2014注册资产评估师考试《机电设备评估基础》预习：数控机床

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知识点：数控机床

数控机床是一种采用计算机，利用数字化信息进行控制，具有高附加值的技术密集型机电一体化产品。

一、数控机床的加工原理

数控机床必须具备：

（1）能够接受各种信息，并能运算和处理，实时发出控制命令及坐标轴控制指令的数控装置；

（2）具有能够快速响应，并具有足够功率的伺服驱动装置；

（3）具有能够满足上述加工方式的机床主机，辅助装置和刀具。

二、数控机床的特点

优点：

1.可加工普通机床不能或者难于加工的型面；

2.可以获得高的加工精度和重复精度；

3.与普通机床加工相比，在数控机床上加工可提高生产率2～3倍，对于一些复杂零件，生产率可提高十几倍甚至几十倍；

4.广泛的适用性和较大的灵活性；

5.一机多用；

6.减少在制品数量，节约了资金，提高了经济效益；

7.改善环境，降低劳动强度；

8.精确的成本核算和生产进度安排。

三、数控机床的组成

数控机床分成两大部分，即CNC系统和机床主机（包括辅助装置）。

（一）CNC系统

由程序、输入输出（I/O）设备、CNC装置、主轴控制单元及进给控制单元组成。

1.程序

包含零件的全部几何尺寸和精度信息，加工的全部工艺信息。

2.输入输出（I/O）设备

包括显示器、键盘、磁光盘机、通用网络接口等。

3.CNC装置

包括计算机（硬件和软件）、可编程控制器（PLC）和接口电路。目前的中高档数控系统大多采用X86系列高速微处理器及32位以上的总线结构。

控制功能是指能够控制机床的轴数以及同时控制的轴数，高档CNC装置可联动控制4～5个轴，具有5轴联动功能是目前高档CNC系统的标志。

插补功能直接决定了数控机床加工精度和速度，高档CNC装置一般都带有复杂的误差补偿功能。

PLC作用：接收来自零件加工程序的开关信息、机床操作面板及机床侧的开关信号，进行逻辑处理，完成输出控制，实现各功能及操作方式的连锁。

4.主轴、进给控制单元

伺服电机和伺服驱动器组成，称为伺服系统。

（1）步进电机

由脉冲信号驱动。结构简单、控制容易；可靠性差，输出功率小。小型低挡CNC系统中。

（2）永磁直流伺服电机

定子是永磁材料，可维护性较差，产生的电磁干扰强，不容易形成高速大转矩，逐步被永磁同步交流伺服电动机替代。

（3）永磁同步交流伺服电机

定子铁芯暴露在空气中，控制电路复杂，价格较贵，成为最为广泛的伺服电机。

（4）感应异步交流伺服电机

鼠笼式转子，适应更高转速更大扭矩要求，但平稳性较低。适用于高速大转矩输出，低速性能要求不高的主轴控制单元。

（5）伺服驱动器

是一种纯电子装置，一般不能互换使用，绝大部分的伺服电机和驱动器都是配套销售的。

（二）主机

数控机床也有普通机床都具有的床身、立柱、主轴、工作台等关键部件，但在设计上已有很大变化。

为了满足数控机床高自动化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，其机械结构具有以下一些特点：

（三）辅助装置

为了保证数控机床正常运行、功能充分发挥，必须配备必要的辅助装置，包括：电器、液压、气动元件及系统；冷却、排屑、防护、润滑、照明、储运等装置；交换工作台， 数控转台，数控分度头；刀具及其监控检测装置等。

四、数控机床的分类

（一）按照能够控制刀具与工件间相对运动的轨迹分类

1.点位控制（或位置控制）数控机床。只能控制工作台（或刀具）从一个位置（点）精确地移动到另一个位置（点），在移动过程中不进行加工，各个运动轴可以同时移动，也可以依次移动。数控镗床、钻床、冲床。

2.轮廓控制数控机床。能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制，不仅控制轮廓的起点和终点，而且还要控制轨迹上每一点的速度和位置，因而能够加工曲线（或曲面）。

属于这类数控机床的有数控车床、铣床、磨床、电加工机床和加工中心等。

（二）按照伺服驱动系统的控制方式分类

自动控制有闭环控制和开环控制两种基本控制方式。

1.闭环控制数控机床。这类数控机床带有位置检测反馈装置。位置检测装置安装要机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置，并与CNC装置的指令位置进行比较，用差值进行控制。

闭环控制数控机床由于能够减小乃至于消除由于传动部件制造、装配所带来的误差，因而加工精度高。缺点：装配、调试难度大。

2.半闭环控制数控机床。将检测元件安装在电动机的端头或丝杠的端头，则为半闭环控制数控机床。由于半闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，所以可以获得比较稳定的控制特性。其控制精度虽不如闭环控制数控机床那样高，但调试比较方便，因而广泛采用。

3.开环控制数控机床。这类数控机床不带位置检测反馈装置。CNC装置输出的指令脉冲经驱动电路的功率放大，驱动步进电动机转动，再经传动机构带动工作台移动。

开环控制的数控机床工作比较稳定，反应快，调试方便，维修简单，但控制精度和速度都比较低，这类数控机床多为经济型。

（三）按照加工方式分类

1.金属切削类。属于此类的有数控车床、钻床、铣床、镗床、磨床、齿轮加工机床和加工中心等。

加工中心是有刀库，并且能够自动换刀的数控机床，运用十分广泛。分为镗铣类加工中心和车削中心。

【注意】自动换刀装置是加工中心的基本特征，它的投资占到整机投资的30%~50%。加工中心的故障有50%以上与自动换刀装置有关。

2.金属成型类。该类包括数控弯管机、折弯机、冲床、回转头压力机等。

3.特种加工类。数控特种加工机床包括数控线切割机床、电火花加工机床及激光切割机等。

4.其他类。如数控火焰切割机床、三坐标测量机等。