數(shù)控機(jī)床概論教學(xué)課程

第1章數(shù)控機(jī)床概論第1章數(shù)控機(jī)床概論數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)。”——馬克思數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生原因—社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展（軍備競(jìng)賽的產(chǎn)物）目的—解決單件、中小批量精密復(fù)雜零件的加工問題發(fā)展歷史1949美國(guó)年帕森公司(ParsonsCompany)和麻省理工學(xué)院(MIT)伺服機(jī)構(gòu)研究所合作，于1952年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，為三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)立式數(shù)控銑床，用以加工直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板，并起名曰Numerical

Control，簡(jiǎn)稱NC機(jī)床。1959年美國(guó)克耐-杜列克公司(Keaney

&Trecker

Company)開發(fā)出有換刀裝置的加工中心

(Machine

Center)1967年英國(guó)首先推出的柔性制造系統(tǒng)(FMS)上世紀(jì)80年代末，第一個(gè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

(CIMS)在美國(guó)投入使用。第1章數(shù)控機(jī)床概論第1章數(shù)控機(jī)床概論4.數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史第1代:電子管（1952年）第2代:晶體管和印刷電路板（1960年）第3代:小規(guī)模集成電路（1965年）。(前三代數(shù)控系統(tǒng)是專用控制計(jì)算機(jī)的硬線邏輯數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱NC（NumericalControl）)。第4代:小型計(jì)算機(jī)（1970年）第5代:微處理器或微型計(jì)算機(jī)（1974年）第6代:PC-NC的智能數(shù)控系統(tǒng)（90年代后）。(后三代數(shù)控系統(tǒng)又稱為軟線數(shù)控，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CNC（Computer

NumericalControl）)。第1章數(shù)控機(jī)床概論5.數(shù)控技術(shù)及有關(guān)術(shù)語(yǔ)數(shù)控技術(shù)的水平是體現(xiàn)國(guó)家科技水平綜合國(guó)力水平重要標(biāo)志。二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。數(shù)字控制（Numerical

Control

NC）是一種借助數(shù)字、字符或其它符號(hào)對(duì)某一工作過程（如加工、測(cè)量、裝配等）進(jìn)行編程控制的自動(dòng)化方法。數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）采用數(shù)字控制的方法對(duì)某一工作過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。第1章數(shù)控機(jī)床概論數(shù)控機(jī)床（Numerical

Control

Machine

Tools）是采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床。它是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。數(shù)控系統(tǒng)（Numerical

Control

System）數(shù)控機(jī)床里實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(ComputerNumericalControl）以計(jì)算機(jī)為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD（

ComputerAidedDesign） 是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)。第1章數(shù)控機(jī)床概論計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer

Aided

Manufacturing）CAM是利用計(jì)算機(jī)參與制造過程，處理制造信息。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer

IntegratedManufacturing

System）是利用計(jì)算機(jī)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生產(chǎn)制造，質(zhì)量保證和經(jīng)營(yíng)管理集成為一個(gè)大系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。柔性制造系統(tǒng)（Flexible

Manufacturing

System）FMS是使用CNC數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人(Robot)組成的能加工同類不同產(chǎn)品的柔性生產(chǎn)線。加工中心（Machine

Center)具有換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，可進(jìn)行多種切削加工。第1章數(shù)控機(jī)床概論第1章數(shù)控機(jī)床概論1.1.2我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀1958年開始研制數(shù)控機(jī)床。1966年研制出晶體管數(shù)控系統(tǒng)。上世紀(jì)80年代開始引進(jìn)歐美數(shù)控系統(tǒng)和伺服技術(shù)，到1985年已經(jīng)擁有各種數(shù)控機(jī)床達(dá)80多個(gè)品種。到90年代以后，多軸高檔數(shù)控系統(tǒng)和交，直流伺服系統(tǒng)研制成功，F(xiàn)MS和CIMS投入使用。第1章數(shù)控機(jī)床概論我國(guó)第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床第1章數(shù)控機(jī)床概論1.1.3數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)提高加工精度推進(jìn)高速高效制造新型復(fù)合高效機(jī)床開發(fā)專門數(shù)控機(jī)床的研制智能化和集成化網(wǎng)絡(luò)分布式制造系統(tǒng)超大型和極微型兩級(jí)發(fā)展配套裝置和功能部件的完善高速銑削第1章數(shù)控機(jī)床概論數(shù)控機(jī)床的組成及工作過程N(yùn)C機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床由信息輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和測(cè)量反饋裝置、機(jī)床本體和機(jī)電接口組成。數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)測(cè)量裝置機(jī)床本體與機(jī)電接口信息輸入輸出裝置第1章數(shù)控機(jī)床概論CNC數(shù)控機(jī)床的組成與結(jié)構(gòu)輸入裝置輸出裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置PLC主軸控制單元主軸機(jī)床伺服電機(jī)速度控制單元工作臺(tái)位置檢測(cè)反饋裝置第1章數(shù)控機(jī)床概論第1章數(shù)控機(jī)床概論信息輸入輸出設(shè)備早期用穿孔帶，磁帶，目前用磁盤，也可以手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI）。數(shù)控裝置(數(shù)控系統(tǒng)）數(shù)控裝置的主要功能如下：(1)多坐標(biāo)控制(多軸聯(lián)動(dòng))。(2)插補(bǔ)功能（如直線、圓弧和其它曲線插補(bǔ))。

(3)程序輸入、編輯和修改功能(人機(jī)對(duì)話、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入、上位機(jī)通信輸入)。(4)信息轉(zhuǎn)換功能（EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換、英制／米制轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、絕對(duì)值／增量值轉(zhuǎn)換)。第1章數(shù)控機(jī)床概論補(bǔ)償功能（刀具半徑補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、傳動(dòng)間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償?shù)龋６喾N加工方式選擇（多種加工方式循壞、重復(fù)加工、凹凸模加工和鏡像加工等）。故障自診斷功能顯示功能(用CRT/LED顯示程序,參數(shù),補(bǔ)償量,坐標(biāo)位置,刀具軌跡，平面圖，動(dòng)態(tài)三維圖形)。通信和聯(lián)網(wǎng)功能。伺服系統(tǒng)與測(cè)量反饋裝置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為主軸驅(qū)動(dòng)單元和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元。測(cè)量裝置將速度信息和位置信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床本體機(jī)電接口第1章數(shù)控機(jī)床概論6數(shù)控系統(tǒng)工作過程第1章數(shù)控機(jī)床概論1.2.2數(shù)控機(jī)床工作過程加工準(zhǔn)備階機(jī)段床調(diào)整階程段序調(diào)試階試段切加工階正段式加工階段檢測(cè)第1章數(shù)控機(jī)床概論數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)NC機(jī)床的特點(diǎn)自動(dòng)化程度高適應(yīng)性強(qiáng)加工精度高生產(chǎn)效率高減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件有利于生產(chǎn)管理NC機(jī)床的特點(diǎn)柔性好功能強(qiáng)通用性好可靠性高易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化第1章數(shù)控機(jī)床概論數(shù)控機(jī)床的分類按工藝用途分類金屬切削類指采用車、銑、鏜、鉆、鉸、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機(jī)床。它又可分為兩類：①普通數(shù)控機(jī)床和②數(shù)控加工中心金屬成形類指采用擠、壓、沖、拉等成形工藝的數(shù)控機(jī)床，有數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控沖剪機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等。特種加工類主要有數(shù)控電火花線切割機(jī)、數(shù)控電火花成形機(jī)、數(shù)控激光與火焰切割機(jī)等。測(cè)量繪圖類主要有數(shù)控繪圖機(jī)、數(shù)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控對(duì)刀儀等。第1章數(shù)控機(jī)床概論1.4.2．按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床(Positioning

Control)也叫點(diǎn)到點(diǎn)控制(PointtoPointControl)，這類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖床等。直線控制數(shù)控機(jī)床(Straight

Cut

Control)也叫平行切削控制(ParalledCutControl)這類機(jī)床有數(shù)控車床,數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床(Contouring

Control)這類機(jī)床有數(shù)控車床、銑床、磨床和加工中心等。第1章數(shù)控機(jī)床概論1.4.3按伺服系統(tǒng)的控制方式分類1.開環(huán)數(shù)控機(jī)床(OpenLoopControl

System)指令脈沖驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)機(jī)床工作臺(tái)2.半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床(Semiclosed

LoopControlSystem)指令值+

角位移反饋速度反饋位置比較電路速度控制電路伺服電機(jī)機(jī)床工作臺(tái)第1章數(shù)控機(jī)床概論3.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床(Closed

ControlSystem)指令值+位移反饋速度反饋位置比較電路速度控制電路伺服電機(jī)機(jī)床工作臺(tái)1.4.4.按功能水平分類通常把數(shù)控機(jī)床分為低檔經(jīng)濟(jì)型、中檔普通型、高檔精密型三類數(shù)控機(jī)床。高檔、中檔數(shù)控機(jī)床一般稱為全功能數(shù)控或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控。第1章數(shù)控機(jī)床概論。數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系用機(jī)床坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸來描述數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)及其方向。機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)由廠方設(shè)定，機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)軸及其方向的確定，執(zhí)行國(guó)家數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)JB/T3051-1999，等效國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO841數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)第1章數(shù)控機(jī)床概論確定坐標(biāo)系的原則：1.刀具相對(duì)靜止而工件運(yùn)動(dòng)的原則:確定坐標(biāo)系時(shí)，一律認(rèn)為工件靜止，刀具產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)第1章數(shù)控機(jī)床概論2.機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定機(jī)床坐標(biāo)系為右手笛卡爾坐標(biāo)系。直線坐標(biāo)XYZ旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)ABC附加坐標(biāo)UVW1）伸出右手大拇指、食指

和中指，并互為90°。則大

拇指代表X軸，食指代表Y軸，中指代表Z軸。第1章數(shù)控機(jī)床概論大拇指的指向?yàn)閄軸的正方向，食指的指向?yàn)閅軸的正方向，中指的指向?yàn)閆軸的正方向。圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向。第1章數(shù)控機(jī)床概論確定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的方向數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的正方向是使工件和刀具之間距離增大的方向。確定坐標(biāo)軸順序：Z—X—YZ軸的確定：平行于主軸軸線方向?yàn)閆軸，取刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎齔方向。X軸的確定：車床取橫向滑座方向?yàn)閄軸，取刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎?。立式?shù)控銑床：面對(duì)立柱，取右手方向?yàn)?X向；臥式數(shù)控銑床:從主軸后端往前看，取右手方向?yàn)?X方向。3)Y軸的確定：+Y的運(yùn)動(dòng)方向，根據(jù)X、Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，按照右手笛卡爾坐標(biāo)系來確定。第1章數(shù)控機(jī)床概論第1章數(shù)控機(jī)床概論+Z+X第1章數(shù)控機(jī)床概論+Z+X+Y第1章數(shù)控機(jī)床概論1.5.2工件坐標(biāo)系1.工件坐標(biāo)系是編程員根據(jù)零件形狀特點(diǎn)和工藝要求，為方便編程在工件上確立的坐標(biāo)系。

2.工件在機(jī)床上裝夾好后，通過對(duì)刀，確定工件坐標(biāo)系在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。3.機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)和工件坐標(biāo)系原點(diǎn)可以相同，也可以不相同。第1章數(shù)控機(jī)床概論數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)主軸轉(zhuǎn)速：(5000～10000r/min)進(jìn)給速度：10～30m/min,快速定位速度：20～100m/min3.坐標(biāo)行程車床最大回轉(zhuǎn)直徑，最大車削長(zhǎng)度和直徑銑床工作臺(tái)尺寸和工作臺(tái)行程4.刀庫(kù)容量和換刀時(shí)間小型加工中心16～60把，大型加工中心100把換刀時(shí)間：高檔4～5s,普通10～20s.第1章數(shù)控機(jī)床概論1.6.2精度指標(biāo)定位精度：0.018mm重復(fù)定位精度：0.008mm分辨率和脈沖當(dāng)量：簡(jiǎn)易：0.01mm,普通：0.001mm