數控機床結構及應用第章

本章要點數控機床簡介數控機床的組成第1章緒論數控機床的分類數控機床的坐標系數控機床的主要性能指標及功能第1章

緒論Introduction1.1

數控機床簡介Ncmachinetoolprofile數控機床結構及應用1.1.1數控技術發(fā)展的原因

客觀方面的原因：第二次世界大戰(zhàn)中體現出來的對武器裝備要求更加精良；計算機技術的產生和不斷發(fā)展；機床技術的不斷發(fā)展和成熟等。

主觀方面的原因：要求減輕工人的勞動強度；不斷提高勞動效率；工廠實現自動化的要求等。1.1.2數控系統(tǒng)的發(fā)展史硬線數控階段(1952～1970年)1）1952年開始的第一代數控系統(tǒng)，其主要特點是以電子管、繼電器、模擬電路元件為主2）1959年開始的第二代數控系統(tǒng)，其主要特點是以晶體管數字電路元件為主3）1965年開始的第三代數控系統(tǒng)，其主要特點是以集成數字電路器件為主。計算機數控階段(1970年至今)1）1970年開始的第四代數控系統(tǒng)，其主要特點是基于小型計算機并采用中小規(guī)模集成電路的數控系統(tǒng)。2）1974年開始的第五代數控系統(tǒng)，其主要特點是基于微處理器并具有數字顯示、故障自診斷功能的數控系統(tǒng)。3）1990年開始的第六代數控系統(tǒng)，其特點是基于PC的數控系統(tǒng)。1.1.3數控定義數控技術——是一種自動控制技術，是用數字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數控機床——為滿足單件、小批、多品種、自動化生產的需要而研制的一種靈活的、通用的能夠適應產品頻繁變化的柔性自動化機床，具有適應性強、加工精度高、加工質量穩(wěn)定和生產效率高的優(yōu)點。1.1.4數控機床的優(yōu)點適應能力強、適應于多品種、單件小批量零件的加工；加工精度高；工序高度集中，可以大大減輕工人的體力勞動；生產準備周期短，具有較高的加工生產率和較低的加工成本；能完成復雜型面的加工；技術含量高，有利于實現機械加工的現代化管理。1.2數控機床的組成Thecompositionofncmachinetools第1章

緒論Introduction數控機床結構及應用1.2.1數控機床的技術組成數控技術由機床技術、數控系統(tǒng)技術和外圍技術等組成。機床技術包括基礎件和配套件等；數控系統(tǒng)技術包括控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)和測量與反饋系統(tǒng)等；外圍技術包括工具系統(tǒng)、編程技術和管理技術等。圖1—1

數控機床主要由控制介質、數控裝置、伺服裝置、輔助控制裝置、檢測裝置和機床本體組成。如圖所示。控制介質數控裝置伺服機構輔助控制裝置檢測裝置機床本體主軸箱電氣柜控制面板主軸床身工作臺冷卻液箱1.3.1數控機床的組成立柱

控制介質是指將零件加工信息傳送到數控裝置去的程序載體。隨數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）。1.控制介質1.2.2數控機床的結構組成①幾何信息：確定加工零件的幾何形狀，如位移、圓心、曲面法矢量等

.②輔助功能信息：說明加工條件，如刀具幾何參數、進給速度和主軸轉速、開關冷卻液、程序結束等.③準備功能信息：說明插補類型、加工坐標平面、實現刀具半徑補償等.NC程序傳入NC機床的途徑:鍵盤手工敲入、穿孔紙帶、拷貝、I/O通訊接口a)b)c)常用的控制介質a)磁盤b)移動硬盤c)U盤1.2.2數控機床的的結構組成成數控裝置是是數控機床床的核心。。由輸入裝置置、控制器器、運算器器和輸出裝裝置組成。。如圖所示是是某數控車車床的數控控裝置。它它由輸入裝裝置（如鍵鍵盤）、控控制運算器器和輸出裝裝置（如顯顯示器）等等構成。2.數控裝置①輸入裝置置：接收外外部的輸入入程序并存存儲②控制器：：控制和協協調數控裝裝置各部分分協調工作作③運算器：：接收控制制信息，對對集合信息息進行插補補運算并向向輸出裝置置發(fā)出進給給脈沖④輸出裝置置：將脈沖沖輸出給伺伺服系統(tǒng)FANUC西門子廣州數控華中數控凱恩帝藍天3.伺服機構1.2.2數控機床的的結構組成成構成:驅動裝置、、伺服電動動機、傳動動絲杠等工作過程：（弱電強強電電）脈沖信號伺伺服單元元放大器電電動機機運轉工作臺、主主軸移動絲絲杠轉轉動伺服系統(tǒng)是是數控裝置置與機床本本體間的傳傳動聯系環(huán)環(huán)節(jié)，可以以將來自數數控裝置的的脈沖信號轉換為機床床移動部件件的運動，使工工作臺精確確定位或按按規(guī)定的軌軌跡做嚴格格的相對運動，最后加工工出符合圖圖紙的零件件。a)驅動裝置b)伺服電動機伺服機構輔助控制裝置置是介于數數控裝置和和機床機械械、液壓部部件之間的的強電控制制裝置。由由于可編程程控制器（（PLC）具有響應應快、性能能可靠、易易于使用、、編程和修修改程序，，并可直接接驅動機床床電氣等特特點，現已已廣泛用作作數控機床床的輔助控控制裝置。。圖所示為某可編編程控制器器的外觀圖圖。4.輔助控制裝裝置輔助控制裝置1.2.2數控機床的的結構組成成檢測反饋裝裝置將數控控機床各個個坐標軸的的實際位移移量、速度度參數檢測測出來，轉轉換成電信信號，并反反饋到機床床的數控裝裝置中。檢測裝置的的檢測元件件有多種，，常用的有有直線光柵、光電編碼器、圓光柵、絕絕對編碼尺尺等。5.檢測裝置光電編碼器直線光柵1.2.2數控機床的的結構組成成機床本體是是數控機床床的主體，，是用于完完成各種切切削加工的的機械部分分，包括主主運動部件件、進給運運動執(zhí)行部部件（如工工作臺、滑滑板及其傳傳動部件））和床身、、立柱、支支承部件等等。6.機床本體數控機床加加工零件的的工作過程程如圖所示。加工步驟如下：：（1）根據被加加工零件的的圖樣與工工藝方案，，用規(guī)定的的代碼和程程序段格式式編寫出加加工程序。。（2）將所編寫寫加工程序序指令輸入入到機床數數控裝置中中。（3）數控裝置置對程序（（代碼）進進行處理之之后，向機機床各個坐坐標的伺服服驅動機構構和輔助控控制裝置發(fā)發(fā)出控制信信號。（4）伺服機構構接到執(zhí)行行信號指令令后，驅動動機床的各各個運動部部件件，并控制制所需的輔輔助動作。。（5）機床自動動加工出合合格的零件件。數控裝置伺服機構機床本體圖樣①②③④⑤程序工件1.2.3數控機床的的工作過程程1.3

數控機床的分類Theclassificationofthencmachinetools第1章緒論Introduction數控機床結結構及應用用金屬切削類類數控機床床主要有：數數控車床、數控控銑床、數控磨床床、數控鉆床、數控控鏜床、數數控齒輪加加工機床以及數數控加工中中心等。數控車床數控銑床1.3.1按工藝用途途分類（2）金屬成形形類數控機機床金屬成形類類數控機床床指采用擠擠、沖、壓壓、拉等成成形工藝的的數控機床床。常用的的有數控壓壓力機、數數控折彎機機、數控彎彎管機、數數控旋壓機機等。（3）數控特種種加工機床床特種加工類類數控機床床主要有數數控電火花花成形加工工機床、數數控電火花花線切割機機床如圖、、數控激光光切割機床床等。（4）測量、繪繪圖類測測量、繪繪圖類數控機床主主要有三坐坐標測量儀儀、數控對對刀儀、數數控繪圖儀儀等。1.3.1按工藝用途途分類1)點位控制（（PositioningControl）數控機床床：特點：只控控制起點和和終點的精精確位置，，與中間過過程無關包括：數數控鉆、數數控鏜、數數控沖床和和數控測量量機共性：中間間過程屬““非切削段段”1.3.2按運動方式式分類加工零件類類型：帶臺臺階的圓柱柱零件、方方形零件它是點位控制制和單坐標標控制的結結合，可有有多個坐標標但不能聯聯動，起終終點之間屬屬“切削段段”。這類機床不不僅能保證證刀具在相相關點的定定位，還要要控制刀具具沿某一個個坐標軸方方向作直線運動的速度度和路線。該類設備有有：簡易數數控車床、、數控銑床床等2)點位直線控控制數控機機床：1.3.2按運動方式式分類實現兩個或或兩個以上上坐標做關關聯運動，，即聯動3)輪廓控制數數控機床：：控制內容：：程序規(guī)定定的軌跡、、速度該類設備有有：數控車車床、數控控銑床、數數控磨床和和電加工機機床等。加工零件類類型：可加加工曲線、、曲面類零零件1.3.2按運動方式式分類（1）開環(huán)控制制系統(tǒng)機床伺服系系統(tǒng)不帶位置檢檢測元件，伺服驅動動元件一般般為步進電電機。精度取決于于步進電機機的步距精精度和機械械傳動的精精度，其線線路簡單，，調整方便便，精度低低，一般用用于小型或或經濟型數數控機床。。數控裝置脈沖指令步進電機驅動線路工作臺1.3.3按控制方式式分類（2）閉環(huán)控制制系統(tǒng)閉環(huán)控制系系統(tǒng)帶有位置檢檢測元件，隨時檢測測工作臺的的實際位移移，并反饋饋給數控裝裝置，并與與設定值進進行比較。。常使用直直流或交流流伺服電機機，位置檢檢測元件常常為直線光光柵、磁柵柵、同步感感應器等。。閉環(huán)控制加加工精度高高、速度快快，但維護護困難、成成本高系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性較較差。數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器1.3.3按控制方式式分類（3）半閉環(huán)控控制系統(tǒng)位置檢測元元件安裝在在伺服電機機的軸上或或滾珠絲杠杠的端部，，不直接反反饋機床的的位移量，，而是檢測測伺服機構構的轉角。。精度較閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)低，，但其結構構簡單，造造價較低不不受機械傳傳動裝置的的影響，調調試方便，，廣泛應用用在中等精精度及以上上的連續(xù)控控制機床中中。數控裝置位置控制速度控制伺服電機測速機工作臺轉角檢測器1.3.3按控制方式式分類兩坐標、三三坐標、四四坐標、五五坐標NC機床１）兩坐標標NC機床：類型：線切切割、二坐坐標銑（二二軸半）用途：可加加工二維輪輪廓零件。。三軸聯動的的NC機床:可實現X、Y、Z三個坐標聯聯動用途：可用用于加工曲曲面類零件件1.3.4按聯動軸數數分類四坐標聯動動:除Ｘ、Ｙ、、Ｚ外還可可和另一旋旋轉軸實現現聯動用途：可加加工各種曲曲面、四軸軸直紋面葉葉輪、螺旋旋類零件和平面內內斜孔的殼殼體類零件件。類別：按旋轉軸劃劃分：ＸＹＹＺＡ、ＸＸＹＺＢ、、ＸＹＺＣＣ與三坐標機機床相比它它的加工范范圍、精度度都得到了了提高。1.3.4按聯動軸數數分類用途：理論論上可實現現空間在不不干涉情況況下任何復復雜結構零零件的加工，，如加工曲曲面變斜角角、各種葉葉輪、閉式式葉盤、帶有空空間斜孔的的復雜殼體體類零件4)五坐標聯動動：除Ｘ、Ｙ、、Ｚ外還可可和兩個旋旋轉軸實現現聯動（ＸＹＺＡＡＢ、ＸＹＹＺＡＣ、、ＸＹＺＢＢＣ）結構：兩個個旋轉坐標標都在主軸軸上；兩個旋轉坐坐標都在工工作臺上；；一個旋轉坐坐標在主軸軸上，另一一個在工作作臺上1.3.4按聯動軸數數分類1.3.5按功能水平平分類（1）經濟型數控機床經經濟型型數控機床床大多指采采用開環(huán)控制系統(tǒng)的的數控機床床，其功能簡單，，價格便宜宜，適用于自動動化程度和和加工精度度要求不高高的場合。（2）中檔數控車床，，中檔數控控機床大多多指采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的的數控機床床，一般具具有單色顯顯示的CRT，程序儲存和和編輯功能能，能進行刀尖尖圓弧半徑徑補償、固固定循環(huán)、、螺紋切削削等功能。。（3）多功能型數控機床這這類類數控機床床的功能齊全，，價格較貴貴。加工復雜雜零件的大中型機床床及柔性制制造系統(tǒng)、計算機集成成制造系統(tǒng)統(tǒng)使用的數控控機床一般般為多功能能型。這是是指較高檔檔次的數控控車床，這這類機床一一般具備刀尖圓圓弧半徑自自動補償、、恒線速度度切削、倒倒角、固定定循環(huán)、螺螺紋切削、、圖形顯示示、用戶宏宏程序等功功能。系統(tǒng)功能高檔中檔經濟型功能無級變速、C軸功能機械變速分辯率0.1μm1μm10μm進給速度15～100m/min15～24m/min8～15m/min伺服驅動閉環(huán)半閉環(huán)開環(huán)電機交、直流伺服電機步進電機聯動軸數2～4軸或2～5軸2～3軸通信功能MAP，聯網功能RS232CRS485無顯示功能三維圖形彩顯CRT圖形顯示數碼或CRT字符內裝PLC有有無主CPU32位或64位16位或32位8位1.4

數控機床的坐標系Ncmachinetoolcoordinatesystem第1章緒論Introduction數控機床結結構及應用用第一章緒緒論1.4數控機床的的坐標系第一章緒緒論1.刀具相對于于靜止的工工件運動原原則即在考慮機機床坐標系系時,被加工工件件的坐標系系看作是相相對靜止的的，其目的的是編程人人員可以根根據零件圖圖樣來確定定機床的加加工過程。。1.4數控機床的的坐標系第一章緒緒論2.標準坐標系系的規(guī)定一個直線進進給運動或或一個圓周周進給運動動定義為一一個坐標軸軸。標準坐坐標系是一一個用X、Y、Z表示的直直線進給給運動的的直角坐坐標系，，用右手手法則判判定。大大拇指指指向X軸正方向向，食指指指向Y軸正方向向，中指指指向Z軸正方向向。坐標標系各坐坐標軸與與機床的的主要導導軌平行行。圍繞繞X、Y、Z軸旋轉的的坐標軸軸分別用用A、B、C表示，根根據右手手定則判判定，大大拇指指指向＋X、＋Y、＋Z方向，其其他四指指旋向分分別為+A、+B、+C方向。1.4數控機床床的坐標標系3.運動部件件方向規(guī)規(guī)定機床某一一運動部部件的正正方向，，規(guī)定為為增大刀刀具與工工件距離離的方向向，而對對鉆、鏜鏜加工，，鉆入或或鏜入工工件的方方向是負負方向。。4.標準坐標標系的原原點標準坐標標系的原原點位置置是任意意的，A、B、C的旋轉運運動也是是任意的的。1.4數控機床床的坐標標系第一章緒緒論標準坐標標系確定定過程——先確定Z軸，然后后確定X軸和Y軸。(1)Z坐標軸的的確定：：Z軸的方向向是由傳傳遞切削削力主軸軸確定，，與主軸軸軸線平平行的坐坐標軸既既為Z軸。(2)X坐標軸的的確定：：一般平平行于工工件的裝裝卡面，，垂直于于Z軸。對于工件件旋轉的的機床，，X軸的方向向是在工工件的徑徑向上，，且平行行于橫向向導軌，，刀具離離開工件件的方向向為正方方向。對于刀具具旋轉的的機床且Z軸豎直，，從主軸軸向立柱柱看，X的正方向向向右；；如果Z軸水平，，從主軸軸向工件件看時，，X正方向向向右；對于刀具具和工件件都不轉轉的機床床，X軸與主切切削方向向平行且且切削運運動方向向為正。。(3)Y坐標軸的的確定：：它垂直直于X、Z坐標軸，，運動的的正方向向可按右右手笛卡卡爾坐標標系來判判斷。(4)旋轉運動動：圍繞繞坐標軸軸旋轉的的運動A、B、C，它們的的正方向向用右手手螺旋法法則來判判定。1.4數控機床床的坐標標系第一章緒緒論5.附加坐標標X、Y、Z軸稱為第第一坐標標；若有有與這些些軸平行行的第二二直線運運動時為為第二坐坐標系，，對應的的命名為為U、