數(shù)控機床基礎(chǔ)知識教案

§1－1數(shù)控與數(shù)控機床§1－2數(shù)控機床的分類和常見數(shù)控機床簡介§1－3數(shù)控機床的加工特點第一章數(shù)控機床基礎(chǔ)知識第一章數(shù)控機床基礎(chǔ)知識1

機床是人類社會生產(chǎn)力發(fā)展的重要標(biāo)志，隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，各機械制造業(yè)迅速發(fā)展，零件的形狀越來越復(fù)雜，精度及批量生產(chǎn)要求越來越高，數(shù)控機床及其應(yīng)用技術(shù)應(yīng)運而生并在生產(chǎn)實踐中顯示了優(yōu)越和強大的生命力。提供了一種自動化加工手段。1.1數(shù)控與數(shù)控機床2

一、數(shù)控與數(shù)控機床的概念數(shù)控又稱為數(shù)字控制(NumericalControl),是一種利用數(shù)字化信息發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術(shù).（簡稱數(shù)控）——將通過計算機進行自動控制的技術(shù)統(tǒng)稱為數(shù)控技術(shù)。數(shù)控技術(shù):1.數(shù)控的定義

數(shù)控：3

2.數(shù)控加工的特點加工工藝是否先進、合理關(guān)系到加工質(zhì)量的憂慮，在編制加工程序時必須認真分析加工過程的每一個細節(jié)，以免出現(xiàn)事故。（1）加工過程規(guī)范零件的切削用量的確定及機床的輔助控制都在加工前預(yù)先設(shè)計及優(yōu)化處理，安排在規(guī)范的加工程序中并自動控制完成，不會受到人工干預(yù)。（2）工藝制定嚴(yán)密4

3.數(shù)控機床定義數(shù)字控制機床：(NumericalControlMachineTools)數(shù)控機床是采用了數(shù)字控制技術(shù)的加工設(shè)備,它通過數(shù)字化信息對機床的運動方向及加工過程進行控制,實現(xiàn)要求的機械動作,并自動完成加工任務(wù).它是一種典型的技術(shù)密集且自動化程度很高的機電一體化產(chǎn)品.

簡稱數(shù)控機床。它把機械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。5

數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展:

數(shù)控機床誕生于美國.1952年,美國帕森斯公司與麻省理工學(xué)院共同研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床,用來加工直升機葉片輪廓檢查用樣板.半個世紀(jì)以來,數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展,其加工精度和加工效率不斷提高.數(shù)控機床發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段共六個時代.1.硬件數(shù)控階段:(NC)：早期的計算機運算速度低,不能適應(yīng)機床實時控制的要求,人們只好用數(shù)字邏輯電路搭成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng),這就是硬件連接數(shù)控,簡稱數(shù)控(NC).這個階段一共經(jīng)歷了三代,即第一代的電子管數(shù)控機床,第二代的晶體管數(shù)控機床,第三代的小規(guī)模集成電路數(shù)控機床.2.計算機數(shù)控階段:(CNC)：這個階段也經(jīng)歷了三代:即第四代的小型計算機數(shù)控機床,第五代的微型計算機數(shù)控機床以及第六代基于PC的數(shù)控機床.前三代數(shù)控機床采用專用控制計算機的硬件數(shù)控裝置,早已被淘汰;后三代的數(shù)控機床,則以小型／微型計算機取代硬件控制計算機作為核心部件，數(shù)控機床的許多控制功能由專用軟件實現(xiàn),其數(shù)控系統(tǒng)被稱為軟件控制系統(tǒng),又稱CNC系統(tǒng).6數(shù)控機床的特點:1.具有高柔性.2.生產(chǎn)效率高,減少輔助時間和機動時間.3.加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定.4自動化程度高,勞動強度低.5能加工形狀復(fù)雜的零件.7

二、數(shù)控機床的組成控制介質(zhì)數(shù)控裝置伺服機構(gòu)輔助控制裝置檢測裝置機床本體

外觀圖8

數(shù)控機床組成示意圖9

1.控制介質(zhì)將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的程序載體，常用的有磁盤、U盤等移動硬盤U盤磁盤10加工信息即數(shù)控程序，，是數(shù)控機床床自動加工零零件的工作指指令。在對加加工零件進行行工藝分析的的基礎(chǔ)上，確確定零件坐標(biāo)標(biāo)系在機床坐坐標(biāo)系上的相相對位置，即即零件在機床床上的安裝位位置；刀具與與零件相對運運動的尺寸參參數(shù)；零件加加工的工藝路路線、切削加加工的工藝參參數(shù)以及輔助助裝置的動作作等。得到零零件的所有運運動、尺寸、、工藝參數(shù)等等加工信息后后，用由文字字、數(shù)字和符符號組成的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼碼，按規(guī)定的的方法和格式式，編制零件件加工的數(shù)控控程序單。編編制程序的工工作可由人工工進行；對于于形狀復(fù)雜的的零件，則要要在專用的編編程機或通用用計算機上進進行自動編程程（APT），或CAD/CAM設(shè)計。編好的的數(shù)控程序，，存放在便于于輸入到數(shù)控控裝置的一種種介質(zhì)上，它它可以是磁帶帶和磁盤等，，采用哪一種種存儲載體，，取決于數(shù)控控裝置的設(shè)計計類型。112.數(shù)控裝置——數(shù)控機床的核核心。它由輸輸入裝置（如如鍵盤）、控控制運算器和和輸出裝置（（如顯示器））等構(gòu)成。接受控制介質(zhì)質(zhì)上的數(shù)字化化信息，經(jīng)過過控制軟件或或邏輯電路進進行編譯、運運算和邏輯處處理后，輸出出各種信號和和指令，控制制機床的各個個部分，進行行規(guī)定的、有有序的運動。?！獙?shù)控機床進進行指揮、控控制123.伺服機構(gòu)——驅(qū)動機床執(zhí)行行機構(gòu)實施運運動伺服機構(gòu)——數(shù)控機床的執(zhí)執(zhí)行機構(gòu)，由由驅(qū)動和執(zhí)行行兩大部分組組成。它接受受數(shù)控裝置的的指令信息，，并按指令信信息的要求控控制執(zhí)行部件件的進給速度度、方向和位位移。脈沖當(dāng)量——每一脈沖使機機床移動部件件產(chǎn)生的位移移量。常用的的脈沖當(dāng)量為為0.001mm～0.01mm。常用的位移執(zhí)執(zhí)行機構(gòu)有功功率步進電動動機、直流伺伺服電動機、、交流伺服電電動機。伺服電動機驅(qū)動裝置13輔助控制裝置置——介于數(shù)控裝置置和機床機械械、液壓部件件之間的強電電控制裝置。。作用：接受數(shù)數(shù)控裝置輸出出的主運動變變速、刀具選選擇和交換、、輔助動作等等指令信息，，經(jīng)過必要的的編譯、邏輯輯判斷、功率率放大后，直直接驅(qū)動相應(yīng)應(yīng)的電氣、液液壓和機械部部件，以完成成各種規(guī)定的的動作。4．輔助控制裝置置可編程控制器器（PLC）14可編程控制器器(PLC)具有響應(yīng)快，，性能可靠，，易于使用，，編程和修改改程序，并可可直接驅(qū)動機機床電氣等特特點而成為廣廣泛應(yīng)用的數(shù)數(shù)控機床輔助助控制裝置。。15作用：檢測數(shù)數(shù)控機床各個個坐標(biāo)軸的實實際位移量，，經(jīng)反饋系統(tǒng)統(tǒng)輸入到機床床的數(shù)控裝置置中。數(shù)控裝裝置將反饋回回來的實際位位移量與設(shè)定定值進行比較較，控制伺服服機構(gòu)按指令令設(shè)定值運動動。常用檢測元件件：直線光柵柵、光電編碼碼器、圓光柵柵、絕對編碼碼尺等。5．檢測反饋裝置直線光柵光電編碼器5．檢測反饋裝置166.機床本體數(shù)控機床的機機床本體與傳傳統(tǒng)機床相似似，由主軸傳傳動裝置、進進給傳動裝置置、床身、工工作臺以及輔輔助運動裝置置、液壓氣動動系統(tǒng)、潤滑滑系統(tǒng)、冷卻卻裝置等組成成。但數(shù)控機機床在整體布布局、外觀造造型、傳動系系統(tǒng)、刀具系系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以以及操作機構(gòu)構(gòu)等方面都已已發(fā)生了很大大的變化。這這種變化的目目的是為了滿滿足數(shù)控機床床的要求和充充分發(fā)揮數(shù)控控機床的特點點。數(shù)控機床的主主體，是用于于完成各種切切削加工的機機械部分17數(shù)控機床的主主要三大部分分：（1）機床主體——機床床身。（2）數(shù)控裝置——對數(shù)控機床進進行指揮、控控制。（3）伺服機構(gòu)——驅(qū)動機床執(zhí)行行機構(gòu)實施運運動。18工作過程三、數(shù)控機床床的工作原理理19數(shù)控機床的加加工步驟：（1）根據(jù)零件圖圖樣進行各項項準(zhǔn)備。（2）按規(guī)定格式式編制出加工工程序。（3）將加工程序序以代碼形式式完整記錄在在信息（4）將代碼輸入入到數(shù)控裝置置中。（5）數(shù)控裝裝置將結(jié)果以以脈沖信號形形式向伺服系系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行行信號（6）伺服系統(tǒng)向向執(zhí)行電機驅(qū)驅(qū)動機床進給給機構(gòu)發(fā)出嚴(yán)嚴(yán)格指令。（7）機床自動加加工出合格零零件201機床坐標(biāo)系（（標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系系）四數(shù)控機床床的坐標(biāo)系機床坐標(biāo)系編編程坐標(biāo)標(biāo)系應(yīng)用目的：為確定機床上上運動的位移移和方向，需需建立坐標(biāo)系系21為了確定機床床的運動方向向與運動距離離,以描述刀具與與工件之間的的位置與變化化關(guān)系,我們需要建立立機床坐標(biāo)系系.確認機床坐標(biāo)標(biāo)系應(yīng)遵循的的基本原則是是:(1)刀具相對于靜靜止零件運動動原則.(2)機床坐標(biāo)系采采用右手直角角笛卡爾坐標(biāo)標(biāo)系.（1）機床坐標(biāo)標(biāo)系的規(guī)定右手的大拇指指、食指和中指互互相垂直時,拇指的方向為為X軸的正方向,食指為Y軸的正方向,中指為Z軸的正方向.以X、Y、Z坐標(biāo)軸線或以以與X、Y、Z坐標(biāo)軸平行的的坐標(biāo)軸線為為中心旋轉(zhuǎn)的的圓周進給坐坐標(biāo)軸分別以以A、B、C表示,其正方向由右右手螺旋法則則確定.22機床坐標(biāo)系的的方向規(guī)定：：將增大刀具具與工件距離離的方向確定定為各坐標(biāo)軸軸的正方向，，23機床坐標(biāo)系各各坐標(biāo)軸確定定的順序先確定Z軸:與主軸軸線平平行或重合的的坐標(biāo)軸為Z軸,以刀具遠離工工件的方向為為正向.再確定X軸:平行于工件裝裝夾面,與Z軸垂直的水平平方向的坐標(biāo)標(biāo)軸為X軸,以刀具遠離工工件的方向為為正向.最后確定Y軸:當(dāng)X軸和Z軸確定以后,利用右手法則則確定Y軸及其正方向向.24模塊二數(shù)控控機床結(jié)構(gòu)及主要部部件+Ｚ+Ｘ+Ｙ0立式數(shù)控銑床床坐標(biāo)系+Ｚ+Ｙ025（2）機床坐標(biāo)系系、機床零點點和機床參考考點機床原點又稱稱機床零點，，也就是機床床坐標(biāo)系的原原點，是指在在機床上設(shè)置置的一個固定定點，它在機機床裝配、調(diào)調(diào)試時就確定定了，是數(shù)控控機床進行加加工運動的基基準(zhǔn)參考點，，由廠家設(shè)定位位置,不允許用戶更更改.。而機床參考點點是機床位置置測量系統(tǒng)的的基準(zhǔn)點,一般位于機床床各坐標(biāo)軸正正向極限位置置的附近,與機床原點的的距離是固定定的.機床參考點可可以與機床零零點重合，也也可以不重合合，通過參數(shù)數(shù)指定機床參參考點到機床床零點的距離離。銑床一般兩點點重合，車床床不重合。機床回到了參參考點位置，，也就知道了了該坐標(biāo)軸的的零點位置，，找到所有坐坐標(biāo)軸的參考考點，CNC就建立起了機機床坐標(biāo)系。。只有機床的的參考點確認認后，刀具（（或工作臺））的移動才有有基準(zhǔn)。262.編程坐標(biāo)系（（工件坐標(biāo)系系）、程序原原點和對刀點點編程坐標(biāo)系也也稱為工件坐坐標(biāo)系，是編編程人員在編編程時使用的的，編程人員員選擇工件上上的某一已知知點為原點（（也稱程序原原點），建立立一個新的坐坐標(biāo)系，稱稱為工件坐標(biāo)標(biāo)系。工件坐坐標(biāo)系一旦建建立便一直有有效，直到被被新的工件件坐標(biāo)系所取取代。確定編編程坐標(biāo)系時時不必考慮工工件毛坯在機機床上的實際際裝夾位置。。工工件件坐標(biāo)系的原原點選擇要盡盡量滿足編程程簡單，尺寸寸換算少，引引起的加工工誤差小等條條件。一般情情況下，程序序原點應(yīng)選在在尺寸標(biāo)注注的基準(zhǔn)或定定位基準(zhǔn)上。。對車床編程程而言，工件件坐標(biāo)系原點點一般選在在，工件軸線線與工件的前前端面、后端端面、卡爪前前端面的交點點上。27對刀點是零件件程序加工的的起始點，也也稱為“起刀刀點”或“程程序起點”。。對刀的目的的是確定程序序原點在機床床坐標(biāo)系中的的位置，對刀刀點可與程序序原點重合，，也可在任何何便于對刀刀之處，但該該點與程序原原點之間必須須有確定的坐坐標(biāo)聯(lián)系?？煽梢酝ㄟ^CNC將相對于程序序原點的任意意點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為相對于于機床零點的的坐標(biāo)。對刀點選擇的的原則：1、找正容易；；2、編程方便；；3、對刀誤差小?。?、加工時檢查查方便、可靠靠。對刀使刀位點與對對刀點重合的的操作。刀位位點指刀具的的定位基準(zhǔn)點點。刀位點是指刀刀具的定位基基準(zhǔn)點，對于于各種立銑刀刀，一般取刀刀具軸線與刀刀具底端面的的交點；對車車刀取刀尖；；鉆頭取鉆尖尖。281.2數(shù)控機床分類類和常見數(shù)控控機床簡介1.按控制運動的的軌跡分類點位控制數(shù)控控機床直線控制數(shù)控控機床連續(xù)控制數(shù)控控機床一、數(shù)控機床床的分類數(shù)控機床的分分類方法很多多，目前無統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)定，下下面介紹幾種種常用的分類類方法：29實行點對點的的準(zhǔn)確控制，，而對其點到到點之間的運運動軌跡不作作要求，刀具具在定位運動動過程中不進進行切削，只只是快速進給給到定位位置置（不與工件件接觸）。1）點位控制數(shù)數(shù)控機床數(shù)控鉆床、數(shù)數(shù)控沖床屬于于點位控制數(shù)數(shù)控機床。2）直線控制數(shù)數(shù)控機床除了要控制刀刀具相對于工工件（或工作作臺）的起點點和終點的準(zhǔn)準(zhǔn)確位置外，，還要控制每每一程序段的的起點與終點點的位移過程程，使刀具以以給定的進給給速度作平行行于某一坐標(biāo)標(biāo)軸方向的直直線運動。1-20數(shù)控車床、數(shù)數(shù)控磨床屬于直線控制制數(shù)控機床。。303）連續(xù)控制數(shù)數(shù)控機床又稱輪廓控制制數(shù)控機床，，能同時對兩兩個或兩個以以上的坐標(biāo)軸軸進行控制，，從而按給定定的規(guī)律和速速度進行準(zhǔn)確確的輪廓控制制，使其運動動軌跡成為所所需要的直線線、曲線或曲曲面。數(shù)控車床、數(shù)數(shù)控銑床、線線切割機床屬于連續(xù)控制制數(shù)控機床。。31二、按伺服系系統(tǒng)的類型分分類數(shù)控機床伺服服驅(qū)動系統(tǒng)的的基本組成如如圖所示。數(shù)數(shù)控機床的伺伺服驅(qū)動系統(tǒng)統(tǒng)按有無反饋饋檢測單元分分為開環(huán)和閉閉環(huán)兩種類型型，這兩種類類型的伺服驅(qū)驅(qū)動系統(tǒng)的基基本組成不完完全相同。按按伺服系統(tǒng)統(tǒng)的特點，可可分為：32（1）開環(huán)控制數(shù)數(shù)控機床特點：控制系統(tǒng)不帶帶反饋裝置，，執(zhí)行機構(gòu)采采用步進電動動機工作原理：數(shù)控裝置發(fā)出出的脈沖指令令通過步進驅(qū)驅(qū)動電路，使使步進電動機機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的的步距角，再再經(jīng)傳動系統(tǒng)統(tǒng)帶動工作臺臺移動優(yōu)缺點：精度不高、結(jié)結(jié)構(gòu)簡單、工工作穩(wěn)定，價價格低33（2）閉環(huán)控制數(shù)數(shù)控機床特點：在工作臺上安安裝直線位移移檢測裝置，，將測量的位位移值反饋到到數(shù)控裝置中中，與輸入的的指令值比較較，再控制，，消除差值。。優(yōu)缺點：精度高、結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜、價格格高34（3）半閉環(huán)控制制數(shù)控機床特點：反饋環(huán)內(nèi)沒有有傳動系統(tǒng)，，傳動誤差仍仍影響工作臺臺的位移精度度，故稱半閉閉環(huán)控制優(yōu)缺點：精度沒閉環(huán)高高，但調(diào)試簡簡單，穩(wěn)定性好、價價格低35三、按數(shù)控機機床的顯示分分類（1）低檔數(shù)控控機床特點：經(jīng)濟型型，根據(jù)加工工要求，合理理簡化系統(tǒng)。。一般采用開環(huán)環(huán)步進電動機機驅(qū)動，用數(shù)數(shù)碼管或CRT顯示。36（2）中檔數(shù)控機機床特點：用比較較齊全的CRT顯示，顯示字字符和圖形，，人機對話。。（3）高檔數(shù)控機機床特點：CRT具有中檔功能能外，還具有有三維圖形顯顯示。37二常見數(shù)控控機床簡介1.數(shù)控車床特點：兩軸聯(lián)動，Z軸與主軸方向向平行的運動動；X軸是在水平面面內(nèi)與主軸方方向垂直的運運動382.數(shù)控銑床特點：加工復(fù)雜三維維曲面，操作作方便，靈活活，在汽車，，模具，航天天等行業(yè)廣泛泛應(yīng)用393.加工中心特點：具有自動刀具具交換裝置，，并能進行多多種工序加工工的數(shù)控機床床。一次裝夾夾即可完成銑銑鏜賺鉸攻螺螺紋等多到工工序的加工。。分為立式，，臥式和萬能能加工中心。。404.數(shù)控磨床特點：加工高硬度、、高精度表面面，有平面磨磨床、內(nèi)圓磨磨床、輪廓磨磨床5.數(shù)控鉆床特點：鉆孔，攻螺紋紋，銑削等功功能。有立式式和臥式鉆床床416.數(shù)控電火花成成型機床特點：特種加工機床床，其原理是是利用兩個不不同極性的電電極的放電，，去除材料完完成加工。適適用于復(fù)雜模模具及難加工工材料的加工工。42電動（或液壓壓）回轉(zhuǎn)刀架