數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的發(fā)展

數(shù)控技術(shù)第三講主講教師：仇曉黎東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第一頁，共二十二頁。第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本概念第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類與應(yīng)用第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展第一章概論將機(jī)床數(shù)字控制向機(jī)電一體化方向發(fā)展。高等院校機(jī)制工藝的學(xué)生必須學(xué)好這門課。本次課主要介紹：數(shù)控機(jī)床的概論的第二部分。希望同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)！第二頁，共二十二頁。數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子、計算機(jī)、自動檢測及精密機(jī)械等多學(xué)科的最新技術(shù)成果而發(fā)展起來的完全新型的機(jī)床，標(biāo)志著機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了數(shù)字化的時代。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從硬件數(shù)控到計算機(jī)數(shù)控兩個階段；從電子管到基于個人計算機(jī)平臺的數(shù)控六代的發(fā)展；控制軸數(shù)已由單軸的點位控制，兩軸聯(lián)動發(fā)展到五軸以上聯(lián)動。數(shù)控機(jī)床正向高速化、高精度化和高智能化方向發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)必須能夠高速計算和處理伺服系統(tǒng)的位移量并做出快速相應(yīng)。第一章第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展第三頁，共二十二頁。一、機(jī)床結(jié)構(gòu)的發(fā)展二、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展三、伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展四、自適應(yīng)控制的應(yīng)用五、以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)本節(jié)內(nèi)容安排如下：第四頁，共二十二頁。60年代初，在一般機(jī)床的基礎(chǔ)上又開發(fā)了數(shù)控機(jī)床加工中心機(jī)床，如圖。一、機(jī)床結(jié)構(gòu)的發(fā)展60年代之前，普遍采用一般機(jī)床。第五頁，共二十二頁。如圖所示為帶兩個交換工作臺的臥式鏜銑加工中心機(jī)床。第六頁，共二十二頁。如圖，它的設(shè)計思想是為了在一次裝夾中完成除了安裝底面以外的所有表面和精密孔系加工。20世紀(jì)70年代后期在數(shù)控加工中心機(jī)床的基礎(chǔ)上又發(fā)展了五面體加工中心第七頁，共二十二頁。如圖所示即為可調(diào)整軸線位置的萬能主軸部件。上圖中，其主軸部件可以自動更換為立式或臥式布局，以滿足工件不同表面的加工需要。第八頁，共二十二頁。帶有工業(yè)機(jī)器人和工件交換系統(tǒng)的車削加工中心和帶有工件交換系統(tǒng)的數(shù)控齒輪加工機(jī)床已被廣泛采用，如圖所示。在數(shù)控加工中心出現(xiàn)以后，加工工序的進(jìn)一步集中，仍然是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢。第九頁，共二十二頁。六桿數(shù)控機(jī)床（又稱虛擬軸機(jī)床）是20世紀(jì)最具革命性的機(jī)床運動結(jié)構(gòu)的突破，如圖所示。在計算機(jī)數(shù)控多軸聯(lián)動技術(shù)和復(fù)雜坐標(biāo)快速變換運算方法發(fā)展的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的Stewart平臺概念，到20世紀(jì)90年代初應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上成為可能。第十頁，共二十二頁。第十一頁，共二十二頁。六桿數(shù)控機(jī)床既有采用滾珠絲杠驅(qū)動，又有采用滾珠螺母驅(qū)動。六桿數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一是六對球面支承的設(shè)計與制造，球面支承將對運動平臺的運動精度和定位精度產(chǎn)生直接影響。六桿數(shù)控機(jī)床采用運動聚合原理，改變傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)和布局。六桿數(shù)控機(jī)床還避免了傳統(tǒng)機(jī)床的幾何結(jié)構(gòu)誤差，六桿結(jié)構(gòu)使誤差平均化，因而能夠達(dá)到很高的重復(fù)定位精度。六桿數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)較簡單，而且由六套完全相同的功能部件構(gòu)成，使成本下降。第十二頁，共二十二頁。70年代出現(xiàn)由一臺計算機(jī)直接控制幾臺數(shù)控機(jī)床的加工過程的控制方式，形成所謂計算機(jī)直接控制系統(tǒng)(DNC)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為由幾臺數(shù)控機(jī)床組成的、有工件自動運輸系統(tǒng)和其它管理功能的柔性制造系統(tǒng)（FMC）。二、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)控裝置采用的元器件：最初為電子管后來為半導(dǎo)體晶體管今天為超大規(guī)模集成電路目前，數(shù)控系統(tǒng)大都采用多個（CPU）組成的計算機(jī)作為數(shù)控裝置（CNC）的核心。第十三頁，共二十二頁。70年代，美國蓋梯茨公司首先研制成功了大慣量直流伺服電機(jī)即通常指的寬調(diào)速直流伺服電機(jī)。80年代初期由美國通用電氣公司研制成功了采用鼠籠式異步交流伺服電機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。86年之后推出并采用了數(shù)字伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。數(shù)字伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)初進(jìn)了高進(jìn)度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。三、伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展60年代初期與中期，歐美一些國家采用液壓伺服系統(tǒng)。（這種液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的伺服電機(jī)相比，響應(yīng)時間短，驅(qū)動部件的外形尺寸小。）第十四頁，共二十二頁。四、自適應(yīng)控制的應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)是自控技術(shù)的一個分支。數(shù)控機(jī)床采用自適應(yīng)控制之后，在提高生產(chǎn)效率、延長刀具使用壽命和改善表面質(zhì)量等方面均有明顯效果。第十五頁，共二十二頁。五、以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)1、計算機(jī)直接數(shù)控（DNC）即使用一臺計算機(jī)為數(shù)臺數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動編程，編程結(jié)果直接送給各臺數(shù)控機(jī)床的數(shù)控箱。也稱為計算機(jī)群控系統(tǒng)第十六頁，共二十二頁。FMS是一種在批量加工條件下高柔性和高自動化程度的制造系統(tǒng)。

其特點：采用DNC控制方式，采用交換工作臺或工業(yè)機(jī)器人，各臺機(jī)床間有工件自動輸送系統(tǒng)，配有管理信息系統(tǒng)，具有動態(tài)平衡的功能，能進(jìn)行最佳化調(diào)度。2、柔性制造系統(tǒng)（FMS）第十七頁，共二十二頁。第十八頁，共二十二頁。第十九頁，共二十二頁。CIMS的核心是一個公用的數(shù)據(jù)庫，對信息進(jìn)行存儲與管理，并與各計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。同時它需要：CAD/CAM系統(tǒng)CAP/CAC系統(tǒng)加工自動化系統(tǒng)3、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）第二十頁，共二十二頁。五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床圖例

Mazak柔性制造系統(tǒng)圖例

Mazak板材加工柔性生產(chǎn)系統(tǒng)圖例

自動加工生產(chǎn)線圖例第二十一頁，共二十二頁。內(nèi)容總結(jié)數(shù)控技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了從硬件數(shù)控到計算機(jī)數(shù)控兩個階段。控制軸數(shù)已由單軸的點位控制，兩軸聯(lián)動發(fā)展到五軸以上聯(lián)動。60年代初，在一般機(jī)床的基礎(chǔ)上又開發(fā)了數(shù)控機(jī)床加工中心機(jī)床，如圖。20世紀(jì)70年代后期在數(shù)控加工中心機(jī)床的基礎(chǔ)上又發(fā)展了五面體加工中心。上圖中，其主軸部件可以自動更換為立式或臥式布局，以滿足工件不同表面的