《數(shù)控編程技術(shù)》課件教案--第01章

第 1章 數(shù)控機床基本知識 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展 數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)及工作原理 數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展 隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備， 普通機床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。 一種新型的生產(chǎn)設(shè)備 數(shù)控機床就應(yīng)運而生了 。 數(shù)控機床的產(chǎn)生 帕森斯公司正式接受委托，與麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室（ of 作，于 1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床試驗性樣機。 1959年，美國克耐 杜列克公司（ 次成功開發(fā)了加工中心（ 。 數(shù)控機床的發(fā)展簡況 第 1代數(shù)控機床： 1952年 1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（ 第 2代數(shù)控機床：從 1959年開始采用晶體管電路的 第 3代數(shù)控機床：從 1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的 第 4代數(shù)控機床：從 1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)（ 第 5代數(shù)控機床：從 1974年開始采用微型計算機控制的系統(tǒng)（ 1計算機直接數(shù)控系統(tǒng) 所謂計算機直接數(shù)控（ 統(tǒng)，即使用一臺計算機為數(shù)臺數(shù)控機床進行自動編程，編程結(jié)果直接通過數(shù)據(jù)線輸送到各臺數(shù)控機床的控制箱。 2柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)（ 叫做計算機群控自動線，它是將一群數(shù)控機床用自動傳送系統(tǒng)連接起來，并置于一臺計算機的統(tǒng)一控制之下，形成一個用于制造的整體。 3計算機集成制造系統(tǒng) 計算機集成制造系統(tǒng)（ 是指用最先進的計算機技術(shù)，控制從定貨、設(shè)計、工藝、制造到銷售的全過程，以實現(xiàn)信息系統(tǒng)一體化的高效率的柔性集成制造系統(tǒng)。 我國數(shù)控機床發(fā)展概況 1958年開始并試制成功第一臺電子管數(shù)控機床。 1965年開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到 20世紀(jì) 60年代末至 70年代初成功。從 20世紀(jì) 80年代開始，先后從日本、美國、德國等國家引進先進的數(shù)控技術(shù)。如北京機床研究所從日本 海機床研究所引進美國 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 從數(shù)控機床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動化是數(shù)控機床的重要發(fā)展趨勢。 數(shù)控系統(tǒng)都采用了 16位和 32位微處理器，標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴大到 1床分辨率可達 0.1m，高速進給可達 100m/制軸數(shù)可達 16個。 數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)及工作原理 數(shù)控機床的組成 1控制介質(zhì) 數(shù)控機床工作時，不需要操作工人直接操縱機床，但機床又必須執(zhí)行人的意圖，這就需要在人與機床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物即稱為控制介質(zhì)。 2數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控裝置是一種控制系統(tǒng)，是數(shù)控機床的中心環(huán)節(jié)。它能自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機床進給并加工零件，數(shù)控系統(tǒng)通常由輸入裝置、控制器、運算器和輸出裝置 4大部分組成 。 3伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電動機和伺服驅(qū)動裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機床的移動部件運動或使執(zhí)行部分動作，以加工出符合要求的工件。每一個脈沖使機床移動部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)量。目前所使用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量通常為 沖。 4輔助控制系統(tǒng) 輔助控制系統(tǒng)是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的強電控制裝置。 5機床本體 機床本體是數(shù)控機床的主體，由機床的基礎(chǔ)大件（如床身、底座）和各運動部件（如工作臺、床鞍、主軸等）所組成。 數(shù)控機床的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件 1伺服系統(tǒng)驅(qū)動電機 （ 1）步進電動機 步進電動機通常用于開環(huán)伺服系統(tǒng)機床。 （ 2）直流伺服電動機 小慣量直流電動機 寬調(diào)速直流電動機 無刷直流電動機 （ 3）交流伺服電動機 近年來新型功率開關(guān)器件、專用集成電路和新的控制算法等的發(fā)展帶動了交流驅(qū)動電源的發(fā)展，使其調(diào)速性能更能適應(yīng)數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的要求。交流速度控制系統(tǒng)正逐步取代直流速度控制系統(tǒng)。 2位置檢測裝置 檢測裝置是把位移和速度測量信號作為反饋信號，并將反饋信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字送回計算機，和脈沖指令信號相比較，以控制驅(qū)動元件正確運轉(zhuǎn)。 （ 1）感應(yīng)同步器 感應(yīng)同步器是一種電磁式的高精度位移檢測元件，按其結(jié)構(gòu)方式的不同可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種，前者用于長度測量，后者用于角度測量。 感應(yīng)同步器的特點是：精度高，工作可靠，抗干擾性強，維護簡單，壽命長，可測量長距離位置，成本低，易于批量生產(chǎn)。 （ 2）光柵 光柵就是在一塊長條形的光學(xué)玻璃上均勻地刻劃很多條與運動方向垂直的條紋，條紋之間的距離成為柵距。 光柵測量裝置是一種非接觸式測量，利用光路減少了機械誤差，具有精度高，響應(yīng)速度快等特點，因此是數(shù)控機床和數(shù)顯系統(tǒng)常用的檢測元件。 （ 3）磁柵 磁柵是用電磁的方法計算磁波數(shù)目的一種位置檢測元件，磁柵測量裝置由磁性標(biāo)尺、讀取磁頭和檢測電路組成。 磁柵位置檢測電路的特點是：容易制造，檢測精度高（能達到每米 3m），安裝使用方便，對環(huán)境條件要求較低，若磁性標(biāo)尺膨脹系數(shù)與機床一致，可在一般車間使用。由于磁頭與磁柵為有接觸的相對運動，因而有磨損，使用壽命受到一定的限制。一般使用壽命可達到 5年，涂上保護膜后壽命則可進一步延長。 （ 4）旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移檢測元件，由定子和轉(zhuǎn)子組成，分為有刷和無刷兩種形式。有刷旋轉(zhuǎn)變壓器定子和轉(zhuǎn)子均為兩相交流分布繞組。 數(shù)控機床檢測裝置主要使用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，因為無刷旋轉(zhuǎn)變壓器具有可靠性高、壽命長、體積小、不用維修以及輸出信號大、抗干擾能力強等優(yōu)點。 （ 5）脈沖編碼器 脈沖編碼器是把機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為電脈沖的一種常用角位移傳感器。 （ 6）測速發(fā)電機 測速發(fā)電機是速度反饋元件，相當(dāng)于一臺永磁式直流電動機。 3 進給運動傳動部件 滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的新型理想傳動裝置。 具有如下優(yōu)點。 （ 1）傳動效率高。 （ 2）摩擦力小。 （ 3）使用壽命長。 （ 4）經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)的剛度。 （ 5）反向運動時無空行程，可以提高軸向運動精度。 4 5 數(shù)控機床通信 數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控系統(tǒng)的主要任務(wù)之一就是控制執(zhí)行機構(gòu)按預(yù)定的軌跡運動。一般情況是已知運動軌跡的起點坐標(biāo)、終點坐標(biāo)和曲線方程，由數(shù)控系統(tǒng)實時地算出各個中間點的坐標(biāo)。即需要“插入、補上”運動軌跡各個中間點的坐標(biāo)，通常這個過程就稱為“插補”。 1 逐點比較法直線插補 （ 1）直線插補計算原理 偏差計算公式 定義直線插補的偏差判別式如下： Fm= 終點判斷的方法 一種方法是設(shè)置 x、 另一種方法是設(shè)置一個終點計數(shù)器 。 第三種方法是選終點坐標(biāo)值較大的坐標(biāo)作為計數(shù)坐標(biāo)。 插補計算過程 偏差判斷 坐標(biāo)進給 偏差計算 終點判別 2逐點比較法圓弧插補 （ 1）圓弧插補計算原理 偏差計算公式 定義圓弧偏差判別式如下： 2= 2 新加工點 m+1點的偏差為 新加工點的偏差值為 終點判別方法 插補計算過程 數(shù)控機床的分類 按控制系統(tǒng)的特點分類 1點位控制數(shù)控機床 這類機床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控點焊機和數(shù)控折彎機等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為點位控制數(shù)控裝置。 2 直線控制數(shù)控機床 這類機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控鏜銑床等，相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為直線控制裝置。 3輪廓控制數(shù)控機床 屬于這類機床的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制裝置。輪廓數(shù)控裝置比點位、直線控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，功能齊全得多。 按進給伺服系統(tǒng)的類型分類 1開環(huán)進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)通常不帶有位置檢測元件，伺服驅(qū)動元件一般為步進電動機。 2閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 閉環(huán)進給控制系統(tǒng)帶有位置檢測元件，隨時可以檢測出工作臺的實際位移，并反饋給數(shù)控裝置，并與設(shè)定的指令值進行比較，利用其差值控制伺服電動機，直至差值為零為止。 3半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)是將位置檢測元件安裝在伺服電動機的軸上或滾珠絲杠的端部，不直接反饋機床的位移量，而是檢測伺服機構(gòu)的轉(zhuǎn)角，將此信號反饋給數(shù)控裝置進行指令值比較，用差值控制伺服電動機。 按工藝用途分類 1金屬切削類數(shù)控機床 金屬切削類數(shù)控機床包括數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。