亮麗XPV一章數(shù)控機床概述.ppt

第一章 數(shù)控機床概述,1.1 數(shù)控機床的基本工作原理1.2 數(shù)控機床分類 1.3 數(shù)控機床發(fā)展概況 練習(xí)與思考,1.1 數(shù)控機床的基本工作原理,一、數(shù)控機床的組成 二、數(shù)控機床加工的基本工作原理 三、數(shù)控機床加工特點 四、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍 ,數(shù)控機床主要由以下幾個部分組成： 機床本體 數(shù)控系統(tǒng) （CNC裝置） 驅(qū)動裝置 輔助裝置 ,一、數(shù)控機床的組成,機床本體 是數(shù)控機床加工運動的機械部分，主要包括支承部件（床身、立柱等）、主運動部件（主軸箱）、進給運動部件（工作臺滑板、刀架）等。 數(shù)控系統(tǒng) （CNC裝置） 是數(shù)控機床的控制核心，一般是一臺專用的計算機。 ,驅(qū)動裝置 是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部分，包括主軸電機、進給伺服電機等。 輔助裝置 指數(shù)控機床的一些配套部件，包括刀庫、液壓、氣動裝置、冷卻系統(tǒng)、排屑裝置、夾具、換刀機械手等。 ,加工程序,計算機數(shù)字控制裝置(CNC）,主軸電機 機床本體 進給電機 位置檢測,速度控制單元,主軸控制單元,可編程控制器(PLC),機床數(shù)控系統(tǒng)基本工作流程,1數(shù)控系統(tǒng)即位置控制系統(tǒng)的三個基本功能,1）輸入功能 指零件加工程序和各種參數(shù)的輸入。 2）插補功能 在加工零件的實際輪廓或軌跡的已知點之間確定一些中間點的方法。通常在給定直線或圓弧的起點和終點之間進行密化。 3）伺服控制 將計算機送出的位置進給脈沖或進給速度指令，經(jīng)變換和放大后化為伺服電機（步進或直、交流電機）的轉(zhuǎn)動，從而帶動機床工作臺移動。 ,2數(shù)控系統(tǒng)的工作過程,對輸入的零件加工程序、控制參數(shù)、補償數(shù)據(jù)等進行識別和譯碼，并執(zhí)行所需要的邏輯運算，發(fā)出相應(yīng)的指令脈沖，控制機床的驅(qū)動裝置，操作機床實現(xiàn)預(yù)期的加工功能。,3. 主軸控制單元,主要控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動。,4. 進給控制單元,進給驅(qū)動裝置是由交、直流電機、速度檢測元件和速度控制元件組成。 速度控制單元主要控制機床各坐標(biāo)軸的切削進給運動。,5. 可編程邏輯控制器,是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。PLC處于計算機控制裝置與機床之間，對計算機控制裝置和機床的輸入輸出信號進行處理，實現(xiàn)輔助功能M、主軸轉(zhuǎn)速S及刀具功能T的控制和譯碼。即按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的啟停、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、刀具的更換、工件的夾緊松開、液壓、冷卻、潤滑、氣動等進行控制。,二、數(shù)控機床加工的基本工作原理,數(shù)控機床加工時，是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及機床各部件的移動量、速度及動作先后順序、主軸轉(zhuǎn)速、主軸旋轉(zhuǎn)方向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式，編制成程序單，并輸入到機床專用計算機中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床各部分進行規(guī)定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的工件。 ,三、數(shù)控機床加工特點,1. 適應(yīng)性強 2. 精度高 3. 效率高 4. 減輕勞動強度、改善勞動條件 ,1.適應(yīng)性強,靈活、通用、萬能，可加工不同形狀的工件。能完成鉆、鏜、锪、鉸、銑削、車削、攻螺紋等加工。 ,2. 精度高,目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（每輸出一個脈沖后滑板的移動量稱為脈沖當(dāng)量）一般為0.001mm，高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達0.0001mm。而切削進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù)控機床能達到比較高的加工精度，一般可達0.0050.1mm。對于中、小型數(shù)控機床，定位精度普遍可達到0.03mm，重復(fù)定位精度為0.01mm。數(shù)控機床的自動加工方式不但可避免人工操作誤差，工件加工的質(zhì)量穩(wěn)定，更重要的是可進行復(fù)雜曲面的加工。 ,3. 效率高,與普通機床相比可提高生產(chǎn)效率35倍。對于復(fù)雜成型面的加工，生產(chǎn)效率可提高十倍，甚至幾十倍。,4. 減輕勞動強度、改善勞動條件,利用數(shù)控機床進行加工，只需按圖樣要求編制加工程序，然后輸入并調(diào)試程序，安裝坯件進行加工，觀察監(jiān)視加工過程并裝卸零件。除此之外，不需要進行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動強度與緊張程度可大為減輕，勞動條件也相應(yīng)得到改善。,數(shù)控機床是一種高度自動化的機床，有一般機床所不具備的許多優(yōu)點，所以數(shù)控機床的應(yīng)用范圍在不斷擴大，但數(shù)控機床的技術(shù)含量高，成本高，使用維修都有一定難度，若從最經(jīng)濟的方面考慮，數(shù)控機床適用于加工： 1多品種小批量零件（合理生產(chǎn)批量為10100件之間）； 2.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高或必須用數(shù)學(xué)方法確定的復(fù)雜曲線、曲面等零件 。,四、數(shù)控機床的應(yīng)用范圍,3需要頻繁改型的零件； 4鉆、鏜、鉸、锪、攻絲及銑削工序聯(lián)合進行的零件，如箱體、殼體等； 5價格昂貴，不允許報廢的零件； 6要求百分之百檢驗的零件； 7. 需要最小生產(chǎn)周期的急需零件 。,1.2 數(shù)控機床分類,一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類 二、按加工方式分類 三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類 四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類 ,一、按控制刀具與工件相對運動軌跡分類,點位控制（Point to Point Control ） 或位置控制（Positioning）數(shù)控機床 輪廓控制Contouring Control數(shù)控機床 ,1點位控制（Point to Point Control ） 或位置控制（Positioning）數(shù)控機床,這類機床只能控制工作臺或刀具從一個位置精確地移動到另一位置，在移動過程中不進行加工，各個運動軸可以同時移動，也可以依次移動見圖1-3（a）。如數(shù)控鏜、鉆、沖，數(shù)控點焊機及數(shù)控折彎機等均屬次類機床。 ,2. 輪廓控制（Contouring Control ）數(shù)控機床,這類機床能夠同時對兩個或兩個以上坐標(biāo)軸進行連續(xù)控制，具有插補功能，工作臺或刀具邊移動邊加工見圖1-3（b）（c）。如數(shù)控銑、車、磨及加工中心等是典型的輪廓控制數(shù)控機床，數(shù)控火焰切割機、數(shù)控線切割及數(shù)控繪圖機等也都采用輪廓控制系統(tǒng)。,二、按加工方式分類,1.金屬切削類： 如數(shù)控車、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等。 2.金屬成型類： 如數(shù)控折彎機、彎管機、四轉(zhuǎn)頭壓力機等。 3.特殊加工類： 如數(shù)控線切割、電火花、激光切割機等。 4.其他類： 如數(shù)控火焰切割機、三坐標(biāo)測量機等。,三、按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類,1.兩坐標(biāo)數(shù)控機床：兩軸聯(lián)動，用于加工 各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床。 2.三坐標(biāo)數(shù)控機床：三軸聯(lián)動，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。 3.多坐標(biāo)數(shù)控機床：四軸或五軸聯(lián)動，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。圖1-4為兩種不同類型的四軸聯(lián)動數(shù)控機床。 ,四、按驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類,1. 開環(huán)控制數(shù)控機床 2. 閉環(huán)控制（Closed Loop Control）數(shù)控機床 3. 半閉環(huán)控制（Semi-closed Loop Control）數(shù)控機床 ,1.開環(huán)控制數(shù)控機床,工作原理如圖1-5所示： 指令脈沖 驅(qū)動器步進電機 機床工作臺 這類機床不帶位置檢測反饋裝置，通常使用功率補進電機或電液脈沖馬達作為執(zhí)行機構(gòu)，數(shù)控裝置輸出的脈沖通過環(huán)形分配器和驅(qū)動電路，使步進電機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的步距角。,再經(jīng)過減速齒輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，最后轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。其反應(yīng)快，調(diào)試方便，比較穩(wěn)定，維修簡單。但系統(tǒng)對移動部件的誤差沒有補償和校正，步進電機的步距誤差、齒輪與絲杠等的傳動鏈誤差都將反映到被加工零件的精度中去，所以精度比較低。此類數(shù)控機床多為經(jīng)濟類機床。,2閉環(huán)控制（Closed Loop Control）數(shù)控機床,這類機床帶有檢測反饋裝置，位置檢測器安裝在機床運動部件上，加工中將監(jiān)測到的實際運行位置值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位置相比較，用差值對移動部件進行控制，其精度高。,從理論上說，閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度主要取決于檢測裝置的精度，但這并不意味著可以降低機床的結(jié)構(gòu)與傳動鏈的要求，傳動系統(tǒng)的剛性不足及間隙、導(dǎo)軌的爬行等各種因素將增加調(diào)試的困難，嚴(yán)重時會使閉環(huán)控制系統(tǒng)的品質(zhì)下降甚至引起振蕩。故閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整都有較大的難度，此類機床主要用于一些精度要求較高的鏜銑床、超精車床和加工中心等。工作原理如圖1-6。,3半閉環(huán)控制（Semi-closed Loop Control）數(shù)控機床,與閉環(huán)控制不同的是，檢測元件安裝在電機的端頭或絲杠的端頭（如圖1-6所示 ）。該系統(tǒng)不是直接測量工坐臺的位移量，而是通過檢測絲杠或電機軸上的轉(zhuǎn)角間接地測量工作臺的位移量，然后反饋給數(shù)控裝置。顯然，半閉環(huán)控制系統(tǒng)的實際控制量是絲杠的轉(zhuǎn)動，而由絲杠轉(zhuǎn)動變換為工作臺的移動，不受閉環(huán)的控制，這一部分的精度由絲杠螺母（齒輪）副的傳動精度來保證。其特點是比較穩(wěn)定，調(diào)試方便，精度介于開閉環(huán)之間，被廣泛采用。,指令 位置比較電路 速度控制電路 伺服電機 機床工作臺 速度反饋 半閉環(huán) 位置反饋 閉環(huán) 圖1-6 ,1.3 數(shù)控機床發(fā)展概況,一、工業(yè)化國家數(shù)控機床的發(fā)展概況 二、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況 三、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 ,進入80年代，數(shù)控機床進一步發(fā)展。近年來具有代表性的數(shù)控系統(tǒng)有以下幾個方面：,1.計算機直接控制系統(tǒng) 2.自適應(yīng)控制機床 3.柔性制造系統(tǒng) 4.計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng) ,1計算機直接控制系統(tǒng) （DNC- Direct Numerical Control）,計算機直接控制系統(tǒng)又稱群控。其特點是：使用計算機對生產(chǎn)過程加強管理，使程序的編制、生產(chǎn)的準(zhǔn)備與計劃安排等工作和機床工作協(xié)調(diào)一致，以提高各個數(shù)控機床的使用效率。 ,2自適應(yīng)控制機床（AC-Adaptive Control）,一般數(shù)控機床，是按預(yù)先編好的程序進行加工的。但在編程時，實際上有許多參數(shù)只能參照過去的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來決定，不可能準(zhǔn)確地考慮到它們的一切變化，如毛坯的不均勻，刀具與工件材質(zhì)的變化，刀具的磨損，工件的變形，熱傳導(dǎo)性的差別等等，這些變化直接或間接地影響著加工質(zhì)量，使加工不能在最佳狀態(tài)下進行。,如果控制系統(tǒng)能對實際加工中的各種加工狀態(tài)的參數(shù)及時地測量并反饋給機床進行修正，則可使切削過程隨時都處在最佳狀態(tài)。所謂最佳狀態(tài)，指的是最高生產(chǎn)率、最低加工成本、最好的加工質(zhì)量等。由于CNC系統(tǒng)自身帶由計算機，只要加上相應(yīng)的檢測元件、控制線路和有關(guān)軟件就可以制造出這種自適應(yīng)控制機床。,3柔性制造系統(tǒng)（FMS-Flexible Manufacturing System）,柔性制造系統(tǒng)是在柔性制造單元（FMC-Flexible Manufacturing Cell）基礎(chǔ)上研制和發(fā)展起來的。柔性制造單元是一種在人的參與減到最小時，能連續(xù)地對同一組零件內(nèi)不同的工件進行自動化加工（包括工件在單元內(nèi)部的運輸和交換）的最小單元。它即可以作為獨立使用的加工設(shè)備，又可以作為更大更復(fù)雜的柔性制造系統(tǒng)或柔性自動線的基本組成模塊。,柔性制造系統(tǒng)是由加工系統(tǒng)（由一組數(shù)控機床和其他自動化工藝設(shè)備如清洗機、成品試驗機、噴漆機等組成）、智能機器人、全自動輸送系統(tǒng)及自動化倉庫組成見（圖1-7）。這種系統(tǒng)可按任意順序加工一組不同工序與不同加工節(jié)拍的工件，工藝流程可隨工件不同而調(diào)整，全部生產(chǎn)過程有一臺中央計算機進行生產(chǎn)程序的調(diào)度，若干臺計算機進行工位控制。其中各個制造單元相對獨立，能適時地平衡資源的利用。 ,4計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)（CIMS-Computer _integrated Manufacturing System）,為實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程自動化，人們正著手研制包括計劃設(shè)計、工藝、加工、裝配、檢驗、銷售等全過程都由計算機控制的集成生產(chǎn)系統(tǒng)。它具有計算機控制的自動化信息流和物質(zhì)流，對產(chǎn)品的構(gòu)思和設(shè)計直到最終裝配、檢驗這一全過程進行控制，以實現(xiàn)工廠自動化這一偉大的目標(biāo)。,我國數(shù)控機床的研制始于1958年，由清華大學(xué)研制出了最早的樣機。1966年誕生了第一臺用于直線圓弧插補的晶體管數(shù)控系統(tǒng)。1970年北京第一機床廠的XK5040型數(shù)控升降臺銑床作為商品，小批量生產(chǎn)并推向市場。但由于相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)差，尤其是數(shù)控系統(tǒng)的支撐工業(yè)電子工業(yè)薄弱，致使在19701976年間開發(fā)出的加工中心、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床及數(shù)控鉆床因系統(tǒng)不過關(guān)，多數(shù)機床沒有在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。,二、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況,80年代前期，在引入了日本FANUC數(shù)控技術(shù)后，我國的數(shù)控機床才真正進入小批量生產(chǎn)的商品化時代。 目前我國已經(jīng)有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，但絕大多數(shù)全功能數(shù)控機床還是采用國外的CNC系統(tǒng)。從機床的整體來看，無論是可靠性、精度、生產(chǎn)效率和自動化程度，與國外相比，還存在著不小的差距。 ,三、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢,未來數(shù)控機床的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下三個方面： 1.數(shù)控技術(shù)水平 2.數(shù)控系統(tǒng)方面 3.驅(qū)動系統(tǒng)方面 ,1數(shù)控技術(shù)水平,高精度 定位精度微米級、納米級； 高速度 主軸轉(zhuǎn)速10000 r / min、快速進給100 m /min、換刀時間23 s； 高柔性 多主軸、多工位、多刀庫；,多功能 立臥并用、復(fù)合加工； 高自動化 自動上下料、自動監(jiān)控、自動測量、自動通訊。 對單臺主機不僅要求提高其柔性和自動化程度，還要求其具有進入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。 ,2數(shù)控系統(tǒng)方面,目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，如日本的FANUC，德國的SIEMENS和美國的AB公司產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位、32位甚至64位微處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴大到了數(shù)十兆字節(jié)以上，機床分辨率可達0.1微米，高速進給可達100 m / min以上，一般控制軸數(shù)在315軸，最多可達24軸，并采用先進的電裝工藝。 ,3驅(qū)動系統(tǒng)方面