强弱主要是由数控功能确定的。

2．数控机床特点有哪些？

答：

1) 加工精度高:数控机床是精密机械和自动化技术的综合体。机床的数控装置可以对机床运动中产生的位移、热变形等导致的误差，通过测量系统进行补偿而获得很高且稳定的加工精度。由于数控机
床实现自动加工，所以减少了操作人员素质带来的人为误差，提高了同批零件的一致性。

2)生产较高：就生产效率而言，相对普通机床，数控机床的效率一般能提高2～3倍、甚至十几倍。主要
体现在以下几个方面:

a.一次装夹完成多工序加工，省去了普通机床加工的多次变换工种、工序间的转件以及
划线等工序。

b.简化了夹具及专用工装等，由于是一次装夹完成加工。所以普通机床多工序的夹具省
去了，即使偶尔必须用到专用夹具。由于数控机床的超强功能夹具的结构也可简化。

3)减轻劳动强度，数控机床的操作由体力型转为智力型。

4)改善劳动条件，如深扬公司的产品采用全封闭护罩,机床不会有水、油、铁屑溅出，可有
效保持工作环境的清洁。

5)有利于生产管理：

a. 程序化控制加工、更换品种方便；

b. 一机多工序加工，减化生产过程的管理，减少管理人员；

c. 可实现无人化生产。

3．数控机床是由哪几部分组成的？

答：数控装置是数控机床的核心(相当于人的大脑),它所想要完成的工作通过伺服系统(相当于人的神经系统)带动机床运动，测量及反馈系统（相当于人的 眼睛等感觉器官），把机床的工作状态急时告诉数控装置。数据传输系统的作用是：由于数控装置的容量有限，各种控制信息要靠数控装置以外的其它计算机等携带和传输，就像人的记忆有限，工作时常常要做些记录，翻翻笔记本似的，作为数控机床的核心深扬公司选用的是世界三大系统制造商之一的日本原装三菱数控系统。

4．数控机床到底控制的是什么？

答：从数控机床最终要完成的任务看,主要以下三个方面:

1)主轴运动控制。

2)进给运动控制(也就是对工作台运动的控制)。

3) 输入/输出(I/O) 控制,也就是对机床的各种状态的控制.如:冷却、润滑、起停刀具自动交换等。

5．数控机床按工艺内容分类有哪几类？

答：

1)数控铣床随着模具制造工艺要求的提高，立式数控铣床已成为主流，既工作台不能上下移动，Z轴是通过主轴箱的上下运动实现的，根据我国目前的国情看该类机床将是传统机床)的主要更新换代产品。

2)加工中心：加工中心与数控铣床的区别在于，加工中心配有可自动换刀的装置和刀库系统，在华南一带也有将全封闭立式数控铣床和加工中心都统称为加工中心，只是把前者叫做不带刀库的加工中心。

3)线切割机床 ：这类机床在模具加工中是最为广泛，也是最为独特的一种数控机床，它是很难被其它加工工艺所取代的。

4)电火花成型机床：它是模具型腔加工必不可少的设备，由于是高速铣削技术的发展，成型机的市场面临新的挑战，所以我公司的电火花成型机产品的发展是把性能价格比放在首位，不盲目扩张，而是发展中等规格的单轴数控电火花成型机床，广泛应用于广东及东南亚市场.

6．数控机床的机械部分是由哪几部分组成的？

答：典型的数控机床的机械结构主要由基础件、主轴传动系统、进给传动系统、回转工作台、自动换刀装置以及其它机械功能部件组成。

基础件主要是指床身、立柱、工作台、主轴箱体等大件。除特殊情况有采用板焊材料、人造花岗岩材料外绝大部分都是用铸铁材料。由于台湾机床的涌入，现在常听到一种叫“米汉纳”的铸铁。让广大用户摸不着头实际就是个英文的译音，是个外来语。不外乎是一种机械强度比较好的铸铁，也就是相当于我们常说的HT250、HT300铸铁而已。我公司的铸铁均为HT300树脂沙造型，各导轨采用中音频淬火硬度度深度达5mm，其铸件质量完全可以同那个叫“米汉纳”的叫板。

其它机械功能部件，主要指润滑、冷却、排屑和监控机构。

7．数控装置具有哪些运算功能?

答：数控装置要接受处理指令信息。指令信息的内容有逻辑动作控制以及形成几何轨迹运动的进给坐标数值计算控制。其中逻辑动作控制主要是指主轴的起停、刀具的选择、切削液的供给以及其它一些开关动作等。

数控装置具有如下运算功能：

（1）输入运算 在信息输入过程中把十进制数转换为二进制数，刀具补偿也在刀具选择输入时进行计算。

（2）运动轨迹运算(插补运算) 点位控制时，对运动轨迹没有要求，往往不需要进行运动轨迹计算，只要作终点判别计算。而轮廓控制，即要求刀具相对于工件的运动轨迹时，常常要求两个或两个以上坐标的联动，加工的任何时刻都要协调，就要进行运动轨迹运算。

（3）准备运算 当输人数据为绝对值时，要计算出增量值。当输入增量值时，为了后续程序段的坐标值转换，必须计算出现在运动终点的绝对值并加以保存。根据指令不同，以及满足指令要求的处理方法不同就有不同的准备运算的内容。

8．数控装置的工作过程包括哪些步骤?

答：数控装置的工作过程包括如下步骤：

（1）开机初始化 接通电源的一瞬间，先对整个数控装置进行一系列的处理，为开机后正常工作做好准备。初始化的内容有：

1）对RAM作为工作寄存器的单元置人初始状态，一般的单元就是清零；对一些特殊的单元，例如各级中断的保护区的返回地址寄存单元，置人该中断服务程序入口地址及设置堆栈栈底地址等。

2）对ROM进行奇偶校验。如果检查发现奇偶有错，则初始化就停止进行，程序直接转入ROM出错处理，报警信号显示主板出错。

3）为数控正常进行而设置一些所需的初始状态。

（2）数控程序的输入 通过纸带或手动输入，把程序送入数控装置。手动数据输入方式是在键盘监控程序的控制下，由操作人员通过面板上的按键，把数控指令逐条输入存储器中。

（3）起动机床 数控程序输入完毕后，即可按下操作面板上的起动按钮，计算机转入“自动”状态。

（4）数控指令的译码处理 程序进入缓冲区中，缓冲区可以存放一个程序段的程序，然后对程序中的指令逐条译码处理并做语法检查。若语法无错误，则根据指令的功能把它们存放在缓冲存储区的专用单元中去。

（5）刀具轨迹计算 根据工件所在坐标系和各轴坐标值、刀具号和刀具半径进行刀具运动轨迹的计算，计算出刀具向各坐标轴方向的移动量，或者说是增量值。

（6）插补运算 根据已知的沿各坐标轴的移动量的增量进行各轴的脉冲分配。计算出的脉冲量，再经过数模转换，转换成模拟量送给各坐标轴。

（7）位置控制 数控系统中伺服系统就是把数控装置给的位移指令转换成机床移动部件的位移，然后再经过位置检测元件把实际位移量反馈给数控装置，数控装置再通过软件对位置进行调整，再一次向伺服系统输出实际需要的进给量。

为了提高精度，还可以通过软件进行螺距误差和齿隙的补偿。

9．经济型数控系统具有哪些特点?在整机中的位置和作用是什么?

答：经济型数控系统(国外又称廉价系统)，量大面广、经济实惠、利用率高，一般应具备以下几个特点：

（1）具有较高的性能价格比。

（2）具有基本的功能，能满足绝大多数的加工要求。

（3）与高档数控系统相比，价格较低。

（4）具有紧凑、灵活的结构，操作方便。

（5）失效率低，维修方便。

经济型数控系统在我国有很大的应用潜力。国内先后也有一些单位进行了经济型数控系统的开发，北京机床研究所于1984年底首家推出商品化的经济型直流伺服数控系统——BS03A经济型数控系统，后又增加了B和C两个型号。

数控系统是数控机床的控制中心，它的控制功能可分为两大类：

（1）运动控制功能。控制电动机的转速、转角和转向，通过机械接口转化为对机床工作台的移动速度、移动距离和移动方向的控制。

（2）M（辅助）S（主轴速度）T（刀具）控制功能。根据程序中的指令，输出相应的信号给机床电气接口，实现对刀具、主轴速度和其它辅助功能的控制。

机床生产厂家和设备改造单位在选定数控系统后，还需进行电气接口和机械接口的设计。

10．如何调试数控机床？

答：8 0 ％以上的机床在安装时必须在现场调试后才能符合其技术指标，这一步的正确与否在很大程序上决定了数控机床能否发挥正常的经济效率以及它本身的使用寿命。因此，在新机床验收时进行检测，使机床一开始安装就能保证达到其技术指标及预期的质量和效率。新机床在使用半年后需再次进行检测，之后可每年检定一次，定期检测机床误差并及时校正螺距、反向间隙等。

数控机床开机，调试应按下列的步骤进行：

一、调试前准备

机床调试前，应首先调整机床床身水平位置，粗调机床主要几何精度，再调整重新组装的主要运动部件与主机的相对位置，如机械手、刀库与主机换刀位置的校正等。之后，按照机床说明书要求加装润滑油、液压油、切削液，接通外接气源。

二、机床通电试车

机床通电试车一般采用各部件分别通电试验后，再作全面供电试验，根据机床说明书检查机床主要部件功能是否正常齐全，使机床各部件都能操作运动。

三、机床精度和功能的调试

1、使用精密水平仪等检测工具，主要通过调整垫铁的方式精调机床主床身的水平，使机床几何精度达到允许公差范围；

2、对自动换刀装置，调整好刀库、机械手位置、行程参数等，再用指令进行动作检查，要求准确无误；

3、对带有 APC 自动交换工作台的机床，调整好相对位置后进行承载自动交换；

4、机床调整完毕后，仔细检查数控系统和可编程控制器中参数设定值是否符合随机指标中规定的数据，然后试验各主要操作功能、安全措施，常用指令执行情况等。

5、检查机床辅助功能及附件的正常工作。

四、机床试运行

试运行是指数控机床在带有一定负载的条件下，经过较长时间的自动运行，比较全面地检查机床功能及工作可靠性的过程。在此过程中，除操作失误引起的故障外，不允许机床有其它故障出现。

试运行中采用的程序叫考机程序，可以采用随箱技术文件中的考机程序，也可自行编制一个考机程序。一般考机程序中应包括：

1、每个坐标的全部运动；

2、数控系统主要功能；

3、主轴最高、最低及常用转速；

4、快速及常用的进给速度；

5、自动交换工作台的动作；

6、装满刀具的刀库选刀及换刀动作。

11．数控程序编制的内容及步骤有哪些？

答：数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图所示，编程工作主要包括：

（1）分析零件图样和制定工艺方案

这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。

（2）数学处理

在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。

12．如何正确为数控机床选用刀具及编程？

答：数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是DNC系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。

目前，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。

因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。

数控加工常用刀具的种类及特点

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。

根据刀具结构可分为：

整体式；

镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；

特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。

根据制造刀具所用的材料可分为：

高速钢刀具；

硬质合金刀具；

金刚石刀具；

其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。

从切削工艺上可分为：

车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；

钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；

镗削刀具；

铣削刀具等。

为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。

数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：

刚性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及热变形小；

互换性好，便于快速换刀；

寿命高，切削性能稳定、可靠；

刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；

刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；

系列化、标准化，以利于编程和刀具管理。

数控加工刀具的选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面(模具)加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄(3种规格)和锥柄(4种规格)2种，共包括16种不同用途的刀柄。

在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻 ；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

加工过程中切削用量的确定

合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素：

切削深度ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度。

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