機電一體化概論教案

機電一體化概論教案第1頁/共55頁1.1定義數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControl——CNC）數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）第2頁/共55頁1.1.1數(shù)控技術(shù)利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。具體實現(xiàn)：數(shù)控機床、三坐標測量儀、機器人、繪圖儀、折彎機、彎管機、切割機（線、火焰、激光）等。第3頁/共55頁1.1.2數(shù)控系統(tǒng)用來實現(xiàn)數(shù)字信息控制的硬件和軟件的整體。核心：數(shù)控裝置。用計算機進行控制的稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)。第4頁/共55頁1.1.3數(shù)控機床采用數(shù)控技術(shù)進行控制的機床。采用的技術(shù)：計算機技術(shù)自動控制技術(shù)精密測量技術(shù)機床設(shè)計技術(shù)第5頁/共55頁1.2NC發(fā)展歷史1、產(chǎn)生背景單件、小批量、復雜型面（圖）高效率、高精度、高自動化2、發(fā)展過程1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一臺三座標數(shù)控機床。1955年，第一臺工業(yè)用數(shù)控機床由美國Bendix公司生產(chǎn)出來。從1952年至今，NC機床按NC系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷的五代。第6頁/共55頁NC機床發(fā)展經(jīng)歷第一代：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，廣泛采用印刷電路板。第三代：1965年NC系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點是體積小，功耗低，可靠性進一步提高。以上三代NC系統(tǒng)，由于其數(shù)控功能均由硬件實現(xiàn)，故歷史上又稱其為“硬線NC”第7頁/共55頁NC機床發(fā)展經(jīng)歷第四代：1970年NC系統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路，其部分功能由軟件實現(xiàn)，它具有價格低，可靠性高和功能多等特點。第五代：1974年NC系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價格進一步降低，體積進一步縮小，使實現(xiàn)真正意義上的機電一體化成為可能。第8頁/共55頁NC機床發(fā)展經(jīng)歷第五代又可分為六個發(fā)展階段：1974年：系統(tǒng)采用CRT顯示，大容量磁泡存儲器，可編程接口和遙控接口等。1979年：系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示，自診斷功能。1981年：具有人機對話、動態(tài)圖形顯示、實時精度補償功能。1986年：數(shù)字伺服控制誕生，大慣量的交直流電機進入實用階段。1988年：采用高性能32位機為主機的主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。1994年：基于PC的NC系統(tǒng)誕生，使NC系統(tǒng)的研發(fā)進入了開放型、柔性化的新時代，新型NC系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮短。它是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的又一個里程碑。第9頁/共55頁1.3NC機床特點柔性高（能適應不同零件的自動加工）效率高精度高質(zhì)量穩(wěn)定有利于生產(chǎn)管理第10頁/共55頁1.4NC機床控制原理及組成1.4.1NC機床控制原理數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)加工程序數(shù)控系統(tǒng)實質(zhì)上是完成了手工加工中操作者的部分工作數(shù)控程序幾何信息：刀具、工件的相對運動工藝信息：主運動和進給運動的速度、切深等輔助信息：主運動變速、刀具更換、冷卻液啟/停、工件夾緊/松開第11頁/共55頁1.4.2NC機床的組成第12頁/共55頁1.5NC機床分類1.5.1按運動軌跡分類點位控制數(shù)控機床直線控制數(shù)控機床輪廓控制數(shù)控機床1.5.2按伺服系統(tǒng)分類開環(huán)半閉環(huán)閉環(huán)第13頁/共55頁點位控制數(shù)控機床用于加工平面內(nèi)的孔系，如數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、印刷電路板鉆孔機、三坐標測量機等第14頁/共55頁直線控制數(shù)控機床第15頁/共55頁平面輪廓加工數(shù)控機床空間輪廓加工數(shù)控機床三坐標控制兩坐標聯(lián)動機床使用“行切法”進行加工三坐標聯(lián)動加工四坐標聯(lián)動加工五坐標聯(lián)動加工注：五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，從某種意義上說，反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況輪廓控制數(shù)控機床第16頁/共55頁平面輪廓加工數(shù)控機床第17頁/共55頁行切法加工空間輪廓第18頁/共55頁三坐標聯(lián)動加工第19頁/共55頁四坐標聯(lián)動加工第20頁/共55頁重型燃機、汽輪機等的葉片制造第21頁/共55頁葉片制造第22頁/共55頁五軸五聯(lián)動加工中心第23頁/共55頁開環(huán)第24頁/共55頁半閉環(huán)第25頁/共55頁閉環(huán)第26頁/共55頁按功能水平分類高級型數(shù)控系統(tǒng)普及型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)第27頁/共55頁性能類別CPU位數(shù)聯(lián)動軸數(shù)分辨率(um)進給速度(m/min)顯示高級型325<0.1>24三維動態(tài)普及型1630.1～1010～24字符/圖形經(jīng)濟型8<3<10<10字符表1.1數(shù)控系統(tǒng)的功能分類第28頁/共55頁存在的問題及主要技術(shù)指標問題：造價較高，很多企業(yè)特別是小企業(yè)還無法接受；調(diào)試和維修比較復雜，需要專門的技術(shù)人員;對編程人員的技術(shù)水平要求較高。數(shù)控裝置的主要技術(shù)指標控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)脈沖當量（控制分辨率）定位精度和重復精度行程主軸轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)范圍進給速度和調(diào)節(jié)范圍準備功能（G功能）輔助功能（M功能）自動加減速功能開關(guān)量接口第29頁/共55頁數(shù)控機床的應用范圍第30頁/共55頁數(shù)控機床對刀具的要求精度較高、壽命高、尺寸穩(wěn)定、變化??；快速換刀；刀柄應為標準系列；能很好地控制切屑的折斷、卷曲和排出；具有很好的可冷卻性能。第31頁/共55頁數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢高速高精度智能化應用自適應控制技術(shù)自動編程技術(shù)具有故障自動診斷功能應用模式識別技術(shù)開放式數(shù)控系統(tǒng)基于網(wǎng)絡的數(shù)控系統(tǒng)提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性數(shù)字制造第32頁/共55頁大型立式數(shù)控車床第33頁/共55頁立式銑削加工中心第34頁/共55頁臥式雙轉(zhuǎn)塔數(shù)控車床第35頁/共55頁數(shù)控加工中心第36頁/共55頁錐度電火花線切割機床第37頁/共55頁數(shù)控刀具第38頁/共55頁組合式刀具及刀桿第39頁/共55頁數(shù)控車削刀具組成第40頁/共55頁數(shù)控銑削刀具組成第41頁/共55頁立式加工中心加工葉輪第42頁/共55頁被加工出的各種工件第43頁/共55頁在車削加工中心上進行銑削第44頁/共55頁第一代數(shù)控機床第45頁/共55頁第46頁/共55頁效率高效率（p）與單件工時（t）相關(guān)p=1/tt=t加工+t輔助t加工↓機床功率大，可提供更大的進給、切深；無極調(diào)速，進給速度范圍廣，可找到合適的速度；復雜型面零件加工。t輔助↓輔助設(shè)備：自動換刀、準備工作臺；可實現(xiàn)工序集中第47頁/共55頁精度高機床本身的制造精度高采用數(shù)字量控制，不受零件形狀復雜程度影響采用補償機制間隙補償（齒輪側(cè)隙、絲杠螺母副間隙等）刀具磨損補償?shù)?8頁/共55頁質(zhì)量穩(wěn)定加工按照數(shù)控程序進行，人為影響小記憶能力操作水平責任心第49頁/共55頁有利于生產(chǎn)管理能準確計劃零件的加工工時簡化檢驗工作減輕了工夾具、半成品的管理工作減少了因誤操作而出廢品及損壞刀具的可能第50頁/共55頁輸入/輸出裝置作用輸入：數(shù)控程序、加工與控制數(shù)據(jù)、機床參數(shù)輸出：坐標軸位置、檢測開關(guān)的狀態(tài)裝置鍵盤、顯示器、光電閱讀機、磁帶機、軟盤驅(qū)動器第51頁/共55頁數(shù)控裝置（MCU）組成：輸入/輸出接口線路、控制器、運算器、存儲器作用：將輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部邏輯電路或控制軟件進行編輯、運算和處理，并輸出各種信息和指令，以控制機床的各部分進行規(guī)定的動作第52頁/共55頁伺服驅(qū)動作用根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移