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程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對位移等信息用數(shù)字化的指令(記錄在程序介質(zhì)上)表示出來，并送入計算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的一類機(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)想通過控制機(jī)床的微小增量運動來加工機(jī)翼曲面即用記錄有坐標(biāo)位置的數(shù)據(jù)的穿孔卡來控制機(jī)床的動作，以實現(xiàn)曲線、曲面的加工。隨后美國空軍投入大量軍費給MIT伺服機(jī)構(gòu)實驗室。2)

1952年MIT第一臺數(shù)控機(jī)床樣機(jī)研制成功

1953年開始應(yīng)用初步應(yīng)用MIT開發(fā)了APT編程系統(tǒng)3)飛機(jī)制造企業(yè)對數(shù)控機(jī)床需求的發(fā)展起了推動作用。

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)字化信息實現(xiàn)控制的應(yīng)用技術(shù)3)數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)床控制的類別:2)分類:硬件數(shù)控技術(shù)：以硬件作為控制器計算機(jī)控制(CNC):以計算機(jī)作為控制器靠硬件完成運算;功能簡單;存儲量小靠軟件完成運算;功能強(qiáng);存儲量大數(shù)字控制:進(jìn)給傳動控制，即對刀具、工作臺的運行的順序、位移量度以至速度實現(xiàn)控制。順序控制:換刀、主軸調(diào)速、冷卻液關(guān)啟、工作臺限位等4.數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點：傳統(tǒng)機(jī)械式自動機(jī)床、仿形機(jī)床的缺點：1）需要輔助工裝自動機(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）加工過程是模擬量傳遞3）加工精度低當(dāng)加工對象變化時，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：4）加工零件變更需重新準(zhǔn)備輔助裝置4).有利于實現(xiàn)管理和機(jī)械加工的自動化。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，而無須各種工裝）5.數(shù)控機(jī)床的缺點:1).設(shè)備造價昂貴，機(jī)時費用高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；概括起來數(shù)控機(jī)床優(yōu)點如下：①輸入裝置：接收外部的輸入程序并存儲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運算器：接收控制信息，對集合信息進(jìn)行插補(bǔ)運算并向輸出裝置發(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、運算器和輸出裝置組成。脈沖當(dāng)量：概念：相對于每個脈沖信號，機(jī)床移動部件的位移量（包括移動量和轉(zhuǎn)動量）叫做脈沖當(dāng)量（用δ來表示）。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)點的位數(shù)和最小值。機(jī)床坐標(biāo)軸運動量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，數(shù)控裝置需要在規(guī)定加工輪廓的起點和終點之間進(jìn)行中間點的坐標(biāo)計算，然后按計算結(jié)果向各坐標(biāo)軸直線插補(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)控運動。這種坐標(biāo)點的“密化計算”稱作插補(bǔ)。完成插補(bǔ)運算的裝置稱為插補(bǔ)器。插補(bǔ)類型:直線(一次);圓弧(二次)；空間樣條曲線(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)床的同一運動,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:統(tǒng)一、簡捷、可讀性強(qiáng)日本---FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)德國---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)床運動的動力裝置)構(gòu)成:

驅(qū)動裝置、伺服電動機(jī)、傳動絲杠等工作過程：（弱電強(qiáng)電）脈沖信號伺服單元放大器電動機(jī)運轉(zhuǎn)工作臺、主軸移動絲杠轉(zhuǎn)動伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機(jī)床本體間的傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)，可以將來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動部件的運動，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴(yán)格的相對運動，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、各運動部件、工作臺、刀庫、排屑器等組成。5)檢測裝置在機(jī)床的坐標(biāo)軸中安裝有光柵尺等來實時監(jiān)測運動部分的位移量,并與理論值比較,以確定需補(bǔ)充的運動脈沖量。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)造實體。它與普通機(jī)床的差別，主要是機(jī)械傳動的結(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

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：切削時刀具運動方向不受方向限制類別:

立銑、臥銑、龍門銑等用途: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)控車床數(shù)控鏜床工作特點：刀具不旋轉(zhuǎn)，零件旋轉(zhuǎn)刀具只做軸向與徑向運動用途：用于加工回轉(zhuǎn)類零件

用途：用于精度較高的孔加工工作特點：工作時鏜刀只能沿機(jī)床主軸方向運動精度等級：0.01mm以內(nèi)數(shù)控鉆床數(shù)控沖床用途：傳統(tǒng)機(jī)械孔及電子線路版孔加工

工作特點：刀具旋轉(zhuǎn),鉆孔時鉆頭只做軸向進(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：工作時，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：磨頭高速旋轉(zhuǎn),可做三個方向的運動精度等級：0.005-0.001mm以內(nèi)思考：孔有那些加工方法？并按精度等級排序。⑵數(shù)控加工中心：

帶有刀庫及自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，習(xí)慣上稱為加工中心——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：a.可以減少機(jī)床數(shù)量，便于管理，對于多工序的零件只要一臺機(jī)床就能完成全部工序加工，并可以減少半成品的庫存率；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，減少了輔助時間，提高了生產(chǎn)率；d.大大減少了專用工夾量具的數(shù)量，進(jìn)一步縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，降低了成本。2.按運動軌跡劃分1)點位控制（PositioningControl）數(shù)控機(jī)床：特點：只控制起點和終點的精確位置，與中間過程無關(guān)包括：數(shù)控鉆、數(shù)控鏜、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)共性：中間過程屬“非切削段”加工零件類型：帶臺階的圓柱零件、方形零件線。它是點位控制和單坐標(biāo)控制的結(jié)合，可有多個坐標(biāo)但不能聯(lián)動，起終點之間屬“切削段”。這類機(jī)床不僅能保證刀具在相關(guān)點的定位，還要控制刀具沿某一個坐標(biāo)軸方向作直線運動的速度和路該類設(shè)備有：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床等2)點位直線控制數(shù)控機(jī)床：實現(xiàn)兩個或兩個以上坐標(biāo)做關(guān)聯(lián)運動，即聯(lián)動3)輪廓控制數(shù)控機(jī)床：控制內(nèi)容：程序規(guī)定的軌跡、速度該類設(shè)備有：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床和電加工機(jī)床等。加工零件類型：可加工曲線、曲面類零件3.按伺服系統(tǒng)控制方式劃分按照對機(jī)床所走的實際位置有無反饋劃分：開環(huán)系統(tǒng)：半閉環(huán)系統(tǒng)：閉環(huán)系統(tǒng)：補(bǔ)償沒跟上機(jī)床怎么處理？無反饋,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：類型：線切割、二坐標(biāo)銑（二軸半）用途：可加工二維輪廓零件。三軸聯(lián)動的NC機(jī)床:可實現(xiàn)X、Y、Z三個坐標(biāo)聯(lián)動用途：可用于加工曲面類零件坐標(biāo)軸及轉(zhuǎn)角是如何規(guī)定的?四坐標(biāo)聯(lián)動:除Ｘ、Ｙ、Ｚ外還可和另一旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動

用途：可加工各種曲面、四軸直紋面葉輪、螺旋類零件和平面內(nèi)斜孔的殼體類零件。類別：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、帶有空間斜孔的復(fù)雜殼體類零件4)五坐標(biāo)聯(lián)動：

除Ｘ、Ｙ、Ｚ外還可和兩個旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動（ＸＹＺＡＢ、ＸＹＺＡＣ、ＸＹＺＢＣ）多坐標(biāo)NC機(jī)床演示結(jié)構(gòu)：兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)都在主軸上；兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)都在工作臺上；一個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)在主軸上，另一個在工作臺上5)所謂的“超五坐標(biāo)”NC機(jī)床及實質(zhì)評價數(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)床行程及工作臺大小--圓形、方、長方XYZABC數(shù)控系統(tǒng)類別型號--FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等機(jī)床的脈沖當(dāng)量--0.001、0.005、0.01開、閉環(huán)系統(tǒng)--開、閉、半閉是否為加工中心及刀庫數(shù)量注:數(shù)控實驗室現(xiàn)場參觀題.第四節(jié)數(shù)控加工中的幾個基本概念1.機(jī)床的切削運動

概念：刀具相對工件運動，并進(jìn)行切削的過程。切削運動是相對運動，一般視工件為靜止，而刀具運動切削運動的構(gòu)成：刀具的整體移動：平移＋擺動刀具自身的旋轉(zhuǎn)運動2.數(shù)控編程方法

數(shù)控編程可以分為手工編程和自動編程兩種

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