模塊九(數(shù)控加工)

1、第一節(jié) 數(shù)控機床的基本知識一、數(shù)控機床的產(chǎn)生一、數(shù)控機床的產(chǎn)生 隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，各隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機械零別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備。較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備。 普通機床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機普通機床或?qū)I(yè)化程度高的自

2、動化機床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時，隨著市床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。降低生產(chǎn)成本。 一種新型的生產(chǎn)設(shè)備一種新型的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控機床就數(shù)控機床就應(yīng)運而生了應(yīng)運而生了 。二、數(shù)控機床的發(fā)展簡況二、數(shù)控機床的發(fā)展簡況 1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院年，美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。半個世紀研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。半個世紀以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，加工精度以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展

3、，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和五代經(jīng)歷了兩個階段和五代 。第第1代數(shù)控機床代數(shù)控機床：1952年年1959年采用電子管年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）。）。第第2代數(shù)控機床代數(shù)控機床：從：從1959年開始采用晶體管電路年開始采用晶體管電路的的NC系統(tǒng)。系統(tǒng)。第第3代數(shù)控機床代數(shù)控機床：從：從1965年開始采用小、中規(guī)模年開始采用小、中規(guī)模集成電路的集成電路的NC系統(tǒng)。系統(tǒng)。 以上三代都是采用專用計算機的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)。裝以上三代都是采用專用計算機的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)。裝有這類數(shù)控系統(tǒng)的機床

4、為硬件數(shù)控機床，簡稱有這類數(shù)控系統(tǒng)的機床為硬件數(shù)控機床，簡稱NC機床。機床。第第4代數(shù)控機床：從代數(shù)控機床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)（路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)（CNC）。）。第第5代數(shù)控機床：從代數(shù)控機床：從1974年開始采用微型計算機控年開始采用微型計算機控制的系統(tǒng)（制的系統(tǒng)（MNC）。）。 三、數(shù)控機床的基本概念三、數(shù)控機床的基本概念（一）數(shù)控機床的概念（一）數(shù)控機床的概念數(shù)控數(shù)控(Numerical Control，NC) 數(shù)控是采用數(shù)字化信息對機床的運動及其數(shù)控是采用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的方法，

5、即硬件數(shù)控。加工過程進行控制的方法，即硬件數(shù)控。2. 數(shù)控技術(shù)（數(shù)控技術(shù)（Numerical Control Technology）1. 采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。自動控制的技術(shù)。3. 數(shù)控機床（數(shù)控機床（Numerical Control Machine Tools） 是采用數(shù)字控制技術(shù)對機床的加工過程進行自動控是采用數(shù)字控制技術(shù)對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。它是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。制的一類機床。它是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。國際信息處理聯(lián)盟定義國際信息處理聯(lián)盟定義:是一種裝了是一種裝了程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)的機床的

6、機床4. 數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System） 實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5. 計算機數(shù)控系統(tǒng)（計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control CNC ） 以計算機為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，即軟件數(shù)控。以計算機為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，即軟件數(shù)控。6. 計算機直接控制技術(shù)（計算機直接控制技術(shù)（DNC）（二）數(shù)控機床的特點（二）數(shù)控機床的特點加工精度高加工精度高生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高減輕勞動強度減輕勞動強度改善勞動條件改善勞動條件有利于生產(chǎn)管理有利于生產(chǎn)管理四、數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展趨勢四、數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展趨勢高速、高效加工高速、高效

7、加工高精密、超精密加工高精密、超精密加工高可靠性高可靠性工序復(fù)合化和復(fù)合加工工序復(fù)合化和復(fù)合加工智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化并聯(lián)機床技術(shù)并聯(lián)機床技術(shù)1.高速、高效加工高速、高效加工高速CPU芯片主軸高速化，采用電主軸采用全數(shù)字交流伺服機床動、靜態(tài)性能的改善在分辨率為1m時，快進速度達240m/min，可獲得復(fù)雜型面的精確加工加速度達2g主軸轉(zhuǎn)速已達200,000r/min換刀速度少于1 s2 高精密、超精密加工高精密、超精密加工 提高機械的制造和裝配精度； 采用高速插補技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù) 進給，使CNC控制單位精細化 采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢

8、測精度（日本交流伺服電機已有裝上1000000 脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度能達到0.01m/脈沖） 位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償?shù)燃夹g(shù) 設(shè)備的熱變形誤差補償和空間誤差的綜合補償技術(shù)。研究表明，綜合誤差補償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少6080。 5. 5. 并聯(lián)機床并聯(lián)機床1）機床結(jié)構(gòu)技術(shù)上的突破性進展當(dāng)屬20世紀90年代中期問世的并聯(lián)機床。并聯(lián)機床是機器人技術(shù)、機床結(jié)構(gòu)技術(shù)、現(xiàn)代伺服驅(qū)動技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，被稱為“21世紀的機床” 傳統(tǒng)機床基本上都遵循笛卡爾直角坐標系的運動原理被設(shè)計制造出來，其結(jié)構(gòu)為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，存

9、在懸臂部件，承受很大彎矩和扭矩，不容易獲得高的結(jié)構(gòu)剛度。另外，傳統(tǒng)機床組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形成誤差迭加，限制了加工精度和速度的提高。2）我國自主研發(fā)的并聯(lián)機床樣機）我國自主研發(fā)的并聯(lián)機床樣機3 3）并聯(lián)機床的優(yōu)、缺點及發(fā)展熱點：）并聯(lián)機床的優(yōu)、缺點及發(fā)展熱點：優(yōu)點： 進給速度快 ；精度高 ；剛性好 ； 加速度高 ；安裝、維修方便 。局限： 工作空間小 ；姿態(tài)能力差 ； 運動特性和力特性非線性。目前研究熱點： 混聯(lián)機床 。五、數(shù)控機床（系統(tǒng)）分類五、數(shù)控機床（系統(tǒng)）分類數(shù)控機床規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計已有數(shù)控機床規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計已有400多個品種規(guī)格?？梢园凑斩喾N原則來進行多個品種規(guī)格?？?/p>

10、以按照多種原則來進行分類。但歸納起來，常見的是以下面分類。但歸納起來，常見的是以下面4種方法種方法來分類的。來分類的。 1. 按工藝用途分類按工藝用途分類2. 按運動軌跡分類按運動軌跡分類3. 按伺服系統(tǒng)的控制方式分類按伺服系統(tǒng)的控制方式分類4. 按數(shù)控裝置分類按數(shù)控裝置分類1. 按工藝用途分類按工藝用途分類一般數(shù)控機床：車銑鏜鉆磨等，功能與通用機一般數(shù)控機床：車銑鏜鉆磨等，功能與通用機床相似；但是可以加工復(fù)雜形狀的零件。床相似；但是可以加工復(fù)雜形狀的零件。 數(shù)控加工中心：在數(shù)控銑、鏜、鉆床的基礎(chǔ)上數(shù)控加工中心：在數(shù)控銑、鏜、鉆床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置。帶刀庫，一次裝夾后可增加了自動換刀裝

11、置。帶刀庫，一次裝夾后可完成多工序加工。完成多工序加工。多坐標數(shù)控機床：坐標軸大于多坐標數(shù)控機床：坐標軸大于3，能加工復(fù)，能加工復(fù)雜形狀零件。雜形狀零件。線切割機床線切割機床 電火花機床電火花機床2. 按運動軌跡分類按運動軌跡分類n點位控制數(shù)控系統(tǒng)點位控制數(shù)控系統(tǒng)n僅能實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；n對軌跡不作控制要求；n運動過程中不進行任何加工。n適用范圍：適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。ABn直線控制數(shù)控系統(tǒng)直線控制數(shù)控系統(tǒng)n能實現(xiàn)點位控制數(shù)控系統(tǒng)的功能n能實現(xiàn)沿平行某個坐標軸（如X、Y、Z）或兩軸等速的方向進行加工；n適用范圍：適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)

12、控鏜銑床、數(shù)控加工中心等。n輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)n輪廓控制輪廓控制(連續(xù)控制連續(xù)控制)系統(tǒng)：系統(tǒng)：具有控制幾個進給軸同時諧調(diào)運動(坐標聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。n適用范圍：適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床。現(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。3. 按聯(lián)動軸數(shù)分按聯(lián)動軸數(shù)分，n2軸聯(lián)動（平面曲線）n3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）n4軸聯(lián)動（空間曲面）n5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面） 。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。 4 . 按進給伺服系統(tǒng)的類型分類按進給伺服系統(tǒng)的類型分類n按數(shù)控系統(tǒng)的進給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)全閉環(huán)和半閉環(huán)半閉環(huán)兩種。第二節(jié) 數(shù)控機床的有關(guān)功能規(guī)定一、數(shù)控機床技術(shù)術(shù)語一、數(shù)控機床技術(shù)術(shù)語（一）DNC（計算機直接控制技術(shù)）由一臺計算機控制一臺或多臺數(shù)控機床。（二）FMS（柔性制造系統(tǒng)）1. 柔性制造單元FMC：由加工中心（MC）與自動交換工件（AW、APC）的裝置所組成。2. 核心：柔性，并不事先固定哪一臺機床加工什么零件，而