數(shù)控機(jī)床的基本概念課件

第二章數(shù)控機(jī)床的基本概念1、定義：數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）

是采用數(shù)字技術(shù)形式控制的機(jī)床。第一節(jié)

數(shù)控機(jī)床的定義即凡是用數(shù)字化的代碼將加工過(guò)程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移等信息用數(shù)字化的指令(記錄在程序介質(zhì)上)表示出來(lái)，并送入計(jì)算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需工件的一類(lèi)機(jī)床即為數(shù)控(NC)機(jī)床。1)40年代后期，美JohnT.Parsons提出了數(shù)控機(jī)床構(gòu)想設(shè)想通過(guò)控制機(jī)床的微小增量運(yùn)動(dòng)來(lái)加工機(jī)翼曲面即用記錄有坐標(biāo)位置的數(shù)據(jù)的穿孔卡來(lái)控制機(jī)床的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)、曲面的加工。隨后美國(guó)空軍投入大量軍費(fèi)給MIT伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室。2)

1952年MIT第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床樣機(jī)研制成功

1953年開(kāi)始應(yīng)用初步應(yīng)用MIT開(kāi)發(fā)了APT編程系統(tǒng)3)飛機(jī)制造企業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床需求的發(fā)展起了推動(dòng)作用。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高、大量復(fù)雜曲面形狀零件、產(chǎn)量小、轉(zhuǎn)型快，其生產(chǎn)特點(diǎn)決定了其急需NC設(shè)備，從而為數(shù)控機(jī)床的發(fā)展應(yīng)用提供了機(jī)遇。2、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的歷史背景3.數(shù)控技術(shù)(NUMERICALCONTROL）：1)概念:以數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)控制的應(yīng)用技術(shù)3)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床控制的類(lèi)別:2)分類(lèi):硬件數(shù)控技術(shù)：以硬件作為控制器計(jì)算機(jī)控制(CNC):以計(jì)算機(jī)作為控制器靠硬件完成運(yùn)算;功能簡(jiǎn)單;存儲(chǔ)量小靠軟件完成運(yùn)算;功能強(qiáng);存儲(chǔ)量大數(shù)字控制:進(jìn)給傳動(dòng)控制，即對(duì)刀具、工作臺(tái)的運(yùn)行的順序、位移量度以至速度實(shí)現(xiàn)控制。順序控制:換刀、主軸調(diào)速、冷卻液關(guān)啟、工作臺(tái)限位等4.數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)機(jī)械式自動(dòng)機(jī)床、仿形機(jī)床的缺點(diǎn)：1）需要輔助工裝自動(dòng)機(jī)床—需要制作凸輪、擋塊等輔助裝置仿形機(jī)床—需要制作標(biāo)準(zhǔn)零件2）加工過(guò)程是模擬量傳遞3）加工精度低當(dāng)加工對(duì)象變化時(shí)，只需重新編制程序數(shù)控機(jī)床與仿形機(jī)床相比顯著優(yōu)點(diǎn)：4）加工零件變更需重新準(zhǔn)備輔助裝置4).有利于實(shí)現(xiàn)管理和機(jī)械加工的自動(dòng)化。2).可以提高生產(chǎn)效率，一般可提高加工效率3~5倍；3).適合于復(fù)雜形狀零件加工；（只提高了編程難度，而無(wú)須各種工裝）5.數(shù)控機(jī)床的缺點(diǎn):1).設(shè)備造價(jià)昂貴，機(jī)時(shí)費(fèi)用高2).工作環(huán)境要求苛刻（溫度、濕度、灰塵等）3).操作、編程、維修保養(yǎng)人員素質(zhì)要求高1).有利于提高加工精度，保證同批零件的一致性；概括起來(lái)數(shù)控機(jī)床優(yōu)點(diǎn)如下：①輸入裝置：接收外部的輸入程序并存儲(chǔ)②控制器：控制和協(xié)調(diào)數(shù)控裝置各部分協(xié)調(diào)工作③運(yùn)算器：接收控制信息，對(duì)集合信息進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算并向輸出裝置發(fā)出進(jìn)給脈沖④輸出裝置：將脈沖輸出給伺服系統(tǒng)2)數(shù)控裝置：由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成。脈沖當(dāng)量：概念：相對(duì)于每個(gè)脈沖信號(hào)，機(jī)床移動(dòng)部件的位移量（包括移動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)量）叫做脈沖當(dāng)量（用δ來(lái)表示）。常用的脈沖當(dāng)量：0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖0.01度/脈沖、0.005度/脈沖、0.001度/脈沖單位：mm/脈沖、度/脈沖脈沖當(dāng)量決定了NC機(jī)床的精度及程序小數(shù)點(diǎn)的位數(shù)和最小值。機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)量Δ=N

δN為整數(shù)數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)

插補(bǔ)概念：在數(shù)控加工時(shí)，數(shù)控裝置需要在規(guī)定加工輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行中間點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算，然后按計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)軸直線(xiàn)插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)分配適量的脈沖數(shù)，從而得到相應(yīng)軸方向上的數(shù)控運(yùn)動(dòng)。這種坐標(biāo)點(diǎn)的“密化計(jì)算”稱(chēng)作插補(bǔ)。完成插補(bǔ)運(yùn)算的裝置稱(chēng)為插補(bǔ)器。插補(bǔ)類(lèi)型:直線(xiàn)(一次);圓弧(二次)；空間樣條曲線(xiàn)(三次)

數(shù)控裝置工作流程示圖

不同的數(shù)控機(jī)床研制機(jī)構(gòu),生產(chǎn)了不同的數(shù)控系統(tǒng),即機(jī)床的同一運(yùn)動(dòng),由于其數(shù)控系統(tǒng)的不同,其程序控制代碼不同。世界上比較著名的數(shù)控系統(tǒng)有:現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì):統(tǒng)一、簡(jiǎn)捷、可讀性強(qiáng)日本---FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)德國(guó)---SIEMENS系列數(shù)控系統(tǒng)HEIDENHAIN系列數(shù)控系統(tǒng)荷蘭---PHILPISCNC-532數(shù)控系統(tǒng)等3)伺服系統(tǒng)(數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置)構(gòu)成:

驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)絲杠等工作過(guò)程：（弱電強(qiáng)電）脈沖信號(hào)伺服單元放大器電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作臺(tái)、主軸移動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機(jī)床本體間的傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)，可以將來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合圖紙的零件。機(jī)床本體主要由床身、導(dǎo)軌、各運(yùn)動(dòng)部件、工作臺(tái)、刀庫(kù)、排屑器等組成。5)檢測(cè)裝置在機(jī)床的坐標(biāo)軸中安裝有光柵尺等來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)部分的位移量,并與理論值比較,以確定需補(bǔ)充的運(yùn)動(dòng)脈沖量。4)機(jī)床本體機(jī)床本體指的是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械構(gòu)造實(shí)體。它與普通機(jī)床的差別，主要是機(jī)械傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)和功能部件要求更高數(shù)控機(jī)床工作流程第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

1.按工藝用途劃分⑴一般數(shù)控機(jī)床數(shù)控銑床工作特點(diǎn)：切削時(shí)刀具運(yùn)動(dòng)方向不受方向限制類(lèi)別:

立銑、臥銑、龍門(mén)銑等用途:二維輪廓、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、復(fù)雜型面等，可用于孔加工數(shù)控車(chē)床數(shù)控鏜床工作特點(diǎn)：刀具不旋轉(zhuǎn)，零件旋轉(zhuǎn)刀具只做軸向與徑向運(yùn)動(dòng)用途：用于加工回轉(zhuǎn)類(lèi)零件

用途：用于精度較高的孔加工工作特點(diǎn)：工作時(shí)鏜刀只能沿機(jī)床主軸方向運(yùn)動(dòng)精度等級(jí)：0.01mm以?xún)?nèi)數(shù)控鉆床數(shù)控沖床用途：傳統(tǒng)機(jī)械孔及電子線(xiàn)路版孔加工

工作特點(diǎn)：刀具旋轉(zhuǎn),鉆孔時(shí)鉆頭只做軸向進(jìn)給效率極高，300-400孔／分，孔徑：Min可達(dá)0.1mm用途：用于鈑金件的孔與形狀加工工作特點(diǎn)：工作時(shí)，沖頭不旋轉(zhuǎn)，只做軸向進(jìn)給效率高，300-５00孔／分?jǐn)?shù)控磨床用途：用于配合面的加工，表面質(zhì)量精度高工作特點(diǎn)：磨頭高速旋轉(zhuǎn),可做三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)精度等級(jí)：0.005-0.001mm以?xún)?nèi)思考：孔有那些加工方法？并按精度等級(jí)排序。⑵數(shù)控加工中心：

帶有刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，習(xí)慣上稱(chēng)為加工中心——MachiningCenter,可使多道工序在一次裝夾中完成，使加工精度和效率大大提高。加工中心的優(yōu)點(diǎn)：a.可以減少機(jī)床數(shù)量，便于管理，對(duì)于多工序的零件只要一臺(tái)機(jī)床就能完成全部工序加工，并可以減少半成品的庫(kù)存率；b.可以減少多次裝夾的定位誤差，提高零件加工精度；c.由于工序集中，減少了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率；d.大大減少了專(zhuān)用工夾量具的數(shù)量，進(jìn)一步縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，降低了成本。2.按運(yùn)動(dòng)軌跡劃分1)點(diǎn)位控制（PositioningControl）數(shù)控機(jī)床：特點(diǎn)：只控制起點(diǎn)和終點(diǎn)的精確位置，與中間過(guò)程無(wú)關(guān)包括：數(shù)控鉆、數(shù)控鏜、數(shù)控沖床和數(shù)控測(cè)量機(jī)共性：中間過(guò)程屬“非切削段”加工零件類(lèi)型：帶臺(tái)階的圓柱零件、方形零件線(xiàn)。它是點(diǎn)位控制和單坐標(biāo)控制的結(jié)合，可有多個(gè)坐標(biāo)但不能聯(lián)動(dòng)，起終點(diǎn)之間屬“切削段”。這類(lèi)機(jī)床不僅能保證刀具在相關(guān)點(diǎn)的定位，還要控制刀具沿某一個(gè)坐標(biāo)軸方向作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度和路該類(lèi)設(shè)備有：簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床等2)點(diǎn)位直線(xiàn)控制數(shù)控機(jī)床：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)做關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)，即聯(lián)動(dòng)3)輪廓控制數(shù)控機(jī)床：控制內(nèi)容：程序規(guī)定的軌跡、速度該類(lèi)設(shè)備有：數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床和電加工機(jī)床等。加工零件類(lèi)型：可加工曲線(xiàn)、曲面類(lèi)零件3.按伺服系統(tǒng)控制方式劃分按照對(duì)機(jī)床所走的實(shí)際位置有無(wú)反饋劃分：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)：半閉環(huán)系統(tǒng)：閉環(huán)系統(tǒng)：補(bǔ)償沒(méi)跟上機(jī)床怎么處理？無(wú)反饋,精度低,中小型設(shè)備,成本低有反饋,精度高,精密、大型設(shè)備,成本高有部分反饋,精度較高,中小型設(shè)備,成本適中那種機(jī)床穩(wěn)定性好？三種機(jī)床的作用？4.按同時(shí)控制的坐標(biāo)軸劃分：兩坐標(biāo)、三坐標(biāo)、四坐標(biāo)、五坐標(biāo)NC機(jī)床１）兩坐標(biāo)NC機(jī)床：類(lèi)型：線(xiàn)切割、二坐標(biāo)銑（二軸半）用途：可加工二維輪廓零件。三軸聯(lián)動(dòng)的NC機(jī)床:可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)用途：可用于加工曲面類(lèi)零件坐標(biāo)軸及轉(zhuǎn)角是如何規(guī)定的?四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng):除Ｘ、Ｙ、Ｚ外還可和另一旋轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)

用途：可加工各種曲面、四軸直紋面葉輪、螺旋類(lèi)零件和平面內(nèi)斜孔的殼體類(lèi)零件。類(lèi)別：按旋轉(zhuǎn)軸劃分：ＸＹＺＡ、ＸＹＺＢ、ＸＹＺＣ與三坐標(biāo)機(jī)床相比它的加工范圍、精度都得到了提高。用途：理論上可實(shí)現(xiàn)空間在不干涉情況下任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的加工，如加工曲面變斜角、各種葉輪、閉式葉盤(pán)、帶有空間斜孔的復(fù)雜殼體類(lèi)零件4)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)：

除Ｘ、Ｙ、Ｚ外還可和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)（ＸＹＺＡＢ、ＸＹＺＡＣ、ＸＹＺＢＣ）多坐標(biāo)NC機(jī)床演示結(jié)構(gòu)：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)都在主軸上；兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)都在工作臺(tái)上；一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)在主軸上，另一個(gè)在工作臺(tái)上5)所謂的“超五坐標(biāo)”NC機(jī)床及實(shí)質(zhì)評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床的性能的綜合指標(biāo):機(jī)床精度--定位精度重復(fù)定位精度機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)/分鐘,rpm機(jī)床的快速進(jìn)給—毫米/分鐘,mm/min.機(jī)床坐標(biāo)軸數(shù)--XYZABC機(jī)床行程及工作臺(tái)大小--圓形、方、長(zhǎng)方XYZABC數(shù)控系統(tǒng)類(lèi)別型號(hào)--FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等機(jī)床的脈沖當(dāng)量--0.001、0.005、0.01開(kāi)、閉環(huán)系統(tǒng)--開(kāi)、閉、半閉是否為加工中心及刀庫(kù)數(shù)量注:數(shù)控實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)參觀題.第四節(jié)數(shù)控加工中的幾個(gè)基本概念1.機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)

概念：刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行切削的過(guò)程。切削運(yùn)動(dòng)是相對(duì)運(yùn)動(dòng)，一般視工件為靜止，而刀具運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)的構(gòu)成：刀具的整體移動(dòng)：平移＋擺動(dòng)刀具自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2.數(shù)控編程方法

數(shù)控編程可以分為手工編程和自動(dòng)編程兩種

手工編程是指編制零件數(shù)控加工程序的各個(gè)步驟，即從零件圖紙分析、工藝處理、確定