數(shù)控機(jī)床課件

數(shù)控機(jī)床課件第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的基本組成1．?dāng)?shù)控機(jī)床的產(chǎn)生隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型也日益頻繁，對(duì)機(jī)床的性能、精度、自動(dòng)化程度等提出了越來越高的要求。機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)上述要求的重要技術(shù)措施之一，不僅能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線，降低生產(chǎn)成本，還能改善工人的勞動(dòng)條件。為此，許多企業(yè)采用自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床和專用機(jī)床組成自動(dòng)或半自動(dòng)生產(chǎn)線

第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六產(chǎn)生在機(jī)械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機(jī)械加工總量的70％-80％?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)械產(chǎn)品市場競爭的日趨激烈，致使機(jī)械產(chǎn)品不斷改型、更新?lián)Q代，批量相對(duì)減少，質(zhì)量要求越來越高。采用專用的自動(dòng)機(jī)床加工這類零件就顯得很不合理，而且調(diào)整或改裝用的“剛性”自動(dòng)生產(chǎn)線投資大、周期長，有時(shí)從技術(shù)上甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動(dòng)化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產(chǎn)品頻繁變化的“柔性”自動(dòng)化機(jī)床。隨計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，1952年，美國帕森斯公司(Parsons)和麻省理工學(xué)院(MIT)合作，研制成功了世界L第一臺(tái)以數(shù)字計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字控制(numericalcontrol，簡稱NC)3坐標(biāo)直線插補(bǔ)銑床，從而使機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新階段。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)：

●對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，為模具的制造提供了合適的加工方法；

●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；●可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件，

●加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；●機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）；●機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；

●有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息，使用了計(jì)算機(jī)控制方法，為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)；●對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高；●可靠性高。第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的組成

1、程序及載體（穿孔紙帶、磁帶、磁盤）

2、輸入/輸出設(shè)備（紙帶閱讀機(jī)、軟盤驅(qū)動(dòng)器及鍵盤（MDI方式）等，還有RS232串行通訊接口，輸出設(shè)備主要有CRT顯示器或點(diǎn)陣式液晶顯示器）

3、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（核心部件，包括微處理器CPU、存儲(chǔ)器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)的其他組成部分聯(lián)系的接口等）

4、伺服單元（計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置和機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它的主要功能是把來自CNC裝置的微弱的脈沖指令信息，經(jīng)過功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件，完成指令規(guī)定的動(dòng)作，加工出合格的零件。通常伺服單元由進(jìn)給驅(qū)動(dòng)、主軸驅(qū)動(dòng)和位置驅(qū)動(dòng)三部分組成。）

5、驅(qū)動(dòng)裝置（是數(shù)控系統(tǒng)主要的執(zhí)行元件之一，主要功能是把經(jīng)過放大的指令信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等）

6、測量反饋裝置（反饋元件，通常安裝在機(jī)床的工作臺(tái)或絲杠上，主要功能是將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的位移指令檢測值反饋到機(jī)床的數(shù)控裝置中，供計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，以控制機(jī)床向消除該誤差的方向移動(dòng)）

7、機(jī)床主體（主運(yùn)動(dòng)部件——主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等完成切削加工；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件——工作臺(tái)、刀架；支撐部件——床身、立柱；輔助裝置——冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位、夾緊、換刀機(jī)械手等）第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的工作原理

1.輸入：零件加工程序一般通過DNC從上一級(jí)計(jì)算機(jī)輸入而來。

2.譯碼：譯碼程序?qū)⒘慵庸こ绦蚍g成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語言。

數(shù)控裝置信息處理過程3.數(shù)據(jù)處理：包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能的處理。

數(shù)控機(jī)床的工作流程信息載體輸入裝置運(yùn)算器輸出裝置伺服系統(tǒng)控制器第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六5.伺服輸出：伺服控制程序的功能是完成本次插補(bǔ)周期的位置伺服計(jì)算，并將結(jié)果發(fā)送到伺服驅(qū)動(dòng)接口中去4.插補(bǔ)：是在已知一條曲線的種類、起點(diǎn)、終點(diǎn)以及進(jìn)給速度后，在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理零件圖樣程序編制信息載體數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床毛坯工件數(shù)控機(jī)床加工零件的過程第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的分類1、按數(shù)控機(jī)床的加工原理分類普通數(shù)控機(jī)床：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、車削中心等（用切削刀具對(duì)零件進(jìn)行切削加工）。特種加工數(shù)控機(jī)床：線切割數(shù)控機(jī)床、電火花成型加工數(shù)控機(jī)床（采用電火花原理對(duì)高硬度零件進(jìn)行切割及形腔進(jìn)行加工）。2、按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類點(diǎn)位控制運(yùn)動(dòng)：刀具相對(duì)于工件的點(diǎn)定位直線控制運(yùn)動(dòng)：刀具或工作臺(tái)以給定的速度按直線運(yùn)動(dòng)連續(xù)控制運(yùn)動(dòng)（輪廓控制運(yùn)動(dòng)）：刀具或工作臺(tái)按工件的輪廓軌跡運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其他函數(shù)關(guān)系的曲線3、按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類開環(huán)控制系統(tǒng)：采用步進(jìn)電機(jī)，無位置檢測元件，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不檢測，無反饋控制信號(hào)。閉環(huán)控制系統(tǒng)：采用伺服電機(jī)，有位置檢測元件和位置比較電路。半閉環(huán)控制系統(tǒng)：位置檢測元件不是測量工作臺(tái)的實(shí)際位置，而是測量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，推算出位移第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六驅(qū)動(dòng)程序步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)指令位置比較速度控制工作臺(tái)指令伺服電機(jī)速度檢測位置檢測反饋指令位置比較速度控制工作臺(tái)伺服電機(jī)速度檢測位置檢測反饋開環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的分類第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系１、機(jī)床坐標(biāo)系的確定（1）機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定在機(jī)床上，我們始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)床的加工過程。（2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定。在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控裝置來控制的，為了確定數(shù)控機(jī)床上的成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，必須先確定機(jī)床上運(yùn)動(dòng)的位移和運(yùn)動(dòng)的方向，這就需要通過坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)坐標(biāo)系被稱之為機(jī)床坐標(biāo)系。例如銑床上，有機(jī)床的縱向運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)以及垂向運(yùn)動(dòng)。在數(shù)控加工中就應(yīng)該用機(jī)床坐標(biāo)系來描述。第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定：①伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90°。則大拇指代表X坐標(biāo)，食指代表Y坐標(biāo)，中指代表Z坐標(biāo)。②大拇指的指向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向，食指的指向?yàn)閅坐標(biāo)的正方向，中指的指向?yàn)閆坐標(biāo)的正方向。③圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向。第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六（3）運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標(biāo)軸的正方向，下圖為數(shù)控車床上兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的正方向。數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系２、坐標(biāo)軸方向的確定

（1）Z坐標(biāo)Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向是由傳遞切削動(dòng)力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向?yàn)榈毒唠x開工件的方向。（2）X坐標(biāo)X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)，且垂直于Z軸。則刀具離開工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向，確定X軸的方向時(shí)，要考慮：①工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，取平行于橫向?qū)к壍姆较颍垂ぜ较颍榈毒哌\(yùn)動(dòng)的X方向。②刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，則分為兩種情況：Z坐標(biāo)水平時(shí)，觀察者沿刀具主軸后端向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時(shí)，觀察者面對(duì)刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。下圖所示為數(shù)控車床的X坐標(biāo)。

③對(duì)于沒有回轉(zhuǎn)軸或沒有回轉(zhuǎn)工件的機(jī)床，X軸平行于主要切削方向，且以該方向?yàn)檎较?。第十三頁，共十九頁，編輯?023年，星期六數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系（3）Y坐標(biāo)在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來確定Y坐標(biāo)的方向。第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系3、機(jī)床原點(diǎn)的設(shè)置

機(jī)床原點(diǎn)是指在機(jī)床上設(shè)置的一個(gè)固定點(diǎn)，即機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)。它在機(jī)床裝配、調(diào)試時(shí)就已確定下來，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)參考點(diǎn)。（1）數(shù)控車床的原點(diǎn)在數(shù)控車床上，機(jī)床原點(diǎn)一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點(diǎn)處。同時(shí)，通過設(shè)置參數(shù)的方法，也可將機(jī)床原點(diǎn)設(shè)定在X、Z坐標(biāo)的正方向極限位置上。第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系4、機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床參考點(diǎn)是用于對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測和控制的固定位置點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)的位置是由機(jī)床制造廠家在每個(gè)進(jìn)給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標(biāo)值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。因此參考點(diǎn)對(duì)機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知數(shù)。通常在數(shù)控銑床上機(jī)床原點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)是重合的；而在數(shù)控車床上機(jī)床參考點(diǎn)是離機(jī)床原點(diǎn)最遠(yuǎn)的極限點(diǎn)。下圖為數(shù)控車床的參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)。第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系5、編程坐標(biāo)系編程坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系。編程坐標(biāo)系一般供編程使用，確定編程坐標(biāo)系時(shí)不必考慮工件毛坯在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置。如左圖所示，其中O2即為編程坐標(biāo)系原點(diǎn)。編程原點(diǎn)是根據(jù)加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)。編程原點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，編程坐標(biāo)系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機(jī)床相應(yīng)的坐標(biāo)軸方向一致，如右圖所示為車削零件的編程原點(diǎn)。第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期六數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系6、加工坐標(biāo)系（1）加工坐標(biāo)系的確定：加工坐標(biāo)系是指以確定的加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系。加工原點(diǎn)也稱為程序原點(diǎn)，是指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。（2）加工坐標(biāo)系的設(shè)定：在機(jī)床坐標(biāo)系中直接設(shè)定加工原點(diǎn)。例：以下圖為例，在配置FANUC-OM系統(tǒng)的立式數(shù)控銑床上設(shè)置加工原點(diǎn)03。①加工坐標(biāo)系的選擇：編程原點(diǎn)設(shè)置在工件軸心線與工件底端面的交點(diǎn)上。設(shè)工作臺(tái)工作面尺寸為800mm×320mm，若工件裝夾在接近工作臺(tái)中間處，則確定了加工坐標(biāo)系的位置，其加工原點(diǎn)03就在距機(jī)床原點(diǎn)