數(shù)控技術(shù)基本知識(shí)

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第1章緒論

數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)；數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用是提高制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的重要手段。

我國制造業(yè)數(shù)控化率年增長率達(dá)6%，據(jù)預(yù)測到2020年，制造業(yè)數(shù)控化率將達(dá)到60%。

§1-1數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的基本概念

一、定義1.數(shù)字控制(數(shù)控NC)(NumericalControl)

它是指用數(shù)字化信號(hào)對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程中進(jìn)行控制的一種方法。32.數(shù)控系統(tǒng)（NCControlSystem）

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(jì)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(dòng)裝置等組成。

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(dòng)化機(jī)床。它綜合了綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、精密測量、機(jī)床的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造等方面的最新成果。3.數(shù)控機(jī)床（NCMachineTools）4二、數(shù)控加工的原理數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序零件圖數(shù)控系統(tǒng)

機(jī)床數(shù)控機(jī)床的工作原理圖§1.2

數(shù)控車床組成：一、數(shù)控車床是集機(jī)、電、液、氣為一體,按照人機(jī)工程學(xué)宜人化進(jìn)行布局設(shè)計(jì),全封閉防護(hù)。主要由如下幾部分組成:（1）主機(jī):它是數(shù)控車床的機(jī)械部分,包括床身底座、主軸箱、刀架、尾座、進(jìn)給機(jī)構(gòu)。（2）數(shù)控裝置:它是數(shù)控車床的控制核心部分,包括CPU、存儲(chǔ)器、CTR等。

數(shù)控裝置

（3）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):它是數(shù)控車床的切削動(dòng)力部分,主要實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng),由伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成。伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要由主軸電機(jī)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置。（4）輔助裝置:輔助裝置包括數(shù)控車床的一些配件,包括液壓裝置、氣壓裝置、排屑裝置冷、卻潤滑裝置等。二、數(shù)控車床加工的特點(diǎn)如下:（1）自動(dòng)化程度高,減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。（2）加工質(zhì)量穩(wěn)定,尺寸統(tǒng)一性好

。（3）生產(chǎn)效率高

。（4）便于產(chǎn)品研制

。（5）便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造。（6）加工成本一般較高。（7）適宜多品種中小批量生產(chǎn)。（8）設(shè)備維修困難。2022/12/1211§1.3數(shù)控機(jī)床總總體結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)一、對數(shù)控控機(jī)床總體體設(shè)計(jì)的要要求1、對機(jī)床性性能的要求求（1）機(jī)床工藝藝范圍：要要適應(yīng)不同同生產(chǎn)要求求的能力（2）加工精度度高：抵擋擋數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的分辨率率為10um中檔為1um，高檔為0.1um.2、滿足機(jī)床床剛度和抗抗震性的要要求3、減少熱變變形的要求求4、對機(jī)床可可靠性的要要求5、對速度的的要求6、經(jīng)濟(jì)效益益7、人機(jī)關(guān)系系的要求二、數(shù)控機(jī)機(jī)床的總體體布局機(jī)床的總體體布局直接接影響到機(jī)機(jī)床的結(jié)構(gòu)構(gòu)和性能。。合理選擇擇機(jī)床布局局，不但可可以使機(jī)械械結(jié)構(gòu)更簡簡單、合理理、經(jīng)濟(jì)，，而且能提提高機(jī)床剛剛度、改善善機(jī)床受力力情況，提提高熱穩(wěn)定定性和操作作性能，使使機(jī)床滿足足數(shù)控化的的要求。（1）臥式數(shù)控控車床：刀架后置的數(shù)控控車床（2）立式數(shù)控控車床：主軸軸線處處于垂直位位的數(shù)控車車床。立式數(shù)控車床16（3）雙刀架四四軸控制的的數(shù)控車床床：機(jī)床上有兩兩個(gè)獨(dú)立的的回轉(zhuǎn)刀架，可實(shí)實(shí)現(xiàn)四軸控控制。17（4）三軸控制制的車削中中心：車削中心是是在數(shù)控車車床的基礎(chǔ)礎(chǔ)上發(fā)展起起來的，主要特征是在數(shù)控車車床的轉(zhuǎn)塔塔刀架上增設(shè)了多種種自驅(qū)動(dòng)刀刀具，并對對主軸（C軸）進(jìn)行伺伺服控制，，自驅(qū)動(dòng)刀刀具有鉆削削頭、銑削削頭等。（5）五軸聯(lián)動(dòng)車車銑復(fù)合中中心：機(jī)床配置雙雙車主軸、、一個(gè)銑軸、一個(gè)個(gè)回轉(zhuǎn)刀架架和一個(gè)盤盤式刀庫。。車銑復(fù)合中中心主要用于航空、、軍工、汽汽車、船舶舶等行業(yè)中中復(fù)雜零件件的加工。。主軸銑軸前置回轉(zhuǎn)刀刀架三、數(shù)控機(jī)機(jī)床的主傳傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的的主傳動(dòng)系系統(tǒng)包括主主軸電動(dòng)機(jī)機(jī)、傳動(dòng)系系統(tǒng)和主軸軸組件1、對主傳動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的要要求（1）調(diào)速范圍圍（2）熱變形（3）主軸的旋旋轉(zhuǎn)精度和和運(yùn)動(dòng)精度度（4）主軸的靜靜剛度和抗抗震性（5）主軸組件件的耐磨性性2、數(shù)控機(jī)床床主軸的調(diào)調(diào)速方法數(shù)控機(jī)床的的主傳動(dòng)要要求較大的的調(diào)速范圍圍，以保證證加工時(shí)能能選用合理的的切削用量量，從而獲獲得最佳的的生產(chǎn)效率率、加工精精度和表面質(zhì)質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床的的變速是按按照控制指指令自動(dòng)進(jìn)進(jìn)行的，因因此變速機(jī)機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)應(yīng)自動(dòng)操作作的要求。。數(shù)控機(jī)床主主傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)主要有四四種配置方方式帶有變速齒齒輪的主傳傳動(dòng)通過帶傳動(dòng)動(dòng)的主傳動(dòng)動(dòng)用兩個(gè)電動(dòng)動(dòng)機(jī)分別驅(qū)驅(qū)動(dòng)主軸內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)機(jī)主軸傳動(dòng)動(dòng)結(jié)構(gòu)3、主軸部件件主軸部件是是機(jī)床重要要的部件之之一，它帶帶動(dòng)工件或或刀具執(zhí)行行機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)動(dòng)，因此數(shù)數(shù)控機(jī)床主主軸的精度度，抗震性性，和熱變變形對加工質(zhì)量有有直接影響響主軸部件包包括主軸的的支承、安安裝在主軸軸上的傳動(dòng)動(dòng)零件等。。錐孔雙列圓圓柱滾子軸軸承雙列推力角角接觸球軸軸承雙列圓錐滾滾子軸承帶凸肩的雙雙列圓錐滾滾子軸承常用主軸軸軸承軸承的配置置合理配置軸軸承,可以提高主主軸精度,降低溫升,簡化支承結(jié)結(jié)構(gòu)。在數(shù)數(shù)控機(jī)床上上配制軸承承時(shí),前后軸承都都應(yīng)能承受受徑向載荷荷,支承間的距距離要選擇擇合理,并根據(jù)機(jī)床床的實(shí)際情情況配制軸軸向力的軸軸承。（1）采用后端定位,推力軸承布布置在后支支承的兩側(cè)側(cè),軸向載荷由由后支承承承受。（2）采用前、后兩端端定位,推力軸承布布置在前、、后支承的的兩外側(cè),軸向載荷由由前支承承承受,軸向間隙由由后端調(diào)整整。（3）采用前端定位,推力軸承布布置在前支支承,軸向載荷由由前支承承承受。四、數(shù)控機(jī)機(jī)床的進(jìn)給給傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)控機(jī)床對對進(jìn)給系統(tǒng)統(tǒng)的基本要要求1)提高傳動(dòng)部部件的剛度度。2)減小傳動(dòng)部部件的慣量量。3)減小傳動(dòng)部部件的間隙隙4)減小系統(tǒng)的的摩擦阻力力數(shù)控機(jī)床進(jìn)進(jìn)給系統(tǒng)的的基本形式式滾珠絲杠螺螺母副靜壓絲杠螺螺母副靜壓蝸桿蝸蝸條副和齒齒輪齒條副副直線電動(dòng)機(jī)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)滾珠絲杠螺螺母副的結(jié)結(jié)構(gòu)原理滾珠絲杠的的支撐方法法1、機(jī)床支承件件及其功用用機(jī)床支承件是機(jī)機(jī)床的基礎(chǔ)礎(chǔ)構(gòu)件。包括床身、立往往、橫梁、、底座、刀刀架、工作作臺(tái)、箱體體和升降臺(tái)等。這些件一一般稱為“大件”。機(jī)床的各種支承承件有的互互相固定連連接、有的的在導(dǎo)軌上上運(yùn)動(dòng)。切切削時(shí)它們們受力并變形。。機(jī)床變動(dòng)動(dòng)的切削力、、運(yùn)動(dòng)件的的慣性、旋旋轉(zhuǎn)件的不不平衡等動(dòng)動(dòng)態(tài)力會(huì)引引發(fā)支承件件和整機(jī)振振動(dòng)。支承件的熱變形會(huì)會(huì)改變執(zhí)行行機(jī)構(gòu)的正正確位置或或運(yùn)動(dòng)軌跡跡，影響加加工精度和和表面質(zhì)量量e因此必須重視支承件的設(shè)設(shè)計(jì)。五、機(jī)床支支承件2、對機(jī)床支承承件的基本本要求（1）、應(yīng)具有足夠的的靜剛廢和和較高的剛剛度一重量量比。（2）、應(yīng)有較好的動(dòng)態(tài)特性（3）、應(yīng)具有較好的的熱變形特性（4）、應(yīng)考慮到便于于排屑、清清砂，吊運(yùn)運(yùn)安全；合合理地布置置液壓，電氣等器器件，并具具有良好的的工藝性，便于制制造和裝配配。3、數(shù)控機(jī)床支支承件結(jié)構(gòu)構(gòu)的一些特點(diǎn)(一)支承件的形形狀選擇原則1)在同等面積積下，設(shè)計(jì)計(jì)支承件時(shí)時(shí)總是使壁壁厚在工藝藝可能的前提下盡量量薄2)方形截面的的抗彎剛度度比圓形的的大，而抗抗扭剛度則則較低因此此，如果支支承件所承承受的主要要是彎短，，則截面形形狀以方形形和矩形為為佳。3)不封閉的截截面比封閉閉的截面，，剛度顯著著下降，特特別是抗扭扭剛度，下下降更多因因此，在可可能條件下下，應(yīng)盡量量把支承件件的截面做做成封閉的的框形。(二)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為提高靜剛剛度和抗振振性，應(yīng)合合理的設(shè)計(jì)計(jì)橫截面的的形狀尺寸寸，合理的的布置筋板板結(jié)構(gòu)五、數(shù)數(shù)控機(jī)床導(dǎo)導(dǎo)軌1、機(jī)床導(dǎo)軌軌的功用機(jī)床導(dǎo)軌的的功用是起起導(dǎo)向及支支承作用，，即保證運(yùn)運(yùn)動(dòng)部件在在外力的作作用下(運(yùn)動(dòng)部件本本身的重量量、工件重重量、切削削力及牽引引力等)能準(zhǔn)確地沿沿著一定方方向的運(yùn)動(dòng)動(dòng)。2、導(dǎo)軌應(yīng)滿滿足的基本本要求（1）．導(dǎo)向精精度（2）．剛度（3）．耐磨性性（4）．低速平平穩(wěn)性（5）．結(jié)構(gòu)工工藝性3、導(dǎo)軌基本本類型及特特點(diǎn)1)導(dǎo)軌按工作作性質(zhì)可分分為主運(yùn)動(dòng)動(dòng)導(dǎo)軌、進(jìn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)導(dǎo)軌。2)校運(yùn)動(dòng)軌跡跡可分為直直線運(yùn)動(dòng)和和圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)導(dǎo)軌。3)按受力情況況可分為開開式導(dǎo)軌和和閉式導(dǎo)軌軌。4)按摩掠性質(zhì)質(zhì)可分為滑滑動(dòng)導(dǎo)軌和和滾動(dòng)導(dǎo)軌軌。直線滑動(dòng)導(dǎo)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌6、刀庫和機(jī)機(jī)械手選刀方式是是將所需刀刀具從刀庫庫中準(zhǔn)確調(diào)調(diào)出的方法法，常用的有順順序選刀和和任意選刀刀二、刀具的的選擇方式式順序選刀：：按照工藝藝順序的要要求依次將將所用刀具具插入刀庫刀座中中，需要時(shí)時(shí)按規(guī)定的的順序取刀刀。更換不同的的工件時(shí)必必須重新排排列刀庫中中刀具的順序，，因而操作作繁瑣。任意選刀：：可分為刀座座編碼、刀刀具編碼、、和跟蹤記記憶等方式式順序選刀刀座編碼任任選刀具七、回轉(zhuǎn)工工作臺(tái)數(shù)控機(jī)床的的回轉(zhuǎn)工作作臺(tái)主要有有：數(shù)控進(jìn)進(jìn)給回轉(zhuǎn)工工作臺(tái)和分度回轉(zhuǎn)工工作臺(tái)兩種種定位銷式分分度工作臺(tái)臺(tái)開環(huán)數(shù)控回回轉(zhuǎn)工作臺(tái)臺(tái)61§1.4數(shù)控技術(shù)的的發(fā)展趨勢勢1．高精度化化從精密加工工發(fā)展到超超精密加工工，是世界界各工業(yè)強(qiáng)強(qiáng)國的發(fā)展展方向。其其加工精度度已從微米米級(jí)發(fā)展到到亞微米級(jí)級(jí)，乃至納納米級(jí)。2．高速化機(jī)床向高速速化發(fā)展，，可以充分分發(fā)揮現(xiàn)代代刀具材料料的性能，，不但可大大幅提高加加工效率、、降低加工工成本，而而且還可以以提高零件件的表面加加工質(zhì)量和和精度。623．高柔性化化柔性自動(dòng)化化技術(shù)是制制造業(yè)適應(yīng)應(yīng)市場動(dòng)態(tài)態(tài)需求及產(chǎn)產(chǎn)品迅速更更新的主要要手段，是是各國制造造業(yè)發(fā)展的的主流趨勢勢。4．高自動(dòng)化化高自動(dòng)化是是指在全部部加工過程程中盡量減減少人的介介入而自動(dòng)動(dòng)完成任務(wù)務(wù)，它包括括物料流和和信息流的的自動(dòng)化。。5．智能化數(shù)控系統(tǒng)的的智能化主主要體現(xiàn)在在以下幾個(gè)個(gè)方面：（1）應(yīng)用自自適應(yīng)應(yīng)控制制技術(shù)術(shù)63（2）自動(dòng)編編程技技術(shù)（3）具有故故障自自動(dòng)診診斷功功能（4）應(yīng)用模模式識(shí)識(shí)別技技術(shù)6．開放式式體系系結(jié)構(gòu)構(gòu)為適應(yīng)應(yīng)數(shù)控控進(jìn)線線、聯(lián)聯(lián)網(wǎng)、、普及及型個(gè)個(gè)性化化、多多品種種、小小批量量、柔柔性化化及數(shù)數(shù)控迅迅速發(fā)發(fā)展的的要求求，最最重要要的是是體系系結(jié)構(gòu)構(gòu)的開開放性性，如如設(shè)計(jì)計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)開放放式的的數(shù)控控系統(tǒng)統(tǒng)。7．基于于網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的的任務(wù)務(wù)主要要是進(jìn)進(jìn)行通通訊，，共享享信息息。數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床作作為車車間的的基本本設(shè)備備。648．提高數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)的的可靠靠性可靠性性是數(shù)數(shù)控機(jī)機(jī)床用用戶最最為關(guān)關(guān)注的的問題題，提提高可可靠性性通常常可采采取下下列一一些措措施：：（1）提高線線路的的集成成度采用大大規(guī)模模集成成電路路、專專用芯芯片及及混合合式集集成電電路，，以減減少元元器件件數(shù)量量，精精簡外外部連連線和和降低低功耗耗。（2）建立由由設(shè)計(jì)計(jì)、試試制到到生產(chǎn)產(chǎn)的完完整質(zhì)質(zhì)量保保證體體系例如采取防防電源源干擾擾，輸輸入、輸出隔隔離；；使數(shù)數(shù)控系系統(tǒng)模模塊化化、通通用化化及