數(shù)控機床構(gòu)造及科學(xué)應(yīng)用高效培訓(xùn)教案

1、數(shù)控機床構(gòu)造及科學(xué)應(yīng)用高效培訓(xùn)教案第1章 緒論Introduction1.1 數(shù)控機床簡介Nc machine tool profile數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用1.1.1 數(shù)控技術(shù)開展的原因 客觀方面的原因：第二次世界大戰(zhàn)中表達出來的對武器裝備要求更加精良；計算機技術(shù)的產(chǎn)生和不斷開展；機床技術(shù)的不斷開展和成熟等。 主觀方面的原因：要求減輕工人的勞動強度；不斷提高勞動效率；工廠實現(xiàn)自動化的要求等。1.1.2 數(shù)控系統(tǒng)的開展史硬線數(shù)控階段(19521970年)11952年開始的第一代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是以電子管、繼電器、模擬電路元件為主 21959年開始的第二代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是以晶體管數(shù)字電路元

2、件為主 31965年開始的第三代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是以集成數(shù)字電路器件為主。 計算機數(shù)控階段(1970年至今) 11970年開始的第四代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是基于小型計算機并采用中小規(guī)模集成電路的數(shù)控系統(tǒng)。 2 1974年開始的第五代數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點是基于微處理器并具有數(shù)字顯示、故障自診斷功能的數(shù)控系統(tǒng) 。31990年開始的第六代數(shù)控系統(tǒng)，其特點是基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。 1.1.3 數(shù)控定義數(shù)控技術(shù)是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)控機床為滿足單件、小批、多品種、自動化生產(chǎn)的需要而研制的一種靈活的、通用的能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機床，具有適應(yīng)性強、加

3、工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高的優(yōu)點。1.1.4 數(shù)控機床的優(yōu)點適應(yīng)能力強、適應(yīng)于多品種、單件小批量零件的加工；加工精度高；工序高度集中，可以大大減輕工人的體力勞動；生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，具有較高的加工生產(chǎn)率和較低的加工本錢；能完成復(fù)雜型面的加工；技術(shù)含量高，有利于實現(xiàn)機械加工的現(xiàn)代化管理。1.2 數(shù)控機床的組成 The composition of nc machine tools第1章 緒論Introduction數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用1.2.1 數(shù)控機床的技術(shù)組成 數(shù)控技術(shù)由機床技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)和外圍技術(shù)等組成。 機床技術(shù)包括根底件和配套件等； 數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)包括控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和測量與反響

4、系統(tǒng)等； 外圍技術(shù)包括工具系統(tǒng)、編程技術(shù)和管理技術(shù)等。圖11 數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服裝置、輔助控制裝置、檢測裝置和機床本體組成。如下圖?？刂平橘|(zhì)數(shù)控裝置伺服機構(gòu)輔助控制裝置檢測裝置機床本體主軸箱電氣柜控制面板主軸床身工作臺冷卻液箱1.3.1 數(shù)控機床的組成立柱 控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的程序載體。隨數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有磁盤、移動硬盤、FlashU盤等見圖。1. 控制介質(zhì)1.2.2 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成 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

5、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)? 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a)b)c)常用的控制介質(zhì)a) 磁盤 b) 移動硬盤 c) U盤1.2.2 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心。由輸入裝置、控制器、運算器和輸出裝置組成。如下圖是某數(shù)控車床的數(shù)控裝置。它由輸入裝置如鍵盤、控制運算器和輸出裝置如顯示器等構(gòu)成。2. 數(shù)控裝置輸入裝置：接收外部的輸入程序并存儲控制器：控制和協(xié)調(diào)數(shù)控裝置各局部協(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)FANUC

6、西門子廣州數(shù)控華中數(shù)控凱恩帝藍天3. 伺服機構(gòu)1.2.2 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成 構(gòu)成: 驅(qū)動裝置、伺服電動機、傳動絲杠等 工作過程： 弱電 強電 脈沖信號 伺服單元放大器 電動機運轉(zhuǎn) 工作臺、主軸移動 絲杠轉(zhuǎn)動 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)定的軌跡做嚴格的相 對運動，最后加工出符合圖紙的零件。a) 驅(qū)動裝置b ) 伺服電動機伺服機構(gòu)輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的強電控制裝置。由于可編程控制器PLC具有響應(yīng)快、性能可靠、易于使用、編程和修改程序，并可直接驅(qū)動機床電氣等特點，現(xiàn)已廣泛

7、用作數(shù)控機床的輔助控制裝置。圖所示為某可編程控制器的外觀圖。4.輔助控制裝置輔助控制裝置1.2.2 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成 檢測反響裝置將數(shù)控機床各個坐標(biāo)軸的實際位移量、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號，并反響到機床的數(shù)控裝置中。 檢測裝置的檢測元件有多種，常用的有直線光柵、光電編碼器、圓光柵、絕對編碼尺等。5. 檢測裝置光電編碼器直線光柵1.2.2 數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成 機床本體是數(shù)控機床的主體，是用于完成各種切削加工的機械局部，包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件如工作臺、滑板及其傳動部件和床身、立柱、支承部件等。6.機床本體 數(shù)控機床加工零件的工作過程如下圖。 加工步驟如下： 1根據(jù)被加工零件的圖樣

8、與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序段格式編寫出加工程序。 2將所編寫加工程序指令輸入到機床數(shù)控裝置中。 3數(shù)控裝置對程序代碼進行處理之后，向機床各個坐標(biāo)的伺服驅(qū)動機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出控制信號。 4伺服機構(gòu)接到執(zhí)行信號指令后，驅(qū)動機床的各個運動 部件，并控制所需的輔助動作。 5機床自動加工出合格的零件。數(shù)控裝置伺服機構(gòu)機床本體圖樣程序工件1.2.3 數(shù)控機床的工作過程1.3 數(shù)控機床的分類The classification of the nc machine tools第1章 緒論Introduction數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用金屬切削類數(shù)控機床主要有：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床

9、、數(shù)控齒輪加工機床以及數(shù)控加工中心等。 數(shù)控車床 數(shù)控銑床1.3.1 按工藝用途分類2金屬成形類數(shù)控機床 金屬成形類數(shù)控機床指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數(shù)控機床。常用的有數(shù)控壓力機、數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控旋壓機等。3數(shù)控特種加工機床 特種加工類數(shù)控機床主要有數(shù)控電火花成形加工機床、數(shù)控電火花線切割機床如圖、數(shù)控激光切割機床等。4測量、繪圖類 測量、繪圖類數(shù)控機床主要有三坐標(biāo)測量儀、數(shù)控對刀儀、數(shù)控繪圖儀等。 1.3.1 按工藝用途分類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)包括： 數(shù)控鉆、數(shù)控鏜、數(shù)控沖床和數(shù)控測量

10、機共性：中間過程屬“非切削段1.3.2 按運動方式分類加工零件類型：帶臺階的圓柱零件、方形零件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。這類機床不僅能保證刀具在相關(guān)點的定位，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。該類設(shè)備有：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床等2) 點位直線控制數(shù)控機床：1.3.2 按運動方式分類實現(xiàn)兩個或兩個以上坐標(biāo)做關(guān)聯(lián)運動，即聯(lián)動3) 輪廓控制數(shù)控機床：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1.3.2 按運動方式分類1開環(huán)控制系統(tǒng)機床伺服系統(tǒng)不帶位置

11、檢測元件，伺服驅(qū)動元件一般為步進電機。精度取決于步進電機的步距精度和機械傳動的精度，其線路簡單，調(diào)整方便，精度低，一般用于小型或經(jīng)濟型數(shù)控機床。數(shù)控裝置脈沖指令步進電機驅(qū)動線路工作臺1.3.3 按控制方式分類2閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)帶有位置檢測元件，隨時檢測工作臺的實際位移，并反響給數(shù)控裝置，并與設(shè)定值進行比較。常使用直流或交流伺服電機，位置檢測元件常為直線光柵、磁柵、同步感應(yīng)器等。閉環(huán)控制加工精度高、速度快，但維護困難、本錢高系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。數(shù)控裝置位置控制速度控制伺服電機測速機工作臺位置檢測器1.3.3 按控制方式分類3半閉環(huán)控制系統(tǒng)位置檢測元件安裝在伺服電機的軸上或滾珠絲杠的端部，不直

12、接反響機床的位移量，而是檢測伺服機構(gòu)的轉(zhuǎn)角。精度較閉環(huán)系統(tǒng)低，但其結(jié)構(gòu)簡單，造價較低不受機械傳動裝置的影響，調(diào)試方便，廣泛應(yīng)用在中等精度及以上的連續(xù)控制機床中。數(shù)控裝置位置控制速度控制伺服電機測速機工作臺轉(zhuǎn)角檢測器1.3.3 按控制方式分類兩坐標(biāo)、三坐標(biāo)、四坐標(biāo)、五坐標(biāo)NC機床兩坐標(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。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1.3.4 按聯(lián)動軸數(shù)分類四坐標(biāo)聯(lián)動:除、外還可和另一旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動用途：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。類別：按旋轉(zhuǎn)軸劃分：、與三坐標(biāo)

13、機床相比它的加工范圍、精度都得到了提高。1.3.4 按聯(lián)動軸數(shù)分類用途：理論上可實現(xiàn)空間在不干預(yù)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4) 五坐標(biāo)聯(lián)動： 除、外還可和兩個旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動、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，另一個在工作臺上1.3.4 按聯(lián)動軸數(shù)分類1.3.5 按功能水平分類1經(jīng)濟型數(shù)控機床 經(jīng)濟型數(shù)控機床大多指采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，其功能簡單，價格廉價，適用于自動化程度和加工精度要求不高的場合。 2中檔數(shù)控車床，中檔數(shù)控機床大多指采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，一般具有單色

14、顯示的CRT，程序儲存和編輯功能，能進行刀尖圓弧半徑補償、固定循環(huán)、螺紋切削等功能。 3多功能型數(shù)控機床 這類數(shù)控機床的功能齊全，價格較貴。加工復(fù)雜零件的大中型機床及柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)使用的數(shù)控機床一般為多功能型。這是指較高檔次的數(shù)控車床，這類機床一般具備刀尖圓弧半徑自動補償、恒線速度切削、倒角、固定循環(huán)、螺紋切削、圖形顯示、用戶宏程序等功能。系統(tǒng)功能高檔中檔經(jīng)濟型功能無級變速、C軸功能機械變速分辯率0.1m1 m10 m進給速度15100m/min1524m/min815m/min伺服驅(qū)動閉環(huán)半閉環(huán)開環(huán)電機交、直流伺服電機步進電機聯(lián)動軸數(shù)24軸或25軸23軸通信功能MAP，聯(lián)網(wǎng)

15、功能RS232CRS485無顯示功能三維圖形彩顯CRT圖形顯示數(shù)碼或CRT字符內(nèi)裝PLC有有無主CPU32位或64位16位或32位8位1.4 數(shù)控機床的坐標(biāo)系Nc machine tool coordinate system第1章 緒論Introduction數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及應(yīng)用第一章 緒論1.4 數(shù)控機床的坐標(biāo)系第一章 緒論 1.刀具相對于靜止的工件運動原那么 即在考慮機床坐標(biāo)系時,被加工工件的坐標(biāo)系看作是相對靜止的，其目的是編程人員可以根據(jù)零件圖樣來確定機床的加工過程。1.4 數(shù)控機床的坐標(biāo)系第一章 緒論 2.標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的規(guī)定 一個直線進給運動或一個圓周進給運動定義為一個坐標(biāo)軸。標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系是

16、一個用X、Y、Z表示的直線進給運動的直角坐標(biāo)系，用右手法那么判定。大拇指指向X軸正方向，食指指向Y軸正方向，中指指向Z軸正方向。坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸與機床的主要導(dǎo)軌平行。圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸分別用A、B、C表示，根據(jù)右手定那么判定，大拇指指向X、Y、Z方向，其他四指旋向分別為+A、+B、+C方向。1.4 數(shù)控機床的坐標(biāo)系 3.運動部件方向規(guī)定 機床某一運動部件的正方向，規(guī)定為增大刀具與工件距離的方向，而對鉆、鏜加工，鉆入或鏜入工件的方向是負方向。 4.標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的原點 標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的原點位置是任意的，A、B、C的旋轉(zhuǎn)運動也是任意的。 1.4 數(shù)控機床的坐標(biāo)系第一章 緒論標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系確定過程先確定

17、Z軸，然后確定X軸和Y軸。 (1)Z坐標(biāo)軸確實定：Z軸的方向是由傳遞切削力主軸確定，與主軸軸線平行的坐標(biāo)軸既為Z軸。 (2)X坐標(biāo)軸確實定：一般平行于工件的裝卡面，垂直于Z軸。對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫向?qū)к?，刀具離開工件的方向為正方向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床且Z軸豎直，從主軸向立柱看，X的正方向向右；如果Z軸水平，從主軸向工件看時，X正方向向右；對于刀具和工件都不轉(zhuǎn)的機床，X軸與主切削方向平行且切削運動方向為正。 (3)Y坐標(biāo)軸確實定：它垂直于X、Z坐標(biāo)軸，運動的正方向可按右手笛卡爾坐標(biāo)系來判斷。 (4)旋轉(zhuǎn)運動：圍繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的運動A、B、C，它們的正方向用右手螺旋法那么來判定。 1.4 數(shù)控機床的坐標(biāo)系第一章 緒論 5.附加坐標(biāo) X、Y、Z軸稱為第一坐標(biāo)；假設(shè)有與這些軸平行的第二直線運動時為第二坐標(biāo)系，對應(yīng)的命名為U、V、W軸；假設(shè)有第三直線運動時，那么對應(yīng)的命名為P、Q、R軸或稱為第三坐標(biāo)系。假設(shè)有不平行X、Y、Z軸的直線運動時，可根據(jù)使用方便的原那么確定為U、V、W和P、Q、R軸。當(dāng)有兩個以上相同方向的直線運動軸時，可按靠近第一坐標(biāo)軸的順序確定U、V、W、P、Q、R軸。對于旋轉(zhuǎn)軸除A、B、C外，可根據(jù)使用要求繼續(xù)命名為D、E軸。1.4 數(shù)控機床的