數(shù)控機(jī)床第1章

課程情況總體簡介授課學(xué)時：課程性質(zhì)：課程任務(wù)：1.掌握數(shù)控機(jī)床的基本原理和基礎(chǔ)知識；2.熟悉數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理；3.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)選用或設(shè)計(jì)組成數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的能力。機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動化專業(yè)的一門主干專業(yè)技術(shù)課，是一門實(shí)踐性、綜合性很強(qiáng)的課程。64學(xué)時數(shù)控機(jī)床簡介四川儀表工業(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

1)

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(shí)現(xiàn)自動化。如：普通車、銑、刨、磨床等

2)

工藝流水作業(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。

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

1)

品種多樣化

2)

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(jì)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

使機(jī)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1.1概述數(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。

1952年，麻省理工學(xué)院和Parsons公司研制成功第一臺數(shù)控機(jī)床在MIT，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了制造自動化的發(fā)展。1.1概述

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求，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(NumericalControl，簡稱NC或數(shù)控)機(jī)床，就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），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。

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)床稱為加工中心。數(shù)控車床圖片數(shù)控車床返回立式數(shù)控銑床圖片臥式數(shù)控銑床返回?cái)?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)字控制（NC，numericalcontrol）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）；

數(shù)控系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的機(jī)電控制設(shè)備；是實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。1.1.1數(shù)控機(jī)床的基本概念計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(ComputerNumericalControl，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(shí)現(xiàn)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)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(jì)算機(jī)數(shù)控(ComputerNumericalToo1)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（NumerialControlMachineTool)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)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(yàn)1.1.2數(shù)控機(jī)床的基本原理過程用數(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1.1.2數(shù)控機(jī)床的基本原理過程選擇并確定需要進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容；進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)；對零件圖形進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理；編寫加工程序(自動編程時為源程序，由計(jì)算機(jī)自動生成目標(biāo)程序—加工程序)；按程序單制作控制介質(zhì)；手動輸入或通訊輸入對程序進(jìn)行校驗(yàn)和修改；試運(yùn)行；刀路模擬首件試加工與現(xiàn)場問題處理；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1.1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成1）控制介質(zhì)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2）數(shù)控系統(tǒng)

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(jì)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3）伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。是由驅(qū)動裝置（伺服驅(qū)動電路等、是伺服電機(jī)的動力源）和執(zhí)行部件（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。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4）反饋系統(tǒng)

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(shí)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5）輔助裝置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、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6）機(jī)床本體

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1.2數(shù)控機(jī)床的分類1.2.1按工藝用途分類1.金屬切削類數(shù)控機(jī)床：數(shù)車、數(shù)銑等2.金屬成型類數(shù)控機(jī)床：擠、沖、拉壓等3.數(shù)控特種加工數(shù)控機(jī)床：線切割、電火花4.其它類型的數(shù)控機(jī)床：三坐標(biāo)測量儀1.2.2按功能水平分類高級型普通型經(jīng)濟(jì)型

性能類別 CPU位數(shù) 聯(lián)動軸數(shù)分辨率(um進(jìn)給速度顯示(m/min) 顯示高級型 32 5 <0.1 >24三維動態(tài)普及型 26 3 0.1~1010~24字符/圖形經(jīng)濟(jì)型 8 <3 <10 <10 字符1.2.3按伺服系統(tǒng)分類1．開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床1.2.3按伺服系統(tǒng)分類2．閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床1.2.3按伺服系統(tǒng)分類

3．半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（混合式）3．半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床1.2.3按伺服系統(tǒng)分類

4、混合控制數(shù)控機(jī)床開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合1.2.4按運(yùn)動軌跡分類（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)控鉆床、鏜床、沖床（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）

3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床：兩軸至五軸聯(lián)動機(jī)床（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1.3.1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——集成電路數(shù)控機(jī)床

1970年的第四代——小型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床

1974年的第五代——微型計(jì)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(IMTS’94)上，美國Giddings＆Lewis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(jì)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)展方向并聯(lián)機(jī)床并聯(lián)機(jī)床并聯(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（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(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。（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、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時的工作量從而提高裝配效率的需要。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對機(jī)電產(chǎn)品