數(shù)控機(jī)床的工作原理及基本組成課件

1、第1章 數(shù)控技術(shù)概論1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及基本組成1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1.5 典型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生數(shù)控是數(shù)字控制(NC，Numerical Control)的簡(jiǎn)稱，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及加工過(guò)程進(jìn)行控制的自動(dòng)控制技術(shù)。采用數(shù)字控制的機(jī)床或裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床，它把機(jī)床的加工程序和運(yùn)動(dòng)變量(如坐標(biāo)方向、位移量、軸的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速等)，以數(shù)字形式預(yù)先記錄在控制介質(zhì)上，通過(guò)數(shù)控裝置自動(dòng)地控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)，同時(shí)具有自動(dòng)換刀、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)潤(rùn)滑及冷卻等功能。1.1.2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)

2、主要階段數(shù)控機(jī)床發(fā)展到今天，完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展。自1952年美國(guó)研制出第一臺(tái)數(shù)控銑床起，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段共六代的發(fā)展。下一頁(yè)返回1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展1. 數(shù)控階段(1952-1970年)早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，這對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床適時(shí)控制的要求。人們不得不采用電子元件來(lái)構(gòu)成專(zhuān)門(mén)的邏輯部件，組成專(zhuān)用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工的要求，稱為硬件連接數(shù)控，簡(jiǎn)稱為數(shù)控(NC)。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段經(jīng)歷了三代，即第一代數(shù)控:1952-1959年，采用電子管元件構(gòu)成的專(zhuān)用(NC)裝置。第二代數(shù)控:1959-1964年，采用晶體管電路的NC裝置。第三代數(shù)控:19

3、65-1970年，采用中小規(guī)模集成電路的NC裝置。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展2. 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段(1970至今)到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)成批生產(chǎn)。其運(yùn)算速度比20世紀(jì)五六十年代有了大幅度的提高，這比專(zhuān)門(mén)“搭”成的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)成本低、可靠性高。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件。從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)階段也經(jīng)歷了三代，即第四代數(shù)控:1970-1974年，采用大規(guī)模集成電路的小型通用計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC，Cotnpuler Numerical Control)系統(tǒng)。第五代數(shù)控:1974-1990年，微處理器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)(MNC，

4、Micro(CPU)NC）。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展第六代數(shù)控:1990年以后，PC，Personal Computer(個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī))的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC時(shí)代。1.1.3 我國(guó)數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況我國(guó)從1958年開(kāi)始研究數(shù)控技術(shù)，1966年研制成功晶體管數(shù)控系統(tǒng)，并將樣機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)。1968年，研制成功X53 K-1立式銑床。20世紀(jì)70年代初，加工中心研制成功。1988年，我國(guó)的FMS通過(guò)驗(yàn)收投人運(yùn)行，用于生產(chǎn)、伺服電動(dòng)機(jī)的零件。1981-2000年，我國(guó)數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)、消化吸收、科技

5、攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)四階段，使我國(guó)的數(shù)控技術(shù)飛速發(fā)展。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展1.1.4 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控機(jī)床是機(jī)械制造業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的復(fù)雜工具。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的性能口趨完善，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域日趨擴(kuò)大?？偟陌l(fā)展趨勢(shì)是朝著高速度化、高精度化、多功能化、小型化、系統(tǒng)化、多樣化、成套性與高可靠性等方向發(fā)展，以滿足社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展中的各種需要。1. 高速度、高精度化速度、精度是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采用了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特征等有效上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 數(shù)

6、控技術(shù)的發(fā)展 措施，機(jī)床的速度、精度已大大提高。提高微處理器的位數(shù)和速度是提高數(shù)控系統(tǒng)的最有效的手段。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)逐步由16位CPU過(guò)渡到32位CPU，日本已開(kāi)發(fā)出64位CPU的數(shù)控系統(tǒng)。日本的FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)已廣泛采用32位CPU，如FANUC-15數(shù)控系統(tǒng)采用32位CPU，實(shí)現(xiàn)了最小位移單位為0.1m，最大進(jìn)給速度達(dá)到100 m/min。在數(shù)控機(jī)床的高速化中，提高主軸旋轉(zhuǎn)非常重要。由于主軸旋轉(zhuǎn)的高速化，使得切削時(shí)間比過(guò)去縮短了80%。目前很多數(shù)控機(jī)床采用高速內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)，使主軸的驅(qū)動(dòng)不必通過(guò)齒輪箱，而是直接把電動(dòng)機(jī)與主軸連接成一體裝入主軸部件中，可將主軸轉(zhuǎn)速提高到4000-

7、5000 r/min.上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 第13屆歐洲國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上展示的數(shù)控機(jī)床，其主軸最高轉(zhuǎn)速已達(dá)7 000-10 000 r/min。提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，可經(jīng)過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)的誤差和采用補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如提高數(shù)控系統(tǒng)的分辨率；使CNC控制單元精細(xì)化；提高位置檢測(cè)精度(本日交流伺服電動(dòng)機(jī)有的已安裝每轉(zhuǎn)可產(chǎn)生106個(gè)脈沖的內(nèi)藏位置檢測(cè)器，位置檢測(cè)精度能達(dá)到0. 01mm/脈沖)。目前加工中心的定位精度就由過(guò)去的士5 m提高到 1 m。2. 多功能化數(shù)控加工中心(MC，Machining Center)可以將許多工序和許多工藝過(guò)程集中到一臺(tái)機(jī)床上完成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀及自上一

8、頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 動(dòng)更換工件，一次裝夾完成全部加工工序，可以減少輔助時(shí)間，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，最大限度地提高機(jī)床的開(kāi)機(jī)率和利用率。3.高效化數(shù)控機(jī)床加工提倡以減少工序及輔助時(shí)間為主要目的復(fù)合加工，而且正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工，數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步提供了多軸和多軸聯(lián)動(dòng)控制，如FANUC-15系統(tǒng)的可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為2-15軸，西門(mén)子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。裝有滾珠絲杠的數(shù)控機(jī)床快速移動(dòng)可達(dá)60 m/min，裝有直線電動(dòng)機(jī)的數(shù)控機(jī)床可達(dá)120-160 m/min；磨床上一頁(yè)下

9、一頁(yè)返回1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 的砂輪線速度可達(dá)120-160 m/min，甚至200m/min。自動(dòng)換刀時(shí)間可在1s以下，托盤(pán)交換時(shí)間8s左右。4.智能化早期的系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保加工在規(guī)定期限內(nèi)完成。而目前人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的各種智能行為。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)重要分支發(fā)展:自適應(yīng)控制(AC，Adaptive Control)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。自適應(yīng)控制是在加工過(guò)程中不斷檢查能表示加工狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)，如切削力、切削溫度，通過(guò)與機(jī)內(nèi)設(shè)定參數(shù)的對(duì)比及響應(yīng)的處理，對(duì)主軸轉(zhuǎn)上一頁(yè)下

10、一頁(yè)返回1.1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 速、執(zhí)行部件進(jìn)給速度等進(jìn)行校正，使數(shù)控機(jī)床能夠始終在最佳的切削狀態(tài)下工作，從而提高加工精度。在數(shù)控系統(tǒng)中還可以配備編程專(zhuān)家系統(tǒng)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。5. 先進(jìn)制造系統(tǒng)柔性制造單元(FMC，F(xiàn)lexible ManufacturingCell)是一種幾乎不用人參與而且能連續(xù)地對(duì)同一類(lèi)型零件中不同零件進(jìn)行自動(dòng)化加工的最小加工單元，是獨(dú)立使用的加工設(shè)備，又可以作為柔性制造系統(tǒng)或柔性自動(dòng)線的基本組成模塊。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1

11、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展柔性制造系統(tǒng)(FMS，F(xiàn)lexible Manufacturing system)是由加工系統(tǒng)、物料自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng)三者相結(jié)合并能自動(dòng)運(yùn)行的制造系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可按任意順序加工一組不同工序與不同加工節(jié)拍的零件，工藝過(guò)程隨加工零件的不同作適當(dāng)調(diào)整，能在設(shè)備的技術(shù)范圍內(nèi)自動(dòng)地適應(yīng)加工零件和生產(chǎn)規(guī)模的變化。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS，Computer Inlegrated Manufacturing System)是一種企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理哲理的體現(xiàn)，它強(qiáng)調(diào)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)是一個(gè)整體，必須用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來(lái)研究和解決生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中出現(xiàn)的課題。集成的核心不僅是設(shè)備的集成，更主要的是以信息為主

12、導(dǎo)的技術(shù)集成和功能集成。計(jì)算機(jī)是集成的工具，計(jì)算機(jī)輔助的各單元技術(shù)是集成的基礎(chǔ)，信息交換是橋梁、信息共享是目標(biāo)。上一頁(yè)返回1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及基本組成1.2.1 數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床的工作原理示意圖如圖1-1所示。首先根據(jù)被加工零件的形狀、尺寸及工藝要求等，采用手工或計(jì)算機(jī)進(jìn)行零件加工的程序編排，把加工零件所需機(jī)床的各種動(dòng)作及工藝參數(shù)變成數(shù)控裝置所能接受的程序代碼，并將這些程序代碼存儲(chǔ)在控制介質(zhì)(穿孔帶、磁帶、磁盤(pán))上，然后經(jīng)輸入裝置讀出信息并送入數(shù)控裝置。當(dāng)控制介質(zhì)為穿孔帶時(shí)，用光電讀帶機(jī)輸入；若控制介質(zhì)為磁帶或磁盤(pán)時(shí)，可用驅(qū)動(dòng)器輸入，或用計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床的接口直接進(jìn)行通信。進(jìn)

13、入數(shù)控裝置的信息經(jīng)一系列的處理和運(yùn)算轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào)，有的脈沖信號(hào)被傳送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，經(jīng)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)床有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件；有的脈沖信號(hào)則傳送到可編程控制器中，按順序控制下一頁(yè)返回1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及基本組成 床的其他輔助動(dòng)作，如工件夾緊、松開(kāi)，切削液的開(kāi)關(guān)，刀具的自動(dòng)更換等。1.2.2 數(shù)控機(jī)床的組成1. 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床一般是由輸入/輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體和檢測(cè)反饋裝置組成，其基本組成框圖如圖1-2所示。(1)輸入/輸出設(shè)備用于記載零件的加工的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)等各種加工信息，從而控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的信息載體有穿孔紙帶、磁帶、磁盤(pán)等

14、，并通過(guò)輸入設(shè)上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及基本組成 備將記載的加工信息輸人到數(shù)控系統(tǒng)中。有些數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤(pán)直接輸入加工程序，或通過(guò)串行口將計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。(2)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，它的作用是接收輸入裝置輸人的加工信息，完成數(shù)值的計(jì)算、邏輯判斷、輸入/輸出控制等功能。目前數(shù)控裝置一般使用多個(gè)微處理器，以程序化的軟件形式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能。它是一種位置控制系統(tǒng)，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)插補(bǔ)出的理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件加工出所需的零件。(3)伺服系統(tǒng)上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及基本組成伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件，

15、它包括電動(dòng)機(jī)、速度控制單元、測(cè)量反饋單元、位置控制等部分。伺服系統(tǒng)將數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來(lái)的各種運(yùn)動(dòng)指令，轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，由于伺服系統(tǒng)直接決定刀具和工件的相對(duì)位置，所以伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機(jī)床加工精度和生產(chǎn)率的主要因素之一。目前許多數(shù)控機(jī)床使用了全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)的直線電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)剛性好，可高速轉(zhuǎn)動(dòng)。(4)機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的主體是完成各種切削加工的機(jī)械部分，主要包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺(tái)、主軸箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架及自動(dòng)換刀裝置。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有更好的剛性和抗振性，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的摩擦因數(shù)小，傳動(dòng)間隙上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及基本組成 小，所以數(shù)控機(jī)床

16、的外觀、整體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)以及操作機(jī)構(gòu)與普通機(jī)床有著很大的差異。(5)檢測(cè)反饋裝置檢測(cè)反饋裝置的作用是將機(jī)床的實(shí)際位置、速度等參數(shù)檢測(cè)出來(lái)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，傳輸給數(shù)控裝置，通過(guò)比較，校核機(jī)床的實(shí)際位置與指定位置是否一致，并由數(shù)控裝置發(fā)出指令修正所產(chǎn)生誤差。檢測(cè)反饋裝置主要使用感應(yīng)同步器、磁柵、光柵、激光測(cè)量?jī)x等。2.數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程如圖1-3所示。加工零件時(shí)，應(yīng)先根據(jù)零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理及基本組成 刀具位移數(shù)據(jù)，再按照編程的有關(guān)規(guī)定編寫(xiě)加工程序，然后制作信息載體的加工信息輸入到數(shù)控裝置，在數(shù)控

17、裝置內(nèi)部的控制軟件支持下，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算后，發(fā)出相應(yīng)的指令，通過(guò)伺服系統(tǒng)使機(jī)床按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)零件的切削加工。上一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)很多，為了便于了解和區(qū)分，可從以下幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。1.3.1 按加工方式介類(lèi)1.金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床此類(lèi)數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床和加工中心等。2.金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床此類(lèi)數(shù)控機(jī)床有數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)。3.特種加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)此類(lèi)數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)等。4.其他類(lèi)數(shù)控機(jī)床如自動(dòng)裝配機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等

18、。1.3.2 按控制系統(tǒng)功能分類(lèi)1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床如圖1-4 (a)所示，點(diǎn)位控制(Positioning Control)數(shù)控機(jī)床僅能控制兩個(gè)坐標(biāo)軸，帶動(dòng)刀具或工作臺(tái)從一個(gè)點(diǎn)(坐標(biāo)位置)準(zhǔn)確地快速移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)(坐標(biāo)位置)，然后控制第三個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行鉆削、撞削等切削加工。它具有較高的位置定位精度，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削加工，因此對(duì)運(yùn)動(dòng)軌上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 跡沒(méi)有要求。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床及數(shù)控沖床，用于加工平面內(nèi)的孔系。2. 直線控制數(shù)控機(jī)床如圖1-4 (b)所示，直線控制(Contouring Control)數(shù)控機(jī)床不僅要求有準(zhǔn)確的定位功能，而且

19、要求從一點(diǎn)到另一點(diǎn)要按直線(一般是平行坐標(biāo)軸的直線)運(yùn)動(dòng)，并能控制位移速度。這一類(lèi)機(jī)床在兩點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)要進(jìn)行切削加工，故對(duì)于不同的刀具和工件加工，應(yīng)選用不同的切削用量及進(jìn)給速度，如數(shù)控撞銑床、簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床、加工中心等。3. 輪廓控制數(shù)控機(jī)床如圖1-4 (c)所示，輪廓控制(Contouring Control)數(shù)控機(jī)床具有同時(shí)控制幾個(gè)坐標(biāo)軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即具有多軸聯(lián)動(dòng)上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 的功能，使刀具相對(duì)于工件按程序制定的軌跡和速度運(yùn)行，能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)切削加工，這類(lèi)數(shù)控機(jī)床有用于加工曲線和曲面形狀零件的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等?，F(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床基本上是這種類(lèi)型的機(jī)床

20、。1.3.3按伺服控制方式介類(lèi)1. 開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)控制(Open Loop Control)數(shù)控機(jī)床不帶位置檢測(cè)反饋裝置。數(shù)控裝置輸出的指令脈沖由驅(qū)動(dòng)電路功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)，如圖1-5所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)快，調(diào)試維修方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但控制精度低，故這類(lèi)數(shù)控機(jī)床多為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。2. 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制(Close Loop Control)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)上安裝了位置檢測(cè)反饋系統(tǒng)，用以檢測(cè)機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際移動(dòng)位置，并與數(shù)控裝置的指令位置進(jìn)行比較，對(duì)差值進(jìn)行控制，使其誤差減少。閉環(huán)控制

21、框圖如圖1-6所示。閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床加工精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，調(diào)試維修困難。3. 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)將檢測(cè)元件與電動(dòng)機(jī)或絲杠同軸安裝，則為半閉環(huán)控制(Semi-Close Loop Control)數(shù)控機(jī)床，如圖1-7所示。由于半閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠螺母副及工作臺(tái)，所以具有比較穩(wěn)定的控制特性，調(diào)試比較方便，因此被廣泛采用。但其控制精度不如閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。1.3.4 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類(lèi)這種分類(lèi)方法的界線是相對(duì)的，不同時(shí)期的劃分標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有所不同。就目前的發(fā)展水平，大體可按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。高檔數(shù)控機(jī)床此類(lèi)數(shù)控機(jī)床的分辨率為0. 1 m，進(jìn)給速度在

22、15100 m/min，采用閉環(huán)控制，以直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi) 聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為3軸以上，有制造自動(dòng)化協(xié)議(MAP， Manufacturing Automalion Protocol)通信接口，具有聯(lián)網(wǎng)功能，可以進(jìn)行三維圖形顯示，內(nèi)裝有強(qiáng)功能的(可編程控制器)PLC，配有32位以上CPU。2. 中檔數(shù)控機(jī)床此類(lèi)數(shù)控機(jī)床的分辨率為1m，進(jìn)給速度在1524 m/min，采用半閉環(huán)控制，以直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)24軸，有RS-232 C或直接數(shù)控(DNC， Direct Numerical Control)接口，具有較齊全的屏幕顯示功能(不僅可以顯示

23、字符，還可以顯示圖形)，具有人機(jī)對(duì)話及自診斷功能，有內(nèi)裝PLC，CPU一般為1632位。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)3. 低檔數(shù)控機(jī)床此類(lèi)數(shù)控機(jī)床的分辨率為10m，進(jìn)給速度在815 m/min，采用開(kāi)環(huán)控制，以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)一般不超過(guò)2軸，沒(méi)有通信功能，只有簡(jiǎn)單的數(shù)碼管顯示或單色屏幕字符顯示，無(wú)內(nèi)裝PLC，一般采用4位的CPU。我國(guó)還有經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的提法。所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控，即低檔數(shù)控系統(tǒng)，是指由單板機(jī)、單片機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)以及其他功能簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的數(shù)控系統(tǒng)。它主要用于舊機(jī)床的改造。1.3.5 按可聯(lián)動(dòng)的抽數(shù)分類(lèi)1. 兩軸控制上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)兩

24、軸控制指的是可以同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸。圖1-8(a)是X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸中同時(shí)控制X、Y兩個(gè)坐標(biāo)軸所加工的曲線形狀。如果控制X、Z坐標(biāo)或Y、Z坐標(biāo)，則可加工成圖1-8 (b)所示形狀的零件。2. 兩軸半控制(兩個(gè)軸是連續(xù)控制，第三軸是點(diǎn)位或直線控制)可實(shí)現(xiàn)三個(gè)主要軸X、Y、Z之間的兩維控制。3. 多軸控制三軸控制即三個(gè)軸同時(shí)插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)三維連續(xù)控制，刀具在空間可作任意方向的移動(dòng)，用于加工三維立體形狀的零件，如圖1-9所示。四軸控制即同時(shí)控制三個(gè)坐標(biāo)軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，用于加工葉輪或圓柱凸輪，如圖1-10所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)五軸控制即三個(gè)坐標(biāo)再加上轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)及刀具的擺動(dòng)。刀具

25、可在空間任意方向移動(dòng)，當(dāng)加工如圖1-11所示的曲面時(shí)，刀具可以相對(duì)曲面保持一定角度。還可加工圓錐臺(tái)的外圓周面。此性質(zhì)決定了五軸控制特別適合加工蝸輪機(jī)葉片、機(jī)翼等復(fù)雜零件。上一頁(yè)返回1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1.4.1 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)1. 適應(yīng)性強(qiáng)數(shù)控機(jī)床加工形狀復(fù)雜的零件或新產(chǎn)品時(shí)，不必像通用機(jī)床那樣采用很多工藝裝備，僅需要少量夾具。一旦零件圖有修改，只需修改相應(yīng)的程序部分，就可在短時(shí)間內(nèi)將新零件加工出來(lái)。因而生產(chǎn)周期短，靈活性強(qiáng)，為多種小批量的生產(chǎn)和新產(chǎn)品的研制提供了有利條件。2. 適合加工復(fù)雜型面的零件由于計(jì)算機(jī)具有高超的運(yùn)算能力，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬間應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，

26、因此數(shù)控機(jī)床能完成普通機(jī)床難以加工或根本不能加工的復(fù)雜型面的零件。所以數(shù)控機(jī)床下一頁(yè)返回1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 在航天、航空領(lǐng)域(飛機(jī)的螺旋槳及蝸輪葉片)及模具加工中，得到了廣泛應(yīng)用。3. 加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機(jī)床所需的加工條件，如進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、刀具選擇等，都是由指令代碼事先規(guī)定好的，整個(gè)加工過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，人為造成的加工誤差很小，而且傳動(dòng)中的間隙及誤差還可以由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。因此，數(shù)控機(jī)床的加工精度較高。此外，數(shù)控機(jī)床能進(jìn)行重復(fù)性的操作，尺寸一致性好，降低了廢品率。數(shù)控技術(shù)中增加了機(jī)床誤差、加工誤差修正補(bǔ)償?shù)墓δ埽箶?shù)控機(jī)床的加工精度及重復(fù)定位精度進(jìn)一步提高。上一

27、頁(yè)下一頁(yè)返回1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍4. 加工生產(chǎn)率高數(shù)控機(jī)床能夠減少零件加工所需的機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間。數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量范圍比通用機(jī)床的范圍大，每一道工序都能選用最佳的切削用量，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，從而有效節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件在定位中均采用加減速控制，并可選用很高的空行程運(yùn)動(dòng)速度，縮短了定位和非切削時(shí)間。使用帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的加工中心時(shí)，工件往往只需進(jìn)行一次裝夾就可完成所有的加工工序，減少了半成品的周轉(zhuǎn)時(shí)間，生產(chǎn)效率非常高。數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量穩(wěn)定，還可減少檢驗(yàn)時(shí)間。數(shù)控機(jī)床可比普通機(jī)床提高效率23倍，對(duì)復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)率

28、可提高十幾倍甚至幾十倍。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍5. 一機(jī)多用某些數(shù)控機(jī)床，特別是加工中心，一次裝夾后，幾乎能完成零件的全部工序的加工，可以代替57臺(tái)普通機(jī)床。6. 減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 數(shù)控機(jī)床的加工是由程序直接控制的，操作者一般只需裝卸零件和更換刀具并監(jiān)控?cái)?shù)控機(jī)床的運(yùn)行，大大減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也節(jié)省了勞動(dòng)力(一人可看管多臺(tái)機(jī)床)。7. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化用數(shù)控機(jī)床加工零件，能準(zhǔn)確地計(jì)算零件的加工工時(shí)，并有效地簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)、工裝和半成品的管理工作，這些都有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍8. 價(jià)格較貴數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系

29、統(tǒng)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它涉及機(jī)械、信息處理、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)檢測(cè)、軟件技術(shù)等許多領(lǐng)域，尤其采用了許多高、新、尖的先進(jìn)技術(shù)，使得數(shù)控機(jī)床的整體價(jià)格較高。9. 調(diào)試和維修較復(fù)雜由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以要求調(diào)試與維修人員應(yīng)經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的技術(shù)培訓(xùn)，才能勝任此項(xiàng)工作。此外，由于許多零件形狀較為復(fù)雜，目前數(shù)控機(jī)床編程又以手工編程為主，故編程所需時(shí)間較長(zhǎng)，這樣會(huì)使機(jī)床等待時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的利用率不高。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1.4.2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床是一種可編程的通用加工設(shè)備，目前應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但因其加工費(fèi)用較高，故數(shù)控機(jī)

30、床有其特定的適用范圍。以下這幾類(lèi)零件加工時(shí)應(yīng)首選數(shù)控機(jī)床:1)輪廓形狀復(fù)雜、加工精度要求高或必須用數(shù)學(xué)方法解決的復(fù)雜曲線、曲面的小批量(100件左右)零件。2)試制中尚需多次改變?cè)O(shè)計(jì)的零件。3)加工工序較多的零件(如箱體類(lèi)零件、航空附件殼體等)。4)價(jià)格昂貴的零件(如飛機(jī)大梁)。5)要求精密復(fù)制的零件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1.4.3 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍在機(jī)械加工業(yè)中大批量零件的生產(chǎn)宜采用專(zhuān)用機(jī)床或自動(dòng)線。對(duì)于小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，由于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品品種的變換頻繁、批量小、加工方法的區(qū)別大，宜采用數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的使用范圍如圖1-12所示。圖1-12所示為隨零件復(fù)雜程度

31、和零件批量的變化，通用機(jī)床、專(zhuān)用機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用情況。當(dāng)零件不太復(fù)雜，零件批量較小時(shí)，宜采用通用機(jī)床；當(dāng)零件批量較大時(shí)，宜采用專(zhuān)用機(jī)床；而當(dāng)零件復(fù)雜程度較高時(shí)，宜采用數(shù)控機(jī)床。上一頁(yè)返回1.5 典型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心。數(shù)控機(jī)床根據(jù)其功能和性能要求，可以配置不同的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)不同，其指令代碼也有區(qū)別，因此編程時(shí)應(yīng)按所使用數(shù)控系統(tǒng)代碼的編程規(guī)則進(jìn)行編程。常用的典型數(shù)控系統(tǒng)有FANUC(日本)、SIEMENS(德國(guó))、FAGOR(西班牙)、HEIDENHAIN(德國(guó))、MITSUBISHI(日本)等公司的數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位；我國(guó)數(shù)控產(chǎn)品以華中數(shù)

32、控、航天數(shù)控為代表，也已將高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。下面介紹常用的典型數(shù)控系統(tǒng)。1.5.1 FANUC公司的主要數(shù)控系統(tǒng)下一頁(yè)返回1.5 典型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介1. 高可靠性的Power Male 0系列用于控制2軸的小型車(chē)床，取代步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的伺服系統(tǒng);可配畫(huà)面清晰、操作方便、中文顯示的CRT/MDA，也可配性價(jià)比較高的DPL/MDA。2. 普及型的CNC 0-D系列0-TD用于數(shù)控車(chē)床；0-MD用于銑床及小型加工中心；0-GSD用于平面磨床；0-PD用于沖床。 3. 全功能性的0-C系列 0-TC用于通用車(chē)床、自動(dòng)車(chē)床；0-MC用于銑床、鉆床、加工中心；0-GCC用于內(nèi)、外圓磨床；0-GSC用于平面磨

33、床；0-TTC用于雙刀架4軸車(chē)床。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 典型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介4. 高性能價(jià)格比的Oi系列整體軟件功能包，高速、高精度加工，并且有網(wǎng)絡(luò)功能。Oi-MB/MA用于加工中心和銑床，4軸4聯(lián)動(dòng)；Oi-TC/TB/TA用于數(shù)控車(chē)床，4軸2聯(lián)動(dòng)；Oi-male MA用于銑床，3軸3聯(lián)動(dòng)；Oi-male TA用于車(chē)床，2軸2聯(lián)動(dòng)。5. 具有網(wǎng)絡(luò)功能，超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列控制單元與LCD集成于一體，具有網(wǎng)絡(luò)功能，超高速串行數(shù)據(jù)通信。其中FA16i-MB的插補(bǔ)、位置檢測(cè)和伺服控制以納米為單位。16i最大可控8軸6聯(lián)動(dòng)；18i最大可控6軸4聯(lián)動(dòng)；21i最大可控4軸4聯(lián)動(dòng)。除

34、此之外，還有實(shí)現(xiàn)機(jī)床個(gè)性化的C NC16/18/160/180系列。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 典型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.5.2 SIEMENS 公司的主要數(shù)控系統(tǒng)1. SINTMERIK 8025/C用于車(chē)床、銑床等，可控制3個(gè)進(jìn)給軸和1個(gè)主軸。SINUMERIK 8025適用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，SINUMERIK 802S適用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有數(shù)字I/0接口。2. SINUMERIK 802D控制4個(gè)數(shù)字進(jìn)給軸和1個(gè)主軸。PLC I/0模塊具有圖形式循環(huán)編程，車(chē)削、銑削和鉆削工藝循環(huán)，F(xiàn)RAME(包括移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放)等功能，為復(fù)雜加工任務(wù)提供智能控制。3. SINUMERIK 810D上一頁(yè)下一頁(yè)返

35、回1.5 典型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介用于數(shù)字閉環(huán)驅(qū)動(dòng)控制，最多可控6軸(包括1個(gè)主軸和1個(gè)附加軸)，是緊湊型可編程輸入/輸出系統(tǒng)。4. SINUMDRIK 840D全數(shù)字模塊化數(shù)控設(shè)計(jì)，用于復(fù)雜機(jī)床、模塊化旋轉(zhuǎn)加工機(jī)床和傳送機(jī)，最大可控31個(gè)坐標(biāo)軸。1.5.3 FAGOR 公司的主要數(shù)控系統(tǒng)1. CNC 8070CNC 8070是目前FAGOR最高檔的控系統(tǒng)，代表FAGOR頂級(jí)水平，是CNC技術(shù)與PC技術(shù)的結(jié)晶。它是與PC兼容的數(shù)控系統(tǒng)，采用Pentium CPU，可運(yùn)行Windows和MS-DOS。可控制16軸+3電子手輪+2主軸，可運(yùn)行Visual上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.5 典型數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 Basic、Visual C +，程序段處理時(shí)間小于1 ms， PLC可達(dá)1 024輸入點(diǎn)/1 024輸出點(diǎn)，具有以太網(wǎng)、CAN、 SER-COS通信接口，可選用士10 V模擬量接口。2. 8055系列數(shù)控系統(tǒng)FAGOR的高檔數(shù)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)7軸7聯(lián)動(dòng)+1主軸+手輪控制。按其處理速度不同分為8055/A，8055/B，8055/C三種檔次。適用于車(chē)床、車(chē)削中心、銑床、加工中心及其他數(shù)控設(shè)備，具有連續(xù)數(shù)字化仿形、RTCP補(bǔ)償、內(nèi)部邏輯分析儀、SERCOS接口、遠(yuǎn)程診斷等許多高級(jí)功能。3. 8040/8055- i標(biāo)準(zhǔn)系列上一頁(yè)