簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床概念和分類

1、數(shù)控機(jī)床基本概念（2018-11-23 ）目錄一、數(shù)控機(jī)床的定義1、定義2、歷史背景3、數(shù)控技術(shù)4、數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)二、數(shù)控機(jī)床的組成1、NC 程序2、數(shù)控裝置3、伺服系統(tǒng)4、機(jī)床本體5、檢測(cè)裝置三、數(shù)控機(jī)床的分類1、按工藝用途分類1）一般數(shù)控機(jī)床2）數(shù)控加工中心2、按運(yùn)動(dòng)軌跡分類1）點(diǎn)位控制2）點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床3）輪廓控制數(shù)控機(jī)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(shí)控制的坐標(biāo)軸分類1）兩坐標(biāo) NC 機(jī)床2）三軸聯(lián)動(dòng)的 NC 機(jī)床3）四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)4）五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)5）“超五坐標(biāo)” NC 機(jī)床及實(shí)質(zhì)四、數(shù)控加工中的幾個(gè)基本概念1、機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)2、數(shù)控編程方法

2、五、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)1、現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)2、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)一、數(shù)控機(jī)床的定義1、定義： 數(shù)控機(jī)床( Numerical Control Machine Tools ) 是采用數(shù)字技術(shù)形式控 制的機(jī)床。即凡是用數(shù)字化的代碼將加工過(guò) 程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)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(lái)， 并送入計(jì)算機(jī)或數(shù) 控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 加工出所需工件的一類機(jī)床即為數(shù)控(NC)機(jī)床。2、數(shù)控機(jī)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(jī)床構(gòu) 即用記錄有坐 想

3、設(shè)想通過(guò)控制機(jī)床的微小增量運(yùn)動(dòng)來(lái)加工機(jī)翼曲面 標(biāo)位置的數(shù)據(jù)的穿孔卡來(lái)控制機(jī)床的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)曲線、曲面的加 工。隨后美國(guó)空軍投入大量軍費(fèi)給 MIT 伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室。2) 1952 年 MIT 第一臺(tái)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(duì)數(shù)控機(jī)床需求的發(fā)展起了推動(dòng)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(diǎn)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。3、數(shù)控技術(shù) (NUMERICALCONTRO)L1) 概念: 以數(shù)字化信息實(shí)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(yùn)算 ;功能簡(jiǎn)單; 存儲(chǔ)量小 計(jì)算機(jī)控制 (CNC): 以計(jì)算機(jī)作為控制器 靠軟件完成運(yùn)算 ;功能強(qiáng); 存儲(chǔ)量大3) 數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)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(tái)限位等 數(shù)字控制 : 進(jìn)給傳動(dòng)控制，即對(duì)刀具、工作臺(tái)的運(yùn)行的 順序、位移量度以至速度實(shí)現(xiàn)控制。4、數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn) 傳統(tǒng)機(jī)械式自動(dòng)機(jī)床、仿形機(jī)床的缺點(diǎn)：1) 需要輔助工裝 自動(dòng)機(jī)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(jī)床2) 加工過(guò)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(jī)床優(yōu)點(diǎn)：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(wú)須各種工裝)4) 有利于實(shí)現(xiàn)管理和機(jī)械加工的自動(dòng)化5. 數(shù)控機(jī)床的缺點(diǎn)1) 設(shè)備造價(jià)昂貴，機(jī)時(shí)費(fèi)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(jī)床的組成1. 數(shù)控機(jī)床的主要組成部分1) NC程序(控制介質(zhì))：包含加工過(guò)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(shuō)明加工條件，如刀具幾何參數(shù)、進(jìn)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(shuō)明插補(bǔ)類型、加工坐 標(biāo)平面、實(shí)現(xiàn)刀具半徑 補(bǔ)償?shù)?

6、NC程序傳入NC機(jī)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(yùn)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(chǔ). 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(yùn)算器：接收控制信息，對(duì)集合信息進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算并向輸出裝置 發(fā)出進(jìn)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(jī)床運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置 ) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機(jī)床本體間的傳動(dòng)聯(lián)系環(huán)節(jié)，可以將來(lái) 自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)精確 定位或按規(guī)定的軌跡做嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合圖紙的零 件。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(shí)體。

7、它與普通機(jī)床的差 別，主要是機(jī)械傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)和功能部件要求更高。機(jī)床本體主要由 床身、導(dǎo)軌、各運(yùn)動(dòng)部件、工作臺(tái)、 刀庫(kù)、排屑器等組成。5) 檢測(cè)裝置 在機(jī)床的坐標(biāo)軸中安裝有光柵尺 等來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)部分的位 移量,并與理論值比較 , 以確定需補(bǔ)充的運(yùn)動(dòng)脈沖量。三、數(shù)控機(jī)床的分類1、按工藝用途分類一般數(shù)控機(jī)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(diǎn)：切削時(shí)刀具運(yùn)動(dòng)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(diǎn)：刀具不旋轉(zhuǎn)，零件旋轉(zhuǎn)，刀具只做軸向與徑向運(yùn)動(dòng)。數(shù)控鏜床 用途：用于精度較高的孔加工 工作特點(diǎn)：工作時(shí)鏜刀只能沿機(jī)床

8、主軸方向運(yùn)動(dòng) 精度等級(jí)： 0.01mm 以內(nèi)數(shù)控鉆床 用途：傳統(tǒng)機(jī)械孔及電子線路版孔加工 工作特點(diǎn)：刀具旋轉(zhuǎn) , 鉆孔時(shí)鉆頭只做軸向進(jìn)給 效率極高， 300-400 孔分，孔徑：可達(dá) 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(diǎn)：工作時(shí)，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(diǎn)：磨頭高速旋轉(zhuǎn) , 可做三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) 精度等級(jí)： 0.005-0.001mm 以內(nèi)數(shù)控加工中心 帶有刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)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(diǎn)：a. 可以減少機(jī)床數(shù)量，便于管理，對(duì)于多工序的零件只要一臺(tái)機(jī)床就能完成全部工序加工，并可以減少半成品的庫(kù)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(shí)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(shí)間， 降低了成本 。2. 按運(yùn)動(dòng)軌跡分類1) 點(diǎn)位控制( Positioning Control )數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：只控制起點(diǎn)和終點(diǎn)的精確位置，與中間過(guò)程無(wú)關(guān) 共性：中間過(guò)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(cè)量機(jī)2) 點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床不僅能保證刀具在相關(guān)點(diǎn)的定位

10、，還要控制刀具沿某一 個(gè)坐標(biāo)軸方向作直線運(yùn)動(dòng)的速度和路線。它是點(diǎn)位控制和單坐標(biāo)控 制的結(jié)合，可有多個(gè)坐標(biāo)但不能聯(lián)動(dòng)，起終點(diǎn)之間屬 “切削段” 該類設(shè)備有：簡(jiǎn)易數(shù)控車床、數(shù)控銑床等 加工零件類型：帶臺(tái)階的圓柱零件、方形零件3) 輪廓控制數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)做關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)，即聯(lián)動(dòng) 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)控制方式分類成本低,中小型設(shè)備 ,精度低, ：無(wú)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(shí)控制的坐標(biāo)軸分類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。2）三軸聯(lián)動(dòng)的NC機(jī)床:可實(shí)現(xiàn) X 、 Y 、Z 三個(gè)坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) 用途：可用于加工曲面類零件3）四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) :除X、Y、Z外還可和另一旋轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)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(jī)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(dòng)：除X、Y、Z外還可和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)（XYZAE、XYZAC、XYZEC） 結(jié)構(gòu)：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)都在主軸上； 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)都在工作臺(tái)上； 一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)在主軸上

12、，另一個(gè)在工作臺(tái)上用途：理論上可實(shí)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(gè)基本概念1. 機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng) 概念：刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行切削的過(guò)程。 切削運(yùn)動(dòng)是相對(duì)運(yùn)動(dòng)，一般視工件為靜止，而刀具運(yùn)動(dòng) 切削運(yùn)動(dòng)的構(gòu)成：刀具的整體移動(dòng)：平移 擺動(dòng) 刀具自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2. 數(shù)控編程方法 數(shù)控編程可以分為手工編程和自動(dòng)編程兩種 手工編程：是指編制零件數(shù)控加工程序的各個(gè)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(jì)算數(shù)控機(jī)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(yàn)，均由人工自動(dòng)編程 ：即用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)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(jì)算機(jī)，根據(jù)計(jì)算機(jī)建立的零