數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及應用第1章

1、MMTC N C數(shù)控機床簡介數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的坐標系數(shù)控機床的主要性能指標及功能MMTC N CMMTC N C 客觀方面的原因：第二次世界大戰(zhàn)中體現(xiàn)出來客觀方面的原因：第二次世界大戰(zhàn)中體現(xiàn)出來的對武器裝備要求更加精良；計算機技術(shù)的產(chǎn)生和的對武器裝備要求更加精良；計算機技術(shù)的產(chǎn)生和不斷發(fā)展；機床技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟等。不斷發(fā)展；機床技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟等。 主觀方面的原因：要求減輕工人的勞動強度；主觀方面的原因：要求減輕工人的勞動強度；不斷提高勞動效率；工廠實現(xiàn)自動化的要求等。不斷提高勞動效率；工廠實現(xiàn)自動化的要求等。MMTC N C硬線數(shù)控階段硬線數(shù)控階段(1952(19

2、5219701970年年) )1）1952年開始的第一代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是以電子管、繼電器、模擬電路元件為主 2）1959年開始的第二代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是以晶體管數(shù)字電路元件為主 3）1965年開始的第三代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是以集成數(shù)字電路器件為主。 計算機數(shù)控階段計算機數(shù)控階段(1970年至今年至今) 1）1970年開始的第四代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是基于小型計算機并采用中小規(guī)模集成電路的數(shù)控系統(tǒng)。 2） 1974年開始的第五代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是基于微處理器并具有數(shù)字顯示、故障自診斷功能的數(shù)控系統(tǒng) 。3）1990年開始的第六代數(shù)控系統(tǒng)，其特點是基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。 MMTC N

3、C數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)控機床數(shù)控機床為滿足單件、小批、多品種、自動化生產(chǎn)的需要而研制的一種靈活的、通用的能夠適應產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機床，具有適應性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點。MMTC N C適適應能力強、適應于多品種、單件小批量零件的加工應能力強、適應于多品種、單件小批量零件的加工；加加工精度高工精度高；工工序高度集中，可以大大減輕工人的體力勞動序高度集中，可以大大減輕工人的體力勞動；生生產(chǎn)準備周期短，具有較高的加工生產(chǎn)率和較低的加工成本；產(chǎn)準備周期短，具有較高的加工生產(chǎn)率和較低的加工成本；能完成復雜型面的

4、加工能完成復雜型面的加工；技技術(shù)含量高，有利于實現(xiàn)機械加工的現(xiàn)代化管理。術(shù)含量高，有利于實現(xiàn)機械加工的現(xiàn)代化管理。MMTC N CMMTC N C 數(shù)控技術(shù)由數(shù)控技術(shù)由機床技術(shù)機床技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)和和外圍技術(shù)外圍技術(shù)等組成。等組成。 機床技術(shù)包括基礎件和配套件等；機床技術(shù)包括基礎件和配套件等； 數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)包括控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和測量與數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)包括控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和測量與反饋系統(tǒng)等；反饋系統(tǒng)等； 外圍技術(shù)包括工具系統(tǒng)、編程技術(shù)和管理技術(shù)等。外圍技術(shù)包括工具系統(tǒng)、編程技術(shù)和管理技術(shù)等。MMTC N C圖圖11 數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服裝置、輔助控制裝置、檢測裝置

5、和機床本體組成。如圖所示?？刂平橘|(zhì)數(shù)控裝置伺服機構(gòu)輔助控制裝置檢測裝置機床本體主軸箱主軸箱電氣柜電氣柜控制面板控制面板主軸主軸床身床身工作臺工作臺冷卻液箱冷卻液箱立柱立柱MMTC N C 控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的程序載體。隨數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有磁盤、移動硬盤、Flash（U盤）等（見圖）。 幾何信息：確定加工零件的幾何形狀，幾何信息：確定加工零件的幾何形狀， 如位移、圓如位移、圓心、曲面法矢量等心、曲面法矢量等 . 輔助功能信息：說明加工條件，如刀具幾何參數(shù)、輔助功能信息：說明加工條件，如刀具幾何參數(shù)、進給速度和主軸轉(zhuǎn)速、開關(guān)冷卻液、進給速度和主軸轉(zhuǎn)速、開關(guān)冷

6、卻液、 程序結(jié)束等程序結(jié)束等. 準備功能信息：說明插補類型、加工坐準備功能信息：說明插補類型、加工坐 標平面、實標平面、實現(xiàn)刀具半徑補償?shù)痊F(xiàn)刀具半徑補償?shù)? NC程序傳入程序傳入NC機床的途徑機床的途徑:鍵盤鍵盤手工敲入手工敲入 、穿孔、穿孔紙帶紙帶 、拷貝、拷貝、I/O通訊接口通訊接口a)b)c)常用的控制介質(zhì)a) 磁盤 b) 移動硬盤 c) U盤MMTC N C 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心。由輸入裝置、控制器、運算器由輸入裝置、控制器、運算器和輸出裝置組成。和輸出裝置組成。如圖所示是某數(shù)控車床的數(shù)控裝置。它由輸入裝置（如鍵盤）、控制運算器和輸出裝置（如顯示器）等構(gòu)成。輸入裝置：接收外部的輸入

7、程序并存儲控制器：控制和協(xié)調(diào)數(shù)控裝置各部分協(xié)調(diào)工作運算器：接收控制信息，對集合信息進行插補運算并向輸出裝置發(fā)出進給脈沖輸出裝置：將脈沖輸出給伺服系統(tǒng)FANUC西門子廣州數(shù)控華中數(shù)控凱恩帝藍天MMTC N C 構(gòu)成構(gòu)成: 驅(qū)動裝置、伺服電動機、傳動絲杠等驅(qū)動裝置、伺服電動機、傳動絲杠等 工作過程工作過程： （弱電（弱電 強電）強電） 脈沖信號脈沖信號 伺服單元放大器伺服單元放大器 電動機運轉(zhuǎn)電動機運轉(zhuǎn) 工作臺、主軸移動工作臺、主軸移動 絲杠轉(zhuǎn)動絲杠轉(zhuǎn)動 伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機床本體間的傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)，可以伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機床本體間的傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)，可以將來自數(shù)控裝置的將來自數(shù)控裝置的脈沖信號脈沖

8、信號轉(zhuǎn)換為機床移動部件的轉(zhuǎn)換為機床移動部件的 運動，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴格的相運動，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴格的相 對對運動運動，最后加工出符合圖紙的零件。，最后加工出符合圖紙的零件。a) 驅(qū)動裝置b ) 伺服電動機伺服機構(gòu)MMTC N C輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的強電控制裝置。由于可編程控制器（PLC）具有響應快、性能可靠、易于使用、編程和修改程序，并可直接驅(qū)動機床電氣等特點，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機床的輔助控制裝置。圖所示為某可編程控制器的外觀圖。輔助控制裝置MMTC N C 檢測反饋裝置將數(shù)控機床各個坐標軸的實際位移量、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成

9、電信號，并反饋到機床的數(shù)控裝置中。 檢測裝置的檢測元件有多種，常用的有直線光柵、光電編碼器、圓光柵、絕對編碼尺等。光電編碼器直線光柵 機床本體是數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械部分，包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件（如工作臺、滑板及其傳動部件）和床身、立柱、支承部件等。MMTC N C 數(shù)控機床加工零件的工作過程如圖所示。 加工步驟如下： （1）根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序段格式編寫出加工程序。 （2）將所編寫加工程序指令輸入到機床數(shù)控裝置中。 （3）數(shù)控裝置對程序（代碼）進行處理之后，向機床各個坐標的伺服驅(qū)動機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出控制信號。 （4）伺服機構(gòu)接

10、到執(zhí)行信號指令后，驅(qū)動機床的各個運動 部件，并控制所需的輔助動作。 （5）機床自動加工出合格的零件。數(shù)控裝置伺服機構(gòu)機床本體圖樣程序工件MMTC N CMMTC N C主要有：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控齒輪加工機床以及數(shù)控加工中心等。 數(shù)控車床 數(shù)控銑床MMTC N C金屬成形類數(shù)控機床指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數(shù)控機床。常用的有數(shù)控壓力機、數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控旋壓機等。特種加工類數(shù)控機床主要有數(shù)控電火花成形加工機床、數(shù)控電火花線切割機床如圖、數(shù)控激光切割機床等。數(shù)控機床主要有三坐標測量儀、數(shù)控對刀儀、數(shù)控繪圖儀等。 MMTC N C始 點終 點123

11、451) 點位控制（點位控制（Positioning Control）數(shù)控機床）數(shù)控機床：特點：只控制起點和終點的精確位置，與中間過程無關(guān)特點：只控制起點和終點的精確位置，與中間過程無關(guān)包括：包括： 數(shù)控鉆、數(shù)控鏜、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機數(shù)控鉆、數(shù)控鏜、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機共性：中間過程屬共性：中間過程屬“非切削段非切削段”MMTC N C加工零件類型：帶臺階的圓柱零件、方形零件加工零件類型：帶臺階的圓柱零件、方形零件它它是點位控制和單坐標控制的結(jié)合，可有多個坐標但不是點位控制和單坐標控制的結(jié)合，可有多個坐標但不能聯(lián)動，起終點之間屬能聯(lián)動，起終點之間屬“切削段切削段”。這類機床不僅能保證刀具在相

12、關(guān)點的定位，還要控制刀這類機床不僅能保證刀具在相關(guān)點的定位，還要控制刀具沿某一個坐標軸方向作具沿某一個坐標軸方向作直線直線運動的速度和運動的速度和路線。路線。該類設備有：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床等該類設備有：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床等2) 點位直線控制數(shù)控機床：點位直線控制數(shù)控機床：MMTC N C實現(xiàn)兩個或兩個以上坐標做關(guān)聯(lián)運動，即聯(lián)動實現(xiàn)兩個或兩個以上坐標做關(guān)聯(lián)運動，即聯(lián)動21XYO移動軌跡始點最終點3) 輪廓控制數(shù)控機床：輪廓控制數(shù)控機床：控制內(nèi)容：程序規(guī)定的軌跡、速度控制內(nèi)容：程序規(guī)定的軌跡、速度該類設備有：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床和電加工機床等。該類設備有：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨

13、床和電加工機床等。加工零件類型：可加工曲線、曲面類零件加工零件類型：可加工曲線、曲面類零件MMTC N C數(shù)控裝置脈沖指令步進電機驅(qū)動線路工作臺MMTC N C數(shù)控裝置位置控制速度控制伺服電機測速機工作臺位置檢測器MMTC N C數(shù)控裝置位置控制速度控制伺服電機測速機工作臺轉(zhuǎn)角檢測器MMTC N C兩坐標、三坐標、四坐標、五坐標兩坐標、三坐標、四坐標、五坐標NC機床機床）兩坐標）兩坐標NC機床：機床：類型：線切割、二坐標銑（二軸半）類型：線切割、二坐標銑（二軸半）用途：可加工二維輪廓零件。用途：可加工二維輪廓零件。2)三軸聯(lián)動的三軸聯(lián)動的NC機床機床: 可實現(xiàn)可實現(xiàn)X 、Y 、Z三個坐標聯(lián)動三

14、個坐標聯(lián)動用途：可用于加工曲面類零件用途：可用于加工曲面類零件MMTC N C3)四坐標聯(lián)動四坐標聯(lián)動:除、外還可和另一旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動除、外還可和另一旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動用途：可加工各種曲面、四軸直紋面葉輪、螺旋類零用途：可加工各種曲面、四軸直紋面葉輪、螺旋類零件和平面內(nèi)斜孔的殼體類零件。件和平面內(nèi)斜孔的殼體類零件。類別：類別：按旋轉(zhuǎn)軸劃分：、按旋轉(zhuǎn)軸劃分：、與三坐標機床相比它的加工范圍、精度都得到了提高。與三坐標機床相比它的加工范圍、精度都得到了提高。MMTC N C用途：理論上可實現(xiàn)空間在不干涉情況下任何復雜結(jié)構(gòu)零用途：理論上可實現(xiàn)空間在不干涉情況下任何復雜結(jié)構(gòu)零件的加工，如加工曲面變斜角、各種

15、葉輪、閉式葉件的加工，如加工曲面變斜角、各種葉輪、閉式葉 盤、帶有空間斜孔的復雜殼體類零件盤、帶有空間斜孔的復雜殼體類零件4) 五坐標聯(lián)動：五坐標聯(lián)動： 除、外還可和兩個旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動除、外還可和兩個旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動（、）（、）結(jié)構(gòu)：兩個旋轉(zhuǎn)坐標都在主軸上；結(jié)構(gòu)：兩個旋轉(zhuǎn)坐標都在主軸上；兩個旋轉(zhuǎn)坐標都在工作臺上；兩個旋轉(zhuǎn)坐標都在工作臺上；一個旋轉(zhuǎn)坐標在主軸上，另一個在工作臺上一個旋轉(zhuǎn)坐標在主軸上，另一個在工作臺上MMTC N C（1）經(jīng)濟型數(shù)控機床 經(jīng)濟型數(shù)控機床大多指采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，其功能簡單，價格便宜，適用于自動化程度和加工精度要求不高的場合。 （2）中檔數(shù)控車床，中檔數(shù)控機床大

16、多指采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，一般具有單色顯示的CRT，程序儲存和編輯功能，能進行刀尖圓弧半徑補償、固定循環(huán)、螺紋切削等功能。 （3）多功能型數(shù)控機床 這類數(shù)控機床的功能齊全，價格較貴。加工復雜零件的大中型機床及柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)使用的數(shù)控機床一般為多功能型。這是指較高檔次的數(shù)控車床，這類機床一般具備刀尖圓弧半徑自動補償、恒線速度切削、倒角、固定循環(huán)、螺紋切削、圖形顯示、用戶宏程序等功能。系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能高檔高檔中檔中檔經(jīng)濟型經(jīng)濟型功能功能無級變速、無級變速、C C軸功能軸功能機械變速機械變速分辯率分辯率0.10.1mm1 1 mm10 10 mm進給速度進給速度151510

17、0100m/minm/min15152424m/minm/min8 81515m/minm/min伺服驅(qū)動伺服驅(qū)動閉環(huán)閉環(huán)半閉環(huán)半閉環(huán)開環(huán)開環(huán)電機電機交、直流伺服電機交、直流伺服電機步進電機步進電機聯(lián)動軸數(shù)聯(lián)動軸數(shù)2 24 4軸或軸或2 25 5軸軸2 23 3軸軸通信功能通信功能MAPMAP，聯(lián)網(wǎng)功能聯(lián)網(wǎng)功能RS232CRS485RS232CRS485無無顯示功能顯示功能三維圖形彩顯三維圖形彩顯CRTCRT圖形顯示圖形顯示數(shù)碼或數(shù)碼或CRTCRT字符字符內(nèi)裝內(nèi)裝PLCPLC有有有有無無主主CPUCPU3232位或位或6464位位1616位或位或3232位位8 8位位MMTC N CMMTC

18、N C第一章第一章 緒論緒論MMTC N C第一章第一章 緒論緒論 1.1. 即在考慮機床坐標系時,被加工工件的坐標系看作是相對靜止的，其目的是編程人員可以根據(jù)零件圖樣來確定機床的加工過程。MMTC N C第一章第一章 緒論緒論 2.2.標準坐標系的規(guī)定標準坐標系的規(guī)定 一個直線進給運動或一個圓周進給運動定義為一個坐標軸。標準坐標系是一個用X、Y、Z表示的直線進給運動的直角坐標系，用右手法則判定。大拇指指向X軸正方向，食指指向Y軸正方向，中指指向Z軸正方向。坐標系各坐標軸與機床的主要導軌平行。圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的坐標軸分別用A、B、C表示，根據(jù)右手定則判定，大拇指指向X、Y、Z方向，其他四指

19、旋向分別為+A、+B、+C方向。MMTC N C 3.3.運動部件方向規(guī)定運動部件方向規(guī)定 機床某一運動部件的正方向，規(guī)定為增大刀具與工件距離的方向，而對鉆、鏜加工，鉆入或鏜入工件的方向是負方向。 4.4.標準坐標系的原點標準坐標系的原點 標準坐標系的原點位置是任意的，A、B、C的旋轉(zhuǎn)運動也是任意的。 MMTC N C第一章第一章 緒論緒論標準坐標系確定過程標準坐標系確定過程先確定先確定Z Z軸，然后確定軸，然后確定X X軸和軸和Y Y軸。軸。 (1)Z (1)Z坐標軸的確定：坐標軸的確定：Z Z軸的方向是由傳遞切削力主軸確軸的方向是由傳遞切削力主軸確定，與主軸軸線平行的坐標軸既為定，與主軸軸線平行的坐標軸既為Z Z軸。軸。 (2)X (2)X坐標軸的確定：一般平行于工件的裝卡面，垂直于坐標軸的確定：一般平行于工件的裝卡面，垂直于Z Z軸。軸。對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，X X軸的方向是在工件的徑向上，軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫向?qū)к?，刀具離開工件的方向為正方向。且平行于橫向?qū)к墸毒唠x開工件的方向為正方向。對于刀對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床具旋轉(zhuǎn)的機床且且Z Z軸豎直，從主軸向立柱看，軸豎直，從主軸向立柱看，X X的正方向向右；的正方向向右；如果如果Z Z軸水平，從主軸向工件看時，軸水平，從主軸向工件看時，X X正方向向右；正方向向右；對于刀具對于刀具和工件都不轉(zhuǎn)的