CAM數(shù)控技術(shù)緒論課件

1、現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)羅圓智武漢工程大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院8/16/20221第1頁，共44頁。主要參考書廖效果、劉又午等 數(shù)控技術(shù) 湖北科學(xué)技術(shù)出版社 武漢，2000年 畢承恩，丁乃健現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 機(jī)械工業(yè)出版社 北京，1994張建 鋼等數(shù)控技術(shù)華中科技大學(xué)出版社 武漢，20008/16/20222第2頁，共44頁。教學(xué)方法與考核方式 教學(xué)方法課堂教學(xué) 實驗教學(xué)自 學(xué)專題講座 考核方式考 試（70%）平時成績（20%）讀書報告課堂提問 實驗報告（10%）8/16/20223第3頁，共44頁。 1-1 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念 第一章 緒 論 一、定義 1. 數(shù)字控制 (數(shù)控NC) (Numerical

2、Control ) 它是指用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程中進(jìn)行控制的一種方法。2. 數(shù)控系統(tǒng)（NC Control System） 數(shù)控設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機(jī)構(gòu)等統(tǒng)稱數(shù)控控制系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設(shè)備、計算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進(jìn)給及驅(qū)動裝置等組成。8/16/20224第4頁，共44頁。 數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機(jī)床。它綜合了綜合了計算機(jī)、自動控制、精密測量、機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計與制造等方面的最新成果。3. 數(shù)控機(jī)床（NC Machine Tools）4、 數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5、

3、 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control CNC ）以計算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。8/16/20225第5頁，共44頁。7、并聯(lián)機(jī)床：新一代機(jī)床的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步滿足超精密，超高速。6、加工中心MC：數(shù)控機(jī)床配有刀具庫和自動換刀裝置就構(gòu)成加工中心，它可以一次裝夾并進(jìn)行多工序加工。 8/16/20226第6頁，共44頁。驅(qū)動桿機(jī)架 動平臺主軸電機(jī)伺服電機(jī)主軸刀具柔性夾具工件靜平臺圖1-1 并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖 驅(qū)動并聯(lián)化并聯(lián)加工中心（又稱6條腿數(shù)控機(jī)床、虛軸機(jī)床）是數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破。8/16/20227第7頁，共44頁。 1-2 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點和發(fā)展趨勢

4、一、特點1. 對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng)。 2. 生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。 3. 能完成復(fù)雜型面的加工。8/16/20228第8頁，共44頁。 5.數(shù)控機(jī)床是一種高技術(shù)的設(shè)備。 它具有故障診斷的能力，監(jiān)控功能強(qiáng)，能減輕操作者的勞動強(qiáng)度、實現(xiàn)加工自動化和操作簡單化，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化和有利于向高級計算機(jī)控制與管理方面發(fā)展 4. 工序集中，一機(jī)多用。 3. 需要高度熟練和經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的零件編程員。缺點： 1. 造價相對較高。 2. 測試和維修比較復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人才。8/16/20229第9頁，共44頁。 二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 高速度:以發(fā)展高速切削為先導(dǎo)（最高轉(zhuǎn)速達(dá)80000r/

5、min以上），并重視對空行程的提速(最高進(jìn)給速度達(dá)80m/min)，力求達(dá)到更大的加工效率。 2 高效率：在注重提高機(jī)床材料去除率的同時，大力推進(jìn)以縮短加工過程鏈為目標(biāo)的復(fù)合加工技術(shù)。 3 高柔性：機(jī)床及其制造系統(tǒng)的柔性化將在可重組技術(shù)的支持下，通過對制造系統(tǒng)的快速重組實現(xiàn)敏捷和經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)不確定市場對產(chǎn)品多變地要求。8/16/202210第10頁，共44頁。 5高環(huán)保：機(jī)床地綠色設(shè)計與制造以重視環(huán)保的凈潔生產(chǎn)為重點，干切削或微量切削液的高效加工技術(shù)日趨成熟。 4 高精度：數(shù)控車、銑、磨等機(jī)床地工作精度正以平均每年提升8%10%地幅度向納米級精度邁進(jìn)。8/16/202211第11頁，共44頁。

6、三、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展現(xiàn)狀1、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展歷史 1952年，三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床的系統(tǒng)研究成功。電子管元件 、晶體管元件、 集成電路數(shù)控系統(tǒng) 、大規(guī)模集成電路及小型計算機(jī)和，微處理機(jī)和微型計算機(jī)。數(shù)控加工中心（machining center）的出現(xiàn)使單機(jī)數(shù)控自動化向計算機(jī)控制的多機(jī)制造系統(tǒng)自動化方向發(fā)展。8/16/202212第12頁，共44頁。 隨著計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DNC）、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。先進(jìn)制造技術(shù) 1快速原型法（又稱快速成形法） 2虛擬制造技術(shù) 3柔性制造系統(tǒng)(FMS) 4柔性制造單元（FMC） 5計算機(jī)集

7、成制造系統(tǒng)(CIMS)8/16/202213第13頁，共44頁。2、直接數(shù)字控制系統(tǒng) DNC系統(tǒng)是用一臺計算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。計算機(jī)將一組數(shù)控機(jī)床與存儲有零件加工程序和機(jī)床控制程序的公共存儲器相連接，根據(jù)加工要求想向機(jī)床分配數(shù)據(jù)和指令。DNC系統(tǒng)可分為間接控制型和直接控制型兩種。 8/16/202214第14頁，共44頁。（1）、間接控制型系統(tǒng) 8/16/202215第15頁，共44頁。（2）、直接控制型系統(tǒng) 8/16/202216第16頁，共44頁。3、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng) （1）、柔性制造單元 ：由中心控制計算機(jī)、加工中心與自動交換工件（AWC、A

8、PC）裝置所組成。 中心控制計算機(jī)負(fù)責(zé)作業(yè)調(diào)度、自動檢測與工況自動監(jiān)控等功能 。8/16/202217第17頁，共44頁。（2）、柔性制造系統(tǒng) 一般由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成。 加工系統(tǒng)：由CNC機(jī)床按DNC的控制方式構(gòu)成。 系統(tǒng)中的機(jī)床，有互補(bǔ)和互替兩種配置原則：互補(bǔ)是指在系統(tǒng)中配置有完成不同工序的機(jī)床；互替是指在系統(tǒng)中配置有相同功能的機(jī)床。 8/16/202218第18頁，共44頁。物流系統(tǒng)包括工件和刀具兩個子系統(tǒng)。 刀具系統(tǒng)設(shè)有中央刀庫，由機(jī)器人在中央和各機(jī)床的刀庫之間進(jìn)行輸送和交換刀具。 工件系統(tǒng)包括工件、夾具的輸送、裝卸以及倉儲等裝置。 8/16/202219第19頁，共44

9、頁。8/16/202220第20頁，共44頁。信息流系統(tǒng)包括作業(yè)計劃，加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的調(diào)度與自動控制，在線狀態(tài)監(jiān)控及其數(shù)據(jù)和信息處理，以及故障在線檢測和處理等。 8/16/202221第21頁，共44頁。4、計算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS采用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)將制造工廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來 。CIMS將計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造(CAM)、計算機(jī)輔助管理集成在一起 。8/16/202222第22頁，共44頁。1-3 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成一、組成8/16/202223第23頁，共44頁。程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC伺服驅(qū)動及位置檢測輔助控制即強(qiáng)電

10、控制裝置機(jī)床主運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)給運(yùn)動機(jī)構(gòu)輔助動作機(jī)構(gòu)圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成框圖8/16/202224第24頁，共44頁。8/16/202225第25頁，共44頁。（一）程序編制及程序載體 數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動加工零件的工作指令。即把加工零件的所有運(yùn)動、尺寸、工藝參數(shù)等加工信息，按規(guī)定的方法、格式和代碼，所編制的程序。 程序載體存放程序以便輸入到數(shù)控裝置的裝置。（二）輸入裝置 將所輸入的程序載體上的數(shù)控程序變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。 （三）數(shù)控裝置及強(qiáng)電控制裝置 數(shù)控裝置是接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出指令控制機(jī)床的各個部分，按程序動作的裝置。8/1

11、6/202226第26頁，共44頁。 （四）伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置監(jiān)測裝置（五）機(jī)床的機(jī)械部件 強(qiáng)電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。其主要作用是編譯、判斷和功率放大。 伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成，并與機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。 機(jī)械部件包括主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件、床身、冷卻、定位夾緊裝置等。8/16/202227第27頁，共44頁。二、工作原理圖1-2 數(shù)控機(jī)床的工作原理圖編程手冊加工圖樣編程機(jī)穿孔機(jī)或存儲裝置穿孔帶、磁盤等輸入裝置數(shù)控裝置隨動進(jìn)給系統(tǒng) 機(jī)床8/16/202228第28頁，共44頁。 1-4 數(shù)控機(jī)床的分類

12、 一、 按機(jī)床運(yùn)動軌跡分類 1.點位控制數(shù)控機(jī)床 為點到點控制，只要刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置的控制方式，稱為點位控制。這類機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖剪床等。8/16/202229第29頁，共44頁。圖1-3 點位控制加工原理圖8/16/202230第30頁，共44頁。 2. 直線控制數(shù)控機(jī)床圖1-4 直線控制的加工原理圖 除點到點的準(zhǔn)確位置之外，還要保證兩點之間移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進(jìn)行控制，以便適應(yīng)隨工藝因素變化的不同需要。 簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床，一般有23個可控坐標(biāo)軸，但同時控制的坐標(biāo)軸只有一個。8/1

13、6/202231第31頁，共44頁。 3. 輪廓控制的數(shù)控機(jī)床 能夠?qū)蓚€或兩個以上運(yùn)動坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可進(jìn)行曲線或曲面的加工。圖1-5 2軸控制，同時控制兩個坐標(biāo)8/16/202232第32頁，共44頁。 3軸聯(lián)動，(3軸控制)4軸控制 圖1-6 多軸聯(lián)動數(shù)控加工的原理圖 5軸聯(lián)動加工 5軸聯(lián)動加工8/16/202233第33頁，共44頁。 二 、按伺服系統(tǒng)分類1. 開環(huán)伺服數(shù)控機(jī)床 開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng). 其特點:開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低等優(yōu)點。但是系統(tǒng)對移動部件的誤差沒有補(bǔ)償和校正，所以精度低。一般適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和舊機(jī)床

14、數(shù)控化改造。8/16/202234第34頁，共44頁。圖1-7開環(huán)控制系統(tǒng)8/16/202235第35頁，共44頁。1）在機(jī)床移動部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入指令進(jìn)行比較控制，使移動部件按照實際的要求運(yùn)動，最終實現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因為把機(jī)床工作臺納入了位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。2）該系統(tǒng)定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。該系統(tǒng)調(diào)試工作困難。系統(tǒng)復(fù)雜并且成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機(jī)床，如精密數(shù)控鏜銑床、超精密數(shù)控車床等。2. 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床8/16/202236第36頁，共44頁。圖1-8閉環(huán)控制系統(tǒng)8/16/202237第37頁，共44頁

15、。 1）半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移測量裝置，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的位移，反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，由于慣性較大的機(jī)床移動部件不包括在檢測范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1-7所示。 2）系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的控制特性。機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的誤差，可用補(bǔ)償?shù)霓k法消除，可獲得滿意的精度。中檔數(shù)控機(jī)床廣泛采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 3. 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 8/16/202238第38頁，共44頁。圖1-9半閉環(huán)控制系統(tǒng)8/16/202239第39頁，共44頁。 三、 按加工工藝類型的分類 1. 普通數(shù)控機(jī)床 2. 數(shù)控加工中心 3 金屬成型類數(shù)控機(jī)床 這類

16、數(shù)控機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床一樣，有車、銑 、鉆、鏜、磨床等，與通用機(jī)床不同的是他能加工具有復(fù)雜形狀的零件。 這是一種在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個刀具庫和自動換刀裝置而構(gòu)成的數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)。8/16/202240第40頁，共44頁。 4. 數(shù)控特種加工機(jī)床 數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床。8/16/202241第41頁，共44頁。四、 按用數(shù)控裝置的類型分類 1、硬件式數(shù)控機(jī)床 2、軟件式數(shù)控機(jī)床使用硬件式數(shù)控裝置。改變或增、減控制、運(yùn)算功能時，需要改變數(shù)控裝置的硬件電路。通用性、靈活性差，制造周期長，成本高。使用計算機(jī)數(shù)控裝置。主要功能由系統(tǒng)軟件來完成。無需改變系統(tǒng)硬件，只需改變系統(tǒng)軟件，即可改變系統(tǒng)功能。8/16/202242第42頁，共44頁。五、 按用數(shù)控裝置的功能水平分類可以