機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用1

1、1機(jī)床數(shù) 控 技 術(shù)教師：劉敏教師：劉敏 機(jī) 械 工 程 學(xué)院2課程概況n考核及成績(jī)n本課程機(jī)械專業(yè)為考試科目n總評(píng)成績(jī)平時(shí)成績(jī)x30%+考試x703第一章 緒論n1.1數(shù)控機(jī)床的基本組成及加工原理n數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生n計(jì)算機(jī)數(shù)控的概念與發(fā)展n數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n數(shù)控機(jī)床的分類n按加工工藝方法分類n按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類n按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍n數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)n數(shù)控機(jī)床的使用特點(diǎn)n數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍41.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生n數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的背景n在傳統(tǒng)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7080。n科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)械產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈

2、，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(lái)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)整或改裝專用的“剛性”自動(dòng)生產(chǎn)線投資大、周期長(zhǎng)，有時(shí)從技術(shù)上甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。n采用各類仿型機(jī)床，雖然可以部分地解決小批量復(fù)雜零件的加工，但在更換零件時(shí)需制造靠模和調(diào)整機(jī)床生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，而且由于靠模誤差的影響，加工零件的精度很難達(dá)到較高的要求。 n20世紀(jì)40年代，世界上首臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的誕生使得數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)成為可能。51.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生n數(shù)控加工技術(shù)是20世紀(jì)40年代后期為了適應(yīng)加工復(fù)雜外形零件而發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)化加工技術(shù)，它的研究起源于飛機(jī)制造業(yè)。n首先提出數(shù)

3、控加工這一概念的是美國(guó)的帕森斯公司（Parsons),它是美國(guó)密執(zhí)安州的一個(gè)小型飛機(jī)承包商，該公司在1948年首先提出用電子計(jì)算機(jī)控制機(jī)床加工復(fù)雜曲線樣板的新理念。并且在精確制作出直升飛機(jī)的機(jī)翼、葉片和飛機(jī)框架的樣板時(shí)，他們利用計(jì)算機(jī)對(duì)加工路徑進(jìn)行了處理，并考慮到了刀具路徑對(duì)加工路徑的影響，使得加工精度達(dá)到0.0015英寸（約0.0381mm），這在當(dāng)時(shí)來(lái)看是很高的水平了。n同期，美國(guó)空軍也需要一種機(jī)床能夠在短時(shí)間內(nèi)加工出經(jīng)常變更設(shè)計(jì)的火箭零件。61.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生n1952年，美國(guó)帕森斯公司(Parsons)和麻省理工學(xué)院(MIT)合作，研制成功了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床三坐標(biāo)立式銑床，

4、可控制銑刀進(jìn)行連續(xù)空間曲面的加工，從此解開了數(shù)控加工的序幕。經(jīng)過(guò)了三年的試用、改進(jìn)和提高于1955年進(jìn)入實(shí)用階段。n數(shù)控機(jī)床的誕生，對(duì)復(fù)雜曲線、型面的加工起到了非常重要的作用，并廣泛應(yīng)用于軍事、航天、汽車等各個(gè)方面，成為一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的標(biāo)志。71.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控的慨念與發(fā)展 n數(shù)字控制(數(shù)控)的概念 nGB 81291997中對(duì)NC(Numerical Control，簡(jiǎn)稱NC)的定義為：用數(shù)值數(shù)據(jù)的控制裝置，在運(yùn)行過(guò)程中不斷地引入數(shù)值數(shù)據(jù)，從而對(duì)某一生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。n數(shù)控：通俗的說(shuō)就是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和加工過(guò)程進(jìn)行控制，由于現(xiàn)代的數(shù)控都采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此也可以稱為

5、計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computerized Numerical Control,即CNC)。 n數(shù)控系統(tǒng)n數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床行業(yè)中是指計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程序控制器、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng)裝置等相關(guān)設(shè)備的總稱。n數(shù)控系統(tǒng)在有些場(chǎng)合則僅指其中的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置。為區(qū)別起見將其中的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置稱為數(shù)控裝置。 n數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心部件81.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控的慨念與發(fā)展n數(shù)控機(jī)床(NC machine tools) n數(shù)控作為一種控制方法，不僅可以用在加工設(shè)備上，而且非加工設(shè)備也大量地采用數(shù)控技術(shù)，其中最常見的有“自動(dòng)繪圖機(jī)”、“自動(dòng)裝配機(jī)”、“多坐標(biāo)測(cè)量機(jī)”和“工業(yè)機(jī)器人”。但數(shù)控技術(shù)用于

6、機(jī)場(chǎng)控制是應(yīng)用最早的，最廣泛的領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的性能、水平和發(fā)展方向，也是學(xué)習(xí)我們這個(gè)專業(yè)所要掌握的。n數(shù)控機(jī)床：若機(jī)床的操作命令以數(shù)值數(shù)據(jù)的形式描述，工作過(guò)程按照規(guī)定的程序自動(dòng)地進(jìn)行，則這種機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。簡(jiǎn)單的說(shuō)，數(shù)控機(jī)床就是用數(shù)控技術(shù)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種機(jī)床。91.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控的慨念與發(fā)展n計(jì)算機(jī)數(shù)控的發(fā)展n自1953年美國(guó)研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)升降臺(tái)數(shù)控銑床算起，數(shù)控機(jī)床發(fā)展至今已有70年歷史了，經(jīng)歷了兩個(gè)階段，六代的發(fā)展歷程。n第一個(gè)是NC階段，它是采用數(shù)字邏輯電路搭成的機(jī)床專用數(shù)控系統(tǒng)，所以又稱為硬件數(shù)控階段， 隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了電子管（

7、1952年）、晶體管（1959年）和小規(guī)模集成電路（1965年）三代。n自1970 年小型計(jì)算機(jī)開始作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，數(shù)控系統(tǒng)就進(jìn)入到第二個(gè)階段，叫做CNC階段，成為第四代數(shù)控系統(tǒng)；從1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)即發(fā)展到第五代。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)從性能到可靠性都得到了根本性的提高。 101.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控的概念與發(fā)展n數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的第一個(gè)階段：n第一代：50年代初，那時(shí)數(shù)控系統(tǒng)是由電子管、繼電器和模擬電路組成；n第二代：50年代末，電子行業(yè)于1959年研制出了晶體管元器件，因而數(shù)控系統(tǒng)中廣泛地采用了晶體管和印刷電路板技術(shù)，使得可靠性提高，體積減小；n第三代：出現(xiàn)于60年代

8、的中期（1960年出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路），小規(guī)模集成電路在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。由于小規(guī)模集成電路體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步提高。第一個(gè)階段：硬件式數(shù)控，其特點(diǎn)是：數(shù)控裝置屬于采用專用控制計(jì)算機(jī)的硬接線(硬件)數(shù)控裝置，零件程序的輸入、運(yùn)算、插補(bǔ)及控制功能均由硬件電路完成，功能簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。111.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控的概念與發(fā)展n數(shù)控裝置發(fā)展的第二個(gè)階段：n第四代：20世紀(jì)70年代初，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，出現(xiàn)了采用小型計(jì)算機(jī)代替專用硬件控制計(jì)算機(jī)的第四代數(shù)控系統(tǒng)（CNC）；n第五代：1974年（1970年前后美國(guó)英特爾公司開發(fā)和使用了微處理器）出現(xiàn)了以

9、微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)；20多年來(lái)微處理器數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到了飛速的發(fā)展；n第六代：90年代以來(lái)，基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)。第二個(gè)階段：計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。這種數(shù)控系統(tǒng)不僅在經(jīng)濟(jì)上更為合算，而且許多功能可用編制的專用程序?qū)崿F(xiàn)，并可將專用程序存儲(chǔ)在小型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，構(gòu)成控制軟件。121.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控的概念與發(fā)展n基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)n90年代以來(lái)受通用微機(jī)（PC)飛速發(fā)展的影響，數(shù)控系統(tǒng)正朝著以通用微機(jī)為基礎(chǔ)，體系結(jié)構(gòu)開放和智能化的方向發(fā)展，并于1994年基于PC的NC控制器在美國(guó)首次出現(xiàn)，這就是我們所說(shuō)的第六代數(shù)控系統(tǒng)基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，它可充分利用通用微機(jī)豐富的軟硬件資

10、源和適用于通用微機(jī)的各種先進(jìn)技術(shù)已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的潮流和趨勢(shì)。n我國(guó)從1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，20世紀(jì)60年代中期進(jìn)入實(shí)用階段。自20世紀(jì)80年代開始，引進(jìn)日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)外著名數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)制造商的技術(shù)；使我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)在性能、可靠性等方面得到了迅速發(fā)展。經(jīng)過(guò)“六五、“七五“；“八五”及“九五”科技攻關(guān)，我國(guó)已掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的核心內(nèi)容。目前我國(guó)已有數(shù)控系統(tǒng)(含主軸與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元)生產(chǎn)企業(yè)五十多家，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)百余家。 131.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過(guò)程n1.根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫程序； n2.將所編

11、程序指令輸入機(jī)床數(shù)控裝置中；n3.數(shù)控裝置對(duì)程序(代碼)進(jìn)行翻譯、運(yùn)算之后，向機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)的伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)部件，并控制所需要的輔助動(dòng)作。 n4.在機(jī)床上加工出合格的零件（由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)完成）。 n普通機(jī)床加工零件的工作過(guò)程n1.編寫加工零件的工藝卡片；n2.操作者閱讀工藝卡片；（數(shù)控機(jī)床是一次性讀入，普通機(jī)床是操作者是一邊閱讀一邊操作。）n3.操作者在閱讀、分析、理解了工藝卡片后，轉(zhuǎn)化為實(shí)際的加工操作；n4.在操作者的人為干預(yù)和調(diào)整下，加工出合格的零件。n 數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過(guò)程141.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n 數(shù)控加工過(guò)程的實(shí)質(zhì)：形數(shù)形

12、151.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，下面對(duì)其各組成部分加以介紹。n由上圖可知數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)包括：控制介質(zhì)（程序載體）、輸入裝置、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)（伺服驅(qū)動(dòng)）和檢測(cè)（測(cè)量反饋）裝置、輔助控制裝置（強(qiáng)電控制裝置）和機(jī)床本體等部分組成。161.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n控制介質(zhì)（程序載體）n數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不是像傳統(tǒng)的機(jī)床那樣由工人去操作數(shù)控機(jī)床。必須在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物稱為程序載體。加工程序可存儲(chǔ)在控制介質(zhì)(也稱信息載體)上，加工程序上存儲(chǔ)著加工零件所需的全部操作信息和刀具相對(duì)工件的位移信息等。n常用的控制介質(zhì)有穿孔帶

13、、磁帶和磁盤等。信息是以代碼的形式按規(guī)定的格式存儲(chǔ)的。代碼分別表示十進(jìn)制的數(shù)字、字母或符號(hào)。目前國(guó)際上通常使用：nEIA(Electronic Industries Assiciation)代碼 美國(guó)電子工程師協(xié)會(huì)nISO(International Organization for Standardization)代碼。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織n我國(guó)規(guī)定以ISO代碼作為標(biāo)準(zhǔn)代碼。 171.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n輸入裝置n輸入裝置：是將控制介質(zhì)(信息載體)上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。n是將控制介質(zhì)上的數(shù)控代碼信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)傳送到數(shù)控裝置的內(nèi)存儲(chǔ)器中。n根據(jù)控制介質(zhì)的不

14、同，輸入裝置可以是光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)或軟盤驅(qū)動(dòng)器等。數(shù)控加工程序也可通過(guò)鍵盤，用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控加工程序還可由編程計(jì)算機(jī)用RS232C或采用網(wǎng)絡(luò)通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。n零件加工程序輸入過(guò)程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工，另一種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置內(nèi)部的存儲(chǔ)器，加工時(shí)再?gòu)拇鎯?chǔ)器中逐段調(diào)出進(jìn)行加工。 181.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n數(shù)控裝置 n數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受輸入裝置送來(lái)的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分的工作，使

15、其進(jìn)行規(guī)定的有序運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。n數(shù)控裝置根據(jù)坐標(biāo)代碼進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算輸出插補(bǔ)控制信號(hào)n零件的輪廓圖形往往由直線、圓弧或其它非圓弧曲線組成，刀具在加工過(guò)程必須按零件現(xiàn)狀和尺寸的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，即按圖形軌跡移動(dòng)。但輸入的零件加工程序只能是各線段軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值等數(shù)據(jù)，不能滿足要求。因此要進(jìn)行軌跡插補(bǔ)，也就是在線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”，求出一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，并向相應(yīng)坐標(biāo)輸出脈沖信號(hào)，控制各坐標(biāo)軸(即進(jìn)給運(yùn)動(dòng)各執(zhí)行部件)的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量等。191.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n驅(qū)動(dòng)裝置n組成：控制器(含功率放大器)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。n作用：接受來(lái)自數(shù)控裝

16、置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件，以加工出符合圖樣要求的零件。由于伺服控制裝置是數(shù)控機(jī)床的最后控制環(huán)節(jié)，因此它的伺服精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能是影響數(shù)控機(jī)床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因案之一。n目前大都采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。n檢測(cè)裝置n將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中。數(shù)控裝置將反饋回來(lái)的實(shí)際位移量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制驅(qū)動(dòng)裝置按指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng)。201.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n輔助控制裝置n通常由PLC和強(qiáng)電控制回路組成；n主要作用：是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)編譯、邏輯判別和

17、運(yùn)算，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器，帶動(dòng)機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動(dòng)作。n這些控制包括主軸運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停指令，n刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤(rùn)滑裝置的啟停，工件和機(jī)床部件的松開、夾緊，分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動(dòng)作。 211.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理n機(jī)床本體 n數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。n但與傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程相比，數(shù)控機(jī)床加工零件是一個(gè)全自動(dòng)的過(guò)程，而不像普通機(jī)床可以隨時(shí)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行干預(yù)和調(diào)整，因而在整體布局、外觀造型、主傳動(dòng)

18、系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)等方面與傳統(tǒng)機(jī)床有著很大的差異，對(duì)機(jī)床的靜剛度、動(dòng)剛度和熱剛度等方面提出了更高的要求，而傳動(dòng)鏈則要求盡可能簡(jiǎn)單。這種變化的目的是為了滿足數(shù)控技術(shù)的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。 221.2 數(shù)控機(jī)床的分類n如上所述的數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程和基本組成都是所有的數(shù)控機(jī)床所共有的、基本的，但是為了適應(yīng)不同的工藝要求、完成不同的功能、達(dá)到不同的精度，產(chǎn)生了品種規(guī)格繁多的數(shù)控機(jī)床，對(duì)數(shù)控機(jī)床的分類大致有以下三種n按加工工藝方法分類；n按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類；n按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類。231.2.1 按加工工藝方法分類n按加工工藝方法分類n1金屬切削類數(shù)控機(jī)床金屬切

19、削類數(shù)控機(jī)床n普通數(shù)控加工機(jī)床：與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對(duì)應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別具體的控制方式也各不相同，但它們都具有很好的精度一致性，較高的生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。n加工中心（Machine CenterMC）：在普通數(shù)控機(jī)床上加裝一個(gè)刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。 例如銑、鏜、鉆加工中心，直接稱為加工中心； 車削類的加工中心，稱為車削中心； 五面體加工中心，可以在一次裝夾中完成除安裝面以外箱體類零件所有表面的加工241.2.1按加工工

20、藝方法分類n加工中心的優(yōu)點(diǎn)：它是在數(shù)控銑床上增加了一個(gè)容量較大的刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對(duì)其大部分加工面進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺(tái)數(shù)和占地面積，縮短了輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。n2特種加工類數(shù)控機(jī)床n除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外數(shù)控技術(shù)也大量用于如數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。 n3. 板材加工類數(shù)控機(jī)床n常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等

21、。251.2.2 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類n按運(yùn)動(dòng)方式來(lái)分類n1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床n點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件只能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確定位，在移動(dòng)和定位過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡因此幾個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無(wú)任何聯(lián)系?？梢詭讉€(gè)坐標(biāo)同時(shí)向目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，也可以各坐標(biāo)依次運(yùn)動(dòng)。n這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位數(shù)控裝置。 n優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省大量的鉆模板的費(fèi)用，達(dá)到較高的孔距精度。261.2.1 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類n按運(yùn)動(dòng)方式來(lái)分類n2.點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位直線控制

22、數(shù)控機(jī)床 n點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床移動(dòng)部件不僅要實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng)定位，而且要控制工作臺(tái)以一定的速度沿平行坐標(biāo)鈾方向進(jìn)行直線切削加工（有些機(jī)床還可進(jìn)行45度斜率直線的加工）。這類數(shù)控機(jī)床主要有簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床、數(shù)控鏜銑床等。圖1.2.2為點(diǎn)位直線控制數(shù)控鏜銑床的加工示意圖。n例如在數(shù)控鏜床上使用點(diǎn)位直線控制，可以擴(kuò)大鏜床的工作范圍。 271.2.1 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類n按運(yùn)動(dòng)方式來(lái)分類n3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床輪廓控制數(shù)控機(jī)床 n輪廓控制數(shù)控機(jī)床不僅可完成點(diǎn)位及點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床的加工功能，而且能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，因而具有各種輪廓切削加工功能。在加工

23、中，需要不斷進(jìn)行多坐標(biāo)軸之間的插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的速度和位移控制。它不僅能控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能控制整個(gè)加工輪廓每一點(diǎn)的速度和位侈，將工件加工成一定的輪廓形狀。 n例如各類數(shù)控銑床、車床、磨床和各類數(shù)控線切割機(jī)床都是典型的輪廓控制機(jī)床，它們?nèi)〈怂蓄愋偷姆滦渭庸?，提高了加工精度和生產(chǎn)效率。281.2.3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n1.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床n特點(diǎn)：其控制系統(tǒng)不帶反饋裝置，通常使用功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)。數(shù)控裝置輸出的控制脈沖通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路，不斷改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的供電狀態(tài)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的步距角，再經(jīng)過(guò)齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件

24、的直線位移。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度與位移量是由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)所決定的。291.2.3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n1.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床n優(yōu)缺點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。但是，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行檢測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。因此，開環(huán)系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 301.2.3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n2.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 n特點(diǎn)：在伺服電動(dòng)機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)絲杠上裝有角度檢測(cè)裝置(如光電編碼器等)，通過(guò)檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移，然

25、后反饋到數(shù)控裝置中去，并對(duì)誤差進(jìn)行修正。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測(cè)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。圖1.2.5所示為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的工作原理圖。通過(guò)速度傳感器A和角度傳感器B進(jìn)行測(cè)量，將其與命令值相比較，構(gòu)成速度與位置環(huán)控制。 311.2.3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n3. 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 n特點(diǎn)：閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是在機(jī)床移動(dòng)部件上直接安裝直線位移檢測(cè)裝置，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確運(yùn)動(dòng)和定位。圖1.2.6所示為閉

26、環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的工作原理圖。通過(guò)速度傳感器A和直線位移傳感器C進(jìn)行測(cè)量，將其與命令值相比較，構(gòu)成速度與位置環(huán)控制。321.2.3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n優(yōu)缺點(diǎn)：從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度主要取決于檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度，而與傳動(dòng)鏈的誤差無(wú)關(guān)，因此其控制精度超過(guò)半閉環(huán)系統(tǒng)。但實(shí)際上閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)鏈仍提出了比較嚴(yán)格的要求，傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性不足及間隙的存在、導(dǎo)軌磨擦引起的爬行等因素增加了調(diào)試的困難，甚至使數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)在工作時(shí)產(chǎn)生振蕩。 331.2.3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n4.混合控制數(shù)控機(jī)床 n將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控

27、機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床。因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式：n開環(huán)補(bǔ)償型 n半閉環(huán)補(bǔ)償型 341.2.3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n開環(huán)補(bǔ)償型n圖1.2.7為開環(huán)補(bǔ)償型控制方式。其特點(diǎn)是基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路。通過(guò)裝在工作臺(tái)上的直線位移測(cè)量元件的反饋信號(hào)校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。 351.2.3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類n半閉環(huán)補(bǔ)償型 n圖1.2.8為半閉環(huán)補(bǔ)償型控制方式。其特點(diǎn)是用半閉環(huán)控制方式取得高速度控制，再用

28、裝在工作臺(tái)上的直線位移測(cè)量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高逮度與高精度的統(tǒng)一。其中A是速度測(cè)量元件（如測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)），B是角度測(cè)量元件，C是直線位移測(cè)量元件。 361.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 n1.3.1 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)n1加工精度高n目前數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量普遍達(dá)到了0.001mm，數(shù)控機(jī)床的加工精度由過(guò)去的 001mm提高到 0005mm。定位精度90年代初中期已達(dá)到0.002mm0.005mm；n進(jìn)結(jié)傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償；n數(shù)控機(jī)床的機(jī)床結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)與普通機(jī)床相比都具有很高的剛度和熱穩(wěn)定性，制造精度高；n數(shù)控

29、機(jī)床的自動(dòng)加工方式避免了人為的干擾因素（人的技術(shù)高低，身體條件），同一批零件的尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量十分穩(wěn)定。 371.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍n 2對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng) n在數(shù)控機(jī)床上改變加工零件時(shí)，只需重新編制(更換)程序，輸入新的程序后就能實(shí)現(xiàn)對(duì)新零件的加工。這就為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的方便。對(duì)普通手工操作的機(jī)床很難加工或根本無(wú)法加工的精密復(fù)雜零件，數(shù)控機(jī)床也能實(shí)現(xiàn)精密自動(dòng)加工。n3自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低 n數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的，操作者除了安放穿孔帶或操作鍵盤，裝卸工件，進(jìn)行關(guān)鍵工序的中

30、間檢測(cè)以及觀察機(jī)床運(yùn)行之外，不需要進(jìn)行繁雜的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均可大為減輕。另外數(shù)控機(jī)床一般都具有較好的安全防護(hù)、自動(dòng)排屑、自動(dòng)冷卻和自動(dòng)潤(rùn)滑等裝置，操作者的勞動(dòng)條件也大為改善。 38 1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍n4. 生產(chǎn)效率高 n零件加工所需的時(shí)間主要包括機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間。數(shù)控機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變化范圍比普通機(jī)床大，因此數(shù)控機(jī)床每一道工序都可選用最有利的切削用量。由于數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性好，因此允許進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，這就提高了數(shù)控機(jī)床的切削效率，節(jié)省了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)部件空行程運(yùn)動(dòng)速度快，工件裝夾時(shí)間短，刀具可自動(dòng)更換，輔

31、助時(shí)間比一般機(jī)床大為減少。n數(shù)控機(jī)床更換被加工零件時(shí)幾乎不需要重新調(diào)整機(jī)床，節(jié)省了零件安裝調(diào)整時(shí)間。數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量穩(wěn)定，一般只作首件檢驗(yàn)和工序間關(guān)鍵尺寸的抽樣檢驗(yàn)，因此節(jié)省了停機(jī)檢驗(yàn)時(shí)間。在加工中心機(jī)床上加工時(shí)，一臺(tái)機(jī)床實(shí)現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，生產(chǎn)效率的提高更為明顯。391.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍n5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益n數(shù)控機(jī)床雖然設(shè)備昂貴，加工時(shí)分?jǐn)偟矫總€(gè)零件上的設(shè)備折舊費(fèi)較高。但在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，使用數(shù)控機(jī)床加工可節(jié)省畫線工時(shí)，減少調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時(shí)間，節(jié)省直接生產(chǎn)費(fèi)用。數(shù)控機(jī)床加工零件一般不需制作專用工夾具，節(jié)省了工藝裝備費(fèi)用。數(shù)控機(jī)床加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。此外，數(shù)控機(jī)床可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，節(jié)省廠房面積和建廠投資。因此使用數(shù)控機(jī)床可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。n6. 有利于現(xiàn)代化管理n采用數(shù)控機(jī)床加工，能準(zhǔn)確地計(jì)算零件加工工時(shí)和費(fèi)用，有效地簡(jiǎn)化檢驗(yàn)工夾具、半成品的管理工作，這些都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。n 數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)注代碼輸入，適于數(shù)字計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造及管理一體化的基礎(chǔ)。401.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍n1.3.2 數(shù)控機(jī)