数控机床：基础知识与特点

1.数控机床的概念

数控机床是数字控制机床（Computer Numerical Control Machine Tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床（见图1-1）。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

图1-1 数控机床

2.数控机床工作原理

数控系统根据输入的程序进行计算，控制机床、刀具选择等运动，给伺服系统发出控制命令，伺服系统根据指令要求控制执行部件，使各装置按照数控程序给定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。数控机床加工过程如图1-2所示。

图1-2 数控机床的加工过程

3.数控机床的性能指标

（1）精度指标

定位精度：机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。实际位置与预期位置之间的误差称为定位误差。

重复定位精度：指机床主要部件在多次（五次以上）运动到同一终点所达到的实际位置之间的最大误差。

脉冲当量：一个指令脉冲机床运动轴的位移量。

（2）坐标轴指标

可控轴数：指机床能控制的运动轴数。

联动轴数：机床可控轴中能同时联合运动的轴数。

如数控铣床，机床可控轴数为X、Y、Z三轴，如果这三轴都可同时联动，则该机床为三轴联动数控铣床，如果只有X、Y两轴能同时联动，Z轴不可与X、Y联动，则该机床称为2.5轴或者二轴半数控铣床。

（3）运动性能指标

运动性能指标有主轴转速、进给速度、行程、换刀时间等。

（4）加工能力指标

加工能力指标指每分钟最大金属切除率。

4.数控机床的坐标系(www.xing528.com)

在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，ISO841-2001拟定了命名的标准。

（1）机床相对运动的规定

在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。

（2）机床坐标系的规定

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。

（3）坐标系的确定方法

假定刀具相对于固定的工件运动，采用右手笛卡儿坐标系，大拇指的指向为X坐标的正向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。坐标轴分为直线坐标X、Y、Z，旋转坐标A、B、C，附加坐标U、V、W。坐标系确定顺序：Z—X—Y，坐标系的方向以增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向。图1-3所示为右手笛卡儿坐标系，图1-4所示为数控机床坐标系。

图1-3 右手笛卡儿坐标系

图1-4 数控机床坐标系

5.机床参考点与原点

（1）机床参考点（Reference Point，R）

用行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是固定的，机床出厂之前由机床制造商精密测量确定，一般来说，加工中心的参考点为机床的自动换刀位置。

（2）机床原点（Machine Origin，M/home position）

过已知机床参考点，系统设置的参考点与机床参考点的关系可以确定一个固定的机床原点，它是建立测量机床运动坐标的起始点，也称为机床零点。

（3）工件原点（Part Origin）

编程员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，以工件原点为坐标原点建立起来的直角坐标系称为工件坐标系。工件原点又称为程序原点。

（4）装夹原点（Fixture Origin）

又称卡盘零点，可以与工件原点重合。