項(xiàng)目一數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)

1、數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的概念及組成認(rèn)識不同種類的數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢本章難點(diǎn)回顧項(xiàng)目要點(diǎn)：1.掌握數(shù)控機(jī)床的概念及組成；2.掌握數(shù)控機(jī)床的分類；3.理解數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用；4.了解數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。任務(wù)一 學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的概念及組成一、任務(wù)引入二、任務(wù)分析三、知識準(zhǔn)備四、任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述： 本任務(wù)以最新的FANUCOiMateTD型數(shù)控車床為例，介紹數(shù)控機(jī)床的一些基礎(chǔ)知識，包括數(shù)控的概念及數(shù)控機(jī)床的主要組成。2.知識目標(biāo)（1）了解數(shù)控機(jī)床的概念；（2）掌握數(shù)控機(jī)床的組成。3.技能目標(biāo)能夠熟練識別數(shù)控機(jī)床的組成部件。二、任務(wù)分析1 .數(shù)控

2、及數(shù)控機(jī)床的概念；2 .數(shù)控機(jī)床的組成；3 .各部分的作用。三、知識準(zhǔn)備 (一) 數(shù)控機(jī)床的概念 1.數(shù)控 用數(shù)字信號對機(jī)床的運(yùn)動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。 2. 數(shù)控機(jī)床 用數(shù)字化信號對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。 3.數(shù)控加工 數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上加工零部件的一種工藝方法。 (二) 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般由輸入/輸出設(shè)備、數(shù)控裝置( 或稱CNC 單元) 、伺服單元、驅(qū)動裝置(或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu))、可編程控制器PLC 及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測量裝置組成。四、任務(wù)實(shí)施認(rèn)識CK6152數(shù)控車床的組成。任務(wù)二 認(rèn)識不同種類的數(shù)控機(jī)床一、任

3、務(wù)引入二、任務(wù)分析三、知識準(zhǔn)備一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述 從不同的角度出發(fā)，數(shù)控機(jī)床可分為多種類型。2.知識目標(biāo)（1）了解數(shù)控機(jī)床的原則；（2）理解按照工藝用途、控制軸數(shù)分類特點(diǎn)；（3）掌握數(shù)控機(jī)床按照伺服系統(tǒng)的控制方式、控制運(yùn)動的軌跡分類類型。二、任務(wù)分析 數(shù)控機(jī)床的種類、規(guī)格繁多，從不同的技術(shù)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)出發(fā)，可以對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行各種不同的分類，一般可以按下面幾種原則進(jìn)行分類。本任務(wù)介紹數(shù)控機(jī)床按五種情況分類，主要討論按伺服系統(tǒng)的類型、控制運(yùn)動的軌跡分類。三、知識準(zhǔn)備 (一) 按控制運(yùn)動的軌跡劃分 數(shù)控機(jī)床運(yùn)動軌跡主要有3 種形式: 點(diǎn)位控制運(yùn)動、直線控制運(yùn)動和連續(xù)控制運(yùn)動。 1.點(diǎn)位控制運(yùn)動

4、點(diǎn)位控制運(yùn)動是指刀具相對工件的點(diǎn)定位, 一般對刀具運(yùn)動軌跡無特殊要求。即只控制從一點(diǎn)到另一點(diǎn)位置的精確定位，而不控制移動軌跡，在移動和定位過程中不進(jìn)行任何加工。2.直線控制運(yùn)動 直線控制運(yùn)動是指刀具或工作臺以給定的速度按直線運(yùn)動。圖1-6 點(diǎn)位控制運(yùn)動 圖1-7 直線控制運(yùn)動 圖1-8 連續(xù)控制運(yùn)動2.連續(xù)控制運(yùn)動連續(xù)控制運(yùn)動也稱輪廓控制運(yùn)動, 是指刀具或工作臺按工件的輪廓軌跡運(yùn)動, 運(yùn)動軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其他函數(shù)關(guān)系的曲線。即對兩個或兩個以上坐標(biāo)軸同時進(jìn)行控制。 (二) 按伺服系統(tǒng)的類型劃分開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)（根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)）開環(huán)數(shù)

5、控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。減速器數(shù)控裝置控制電路步進(jìn)電機(jī)工作臺輸入開環(huán)控制系統(tǒng)框圖特性：無位置反饋，精度低。其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的性能和精度。伺服驅(qū)動元件：一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為。優(yōu)缺點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及普通機(jī)床的數(shù)控改造。例如：CJK6125B 、J1BNC320等。 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運(yùn)動部件

6、的實(shí)際位置。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元+-電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺輸入半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度檢測元件速度反饋位置反饋轉(zhuǎn)角檢測元件半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高。是現(xiàn)代CNC機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的一種伺服系統(tǒng)形式。 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系

7、統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對運(yùn)動部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元+-電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺輸入閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖位置檢測元件速度檢測元件速度反饋位置反饋從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有最高的位置控制精度。 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。 (三) 按工藝用途劃

8、分 (三) 按控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)劃分 2軸聯(lián)動（平面曲線） 3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀） 4軸聯(lián)動（空間曲面） 5軸聯(lián)動（空間曲面） 。 聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。坐 標(biāo) 聯(lián) 動 ？ 指數(shù)控機(jī)床的幾個坐標(biāo)軸能夠同時進(jìn)行移動，從而獲得平面直線、平面圓弧、空間直線和空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡的能力。 數(shù)控車床是兩坐標(biāo)控制的， 數(shù)控銑床是三坐標(biāo)控制的， 早期的數(shù)控機(jī)床盡管具有三個坐標(biāo)軸，但能夠同時進(jìn)行聯(lián)動控制的可能只是其中兩個坐標(biāo)軸，那就屬于兩坐標(biāo)聯(lián)動的三坐標(biāo)機(jī)床稱為兩軸半。像這類機(jī)床無法獲得空間直線、空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡。 要想加工復(fù)雜的曲面，只能采用三軸以上的聯(lián)動控制。兩軸半坐標(biāo)

9、聯(lián)動 機(jī)床本身有三個坐標(biāo)能作三個方向的運(yùn)動，但控制裝置只能同時控制兩個坐標(biāo)，而第三個坐標(biāo)只能作等距周期移動。坐標(biāo)聯(lián)動加工 任務(wù)三 數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用一、任務(wù)引入二、任務(wù)分析三、知識準(zhǔn)備一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述機(jī)械零件多種多樣，完成一個零件的加工需要多道工序，我們在本任務(wù)中了解數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)及其在零件加工中的應(yīng)用。2.知識目標(biāo)（1）了解數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用； （2）掌握數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)。二、任務(wù)分析 本任務(wù)通過分析數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)，能根據(jù)工件合理的選擇數(shù)控機(jī)床。三、知識準(zhǔn)備 （一）數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn) 1.自動化程度高，減輕人工勞動強(qiáng)度 2.柔性加工程度高，適應(yīng)性強(qiáng) 3.加工精度高, 加工

10、質(zhì)量穩(wěn)定 4.生產(chǎn)效率高 5.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 6.良好的經(jīng)濟(jì)效益（二）數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用1.最適應(yīng)數(shù)控加工零件類（1）形狀復(fù)雜, 加工精度要求高, 用通用機(jī)床很難加工或雖然能加工但很難保證加工質(zhì)量的零件。（2）用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件。（3）具有難測量, 難控制進(jìn)給, 難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒形零件。（4）必須在一次裝夾中完成銑、鏜、锪、鉸或攻螺紋等多工序的零件。2.不適應(yīng)數(shù)控加工零件類（1）生產(chǎn)批量大的零件( 當(dāng)然不排除其中個別工序用數(shù)控機(jī)床加工)。（2）裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件。（3）加工余量很不穩(wěn)定, 且在數(shù)控機(jī)床上無在線檢測系統(tǒng)用于自動調(diào)整

11、零件坐標(biāo)位置的零件。（4）必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。任務(wù)四 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢一、任務(wù)引入二、任務(wù)分析三、知識準(zhǔn)備一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述 能夠講述數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。2.知識目標(biāo)了解數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用； 二、任務(wù)分析 機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床也不斷發(fā)展。 本任務(wù)介紹數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展，以及數(shù)控機(jī)床未來的發(fā)展趨勢。三、知識準(zhǔn)備 （一） 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 1948年受美國空軍委托Parsons公司和M.I.T合作，1952年研制了世界上第一臺三座標(biāo)數(shù)控機(jī)床（實(shí)驗(yàn)性）。1954年11月，第一臺工業(yè)用數(shù)控機(jī)床由美國本迪克斯公司（Bendix）生產(chǎn)出來。從1952年至今，NC機(jī)床按NC系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的五代。 第一代：1955年 NC系統(tǒng)以電子管組成，體積大，功耗大。第二代：1959年 NC系統(tǒng)以晶體管組成，采用印刷電路板。第三代：1965年 NC系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點(diǎn)是體積小，功耗低，可靠性進(jìn)一步提高。以上三代NC系統(tǒng)，由于其數(shù)控功能均由硬件實(shí)現(xiàn)，故歷史上又稱其為“硬線NC”第四代：1970年 NC系統(tǒng)采用小型計算機(jī)取代專用計算機(jī)，其部分功能由軟件實(shí)現(xiàn)，它具有價格低，可靠性高和功能多等特點(diǎn)。第五代：1974年 NC系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價格進(jìn)一步降低，體積進(jìn)一步縮