數(shù)控機(jī)床第1章

1、課程情況總體簡介授課學(xué)時：課程性質(zhì)：課程任務(wù)：1.掌握掌握數(shù)控機(jī)床的基本原理和基礎(chǔ)知識 ；2.熟悉熟悉數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理；3.具備具備數(shù)控加工手工編程能力和正確使用數(shù)控設(shè)備的能力 ；4.培養(yǎng)培養(yǎng)選用或設(shè)計組成數(shù)控機(jī)床的計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的能力。 機(jī)械設(shè)計制造與自動化專業(yè)的一門主干主干專業(yè)技術(shù)課，是一門實踐性、綜合性實踐性、綜合性很強(qiáng)的課程。64學(xué)時 四川儀表工業(yè)學(xué)校 王小梅數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展： （一） 產(chǎn)生： 1、傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法已滿足不了生產(chǎn)需求 n1) 單件小批量生產(chǎn)占70%，一般用試切法，技術(shù)水平要求高，勞動強(qiáng)度大，精度不高，無法實現(xiàn)自動化。如：普通車、銑、刨、磨床等 n2) 工藝

2、流水作業(yè)調(diào)整法加工，生產(chǎn)率提高，精度提高，成本低，品種多，采用組合機(jī)床，多機(jī)床配合，環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，生產(chǎn)停滯。n 3) 自動機(jī)床：用凸輪控制，適于生產(chǎn)簡單工件，且改型困難 2、社會的需求 n1) 品種多樣化 n2) 零件精度和形狀復(fù)雜程度不斷提高 3) 生產(chǎn)品種的頻繁換型 3、技術(shù)上的可行性 1) 電子計算機(jī)的發(fā)明 2) 電子技術(shù)的發(fā)展 a、 現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 b、 各種功能優(yōu)越件的產(chǎn)生 c、 大規(guī)模集成電路的出現(xiàn) 3) 新穎機(jī)械結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) a、 滾珠絲杠代替普通絲杠，動作更靈活，間隙更小，精度提高 b、 滾動導(dǎo)軌代替滑動導(dǎo)軌，移動靈活，克服爬行和前沖現(xiàn)象 4) 機(jī)床動態(tài)特性的研究成果 n使機(jī)

3、床的剛度更好，主軸轉(zhuǎn)速更高，抗振性提高 數(shù)控機(jī)床簡介數(shù)控機(jī)床簡介n1.1概述概述 數(shù)控技術(shù)是在復(fù)雜輪廓的航空零件和成數(shù)控技術(shù)是在復(fù)雜輪廓的航空零件和成型模具的制造的需要的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。型模具的制造的需要的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 1952年，麻省理工學(xué)院和年，麻省理工學(xué)院和Parsons公司公司研制成功第一臺數(shù)控機(jī)床在研制成功第一臺數(shù)控機(jī)床在MIT，成為世界機(jī)，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了制造自械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了制造自動化的發(fā)展。動化的發(fā)展。 1.1概述概述 科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對機(jī)科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要

4、求，械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適應(yīng)產(chǎn)品迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機(jī)床。數(shù)字控制頻繁變化的柔性自動化機(jī)床。數(shù)字控制(Numerical Control(Numerical Control，簡稱，簡稱NCNC或數(shù)控或數(shù)控) )機(jī)床，就機(jī)床，就是在這樣的背景下誕生與發(fā)展起來的。它極其是在這樣的背景下誕生與發(fā)展起來的。它極其有效地解決了上述一系列矛盾，為單件、小批有效地解決了上述一系列矛盾，為單件、小批生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動化加工手段。生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動化加工手段。一、數(shù)控機(jī)床概述一、數(shù)控機(jī)床概述什么是數(shù)

5、控：數(shù)字程序控制簡稱數(shù)控什么是數(shù)控：數(shù)字程序控制簡稱數(shù)控NC，通常用數(shù)控，通常用數(shù)控指令控制機(jī)械運(yùn)動。指令控制機(jī)械運(yùn)動。什么是數(shù)控機(jī)床：采用數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說裝備了什么是數(shù)控機(jī)床：采用數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動速度和軌跡進(jìn)行自動控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動速度和軌跡進(jìn)行自動加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。 什么是加工中心：一般認(rèn)為具備快速換刀機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)什么是加工中心：一般認(rèn)為具備快速換刀機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床稱為加工

6、中心。床稱為加工中心。數(shù)控車床圖片數(shù)控車床數(shù)控車床返回立式數(shù)控銑床圖片臥式數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床返回數(shù)控磨床圖片返回立式加工中心1.1.1數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控機(jī)床的基本概念n數(shù)字控制數(shù)字控制（NC，numerical control）n用數(shù)字化信息對機(jī)床運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法（GB8129-87）；n 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)：實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的機(jī)電控制設(shè)備；是實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。1.1.1數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控機(jī)床的基本概念n計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(Computer Numerical Control，簡稱，簡稱CNC)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是采用微處理器中的系統(tǒng)程序(軟件)來實現(xiàn)控制邏輯，實現(xiàn)

7、部分或全部數(shù)控功能，并通過接口與外圍設(shè)備聯(lián)接成為計算機(jī)數(shù)控(Computer Numerical Too1)系統(tǒng)，簡稱CNC系統(tǒng)。具有CNC系統(tǒng)的機(jī)床稱為CNC機(jī)床1.1.1數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控機(jī)床的基本概念n數(shù)控機(jī)床（數(shù)控機(jī)床（Numerial Control Machine Tool)n是用數(shù)字化信號對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。它是一種技術(shù)密集度及自動化程度很高的機(jī)電一體化加工設(shè)備，是數(shù)控技術(shù)與機(jī)床相結(jié)合的產(chǎn)物。 1.1.1數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控機(jī)床的基本概念n數(shù)控編程數(shù)控編程 編程就是將加工零件的加工順序、刀具運(yùn)動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運(yùn)

8、動和進(jìn)給運(yùn)動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開關(guān)、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。 數(shù)控機(jī)床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編寫零件程序、程序校驗1.1.2數(shù)控機(jī)床的基本原理過程數(shù)控機(jī)床的基本原理過程n用數(shù)控機(jī)床加工零件時，首先應(yīng)將加工零件的幾何信息和工藝信息編制成加工程序，由輸入裝置送入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的處理、運(yùn)算，按各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大去驅(qū)動伺服電動機(jī)，帶動各軸運(yùn)動，并進(jìn)行反饋控制，使刀具和工件及其它輔助運(yùn)動裝置嚴(yán)格按要求運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床加工零件過程如圖所

9、示。1.1.2數(shù)控機(jī)床的基本原理過程數(shù)控機(jī)床的基本原理過程n數(shù)控機(jī)床的基本原理過程數(shù)控機(jī)床的基本原理過程1.1.2數(shù)控機(jī)床的基本原理過程數(shù)控機(jī)床的基本原理過程n選擇并確定需要進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容；n進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計；n對零件圖形進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理；n編寫加工程序(自動編程時為源程序，由計算機(jī)自動生成目標(biāo)程序加工程序)；n按程序單制作控制介質(zhì)；手動輸入或通訊輸入 n對程序進(jìn)行校驗和修改；試運(yùn)行；刀路模擬n首件試加工與現(xiàn)場問題處理；n數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的編寫與存檔。數(shù)控加工過程1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)床的基本組成1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)床的基本組成n1）控制介質(zhì)）控制

10、介質(zhì)n控制介質(zhì)是將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置中去的信息載體1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)床的基本組成n2）數(shù)控系統(tǒng)）數(shù)控系統(tǒng) n是數(shù)控機(jī)床的核心，通常是一臺具有專用系統(tǒng)軟件的微型計算機(jī)，它由輸入輸出接口線路、控制運(yùn)算器和存儲器等構(gòu)成。它接受控制介質(zhì)上的數(shù)字化信息，經(jīng)過控制軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機(jī)床的各個部分，進(jìn)行規(guī)定的、有序的動作。 1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)床的基本組成n3）伺服系統(tǒng)）伺服系統(tǒng) n伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。是由驅(qū)動驅(qū)動裝置裝置（伺服驅(qū)動電路等、是伺服電機(jī)的動力伺服驅(qū)動電路等、是伺服電機(jī)的動力源源）和執(zhí)行部件執(zhí)行部件（伺

11、服電機(jī)伺服電機(jī)）兩大部分組成。它接受數(shù)控裝置的指令信息，并按指令信息的要求控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移，以加工出符合圖樣要求的零件。n伺服精度和動態(tài)響應(yīng)是影響數(shù)控機(jī)床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素之一。 1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)床的基本組成n4）反饋系統(tǒng)）反饋系統(tǒng) n測量元件將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的位移指令值檢測出來并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對反饋回來的實際位移值與設(shè)定值進(jìn)行比較，并向伺服系統(tǒng)輸出達(dá)到設(shè)定值所需的信息指令1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)床的基本組成n5）輔助）輔助裝置裝置n裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動換向、變速、

12、啟停、刀具的選擇和更換，以及其它輔助裝置動作等指令信號，經(jīng)過必要的編譯、邏輯判別和運(yùn)算，經(jīng)過功率放大后直接驅(qū)動相應(yīng)的電器，帶動機(jī)床的機(jī)械部件、液壓裝置、氣動裝置等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。 1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)床的基本組成n6）機(jī)床本體）機(jī)床本體 n與傳統(tǒng)的機(jī)床相比較，數(shù)控機(jī)床本體仍然由主傳動裝置、進(jìn)給傳動裝置、床身及工作臺以及輔助運(yùn)動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)床本體的整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)以及操縱機(jī)構(gòu)發(fā)生了很大的改變,這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床高精度、高速度、高效率以及高柔性的要求。 1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控機(jī)

13、床的基本組成1.2數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類n1.2.1按工藝用途分類按工藝用途分類n1.金屬切削類數(shù)控機(jī)床：數(shù)車、數(shù)銑等金屬切削類數(shù)控機(jī)床：數(shù)車、數(shù)銑等n2.金屬成型類數(shù)控機(jī)床：擠、沖、拉壓等金屬成型類數(shù)控機(jī)床：擠、沖、拉壓等n3.數(shù)控特種加工數(shù)控機(jī)床：線切割、電火花數(shù)控特種加工數(shù)控機(jī)床：線切割、電火花n4.其它類型的數(shù)控機(jī)床：三坐標(biāo)測量儀其它類型的數(shù)控機(jī)床：三坐標(biāo)測量儀1.2.2 按功能水平分類按功能水平分類n高級型高級型n普通型普通型n經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型 性能性能類別類別CPUCPU位數(shù)位數(shù)聯(lián)動軸數(shù)聯(lián)動軸數(shù) 分辨率分辨率(um (um 進(jìn)給速度進(jìn)給速度 顯示顯示(m/min)(m/min)顯

14、示顯示高級型高級型 32325 5 0.1 24 24 三維動態(tài)三維動態(tài)普及型普及型 26263 3 0.110 1024 0.110 1024 字符字符/ /圖形圖形經(jīng)濟(jì)型經(jīng)濟(jì)型 8 833 10 10 10 10字符字符1.2.3按伺服系統(tǒng)分類按伺服系統(tǒng)分類n1 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床1.2.3按伺服系統(tǒng)分類按伺服系統(tǒng)分類n2 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床1.2.3按伺服系統(tǒng)分類按伺服系統(tǒng)分類3 半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制 數(shù)控機(jī)床（混合式）數(shù)控機(jī)床（混合式）1.2.3按伺服系統(tǒng)分類按伺服系統(tǒng)分類n4、混合控制數(shù)控機(jī)床n開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合1.2.4按運(yùn)動軌跡分類n（一）按控制軌跡的特點(diǎn)分類1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)

15、控鉆床、鏜床、沖床n （進(jìn)給過程中不加工） 2. 直線控制數(shù)控機(jī)床 ：簡易的數(shù)控車床、鏜床 （進(jìn)給過程中可以加工） n3. 輪廓控制數(shù)控機(jī)床：兩軸至五軸聯(lián)動機(jī)床n （可以加工非直線輪廓）1.2.4按運(yùn)動軌跡分類1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向n1.3.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程 1952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(jī)床。半個世紀(jì)以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和六代。 1952年的第一代電子管數(shù)控機(jī)床 1959年的第二代晶體管數(shù)控機(jī)床 1965年的第三代集成電

16、路數(shù)控機(jī)床 1970年的第四代小型計算機(jī)數(shù)控機(jī)床 1974年的第五代微型計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 1990年的第六代基于PC的數(shù)控機(jī)床。1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向n最新一代的數(shù)控機(jī)床：并聯(lián)機(jī)床（又稱6條腿數(shù)控機(jī)床、并聯(lián)運(yùn)動學(xué)機(jī)器人、虛軸機(jī)床）是數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上取得的重大突破。1994年，在美國芝加哥國際機(jī)床展覽會(IMTS94)上，美國GiddingsLewis公司首次展出了Variax型并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床，引起各國機(jī)床研究單位和生產(chǎn)廠家的重視。它是一臺以Stewart平臺為基礎(chǔ)的5坐標(biāo)立式加工中心，標(biāo)志著機(jī)床設(shè)計開始采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，是機(jī)床結(jié)構(gòu)重大改革的里程碑。1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程和發(fā)展方向n并聯(lián)機(jī)床并聯(lián)機(jī)床n并聯(lián)機(jī)床1.3.2數(shù)控機(jī)床發(fā)發(fā)展方向1 高速度高精度化n（1）提高切削速度，不但可以提高加工效率、而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。n（2）.精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、