数控机床的基本概念

《数控机床的基本概念》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床的基本概念（33页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第二章 数控机床的基本概念 1、定义 ：数控机床 （ Numerical Control Machine Tools） 是采用数字技术形式控 制的机床。 第一节 数控机床的定义 即凡是用数字化的代码将加工过程中所需的各种 操作 和 步骤 以及刀具与工件之间的 相对位移 等信息用数字化的 指令 (记录在程序介质上 )表示出来 ， 并送入计算机或数 控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件 的相对运动，加工出所需工件的一类机床即为 数控 (NC) 机床 。 1) 40年代后期，美 John T. Parsons 提出了数控机床构想设想 通过控制机床的微小增量运动来加工机翼曲面 即用记录有坐

2、 标位置的数据的穿孔卡来控制机床的动作，以实现曲线、曲面 的加工。随后美国空军投入大量军费给 MIT伺服机构实验室。 2) 1952年 MIT 第一台数控机床样机研制成功 1953年 开始应用初步应用 MIT 开发了 APT编程系统 3) 飞机制造企业对数控机床需求的发展起了推动作用。 飞机结构复杂 、 精度要求高 、大量 复杂曲面形状零件 、 产量小、转型快， 其生产特点决定了其急需 NC设备， 从而为数控机床的发展应用提供了机遇。 2 、数控机床产生的历史背景 3. 数控技术 (NUMERICAL CONTROL） ： 1) 概念 :以数字化信息实现控制的应用技术 3) 数控系统对机床控制

3、的类别 : 2) 分类 : 硬件数控技术：以硬件作为控制器 计算机控制 (CNC): 以计算机作为控制器 靠硬件完成运算 ;功能简单 ;存储量小 靠软件完成运算 ;功能强 ;存储量大 数字控制 : 进给传动控制，即对刀具、工作台的运行的 顺序、位移量度以至速度实现控制。 顺序控制 : 换刀、主轴调速、冷却液关启、工作台限位等 4. 数控机床的优点 ： 传统机械式自动机床、仿形机床的缺点： 1）需要辅助工装 自动机床 需要制作凸轮、挡块等辅助装置 仿形机床 需要制作标准零件 2）加工过程是模拟量传递 3）加工精度低 当加工对象变化时，只需重新编制程序 数控机床与仿形机床相比显著优点： 4）加工零

4、件变更需重新准备辅助装置 4) .有利于实现管理和机械加工的自动化。 2) . 可以提高生产效率，一般可提高加工效率 35倍； 3) .适合于复杂形状零件加工； （只提高了编程难度， 而无须各种工装） 5. 数控机床的缺点 : 1) .设备造价昂贵，机时费用高 2) .工作环境要求苛刻（温度、湿度、灰尘等） 3) .操作、编程、维修保养人员素质要求高 1) .有利于提高加工精度，保证同批零 件的一致性； 概括起来数控机床优点如下： 构 成 数 控 机 床 的 四 大 部 分 数 控 编 程 动 力 传 动 部 分 第二节 数控机床的组成 NC程 序 控 制 介 质 伺 服 系 统 机 床 本

5、体 检 测 装 置 数 控 装 置 1. 数控机床的主要组成部分 几何信息：确定加工零件的几何形状， 如位移、圆 心、曲面法矢量等 . 辅助功能信息：说明加工条件，如刀具几何参数、 进给速度和主轴转速、开关冷却液、 程序结束等 . 准备功能信息：说明插补类型、加工坐 标平面、实 现刀具半径补偿等 . 1) NC程序 (控制介质）： 包含加工过程中的所 有信息 ， 主要有： NC程序传入 NC机床的途径 : 键盘 手工敲入 、 穿孔 纸带 、 拷贝、 I/O通讯接口 输入装置：接收外部的输入程序并存储 控制器：控制和协调数控装置各部分协调工作 运算器：接收控制信息，对集合信息进 行插补运算并向输

6、出装置发出进给脉冲 输出装置：将脉冲输出给伺服系统 2) 数控装置 ： 由输入装置、控制器、运算器和 输出装置组成。 脉冲当量 ： 概念 ：相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移量 （包括移动量和转动量） 叫做脉冲当量（用 来表示）。 常用的脉冲当量 ： 0.01mm/脉冲、 0.005mm/脉冲、 0.001mm/脉冲 0.01度 /脉冲、 0.005度 /脉冲、 0.001度 /脉冲 单位 ： mm/脉冲 、度 /脉冲 脉冲当量决定了 NC机床的 精度 及程序 小数点的位数和最 小值。 机床坐标轴运动量 =N N为整数 Y X O R B A 12 34 5 6 7 Y A X a O 1

7、 2 3 4 5 6 7 数控机床的插补 插补概念： 在数控加工时，数控装置需要在规定加工轮廓的起点 和终点之间进行中间点的坐标计算，然后按计算结果向各坐标轴 直 线 插 补 圆 弧 插 补 分配适量的脉冲数，从而得到相应轴方向上的数控运动。这种坐 标点的“密化计算”称作插补。完成插补运算的装置称为 插补器 。 插补类型 : 直线 (一次 ); 圆弧 (二次 )；空间样条曲线 (三次 ) 数控系统 控 制 器 输 入 装 置 运 算 器 输 出 装 置 指指 指 指 指 指 指 指 指 指 指 指 指 指 输 输 输 输 指指 指 指 数控装置工作流程示图 不同的数控机床研制机构 , 生产了不

8、同的数 控系统 ,即机床的同一运动 ,由于其数控系统的 不同 ,其程序控制代码不同 。 世界上比较 著名的数控系统 有 : 现数控系统发展的趋势 : 统一、简捷、可读性强 日本 - FANUC 系列数控系统 德国 - SIEMENS 系列数控系统 HEIDENHAIN 系列数控系统 荷兰 - PHILPIS CNC-532 数控系统等 3) 伺服系统 (数控机床运动的动力装置 ) 构成 : 驱动装置、伺服电动机、传动丝杠等 工作过程 ： （弱电 强电） 脉冲信号 伺服单元放大器 电动机运转 工作台、主轴移动 丝杠转动 伺服系统是数控装置与机床本体间的传动联系环节，可 以将来自数控装置的 脉冲信

9、号 转换为机床移动部件的 运动，使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的相 对 运动 ，最后加工出符合图纸的零件。 机床本体主要由床身、导轨、各运动部件、工作台、 刀库、排屑器等组成。 5) 检测装置 在机床的坐标轴中安装有 光栅尺 等来实时监测运动 部分的位移量 ,并与理论值比较 ,以确定需补充的运动脉冲 量。 4) 机床本体 机床本体指的是数控机床的机械构造实体。它与普通 机床的差别，主要是机械传动的结构和功能部件要求更高 图 纸 及 工 艺 尺 寸 数 控 程 序 控 制 计 算 机 伺 服 机 构 运 动 部 件 工 作 数控机床工作流程 数 控 加 工 零 件 零 件 毛 坯 第三 节

10、 数控机床的分类 1. 按工艺用途划分 一般数控机床 数控铣床 工作特点： 切削时刀具运动方向不受方向限制 类 别 : 立铣、卧铣、龙门铣等 用 途 : 二维轮廓、复杂结构、复杂型面 等 ，可用于孔加工 数控车床 数控镗床 工作特点：刀具不旋转，零件旋转 刀具只做轴向与径向运动 用 途：用于加工回转类零件 用 途：用于精度较高的孔加工 工作特点：工作时镗刀只能沿机床主 轴方向运动 精度等级： 0.01mm以内 数控钻床 数控冲床 用 途：传统机械孔及电子线路版孔加工 工作特点：刀具旋转 ,钻孔时钻头只做轴向进给 效率极高， 300-400孔分，孔径： Min可达 0.1mm 用 途：用于钣金件

11、的孔与形状加工 工作特点：工作时，冲头不旋转，只做轴向进给 效率高， 300- 00孔分 数控磨床 用 途：用于配合面的加工，表面质量精度高 工作特点：磨头高速旋转 ,可做三个方向的运动 精度等级： 0.005-0.001mm以内 思考：孔有那些加工方法？并按精度等级排序。 数控加工中心 ： 带有 刀库及自动换刀装置 的数控机床，习惯上称为 加 工中心 Machining Center,可使多道工序在一次装 夹中完成，使加工精度和效率大大提高。 加工中心的优点： a. 可以减少机床数量，便于管理，对于多工序的零件只要一台机床 就能完成全部工序加工，并可以减少半成品的库存率； b. 可以减少多次

12、装夹的定位误差，提高零件加工精度； c. 由于工序集中，减少了辅助时间，提高了生产率； d. 大大减少了专用工夹量具的数量，进一步缩短了生产准备时间， 降低了成本 。 2. 按运动轨迹划分 始点 终点 1 2 3 4 5 1) 点位控制（ Positioning Control）数控机床 ： 特点：只控制起点和终点的精确位置，与中间过程无关 包括： 数控钻、数控镗、数控冲床和数控测量机 共性：中间过程属“非切削段” 加工零件类型：带台阶的圆柱零件、方形零件 线。它是点位控制和单坐标控制的结合，可有多个 坐标但不能联动，起终点之间属“切削段”。 这类机床不仅能保证刀具在相关点的定位，还要控 制刀

13、具沿某一个坐标轴方向作 直线 运动的速度和路 该类设备有：简易数控车床、数控铣床等 2) 点位直线控制数控机床： 实现两个或两个以上坐标做关联运动，即联动 2 1 X Y O 移动轨迹 始点 最终点 3) 轮廓控制数控机床： 控制内容：程序规定的轨迹、速度 该类设备有：数控车床、数控铣床、数控磨床和电加 工机床等。 加工零件类型：可加工曲线、曲面类零件 3. 按伺服系统控制方式划分 NC程 序 伺 服 系 统 机 床 本 体 检 测 装 置 数 控 装 置 按照对机床所走的实际位置有无反馈划分： 开环 系统 ： 半闭环 系统 ： 闭环 系统 ： 补偿没跟上机床怎么处理？ 检 测 装 置 无反馈

14、 ,精度低 ,中小型设备 ,成本低 有反馈 ,精度高 ,精密、大型设备 ,成本高 有部分反馈 ,精度较高 ,中小型设备 ,成本适中 那种机床稳定性好？ 三种机床的作用？ 4. 按同时控制的坐标轴划分： 两坐标、三坐标、四坐标、五坐标 NC机床 ）两坐标 NC机床： 类型：线切割、二坐标铣（二轴半） 用途：可加工二维轮廓零件。 2) 三轴联动的 NC机床 : 可实现 X 、 Y 、 Z 三个坐标联动 用途：可用于加工曲面类零件 坐标轴及转角是如何规定的 ? 3) 四坐标联动 : 除、外还可和另一旋转轴实现联动 用途：可加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零 件和平面内斜孔的壳体类零件。 类别：

15、按旋转轴划分：、 与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。 用途：理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零 件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶 盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件 4) 五坐标联动： 除、外还可和两个旋转轴实现联动 （、） 多坐标 NC机床演示 结构：两个旋转坐标都在主轴上； 两个旋转坐标都在工作台上； 一个旋转坐标在主轴上，另一个在工作台上 5) 所谓的 “超五坐标 ”NC机床及实质 评价数控机床的性能的 综合指标 : 机床精度 - 定位精度 重复定位精度 机床的主轴转速 转 /分钟 , rpm 机床的快速进给 毫米 /分钟 , mm/min. 机床坐标轴

16、数 -X Y Z A B C 机床行程及工作台大小 -圆形、方、长方 XYZ ABC 数控系统类别型号 - FANUC 、 SIEMENS、 HEIDENHAIN 等 机床的脉冲当量 -0.001、 0.005 、 0.01 开、闭环系统 - 开、闭、半闭 是否为加工中心及刀库数量 注 :数控实验室现场参观题 . 第四节 数控加工中的几个基本概念 1. 机床的切削运动 概念： 刀具相对工件运动，并进行切削的过程。 切削运动是相对运动，一般视工件为静止，而刀具运动 切削运动的构成： 刀具的整体移动：平移 摆动 刀具自身的旋转运动 2. 数控编程方法 数控编程可以分为 手工编程 和 自动编程 两种

17、 手工编程 是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从 零件图纸分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、 自动编程 即用计算机来实现零件的数控编程工作，即把 零件的几何尺寸和数据输入计算机，根据计算机建立的零 件数学模型来计算刀具加工轨迹，生成数控加工程序的过 程， 主要有 APT语言编程 和 图像编程 。 计算数控机床所需输入的数据、编写零件的数控加工程序 单直至程序的检验，均由人工来完成。 ， 第五节 数控机床的特点与发展趋势 1. 现代数控机床的特点 1) 具有较大柔性 2) 能获得较高的加工精度 3) 便于加工复杂形状的零件 4) 机床的使用、维护技术要求高 2. 数控机床的发展趋势 更 高 的 速 度 和 精 度 更 高 的 可 靠 性 更 完 善 的 功 能