數(shù)控機(jī)床原理與結(jié)構(gòu)分析-第2章-數(shù)控機(jī)床組成課件

第二章數(shù)控機(jī)床組成7/14/202312.1．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成分類2.2．?dāng)?shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)2.3．國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀2.4．?dāng)?shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)復(fù)習(xí)與思考題7/14/202322.1．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成分類數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號(hào)碼，或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。

2.1.1．?dāng)?shù)控機(jī)床的控制技術(shù)2.1.2．?dāng)?shù)控機(jī)床組成2.1.3．?dāng)?shù)控機(jī)床的分類7/14/202332.1.1．?dāng)?shù)控機(jī)床的控制技術(shù)數(shù)控機(jī)床種類繁多，有鉆銑鏜床類、車削類、磨削類、電加工類、鍛壓類、激光加工類和其他特殊用途的專用數(shù)控機(jī)床等等，凡是采用了數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床統(tǒng)稱NC機(jī)床。帶有自動(dòng)刀具交換裝置（AutomaticToolchange－ATC）的數(shù)控機(jī)床（帶有回轉(zhuǎn)刀架的數(shù)控車床除外）稱為加工中心（MachineCenter－MC）。它通過刀具的自動(dòng)交換，可以一次裝夾完成多工序的加工，實(shí)現(xiàn)了工序的集中和工藝的復(fù)合，從而縮短了輔助加工時(shí)間，提高了機(jī)床的效率；減少了零件安裝、定位次數(shù)，提高了加工精度。在加工中心的基礎(chǔ)上，通過增加多工作臺(tái)（托盤）自動(dòng)交換裝置（AutoPalletchanger－APC）以及其他相關(guān)裝置，組成的加工單元稱為柔性加工單元（FlexibleManufacturingCell－FMC）。7/14/20234在FMC和加工中心的基礎(chǔ)上，通過增加物流系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人以及相關(guān)設(shè)備，并由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行集中、統(tǒng)一控制和管理，這樣的制造系統(tǒng)稱為柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem－FMS）。為了適應(yīng)市場(chǎng)需求多變的形勢(shì)，對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)來(lái)說(shuō)，不僅需要發(fā)展車間制造過程的自動(dòng)化，而且要實(shí)現(xiàn)從市場(chǎng)預(yù)測(cè)、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造直到產(chǎn)品銷售的全面自動(dòng)化。將這些要求綜合，構(gòu)成的完整的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，稱為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（computerIntegratedManufacturingsystem－CIMS）,CIMS將一個(gè)工廠的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)進(jìn)行了有機(jī)的集成，實(shí)現(xiàn)了更高效益、更高柔性的智能化生產(chǎn)，是當(dāng)今自動(dòng)化制造技術(shù)發(fā)展的最高階段。7/14/202352.1.2．?dāng)?shù)控機(jī)床組成圖2－1數(shù)控加工過程示意圖1．?dāng)?shù)控機(jī)床加工零件的過程7/14/202362．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成7/14/202372.1.3．?dāng)?shù)控機(jī)床的分類1．按工藝用途分類（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床（2）金屬成型類數(shù)控機(jī)床（3）特種加工及其它類型數(shù)控機(jī)床7/14/202387/14/20239

圖2－3c

全功能數(shù)控銑床圖2－3d

高速數(shù)控銑床7/14/202310

圖2－3e

立式數(shù)控銑床圖2－3f

立式加工中心7/14/202311圖2－4a數(shù)控液壓板料折彎?rùn)C(jī)7/14/202312圖2－4b數(shù)控彎管機(jī)7/14/202313圖2－4c數(shù)控沖模回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)7/14/202314

圖2－5a

數(shù)控線切割機(jī)床圖2－5b

數(shù)控電火花線切割機(jī)床7/14/202315圖2－5c數(shù)控激光切割機(jī)7/14/202316圖2－5d數(shù)控等離子切割機(jī)7/14/202317

圖2－5e

數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)圖2－5f柔性三坐標(biāo)測(cè)量臂7/14/2023182．如果以數(shù)控系統(tǒng)的特征進(jìn)行分類時(shí)，可將數(shù)控機(jī)床分成三大類：（1）點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床（2）直線控制數(shù)控機(jī)床（3）輪廓控制的數(shù)控機(jī)床①平面輪廓加工的數(shù)控機(jī)床②空間輪廓加工的數(shù)控機(jī)床7/14/2023193．按伺服系統(tǒng)的類型分類根據(jù)有無(wú)檢測(cè)反饋元件及其檢測(cè)裝置，機(jī)床的伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)伺服、閉環(huán)伺服和半閉環(huán)伺服。（1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（2）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（3）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床7/14/2023207/14/2023214．按照功能水平分類對(duì)于按數(shù)控功能的水平分類方法，目前尚無(wú)明確定義，因此，涵義也不十分清楚。這種分類方法沒有一個(gè)確切定義，但可以給人們一個(gè)清晰的一般水平概念，可將數(shù)控機(jī)床分為高、中、低檔三類。數(shù)控機(jī)床水平高低由主要技術(shù)參數(shù)、功能指標(biāo)和關(guān)鍵部件的功能水平?jīng)Q定。下列幾個(gè)方面可作為評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床檔次的參考條件。7/14/2023227/14/2023232.2．?dāng)?shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)2.2.1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的電氣控制2.2.2．?dāng)?shù)控機(jī)床的電氣控制7/14/2023242.2.1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的電氣控制1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的電源控制7/14/202325圖2－17機(jī)床連接框圖2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的連接7/14/2023262.2.2．?dāng)?shù)控機(jī)床的電氣控制7/14/2023277/14/202328圖2－18TK1640強(qiáng)電回路7/14/202329圖2－19TK1640電源回路7/14/202330圖2－20TK1640交流控制回路圖7/14/202331圖2－21TK1640直流控制回路圖7/14/2023322.3．國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀2.3.1．國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與現(xiàn)狀2.3.2．我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀7/14/2023332.3.1．國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與現(xiàn)狀1949年作為這一方案的主要承包者的帕爾森斯公司，正式接受美空軍委托，在麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)試驗(yàn)室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）的協(xié)助下，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過三年時(shí)間的研究，于1952年試制成功世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床（CincinnatiHydromel)，這便是數(shù)控的第一代。7/14/2023341953年，美空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，開始從事計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的研究，這就是創(chuàng)制APT(AutomaticallyProgrammedTools）自動(dòng)編程系統(tǒng)的開始。1955年，美空軍花費(fèi)巨額經(jīng)費(fèi)訂購(gòu)了大約100臺(tái)數(shù)控機(jī)床，此后兩年，數(shù)控機(jī)床在美國(guó)進(jìn)入迅速發(fā)展階段，市場(chǎng)上出現(xiàn)了商品化數(shù)控機(jī)床。1958年，美國(guó)克耐·杜列克公司（Kearney&TrekkerCo.）在世界上首先研制成功帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為“加工中心”。1959年，計(jì)算機(jī)行業(yè)研制出晶體管元器件，因而數(shù)控裝置中廣泛采用晶體管和印刷電路板，從而跨入第二代數(shù)控。同時(shí)美國(guó)航空工業(yè)協(xié)會(huì)（AIA）和麻省理工學(xué)院發(fā)展APT程序語(yǔ)言。7/14/2023351960年以后，點(diǎn)位控制機(jī)床在美國(guó)得到迅速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到了實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到?jīng)_壓機(jī)、繞線機(jī)、焊接機(jī)、火焰切割機(jī)、包裝機(jī)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，在程序編制方面，已由手工編程逐步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程。除了APT數(shù)控語(yǔ)言外，又發(fā)展了許多自動(dòng)編程語(yǔ)言。從1960年開始，德國(guó)、日本等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床。1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。以上三代，都是采用專用控制計(jì)算機(jī)的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)。裝有這類數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床為普通數(shù)控機(jī)床（簡(jiǎn)稱NC機(jī)床）。7/14/2023361967年，英國(guó)首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床聯(lián)接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的FMS（FlexibleManufacturingsystem－柔性制造系統(tǒng)）。之后，美、歐、日也相繼進(jìn)行開發(fā)與應(yīng)用．隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格急劇下降。小型計(jì)算機(jī)開始取代專用數(shù)控計(jì)算機(jī)，數(shù)控的許多功能由軟件程序?qū)崿F(xiàn)。這樣組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，首次展出了這種系統(tǒng)，稱為第四代數(shù)控。而由計(jì)算機(jī)直接對(duì)許多機(jī)床進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)，稱為直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC）。7/14/2023371970年前后，美國(guó)英特爾公司開發(fā)和使用了微處理器。1974年美、日等國(guó)首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)。近20年來(lái)，微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，這就是第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC）。80年代初，國(guó)際上又出現(xiàn)了柔性制造單元FMC(FlexibleManufacturingcell）。FMC和FMS被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)CIMS(computerIntegratedManufacturingsystem－計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的必經(jīng)階段和基礎(chǔ)。7/14/2023382.3.2．我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀可以從應(yīng)用和生產(chǎn)兩個(gè)方面來(lái)看，在“七五”與“八五”兩個(gè)五年計(jì)劃期間、數(shù)控機(jī)床的水平與產(chǎn)量均有令人矚目的提高。“九五”及“十五”期間更有明顯地增長(zhǎng)，2007年，我國(guó)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床將達(dá)到100000多臺(tái)，比2000年的14000臺(tái)增長(zhǎng)723.1％，高精度機(jī)床和大型機(jī)床也分別增長(zhǎng)了192％和147.18％，而1992年數(shù)控機(jī)床只有4200多臺(tái)。10多年間，我國(guó)數(shù)控機(jī)床增長(zhǎng)了20倍，在數(shù)控機(jī)床的品種看，普及型數(shù)控機(jī)床所占比例從1992年的10％增長(zhǎng)到2006年的38.2％。現(xiàn)在，我國(guó)已建立了以中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系，一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)，如5軸