《數(shù)控機(jī)床概述 》ppt課件

1、第1章數(shù)控機(jī)床概述,,,,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念,1.2數(shù)控機(jī)床的分類,,本章小結(jié),,1.3 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展,本章學(xué)習(xí)目標(biāo)： 本章主要講述數(shù)控機(jī)床的基本概念、數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)、數(shù)控機(jī)床的基本組成、數(shù)控機(jī)床的工作過程和原理、數(shù)控機(jī)床的各種技術(shù)性能指標(biāo)、數(shù)控機(jī)床的分類方法、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展及趨勢。,本章教學(xué)學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí),本章教學(xué)要求重點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的基本概念和分類；數(shù)控機(jī)床的組成 。難點(diǎn)

2、 數(shù)控機(jī)床的組成和分類,1.1 數(shù)控機(jī)床的基本概念,數(shù)控（Numerical Control，NC） 數(shù)字控制，用數(shù)字、字母和符號構(gòu)成的數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。 數(shù)控機(jī)床（Numerically Controlled Machine Tool ） 采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床。,1.1.1 數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn),數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)（1）適應(yīng)性、靈活性好。適用于多品種、中小批量生產(chǎn)或加工

3、形狀復(fù)雜、精度要求高的零件。（2）加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。（3）生產(chǎn)效率高, 一般為普通機(jī)床的3～5倍。（4）勞動強(qiáng)度低、勞動條件好。（5）有利現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理。（6）初始投資較大，使用、維修技術(shù)要求高。對操作人員和維修人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高。,輔助控制裝置,伺服系統(tǒng),1.1.2 數(shù)控機(jī)床的組成,（1）控制介質(zhì) 將零件加工信息（數(shù)控程序）傳送到控制裝置中去的程序載體。 輸入、輸出裝置——將控制介質(zhì)上的信息傳入數(shù)控系統(tǒng)。,,

4、手動,通過控制面板，在MDI或編輯操作狀態(tài)下從鍵盤輸入。,利用通信的方式，可實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其他數(shù)控機(jī)床間的信息交互,自動,,,,,RS232C接口,（2）數(shù)控系統(tǒng)——數(shù)控機(jī)床的核心,（3）伺服系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，接受CNC裝置的指令信號，轉(zhuǎn)換和放大后驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動部件。進(jìn)給伺服系統(tǒng)——實(shí)現(xiàn)零件加工所需的成型運(yùn)動，控制機(jī)床移動部件的位置和速度；主軸伺服系統(tǒng)——實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動，控制機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速。測量反饋裝置——減少誤

5、差，提高加工精度。包括位置和速度測量裝置。,（4）機(jī)床主體包括機(jī)床的主運(yùn)動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件。如主軸、滾動導(dǎo)軌、滾珠絲杠、工作臺（或刀架）、底座、立柱等。,請思考：數(shù)控機(jī)床主體結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床大體一致。那么與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？,,數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖,（5）輔助裝置輔助裝置接收CNC裝置輸出的M、S、T等輔助指令信號，驅(qū)動相應(yīng)電器帶動機(jī)床機(jī)械部件、液壓啟動等輔助裝置完成指令動作。如工件的夾緊、松開、

6、冷卻液開關(guān)、刀具更換、主軸啟停等。目前廣泛采用可編程控制器（Programmable Logic Control，PLC）作數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置。PLC是一種強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算功能的數(shù)字運(yùn)算系統(tǒng)，適用于控制動作復(fù)雜或邏輯多變的場合。,形（零件圖紙）,編寫數(shù)控程序,程序輸入,CNC系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號,驅(qū)動機(jī)床各部件完成零件的加工,零件圖紙的工藝處理,,,,,數(shù)(數(shù)控程序）,形（成型零件）,,,數(shù)學(xué)處理,,1.1.3 數(shù)控機(jī)床的工作過程,

7、將加工程序翻譯成便于計(jì)算機(jī)處理的格式,包括刀具補(bǔ)償（長度、半徑、磨損補(bǔ)償）、速度計(jì)算和輔助指令的處理,經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算可確定各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、方向和位移量，并以脈沖信號的方式傳輸給伺服系統(tǒng)。,傳輸主軸的變速、換向、啟停；刀具的選擇和交換；工件夾緊和松開、冷卻液啟停等輔助指令,,插補(bǔ)在被加工軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，進(jìn)行“數(shù)據(jù)密化”，并求取中間點(diǎn)坐標(biāo)，然后利用已知線性逼近的過程。,1.數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)（1）定位精度和重復(fù)定位精度定位精度

8、：數(shù)控機(jī)床工作臺等移動部件所達(dá)到的實(shí)際位置的精度。重復(fù)定位精度：相同條件下，相同的操作方法，重復(fù)進(jìn)行同一動作時(shí)得到的一致性程度。重復(fù)定位精度越高，一批工件的尺寸一致性越好，加工質(zhì)量越穩(wěn)定。中小型數(shù)控機(jī)床的定位精度普遍可達(dá)0.015mm，重復(fù)定位精度為0.003mm。,1.1.4 數(shù)控機(jī)床的技術(shù)性能指標(biāo),（2）分度精度（3）分辨率與脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量（單位位移精度） ：CNC裝置每發(fā)出一個脈沖信號，機(jī)床移動部件上的移動量。數(shù)值

9、大小決定數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量。脈沖當(dāng)量越小，機(jī)床加工精度越高，表面質(zhì)量越好。普通數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量為0.001mm，精密數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量一般為0.0001mm。,2.可控軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù)可控軸數(shù)——機(jī)床CNC裝置能夠控制的坐標(biāo)數(shù)目。聯(lián)動軸數(shù)——機(jī)床CNC裝置控制的坐標(biāo)軸同時(shí)到達(dá)空間某一點(diǎn)的坐標(biāo)軸數(shù)。普通數(shù)控車床可控制2軸，2軸聯(lián)動；普通數(shù)控銑床可控制3軸，2.5軸或3軸聯(lián)動；加工中心一般為多軸控制，3軸聯(lián)動?？刂戚S

10、數(shù)越多，CNC功能越強(qiáng)，程序編制越困難。,3.數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動性能指標(biāo)(1)主軸轉(zhuǎn)速采用直流或交流調(diào)速主軸電機(jī)驅(qū)動，高速精密軸承支承。目前，普遍可達(dá)到5000～10000r/min。（2）進(jìn)給速度進(jìn)給速度是影響零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及刀具壽命的主要因素之一。國內(nèi)機(jī)床的進(jìn)給速度可達(dá)到15～30m/min。,（3）坐標(biāo)行程X、Y、Z的行程大小決定了加工零件的大小。坐標(biāo)行程可直接體現(xiàn)機(jī)床的加工能力。（4）擺角范圍主軸擺角大

11、小直接影響加工零件空間部位的能力。（5）刀庫容量和換刀時(shí)間刀庫容量和換刀時(shí)間直接影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率。目前常見的中小型加工中心刀庫容量多為24把，大型加工中心可達(dá)100把以上。目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時(shí)間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。,4.數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)（1）數(shù)控系統(tǒng)的CPU（2）數(shù)控系統(tǒng)的分辨率（3）控制功能（4）伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能（5）數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC功能（6）數(shù)控系統(tǒng)的通信接口功能（7

12、）數(shù)控系統(tǒng)的開放性（8）可靠性和故障自診斷,1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確、快速定位。在兩點(diǎn)間移動時(shí)沒有切削加工。不要求軌跡和速度。代表機(jī)床：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床等，主要用于平面內(nèi)孔系的加工。,1.2 數(shù)控機(jī)床的分類,1.2.1 按照運(yùn)動控制的特點(diǎn)分類,,2.直線控制數(shù)控機(jī)床控制刀具或工作臺以一定的速度沿直線從一個點(diǎn)移動到另一個點(diǎn)。移動過程中進(jìn)行切削加工?？煽剌S數(shù)一般為2～3個，但聯(lián)動軸數(shù)只有1個

13、。代表機(jī)床：簡易數(shù)控車、數(shù)控銑。,3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床可以同時(shí)控制兩個或兩個以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行加工連續(xù)控制加工過程中每個點(diǎn)的坐標(biāo)和速度，以形成所需的曲線或曲面。根據(jù)聯(lián)動軸數(shù)可細(xì)分為2軸聯(lián)動、2.5軸聯(lián)動、3軸聯(lián)動、4軸聯(lián)動、5軸聯(lián)動。除了少數(shù)專用數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控鉆床、沖床等以外，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都具有輪廓控制功能。,1.開環(huán)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：無測量反饋裝置；伺服驅(qū)動原件為步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試維修方便、價(jià)格低缺點(diǎn)：

14、控制精度不高應(yīng)用：用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床或舊機(jī)床數(shù)控化改造。,1.2.2 按照伺服系統(tǒng)的類型分類,2.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：位置檢測裝置安裝在移動部件上，直接測量實(shí)際位置；伺服驅(qū)動元件為直流、交流伺服電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：可以消除機(jī)械傳動部分的各種誤差，控制精度高、加工精度高缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，調(diào)試維修復(fù)雜、成本高應(yīng)用：主要用于精度要求高的鏜銑床、超精車床、超精磨床和大型的數(shù)控機(jī)床。,,3.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床有測量反饋裝置；間接測量工作臺的位移

15、，伺服驅(qū)動元件為直流、交流伺服電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，穩(wěn)定性較好，成本低，調(diào)試維修比較方便。缺點(diǎn)：部分誤差無法消除。應(yīng)用：兼顧開環(huán)與閉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。,1.金屬切削類數(shù)控機(jī)床如數(shù)控車、銑、鉆、磨、鏜床和加工中心。2.金屬成形類機(jī)床如數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控沖床等。3.特種加工類數(shù)控機(jī)床如數(shù)控線切割、數(shù)控電火花機(jī)床等。,1.2.3 按照加工工藝方法分類,1.2.4 按照功能水平分類,數(shù)控機(jī)

16、床跟隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，經(jīng)歷了兩個階段，共六代系統(tǒng)。第一代：采用電子管元件的專用NC系統(tǒng)1948年，美國帕森斯公司首先提出了采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的方案。1952年，誕生了世界上第一臺數(shù)控機(jī)床，是一臺立式數(shù)控銑床，成功實(shí)現(xiàn)了三軸聯(lián)動1954年底，第一臺工業(yè)用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)出來。,1.3 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展及技術(shù)水平,1.3.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展,第二代：1959年 采用晶體管電路的NC系統(tǒng)同年，出現(xiàn)了帶有刀

17、庫和自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為“加工中心”。從1960年開始，德國、日本等工業(yè)國家都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)和使用數(shù)控機(jī)床。第三代：1965年 采用小規(guī)模集成電路,以上三代屬于NC階段（1952～1970年），即硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：由硬件數(shù)字邏輯電路“搭”成專用的計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)。,第四代：1970年 采用小型計(jì)算機(jī)的NC系統(tǒng)第五代：1974年 采用微處理器的數(shù)控系統(tǒng)（MNC）第六代：1990年后，基于PC機(jī)的開放式數(shù)控系

18、統(tǒng),1970年，通用小型計(jì)算機(jī)成為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，許多功能可通過軟件實(shí)現(xiàn)，通用性強(qiáng)。數(shù)控機(jī)床從此進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)控階段，即CNC（Computer Numerical Control ）。,我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展1958年 開始研制，以高等院校為主（清華大學(xué)）1966年 生產(chǎn)第一臺晶體管數(shù)控機(jī)床1970年 后進(jìn)入第三代數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)，但發(fā)展緩慢，數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性較差，主要生產(chǎn)數(shù)控線切割機(jī)床。1980年后 引進(jìn)日、美等國

19、的數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)的技術(shù)，開始合資批量生產(chǎn)一些數(shù)控機(jī)床。1985年后 我國已經(jīng)能生產(chǎn)45種各類數(shù)控機(jī)床，同時(shí)數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模。1990年中期 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)開始嶄露頭角，進(jìn)入21世紀(jì)，擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。,1.高速化主軸轉(zhuǎn)速：如果機(jī)床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），即主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸就是主軸部件。主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min。進(jìn)給速度：在分辨率為0.01μm

20、時(shí)，最大進(jìn)給率達(dá)到240m/min且可獲得復(fù)雜型面的精確加工；運(yùn)算速度：CPU已發(fā)展到32位以及64位。換刀速度：目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時(shí)間普遍已在1s左右，高的已達(dá)0.5s。,1.3.2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢,2.高精度化數(shù)控系統(tǒng)分辨率可達(dá)到0.1μm ，有的可達(dá)0.01μm，實(shí)現(xiàn)了高精度加工。目前數(shù)控機(jī)床的定位可達(dá)0.001mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.0005mm。普通數(shù)控機(jī)床的加工精度已達(dá)到±5μm，精密級

21、加工中心的加工精度可達(dá)到±（1～1.5）μm,,3.多功能化CRT顯示可實(shí)現(xiàn)二維圖形軌跡模擬或三維動態(tài)圖形顯示。裝有小型數(shù)據(jù)庫，可自動選擇最佳刀具和切削用量。具有刀具壽命管理、刀具尺寸自動測量和補(bǔ)償、工件尺寸自動測量和補(bǔ)償、切削參數(shù)自動調(diào)整等功能。,,4.加工功能復(fù)合化復(fù)合化是指在一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)多工序、多種工藝方法加工。鏜銑鉆復(fù)合—加工中心、五面加工中心（主軸立臥轉(zhuǎn)換）車銑復(fù)合—車削中心（動力刀頭）；銑鏜鉆車復(fù)合

22、—復(fù)合加工中心（可自動裝卸車刀架）；銑鏜鉆磨復(fù)合—復(fù)合加工中心（動力磨頭）；可更換主軸箱的數(shù)控機(jī)床—組合加工中心；,數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)，現(xiàn)代的先進(jìn)制造技術(shù)都是建立在數(shù)控技術(shù)之上的。,1.3.3 自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展,本 章 小 結(jié) 數(shù)控機(jī)床涉及的內(nèi)容和知識比較多，本章僅對數(shù)控機(jī)床的基本知識和基本內(nèi)容做了概述，包括數(shù)控機(jī)床的基本概念，數(shù)控機(jī)床的組成及特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)、運(yùn)動性能

23、指標(biāo)與技術(shù)性能指標(biāo)；從運(yùn)動控制的特點(diǎn)、伺服系統(tǒng)的類型、加工工藝方法、功能水平四方面對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了分類；數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢以及數(shù)控技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中的作用等。,思考題與習(xí)題1-1 什么是數(shù)控？數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比有哪些特點(diǎn)？1-2 數(shù)控機(jī)床有哪幾部分組成？每一部分主要起什么作用？1-3 簡述數(shù)控機(jī)床的工作過程1-4 開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)各有什么特點(diǎn)？它們一般適用于哪些數(shù)控機(jī)床？1-5

24、 數(shù)控機(jī)床按照運(yùn)動控制特點(diǎn)可以分為幾類？它們的特點(diǎn)是什么？1-6 數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)主要包括哪些？其值大小各有什么影響？1-7 數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動性能指標(biāo)主要包括哪些？對加工各有什么影響？1-8 數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)主要包括哪些？1-9 數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù)有什么區(qū)別？1-10 解釋下列名詞術(shù)語： 定位精度、重復(fù)定位精度、脈沖當(dāng)量、插補(bǔ)、MTBF、CNC、FMC、FMS、CIMS1-11 數(shù)控技術(shù)的