第一單元-數(shù)控機(jī)床概述.ppt

1、第一單元數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介,數(shù)控機(jī)床基本概述 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的背景 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了越來(lái)越高的要求。,大批量生產(chǎn) 對(duì)于定型產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，許多生產(chǎn)企業(yè)（例如汽車(chē)、拖拉機(jī)、家電行業(yè)等生產(chǎn)廠家）都已采用了自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和專(zhuān)用自動(dòng)生產(chǎn)線，實(shí)行自動(dòng)流水作業(yè)。 盡管初期投資大，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，但在大批量生產(chǎn)條件下，產(chǎn)品質(zhì)量容易保證，生產(chǎn)效率高，平均單件成本低，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。,單件、小批量、精密復(fù)雜零件的生產(chǎn)問(wèn)題 在機(jī)械制造業(yè)中，多品種、單件、小批量生產(chǎn)（批量在10100件）約占機(jī)械加工總量的80%以上，尤其是在造船、航天、航空

2、、機(jī)床、重型機(jī)械以及國(guó)防等部門(mén)，其生產(chǎn)特點(diǎn)是品種多，加工批量小，改型頻繁，零件的形狀復(fù)雜且精度要求高，普通機(jī)床自動(dòng)化程度低，生產(chǎn)效率和加工精度都難以提高，尤其是一些復(fù)雜曲面，甚至無(wú)法加工，而采用專(zhuān)用自動(dòng)化加工設(shè)備，則投資大、時(shí)間長(zhǎng)、轉(zhuǎn)型難，顯然不能滿(mǎn)足競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)需要。,數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 為了解決上述問(wèn)題，滿(mǎn)足多品種、單件、小批量、高精度、高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的，能適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求較高的柔性自動(dòng)化機(jī)床。 正是在這種需求下，在二十世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字控制機(jī)床（Numerical Control，簡(jiǎn)稱(chēng)N

3、C或數(shù)控）便誕生并迅速發(fā)展起來(lái)，為單件、小批量生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動(dòng)化加工手段。,數(shù)控機(jī)床誕生的時(shí)間及其發(fā)展過(guò)程 世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床于1952年誕生于美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT），是由美國(guó)帕森斯公司（Parsons Co.）和MIT合作研制的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，用于加工直升飛機(jī)變截面螺旋槳葉片輪廓的檢測(cè)樣板。機(jī)床占地面積約60m2，其數(shù)控系統(tǒng)是一臺(tái)專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，大約由2000多個(gè)電子管組成，插補(bǔ)裝置采用“數(shù)字脈沖乘法器”，是一種直線插補(bǔ)器，伺服機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)小型液壓馬達(dá)，通過(guò)改變液壓馬達(dá)的斜盤(pán)傾角而進(jìn)行變速，實(shí)質(zhì)上仍屬于一臺(tái)試驗(yàn)性的數(shù)控加工設(shè)備。,1954年，在帕森斯（Parsons）專(zhuān)利的基礎(chǔ)

4、上，由美國(guó)本迪克斯公司（Bendix Co.）所生產(chǎn)出來(lái)的數(shù)控機(jī)床是世界上第一臺(tái)工業(yè)實(shí)用性數(shù)控機(jī)床。 1959年，開(kāi)始采用晶體管元件和印刷電路板，美國(guó)克耐杜列克公司（Keaney 或采用通訊接口，由編程計(jì)算機(jī)以通訊方式輸入。,(2) 數(shù)控裝置（CNC） 數(shù)控裝置（CNC）是數(shù)控機(jī)床的中樞，它由輸入裝置、輸出裝置、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器等組成; 它接受由控制介質(zhì)輸入的加工信息代碼（加工程序），經(jīng)識(shí)別、譯碼后送到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)，作為控制和運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，由輸出裝置以脈沖的形式向輔助控制裝置和伺服系統(tǒng)發(fā)出控制指令和運(yùn)動(dòng)指令。,(3). 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成

5、部分，它將CNC裝置送來(lái)的脈沖運(yùn)動(dòng)指令信息進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件（刀架或工作臺(tái)）按規(guī)定的軌跡和速度移動(dòng)或精確定位，加工出符合圖樣要求的工件。 每個(gè)脈沖信號(hào)使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量稱(chēng)為脈沖當(dāng)量，用表示，常用的脈沖當(dāng)量有0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖。,伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路、功率放大電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置（電機(jī)）等組成，并與機(jī)床上執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。 每個(gè)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。,伺服系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分，半閉環(huán)和閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測(cè)反饋系統(tǒng)，它將機(jī)床移動(dòng)的實(shí)際位置，速度參數(shù)檢測(cè)出來(lái)，轉(zhuǎn)換成電信

6、號(hào)，反饋到CNC裝置與指令位移進(jìn)行比較,并由CNC裝置發(fā)出相應(yīng)的指令，控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，修正偏差，提高加工精度。,(4) 輔助控制裝置 輔助控制裝置即強(qiáng)電控制裝置，是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。 它是把CNC送來(lái)的輔助控制指令信號(hào)經(jīng)必要的編譯，邏輯判斷，功率放大后直接控制主電機(jī)的啟動(dòng)、停止和調(diào)速，冷卻泵的啟動(dòng)和停止以及工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位和換刀等動(dòng)作。 此外，還有行程開(kāi)關(guān)的監(jiān)控檢測(cè)等開(kāi)關(guān)信號(hào)也要經(jīng)過(guò)強(qiáng)電控制裝置送到CNC裝置進(jìn)行處理。,(5) 機(jī)床本體 數(shù)控機(jī)床是高精度、高效率的自動(dòng)化加工機(jī)床，其機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要求更為簡(jiǎn)單，在精度、剛度、抗振性、抗熱變形、減小

7、磨擦系數(shù)、消除傳動(dòng)間隙等方面要求更高，而且其傳動(dòng)和變速系統(tǒng)要便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。,數(shù)控機(jī)床的工作原理 在數(shù)控機(jī)床上加工零件，通常要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟： 根據(jù)零件圖上的圖樣和技術(shù)條件，編寫(xiě)出工件的加工程序，并記錄在控制介質(zhì)即載體上；, 把程序載體上的程序通過(guò)輸入裝置輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置中去； 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置將輸入的程序經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，由輸出裝置向各個(gè)坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置發(fā)出指令信號(hào)； 伺服系統(tǒng)把接收的指令信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)；輔助控制裝置根據(jù)指令信號(hào)控制主軸電機(jī)等運(yùn)轉(zhuǎn)；, 通過(guò)機(jī)床的機(jī)械部件帶動(dòng)刀具及工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出符合圖樣要求的工件； 位置檢測(cè)反饋系統(tǒng)檢測(cè)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，并

8、將信號(hào)反饋給數(shù)控裝置，以減少加工誤差。當(dāng)然，對(duì)于開(kāi)環(huán)機(jī)床來(lái)說(shuō)，沒(méi)有檢測(cè)、反饋系統(tǒng)。,數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床之所以在機(jī)械制造業(yè)中得到迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用，這歸因于它有以下特點(diǎn)： (1) 適應(yīng)性強(qiáng); (2) 加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定; (3) 生產(chǎn)效率高; (4) 操作者勞動(dòng)強(qiáng)度低，但技術(shù)水平要求高; (5) 有利于生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理的現(xiàn)代化，市場(chǎng)響應(yīng)快，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。,數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 數(shù)控機(jī)床的品種很多，根據(jù)其控制方式、組成特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、功能水平等可從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)。 1. 按數(shù)控系統(tǒng)的控制方式分類(lèi) 按數(shù)控系統(tǒng)的控制方式分點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。,點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床

9、點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床用于加工平面內(nèi)的孔系，只要求獲得精確的孔系坐標(biāo)定位精度，在定位過(guò)程中不進(jìn)行切削加工，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡不需嚴(yán)格控制。其數(shù)控系統(tǒng)可采用點(diǎn)位檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。,點(diǎn)位控制機(jī)床的特點(diǎn)是其數(shù)控系統(tǒng)可采用點(diǎn)位檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。 主要有數(shù)控鉆床，數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。 為了提高生產(chǎn)效率，定位移動(dòng)以高速運(yùn)行，在接近定位點(diǎn)前一般采用3級(jí)減速，以便低速趨近終點(diǎn)，減少慣性引起的定位誤差，確保準(zhǔn)確定位。, 直線控制數(shù)控機(jī)床 這類(lèi)機(jī)床不僅要求具有準(zhǔn)確的定位功能，而且要求從某一坐標(biāo)點(diǎn)到另一坐標(biāo)點(diǎn)之間沿平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工。 移動(dòng)過(guò)程屬于工作進(jìn)給，要選用合

10、適的刀具、進(jìn)給速度與切削用量。,這類(lèi)機(jī)床包括數(shù)控銑鏜床、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控加工中心等，一般情況下這類(lèi)機(jī)床有23個(gè)可控軸，但可同時(shí)控制的軸只有一個(gè)。 為了能在磨損或換刀后仍可獲得合格的零件，此類(lèi)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)常備有刀具半徑補(bǔ)償和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能以及主軸轉(zhuǎn)速控制功能。, 輪廓控制數(shù)控機(jī)床 這類(lèi)數(shù)控機(jī)床占有較大的比重，具有輪廓控制功能，即可以加工曲線、曲面等復(fù)雜零件。這類(lèi)機(jī)床有兩坐標(biāo)及兩坐標(biāo)以上的數(shù)控銑床、加工中心等。 這類(lèi)數(shù)控機(jī)床絕大多數(shù)具有兩坐標(biāo)或兩坐標(biāo)以上的聯(lián)動(dòng)功能，能同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，對(duì)位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制，它不僅具有刀具半徑補(bǔ)償及刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，還有機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)誤

11、差補(bǔ)償、絲杠、齒輪的間隙誤差補(bǔ)償?shù)纫幌盗泄δ堋?2. 按同時(shí)控制的軸數(shù)分類(lèi) 數(shù)控機(jī)床按照同時(shí)控制的軸數(shù)分，有2軸控制、2.5軸控制、3軸、4軸及5軸聯(lián)動(dòng)等。 2.5軸控制是指2個(gè)軸聯(lián)動(dòng)而另一個(gè)軸是點(diǎn)位控制或直線控制。 4軸、5軸控制指除X、Y、Z三軸聯(lián)動(dòng)外，增加了與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)、刀具擺動(dòng)的同時(shí)聯(lián)動(dòng)。,如圖1-12所示，這類(lèi)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)將加工程序處理后，向伺服系統(tǒng)輸出一定頻率和數(shù)量的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,3. 按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)類(lèi)型分類(lèi) 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床,開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng), 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床該系統(tǒng)具有檢測(cè)裝置，如圖1-13所示。,閉環(huán)伺服系統(tǒng)

12、,位置檢測(cè)裝置，能將工作臺(tái)的實(shí)際位移反饋到數(shù)控裝置中與所要求的位置指令進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止，從而使加工精度大大提高。 速度檢測(cè)裝置能隨時(shí)實(shí)測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，得到速度反饋信號(hào)，將它與速度指令信號(hào)相比較，用比較的差值，對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時(shí)進(jìn)行校正。,閉環(huán)控制的特點(diǎn)是： 加工精度高、速度快、驅(qū)動(dòng)功率大； 這類(lèi)機(jī)床采用直流伺服或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，控制電路比較復(fù)雜，檢測(cè)元件價(jià)格昂貴，調(diào)試、維修比較復(fù)雜，成本高。 主要用于一些精度要求很高的數(shù)控鏜銑床、超精車(chē)床、超精銑床等。, 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，如圖1-14所示,圖1-14 半閉

13、環(huán)伺服系統(tǒng),大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，它將檢測(cè)元件從工作臺(tái)移到電動(dòng)機(jī)端頭或絲杠端頭，它不是直接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而是通過(guò)與伺服電機(jī)有聯(lián)系的轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件如光電編碼器等，測(cè)出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，反饋到數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。,在閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺(tái)，故稱(chēng)為半閉環(huán)系統(tǒng)。 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修比較容易，采用高分辨率的測(cè)量元件，可以獲得比較滿(mǎn)意的精度和速度。,4. 按應(yīng)用范圍為類(lèi) 金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車(chē)床、銑床、磨床、鉆床、鏜床及加工中心等。 金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、彎管機(jī)、回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。 數(shù)控特種加工機(jī)床，如數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控電火花