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四、为什么发展、使用数控机床

1、数控机床的优点：

(1)数控机床可以加工出普通机床难以加工或不能加工的复杂型面;

(2)数控机床按预先编写的零件加工程序自动加工，加工过程中没有人为干扰，加工精度还可以利用软件进行校正和补偿，因此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等等。

(4)数控机床加工一般借用通用夹具，几乎不需要专用的工装夹具，只需更换零件的加工程序，即可实现零件的加工，缩短生产周期;

(5)节省时间、厂房面积;

(6)加速资金周转，提高经济效益;

(7)减轻劳动强度;

(8)实现精确的成本核算、生产进度安排。

2、数控机床与普通机床的性能比较列表

表5-1　数控机床与普通机床的性能比较表

序号 项目 数控机床 普通机床

1 加工异型复杂零件的能力 强 弱

2 改变加工对象的柔性程度 高 低

3 加工零件质量和加工精度 高 低

4 加工效率 高 低

5 设备利用率 高 低

6 产品优化设计与CAD(计算机辅助设计)连接功能 高 低

7 前期投资 高 低

8 对操作人员素质的要求 高 低

9 对生产计划、生产准备和生产调度的要求 高 低

10 运行费 低 高

11 维修技术与维修费 高 低

12 对不合格产品再加工(即回用)的费用 低 高

五、数控机床的组成

数控机床可以分为两大部分：CNC系统和机床主机(包括辅助装置)

(一)CNC系统

CNC系统由程序、输入输出(I / O)设备、CNC装置及主轴、进给控制单元组成。

1、CNC 装置是 CNC 系统的核心，它由三部分组成，即计算机(包括硬件和软件)、可编程序控制器(PLC)和接口电路。

零件加工程序是CNC系统的重要组成部分。

2、输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存储、显示、打印等。

3、在数控机床中，有主轴驱动系统和进给驱动系统。

主轴驱动装置由主轴控制单元、交直流主轴电动机与速度检测元件组成。

进给驱动装置由进给控制单元、进给伺服电动机与检测元件组成。

(二)主机

主机是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。

数控机床的机械结构具以下一些特点：

1、高刚度和高抗振性

机床刚度是机床的性能之一，它反映了机床结构抵抗变形的能力。机床刚度分为静刚度和动刚度。

(1)提高机床静刚度和固有频率，改进机床结构的阻尼特性是提高机床动刚度和抗振性的有效方法。

(2)通过机床结构、筋板的合理布局，例如加大主轴的支承轴径，缩短主轴端部的受力悬伸段，床身采用钢板焊接结构等方法来提高刚度;采用新材料，特殊结构也可以提高动刚度和抗振能力。

2、小的机床热变形

为了减小热变形，常采取以下措施：

(1)采用热对称结构及热平衡措施;对于发热部件(如主轴箱、静压导轨液压油等)采取散热、风冷、液冷等控制温升;对切削部位采取强冷措施;

(2)专门采用热位移补偿，即预测热变形规律，建立数学模型，存入计算机，来进行实时补偿。

3、高效率、无间隙、低摩擦传动

为保证数控机床在告诉下运行平稳、具有高定位精度，要求进给系统中的机械传动装置和元件具有高灵敏度、低摩擦阻力、无间隙以及高寿命等特点，为此，数控机床的导轨多采用采用滚动导轨、静压导轨、滚珠丝杠、塑料滑动导轨等。

4、简化的机械传动结构

采用高性能、宽调速范围的交直流主轴电动机和伺服电动机，使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化，提高传动精度和可靠性。

(三)辅助装置

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。

【例题1•多选题】 数控机床主机包括( )。

A. 主轴

B. 导轨

C. 床身

D. 交换工作台

E. 排屑装置

答案：ABC

【例题2•多选题】下列各项中，( )是组成中、高档CNC系统不可缺少的部分。

A. 程序

B. 输入、输出设备

C. 主轴、进给伺服电动机

D. 主轴、进给控制单元

E. 位置检测器

答案：ABD

CNC系统由程序、输入输出(I / O)设备、CNC装置及主轴、进给控制单元组成。

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