簡述數(shù)控機床概念和分類

1、數(shù)控機床基本概念（2018-11-23 ）目錄一、數(shù)控機床的定義1、定義2、歷史背景3、數(shù)控技術(shù)4、數(shù)控機床特點二、數(shù)控機床的組成1、NC 程序2、數(shù)控裝置3、伺服系統(tǒng)4、機床本體5、檢測裝置三、數(shù)控機床的分類1、按工藝用途分類1）一般數(shù)控機床2）數(shù)控加工中心2、按運動軌跡分類1）點位控制2）點位直線控制數(shù)控機床3）輪廓控制數(shù)控機床3、按伺服系統(tǒng)控制方式分類 ）開環(huán)系統(tǒng) 12）閉環(huán)系統(tǒng)3）半閉環(huán)系統(tǒng)4、按同時控制的坐標(biāo)軸分類1）兩坐標(biāo) NC 機床2）三軸聯(lián)動的 NC 機床3）四坐標(biāo)聯(lián)動4）五坐標(biāo)聯(lián)動5）“超五坐標(biāo)” NC 機床及實質(zhì)四、數(shù)控加工中的幾個基本概念1、機床的切削運動2、數(shù)控編程方法

2、五、數(shù)控機床的特點與發(fā)展趨勢1、現(xiàn)代數(shù)控機床的特點2、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢一、數(shù)控機床的定義1、定義： 數(shù)控機床( Numerical Control Machine Tools ) 是采用數(shù)字技術(shù)形式控 制的機床。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， 并送入計算機或數(shù) 控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算及處理，控制機床的刀具與工件的相對運動， 加工出所需工件的一類機床即為數(shù)控(NC)機床。2、數(shù)控機床產(chǎn)生的歷史背景1) 40 年代后期，美 John T. Parsons 提出了數(shù)控機床構(gòu) 即用記錄有坐 想

3、設(shè)想通過控制機床的微小增量運動來加工機翼曲面 標(biāo)位置的數(shù)據(jù)的穿孔卡來控制機床的動作，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 伺服機構(gòu)實驗室。2) 1952 年 MIT 第一臺數(shù)控機床樣機研制成功1953 年 開始應(yīng)用初步應(yīng)用MIT 開發(fā)了 APT 編程系統(tǒng)3) 飛機制造企業(yè)對數(shù)控機床需求的發(fā)展起了推動作用。 飛機結(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)控機床的發(fā)展應(yīng)用提供了機遇。3、數(shù)控技術(shù) (NUMERICALCONTRO)L1) 概念: 以數(shù)字化信息實現(xiàn)控制的應(yīng)用技術(shù)2) 分類 : 硬件數(shù)控技術(shù)：以硬

4、件作為控制器 靠硬件完成運算 ;功能簡單; 存儲量小 計算機控制 (CNC): 以計算機作為控制器 靠軟件完成運算 ;功能強; 存儲量大3) 數(shù)控系統(tǒng)對機床控制的類別 :順序控制 : 換刀、主軸調(diào)速、冷卻液關(guān)啟、工作臺限位等 數(shù)字控制 : 進給傳動控制，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。4、數(shù)控機床的優(yōu)點 傳統(tǒng)機械式自動機床、仿形機床的缺點：1) 需要輔助工裝 自動機床需要制作凸輪、擋塊等輔助裝置 需要制作標(biāo)準(zhǔn)零件仿形機床2) 加工過程是模擬量傳遞3) 加工精度低4) 加工零件變更需重新準(zhǔn)備輔助裝置 數(shù)控機床優(yōu)點：1) 提高加工精度，保證同批零件的一致性2) 提高生產(chǎn)效

5、率，一般可提高加工效率 35 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)4) 有利于實現(xiàn)管理和機械加工的自動化5. 數(shù)控機床的缺點1) 設(shè)備造價昂貴，機時費用高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)要求高二、數(shù)控機床的組成1. 數(shù)控機床的主要組成部分1) NC程序(控制介質(zhì))：包含加工過程中的所有信息 幾何信息：確定加工零件的幾何形狀， 如位移、圓心、曲面法 矢量等 . 輔助功能信息：說明加工條件，如刀具幾何參數(shù)、進給速度和主 軸轉(zhuǎn)速、開關(guān)冷卻液、 程序結(jié)束等 . 準(zhǔn)備功能信息：說明插補類型、加工坐 標(biāo)平面、實現(xiàn)刀具半徑 補償?shù)?

6、NC程序傳入NC機床的途徑鍵盤手工敲入 、穿孔紙帶 、拷貝、 I/O 通訊接口2) 數(shù)控裝置：由輸入裝置、控制器、運算器和輸出裝置組成。輸入裝置：接收外部的輸入程序并存儲. 控制器：控制和協(xié)調(diào)數(shù)控裝置各部分協(xié)調(diào)工作 運算器：接收控制信息，對集合信息進行插補運算并向輸出裝置 發(fā)出進給脈沖 輸出裝置：將脈沖輸出給伺服系統(tǒng)3) 伺服系統(tǒng) ( 數(shù)控機床運動的動力裝置 ) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機床本體間的傳動聯(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。4) 機床本體 機床本體指的是數(shù)控機床的機械構(gòu)造實體。

7、它與普通機床的差 別，主要是機械傳動的結(jié)構(gòu)和功能部件要求更高。機床本體主要由 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 , 以確定需補充的運動脈沖量。三、數(shù)控機床的分類1、按工藝用途分類一般數(shù)控機床數(shù)控銑床類別 : 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 工作特點：切削時刀具運動方向不受方向限制數(shù)控車床 用途：用于加工回轉(zhuǎn)類零件 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。數(shù)控鏜床 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床

8、主軸方向運動 精度等級： 0.01mm 以內(nèi)數(shù)控鉆床 用途：傳統(tǒng)機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給 效率極高， 300-400 孔分，孔徑：可達 0.1mm/min數(shù)控沖床 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)數(shù)控加工中心 帶有刀庫及自動換刀裝置的數(shù)控機床，習(xí)慣上稱為加工中心 Machining Center, 可使多道工序在一次裝夾中完成，使加工

9、精度 和效率大大提高。加工中心的優(yōu)點：a. 可以減少機床數(shù)量，便于管理，對于多工序的零件只要一臺機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，進一步縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間， 降低了成本 。2. 按運動軌跡分類1) 點位控制( Positioning Control )數(shù)控機床特點：只控制起點和終點的精確位置，與中間過程無關(guān) 共性：中間過程屬 “非切削段”包括： 數(shù)控鉆、數(shù)控鏜、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機2) 點位直線控制數(shù)控機床這類機床不僅能保證刀具在相關(guān)點的定位

10、，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” 該類設(shè)備有：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床等 加工零件類型：帶臺階的圓柱零件、方形零件3) 輪廓控制數(shù)控機床實現(xiàn)兩個或兩個以上坐標(biāo)做關(guān)聯(lián)運動，即聯(lián)動 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)控制方式分類成本低,中小型設(shè)備 ,精度低, ：無反饋 開環(huán)系統(tǒng) 閉環(huán)系統(tǒng)：有反饋 , 精度高,精密、大型設(shè)備 , 成本高 半閉環(huán)系統(tǒng)：有部分反饋 ,精度較高,中小型設(shè)備 ,成

11、本適中4. 按同時控制的坐標(biāo)軸分類1）兩坐標(biāo)NC機床：類型：線切割、二坐標(biāo)銑（二軸半） 用途：可加工二維輪廓零件。2）三軸聯(lián)動的NC機床: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3）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)動按旋轉(zhuǎn)軸劃分：XYZA、XYZE、XYZC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。與三坐標(biāo)機床相比它的加工范圍、精度都得到了提高。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（XYZAE、XYZAC、XYZEC） 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

12、，另一個在工作臺上用途：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)雜殼體類零件四、數(shù)控加工中的幾個基本概念1. 機床的切削運動 概念：刀具相對工件運動，并進行切削的過程。 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、確定加工路線和工藝參數(shù)、 計算數(shù)控機床所需輸 入的數(shù)據(jù)、編寫零件的數(shù)控加工程序單直至程序的檢驗，均由人工自動編程 ：即用計算機來實現(xiàn)零件的數(shù)控編程工作，即把零件的幾 何尺寸和數(shù)據(jù)輸入計算機，根據(jù)計算機建立的零