數(shù)控機床的組成及工作原理-課件

第2章

數(shù)控機床的組成及工作原理本章主要內容：機床數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理。機床數(shù)控系統(tǒng)的分類：按加工功能分類，按伺服系統(tǒng)類型分類，按數(shù)控裝置類型分類，按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類，數(shù)控機床的坐標系。本章內容的重點：機床數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理，按機床運動軌跡的數(shù)控機床分類，伺服系統(tǒng)的分類，數(shù)控機床的坐標系。本章內容的難點：數(shù)控機床的坐標系。1ppt課件2.1概述

數(shù)字控制-------用計算機以數(shù)字指令方式對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)控機床-------一種裝了程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的機床。2ppt課件數(shù)控技術中常見的英文縮寫及中文名稱

NC------數(shù)字控制

CNC-----計算機數(shù)字控制

MNC-----微型計算機數(shù)字控制

DNC-----直接數(shù)字控制（分布式數(shù)字控制）

PLC-----可編程序邏輯控制器

CAD-----計算機輔助設計

CAM-----計算機輔助制造

FMS-----柔性制造單元

CIMS----計算機集成制造系統(tǒng)

CAPP----計算機輔助工藝規(guī)劃3ppt課件數(shù)控系統(tǒng)組成及工作過程2.2數(shù)控機床的組成程序載體輸入裝置數(shù)控裝置伺服驅動裝置輔助控制裝置檢測裝置

機床（進給運動、主運動、輔助操作）主軸驅動裝置4ppt課件1

程序及程序載體根據加工工藝編制程序單，并存放在程序載體上，以便輸入到數(shù)控裝置上。程序載體通常有穿孔紙帶，磁盤（軟盤），U盤等。2

輸入裝置

將程序載體上的數(shù)控代碼變成響應的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內。輸入裝置通常有光電閱讀機、磁盤驅動器（軟驅）等，USB（通用串行總線）控制器

。5ppt課件3

計算機數(shù)控裝置及強電控制裝置數(shù)控裝置是一種裝備了數(shù)控系統(tǒng)軟件的專用計算機，是數(shù)控機床的核心。a，接收輸入裝置送來的脈沖信號，經編譯、運算和邏輯處理后，輸出相應的信號和指令經強電控制裝置編譯、判斷、功率放大后驅動機床相應部件完成規(guī)定動作。b，行程開關、監(jiān)控檢測等開關信號經強電控制裝置反饋到數(shù)控裝置進行處理。6ppt課件4

伺服驅動系統(tǒng)及位置檢測裝置伺服驅動系統(tǒng)：由伺服驅動電路（伺服驅動器）和伺服驅動裝置（伺服電機），它根據數(shù)控裝置發(fā)來的指令驅動機床的執(zhí)行部件動作。有開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)之分。位置檢測裝置：在半閉環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)中間接或直接測量執(zhí)行部件的實際位移，與指令位移進行比較，以便隨時糾正偏差。7ppt課件

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機床的機械部件與普通機床相似，包括基礎部分（支撐部件）、主運動部件、進給運動執(zhí)行部件和輔助裝置，但具有以下特點：傳動結構更為簡單，傳動鏈較短，傳動及變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)自動化，采用電主軸，伺服傳動系統(tǒng)；車床用電主軸銑床用電主軸同步齒形帶傳動8ppt課件

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機床的機械部件與普通機床相似，包括基礎部分（支撐部件）、主運動部件、進給運動執(zhí)行部件和輔助裝置，但具有以下特點：機械結構具有較高的動態(tài)剛度、阻尼精度、更好的耐磨性及抗震性、熱變形?。ㄈ纾翰捎没◢弾r床身、樹脂水泥床身）；9ppt課件

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機床的機械部件與普通機床相似，包括基礎部分（支撐部件）、主運動部件、進給運動執(zhí)行部件和輔助裝置，但具有以下特點：采用高精度、高效傳動部件（如：滾珠絲桿、直線滾動導軌，圓柱滾動導軌，直線電機等）；滾動導軌滾珠絲桿10ppt課件

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機床的機械部件與普通機床相似，包括基礎部分（支撐部件）、主運動部件、進給運動執(zhí)行部件和輔助裝置，但具有以下特點：采用刀庫，自動換刀裝置。鏈式刀庫(帶機械手)11ppt課件2.3數(shù)控機床的基本工作原理

CRT顯示器零件圖數(shù)控程序數(shù)控手冊N1G18N2G51……數(shù)控機床數(shù)控裝置操作面板數(shù)控機床的工作原理12ppt課件零件圖紙CAD造型模塊CAM處理模塊輸入工藝參數(shù)后置處理模塊數(shù)控機床零件的幾何圖形輸入到計算機中，建立起零件的三維幾何模型，通過數(shù)控編程模塊，指定刀具半徑、加工方式及切削用量等工藝參數(shù)，就能自動地計算出數(shù)控加工刀具中心軌跡數(shù)據，再通過調用相應的數(shù)控機床后置處理程序，就可生成數(shù)控加工程序進行加工，并可在屏幕上動態(tài)地模擬刀的加工情況。它具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡便、便于進行干涉碰撞檢查等優(yōu)點。

CAD/CAM自動編程13ppt課件三維造型CAD數(shù)控自動編程CAM數(shù)控加工模擬CAM

CAD/CAM流程14ppt課件數(shù)控系統(tǒng)的主要工作有輸入、譯碼、數(shù)據處理、插補、伺服輸出、管理程序等。(一)輸入將數(shù)控加工程序和數(shù)據輸入到數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控加工程序和數(shù)據可以通過磁盤驅動器、光電閱讀機，或由計算機通過通訊端口傳輸而來。通常有兩種不同的輸入工作方式：1，一次將程序讀入數(shù)控系統(tǒng)內的存儲器；2，邊傳輸邊加工，將程序讀入一部分到緩沖區(qū)，進行加工，同時再讀取下一段程序。15ppt課件(二)譯碼輸入的加工程序包含有零件的幾何信息G指令(直線或圓弧，起點、終點坐標等)、加工工藝信息S指令與F指令(主軸轉速、進給量等)、刀具信息T指令(刀具半徑補償、長度補償)和輔助信息M指令(主軸正反轉、開停，冷卻液開停，換刀等)。譯碼程序將加工程序的代碼翻譯成計算機內部能識別的機器代碼。(三)數(shù)據處理數(shù)據處理程序包括刀具補償、速度計算以及輔助功能的處理等。(四)插補插補有直線插補、圓弧插補和拋物線插補等幾種。插補是對一條已知曲線在起點和終點之間的數(shù)據進行細化的過程，即將一條曲線分解成許多條直線或圓弧所組成。CNC數(shù)控系統(tǒng)是邊插補邊加工的。16ppt課件（五）

伺服控制將位置進給脈沖或進給速度指令，經變換放大后轉化為伺服電機的轉動。（六）管理程序為數(shù)據輸入，處理及加工過程服務的各個程序進行調度，對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。17ppt課件2.4數(shù)控機床的基本類型

2.4.1按加工功能分類

1點位控制系統(tǒng)只控制刀具或工作臺從一點準確地移動到另一點，其運動軌跡不需嚴格控制，移動過程中不進行切削。如：數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標鏜床等。18ppt課件2直線控制系統(tǒng)控制刀具或工作臺按平行于坐標軸的方向或按與兩坐標軸成45°夾角的方向作直線運動，并對工件進行切削。如：簡易數(shù)控車床，數(shù)控銑床等。19ppt課件3輪廓控制系統(tǒng)（連續(xù)切削控制系統(tǒng)）對刀具與工件相對移動的軌跡進行連續(xù)控制，其核心裝置就是插補器，能走任意斜線或圓弧，可以加工曲面、凸輪、錐度等復雜形狀的零件。

（1）平面輪廓加工的數(shù)控系統(tǒng)這類機床具有兩軸聯(lián)動的插補運算功能和刀具半徑補償功能。如：銑削平面輪廓的數(shù)控銑床。

（2）空間輪廓加工的數(shù)控系統(tǒng)這類機床能加工三維空間內的輪廓曲線，可分為：20ppt課件

2.5軸控制系統(tǒng)：在三坐標系中控制兩坐標聯(lián)動的機床上用“行切法”進行加工。如：數(shù)控銑床21ppt課件

三坐標聯(lián)動系統(tǒng)：能同時控制X、Y、Z三個坐標，刀具可在空間的任意方向上運動，作三維立體加工。22ppt課件

四坐標聯(lián)動系統(tǒng)：能同時控制四個坐標的運動，在X、Y、Z三個坐標之外再加一個旋轉坐標。

五坐標聯(lián)動系統(tǒng)：能同時控制五個坐標的運動，在X、Y、Z三個坐標之外再加兩個旋轉坐標。是功能最全、控制最復雜的數(shù)控機床，加工程序只能使用自動編程。23ppt課件2.4.2按加工工藝類型分類(1)普通數(shù)控機床這類數(shù)控機床和傳統(tǒng)的通用機床一樣，有車、銑、鉆、鏜、磨床等，而且每一類里又可分為許多品種。如數(shù)控銑床中又可分為立銑、臥銑、工具銑、龍門銑等。與通用機床相比，它能加工具有復雜形狀的零件。數(shù)控車床及床身24ppt課件（2）加工中心在普通數(shù)控機床上增加了一個刀具庫和自動換刀裝置就構成了加工中心。在加工中心上加工零件，可經一次裝夾加工除底面外的所有面。數(shù)控系統(tǒng)能控制機床自動地更換刀具，連續(xù)地自動地進行銑(車)、鏜、鉆、鉸、攻絲、倒角等多工序加工，故又稱為多工序數(shù)控機床。某些加工中心還可以配上自動交換工作臺、機械手，進一步提高加工效率。立式加工中心25ppt課件(3)金屬成形類數(shù)控機床對金屬板件、管件進行成形處理的數(shù)控機床。如數(shù)控折彎機、數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機、數(shù)控回轉頭壓力機等。26ppt課件27ppt課件28ppt課件(4)數(shù)控特種加工機床與傳統(tǒng)的切削方式不同，采用如電化學、激光等特殊激光方法。這類機床有數(shù)控線(電極)切割機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控激光切割機床等。床機割切線29ppt課件30ppt課件31ppt課件32ppt課件(5)其它類型數(shù)控機床其它類型的數(shù)控機床，如數(shù)控三坐標測量機等。33ppt課件34ppt課件一開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)為無位置反饋的系統(tǒng)，其驅動元件主要是功率步進電機或電液脈沖馬達。典型的系統(tǒng)原理見圖。開環(huán)系統(tǒng)由環(huán)形分配器、步進電機功率放大器、步進電機、齒輪箱、絲杠螺母傳動副所組成。結構簡單，使用維修方便，但精度不高。多用于簡易數(shù)控機床上。開環(huán)伺服系統(tǒng)指令脈沖數(shù)控系統(tǒng)環(huán)形分配器工作臺步進電機齒輪箱步進電機功率放大器2.4.3按伺服系統(tǒng)的類型分類35ppt課件二閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)是按閉環(huán)原理工作的，數(shù)控裝置將位移指令與位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號隨時進行比較，用比較后的差值控制機床移動部件作補充位移，直到差值消除才停止。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理圖如圖所示。其位置檢測裝置裝在機床的移動部件上。定位精度高，結構比較復雜，調試維修較困難，多用于高精度機床上。位移值進給脈沖工作臺伺服電機齒輪箱比較環(huán)節(jié)伺服放大器測量反饋裝置反饋脈沖

閉環(huán)伺服系統(tǒng)36ppt課件三半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

將位置檢測裝置裝在驅動電機的端部或機床傳動絲桿的端部上。它可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)高的精度，但機械傳動鏈的誤差無法消除，因此比閉環(huán)系統(tǒng)精度要低。但其結構比閉環(huán)系統(tǒng)要簡單，使用維修要方便，應用廣泛。角度值進給脈沖工作臺伺服電機齒輪箱比較環(huán)節(jié)伺服放大器測量反饋裝置反饋脈沖半閉環(huán)伺服系統(tǒng)37ppt課件2.4.4按數(shù)控裝置類型分類

一硬線數(shù)控系統(tǒng)（NC）它的輸入處理、插補運算和控制功能都由專用的固定組合邏輯電路來實現(xiàn)。通用性、靈活性差，制造周期長，成本高，現(xiàn)已不采用。二計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC）它由小型或微型計算機加上通用的大規(guī)模集成電路組成。主要功能幾乎全部由系統(tǒng)軟件控制，通用性、靈活性高，具有真正意義的“柔性”，制造周期短，成本低，現(xiàn)已廣泛采用。38ppt課件2.4.5按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類

項目經濟型普及型高檔型分辨率10um1um0.1um進給速度8-15m/min15-24m/min15-100m/min聯(lián)動軸數(shù)2-3軸2-4軸或3-5軸以上主CPU8位16位、32位甚至采用RISC的64位伺服系統(tǒng)步進電機、開環(huán)直流及交流閉環(huán)、全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)內裝PLC無有內裝PLC，功能極強的內裝PLC，甚至有軸控制功能顯示功能數(shù)碼管,簡單的CRT字符顯示有字符圖形或三維圖形顯示通信功能無RC232C和DNC接口還可能有MAP通訊接口和聯(lián)網功能數(shù)控系統(tǒng)的功能水平39ppt課件2.5數(shù)控機床的坐標系和自由度數(shù)控機床的坐標系作用是：為了確定工件在機床中的位置，機床運動部件特殊位置及運動范圍，即描述機床運動，產生數(shù)據信息而建立的幾何坐標系。通過機床坐標系的建立，可確定機床位置關系，獲得所需的相關數(shù)據。

工件坐標系原點機床坐標系原點40ppt課件機床坐標軸的命名2.5.1坐標軸的命名、確定方法和步驟

在ISO標準中統(tǒng)一規(guī)定采用右手直角笛卡爾坐標系對機床的坐標系進行命名。機床坐標軸的命名方法如圖所示。右手的拇指、食指和中指互相垂直，其三個手指所指的方向分別為X軸、Y軸和Z軸的正方向。用字母A、B、C表示繞X、Y、Z軸的轉動，其轉動的正方向用右手螺旋法則確定。41ppt課件

Z坐標

方位標準規(guī)定：Z坐標平行主軸軸線。若沒有主軸(牛頭刨床)或者有多個主軸，則選擇垂直于工件裝夾面的方向為Z坐標。若主軸能擺動：在擺動的范圍內只與標準坐標系中的某一坐標平行時，則這個坐標便是Z坐標；若在擺動的范圍內與多個坐標平行，則取垂直于工件裝夾面的方向為Z坐標。Z坐標正方向的規(guī)定：刀具遠離工件的方向。確定機床坐標軸時，通常先確定Z軸，再確定X軸和Y軸。42ppt課件X軸的確定:平行于導軌面，且垂直于Z軸的坐標軸為X軸。對于工件旋轉的機床（如車床、磨床等），X坐標的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座導軌面。刀具遠離工件旋轉中心的方向為X軸正方向。對于刀具旋轉的機床（如立式銑床、鉆床等），如果Z軸是垂直的，則面對主軸看立柱時，右手所指的水平方向為X軸的正方向。

如果Z軸是水平的(如臥式銑床），則面對主軸看立柱時，左手所指的水平方向為X軸的正方向。43ppt課件Y軸的確定Y坐標軸垂直于X、Z坐標軸。Y運動的正方向根據X坐標和Z坐標的正方向，按照右手笛卡爾直角坐標系來判斷。立式銑床臥式銑床44ppt課件附加坐標如果機床除了有X、Y、Z主要直線運動之外，還有平行于它們的坐標運動，則應分別命名為U、V、W。如在第一組回轉運動A、B、C的同時，還有平行或不平行A、B、C的第二組回轉運動，可命名為D、E、F。45ppt課件1.機床坐標系、機床原點與參考點數(shù)控機床坐標系是機床的基本坐標系，機床坐標系的原點也稱機械原點或零點（M），這個零點是機床固有的點，由生產廠家事先確定，不能隨意改變，它是其它坐標系和機床內部參考點的出發(fā)點。不同數(shù)控機床坐標系的零點也不同。數(shù)控車床的機械零點在主軸前端面的中心上。

數(shù)控車床原點

2.5.2機床坐標系與工件坐標系46ppt課件

數(shù)控銑床的機械零點，因生產廠家而異，例如有的數(shù)控銑床的機床零點位于機床的左前上方，如圖所示M點。有的數(shù)控銑床的機床零點位于機床的左前下方。立式加工中心的機床原點，一般在機床最大加工范圍平面的左前下方。數(shù)控銑床原點

加工中心原點47ppt課件數(shù)控機床參考點R也稱基準點，是大多數(shù)數(shù)控機床所必須具有的。它是數(shù)控機床工作區(qū)確定的一個點，與機床零點有確定的尺寸聯(lián)系。通常機床并不能移動到機床原點處，它僅僅是一個理論上的點。參考點在各軸以硬件方式用固定的凸塊和限位開關實現(xiàn)。機床每次通電后，移動件（刀架或工作臺）都要進行返回參考點的操作，數(shù)控裝置通過移動件（刀架或工作臺）返回參考點后確認出機床原點的位置數(shù)控機床也就建立了機床坐標系。

有的參考點R與機床原點重合；有的廠家將參考點稱作機床原點。48ppt課件2工件坐標系工件坐標系是編程人員使用的，以圖紙上的某一點為原點，建立坐標系。一般工件坐標系與機床坐標系的坐標軸要平行。其原點也稱為工件原點、編程原點，當工件安裝在機床工作臺上時也稱為浮動原點。進行加工之前，必須在測量工件坐標系原點在機床坐標系中的位置，稱為工件零點測量，以便建立兩個坐