第一單元-數(shù)控機床概述.ppt

1、第一單元數(shù)控機床簡介,數(shù)控機床基本概述 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展 數(shù)控機床產(chǎn)生的背景 隨著社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對機械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求。,大批量生產(chǎn) 對于定型產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，許多生產(chǎn)企業(yè)（例如汽車、拖拉機、家電行業(yè)等生產(chǎn)廠家）都已采用了自動機床、組合機床和專用自動生產(chǎn)線，實行自動流水作業(yè)。 盡管初期投資大，生產(chǎn)準備時間長，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)濟效益非常顯著。,單件、小批量、精密復雜零件的生產(chǎn)問題 在機械制造業(yè)中，多品種、單件、小批量生產(chǎn)（批量在10100件）約占機械加工總量的80%以上，尤其是在造船、航天、航空

2、、機床、重型機械以及國防等部門，其生產(chǎn)特點是品種多，加工批量小，改型頻繁，零件的形狀復雜且精度要求高，普通機床自動化程度低，生產(chǎn)效率和加工精度都難以提高，尤其是一些復雜曲面，甚至無法加工，而采用專用自動化加工設備，則投資大、時間長、轉(zhuǎn)型難，顯然不能滿足競爭日益激烈的市場需要。,數(shù)控機床的產(chǎn)生 為了解決上述問題，滿足多品種、單件、小批量、高精度、高效率的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的，能適應產(chǎn)品頻繁變化、結(jié)構(gòu)復雜、加工精度要求較高的柔性自動化機床。 正是在這種需求下，在二十世紀中期，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和自動化技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字控制機床（Numerical Control，簡稱N

3、C或數(shù)控）便誕生并迅速發(fā)展起來，為單件、小批量生產(chǎn)的精密復雜零件提供了自動化加工手段。,數(shù)控機床誕生的時間及其發(fā)展過程 世界上第一臺數(shù)控機床于1952年誕生于美國麻省理工學院（MIT），是由美國帕森斯公司（Parsons Co.）和MIT合作研制的三坐標數(shù)控銑床，用于加工直升飛機變截面螺旋槳葉片輪廓的檢測樣板。機床占地面積約60m2，其數(shù)控系統(tǒng)是一臺專用計算機，大約由2000多個電子管組成，插補裝置采用“數(shù)字脈沖乘法器”，是一種直線插補器，伺服機構(gòu)采用一臺小型液壓馬達，通過改變液壓馬達的斜盤傾角而進行變速，實質(zhì)上仍屬于一臺試驗性的數(shù)控加工設備。,1954年，在帕森斯（Parsons）專利的基礎

4、上，由美國本迪克斯公司（Bendix Co.）所生產(chǎn)出來的數(shù)控機床是世界上第一臺工業(yè)實用性數(shù)控機床。 1959年，開始采用晶體管元件和印刷電路板，美國克耐杜列克公司（Keaney 或采用通訊接口，由編程計算機以通訊方式輸入。,(2) 數(shù)控裝置（CNC） 數(shù)控裝置（CNC）是數(shù)控機床的中樞，它由輸入裝置、輸出裝置、運算器、控制器、存儲器等組成; 它接受由控制介質(zhì)輸入的加工信息代碼（加工程序），經(jīng)識別、譯碼后送到相應的存儲區(qū)，作為控制和運算的原始數(shù)據(jù)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)運算處理，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)出控制指令和運動指令。,(3). 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的一個重要組成

5、部分，它將CNC裝置送來的脈沖運動指令信息進行放大，驅(qū)動機床的移動部件（刀架或工作臺）按規(guī)定的軌跡和速度移動或精確定位，加工出符合圖樣要求的工件。 每個脈沖信號使機床移動部件產(chǎn)生的位移量稱為脈沖當量，用表示，常用的脈沖當量有0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖。,伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路、功率放大電路、伺服驅(qū)動裝置（電機）等組成，并與機床上執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。 每個作進給運動的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)。,伺服系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分，半閉環(huán)和閉環(huán)控制的數(shù)控機床帶有位置檢測反饋系統(tǒng)，它將機床移動的實際位置，速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信

6、號，反饋到CNC裝置與指令位移進行比較,并由CNC裝置發(fā)出相應的指令，控制進給運動，修正偏差，提高加工精度。,(4) 輔助控制裝置 輔助控制裝置即強電控制裝置，是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。 它是把CNC送來的輔助控制指令信號經(jīng)必要的編譯，邏輯判斷，功率放大后直接控制主電機的啟動、停止和調(diào)速，冷卻泵的啟動和停止以及工作臺的轉(zhuǎn)位和換刀等動作。 此外，還有行程開關(guān)的監(jiān)控檢測等開關(guān)信號也要經(jīng)過強電控制裝置送到CNC裝置進行處理。,(5) 機床本體 數(shù)控機床是高精度、高效率的自動化加工機床，其機械部件的組成與普通機床相似，但傳動結(jié)構(gòu)要求更為簡單，在精度、剛度、抗振性、抗熱變形、減小

7、磨擦系數(shù)、消除傳動間隙等方面要求更高，而且其傳動和變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)自動化控制。,數(shù)控機床的工作原理 在數(shù)控機床上加工零件，通常要經(jīng)過以下幾個步驟： 根據(jù)零件圖上的圖樣和技術(shù)條件，編寫出工件的加工程序，并記錄在控制介質(zhì)即載體上；, 把程序載體上的程序通過輸入裝置輸入到計算機數(shù)控裝置中去； 計算機數(shù)控裝置將輸入的程序經(jīng)過運算處理后，由輸出裝置向各個坐標的伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置發(fā)出指令信號； 伺服系統(tǒng)把接收的指令信號放大，驅(qū)動機床的移動部件運動；輔助控制裝置根據(jù)指令信號控制主軸電機等運轉(zhuǎn)；, 通過機床的機械部件帶動刀具及工件作相對運動，加工出符合圖樣要求的工件； 位置檢測反饋系統(tǒng)檢測機床的運動，并

8、將信號反饋給數(shù)控裝置，以減少加工誤差。當然，對于開環(huán)機床來說，沒有檢測、反饋系統(tǒng)。,數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床之所以在機械制造業(yè)中得到迅速發(fā)展和日益廣泛的應用，這歸因于它有以下特點： (1) 適應性強; (2) 加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定; (3) 生產(chǎn)效率高; (4) 操作者勞動強度低，但技術(shù)水平要求高; (5) 有利于生產(chǎn)、經(jīng)營管理的現(xiàn)代化，市場響應快，可獲得良好的經(jīng)濟效益。,數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床的品種很多，根據(jù)其控制方式、組成特點、應用范圍、功能水平等可從不同的角度進行分類。 1. 按數(shù)控系統(tǒng)的控制方式分類 按數(shù)控系統(tǒng)的控制方式分點位控制、直線控制和輪廓控制數(shù)控機床。,點位控制數(shù)控機床

9、點位控制的數(shù)控機床用于加工平面內(nèi)的孔系，只要求獲得精確的孔系坐標定位精度，在定位過程中不進行切削加工，對運動軌跡不需嚴格控制。其數(shù)控系統(tǒng)可采用點位檢測系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。,點位控制機床的特點是其數(shù)控系統(tǒng)可采用點位檢測系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。 主要有數(shù)控鉆床，數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標測量機等。 為了提高生產(chǎn)效率，定位移動以高速運行，在接近定位點前一般采用3級減速，以便低速趨近終點，減少慣性引起的定位誤差，確保準確定位。, 直線控制數(shù)控機床 這類機床不僅要求具有準確的定位功能，而且要求從某一坐標點到另一坐標點之間沿平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工。 移動過程屬于工作進給，要選用合

10、適的刀具、進給速度與切削用量。,這類機床包括數(shù)控銑鏜床、數(shù)控車床、數(shù)控加工中心等，一般情況下這類機床有23個可控軸，但可同時控制的軸只有一個。 為了能在磨損或換刀后仍可獲得合格的零件，此類機床的數(shù)控系統(tǒng)常備有刀具半徑補償和刀具長度補償功能以及主軸轉(zhuǎn)速控制功能。, 輪廓控制數(shù)控機床 這類數(shù)控機床占有較大的比重，具有輪廓控制功能，即可以加工曲線、曲面等復雜零件。這類機床有兩坐標及兩坐標以上的數(shù)控銑床、加工中心等。 這類數(shù)控機床絕大多數(shù)具有兩坐標或兩坐標以上的聯(lián)動功能，能同時控制兩個或兩個以上的軸進行插補運算，對位移和速度進行嚴格的不間斷控制，它不僅具有刀具半徑補償及刀具長度補償，還有機床軸向運動誤

11、差補償、絲杠、齒輪的間隙誤差補償?shù)纫幌盗泄δ堋?2. 按同時控制的軸數(shù)分類 數(shù)控機床按照同時控制的軸數(shù)分，有2軸控制、2.5軸控制、3軸、4軸及5軸聯(lián)動等。 2.5軸控制是指2個軸聯(lián)動而另一個軸是點位控制或直線控制。 4軸、5軸控制指除X、Y、Z三軸聯(lián)動外，增加了與工作臺回轉(zhuǎn)、刀具擺動的同時聯(lián)動。,如圖1-12所示，這類機床的數(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)量的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大后，驅(qū)動步進電機傳動工作臺實現(xiàn)進給運動。,3. 按執(zhí)行機構(gòu)的伺服系統(tǒng)類型分類 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床,開環(huán)伺服系統(tǒng), 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床該系統(tǒng)具有檢測裝置，如圖1-13所示。,閉環(huán)伺服系統(tǒng)

12、,位置檢測裝置，能將工作臺的實際位移反饋到數(shù)控裝置中與所要求的位置指令進行比較，用比較的差值進行控制，直到差值消除為止，從而使加工精度大大提高。 速度檢測裝置能隨時實測驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，得到速度反饋信號，將它與速度指令信號相比較，用比較的差值，對驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速隨時進行校正。,閉環(huán)控制的特點是： 加工精度高、速度快、驅(qū)動功率大； 這類機床采用直流伺服或交流伺服電機作為驅(qū)動元件，控制電路比較復雜，檢測元件價格昂貴，調(diào)試、維修比較復雜，成本高。 主要用于一些精度要求很高的數(shù)控鏜銑床、超精車床、超精銑床等。, 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 大多數(shù)數(shù)控機床采用半閉環(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)控機床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，它將檢測元件從工作臺移到電動機端頭或絲杠端頭，它不是直接檢測工作臺的位移量，而是通過與伺服電機有聯(lián)系的轉(zhuǎn)角檢測元件如光電編碼器等，測出伺服電機的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位移量，反饋到數(shù)控系統(tǒng)中進行位置比較，用比較的差值進行控制。,在閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺，故稱為半閉環(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，采用高分辨率的測量元件，可以獲得比較滿意的精度和速度。,4. 按應用范圍為類 金屬切削類數(shù)控機床，如數(shù)控車床、銑床、磨床、鉆床、鏜床及加工中心等。 金屬成型類數(shù)控機床，如數(shù)控折彎機、彎管機、回轉(zhuǎn)頭壓力機等。 數(shù)控特種加工機床，如數(shù)控線切割機、數(shù)控電火花