數控機床課件

數控機床課件第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的基本組成1．數控機床的產生隨著科學技術的不斷發(fā)展，機械產品日趨精密、復雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現上述要求的重要技術措施之一，不僅能夠提高產品質量和生產線，降低生產成本，還能改善工人的勞動條件。為此，許多企業(yè)采用自動機床、組合機床和專用機床組成自動或半自動生產線

第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五產生在機械制造工業(yè)中，單件、小批量生產的零件約占機械加工總量的70％-80％?？茖W技術的進步和機械產品市場競爭的日趨激烈，致使機械產品不斷改型、更新換代，批量相對減少，質量要求越來越高。采用專用的自動機床加工這類零件就顯得很不合理，而且調整或改裝用的“剛性”自動生產線投資大、周期長，有時從技術上甚至是不可能實現的。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結構復雜、精度要求高的零件的自動化生產，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產品頻繁變化的“柔性”自動化機床。隨計算機科學技術的發(fā)展，1952年，美國帕森斯公司(Parsons)和麻省理工學院(MIT)合作，研制成功了世界L第一臺以數字計算機為基礎的數字控制(numericalcontrol，簡稱NC)3坐標直線插補銑床，從而使機械制造業(yè)進入了一個新階段。第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的特點

與普通機床相比，數控機床有如下特點：

●對加工對象的適應性強，適應模具等產品單件生產的特點，為模具的制造提供了合適的加工方法；

●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質量；●可進行多坐標的聯動，能加工形狀復雜的零件，

●加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節(jié)省生產準備時間；●機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高（一般為普通機床的3~5倍）；●機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；

●有利于生產管理的現代化數控機床使用數字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為計算機輔助設計、制造及管理一體化奠定了基礎；●對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高；●可靠性高。第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的組成

1、程序及載體（穿孔紙帶、磁帶、磁盤）

2、輸入/輸出設備（紙帶閱讀機、軟盤驅動器及鍵盤（MDI方式）等，還有RS232串行通訊接口，輸出設備主要有CRT顯示器或點陣式液晶顯示器）

3、計算機數控裝置（核心部件，包括微處理器CPU、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)的其他組成部分聯系的接口等）

4、伺服單元（計算機數控裝置和機床本體的聯系環(huán)節(jié)，它的主要功能是把來自CNC裝置的微弱的脈沖指令信息，經過功率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅動機床的運動部件，完成指令規(guī)定的動作，加工出合格的零件。通常伺服單元由進給驅動、主軸驅動和位置驅動三部分組成。）

5、驅動裝置（是數控系統(tǒng)主要的執(zhí)行元件之一，主要功能是把經過放大的指令信號變?yōu)闄C械運動。驅動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等）

6、測量反饋裝置（反饋元件，通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，主要功能是將數控機床各坐標軸的位移指令檢測值反饋到機床的數控裝置中，供計算機數控裝置與指令值比較產生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動）

7、機床主體（主運動部件——主軸、進給機構等完成切削加工；進給運動部件——工作臺、刀架；支撐部件——床身、立柱；輔助裝置——冷卻、潤滑、轉位、夾緊、換刀機械手等）第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的工作原理

1.輸入：零件加工程序一般通過DNC從上一級計算機輸入而來。

2.譯碼：譯碼程序將零件加工程序翻譯成計算機內部能識別的語言。

數控裝置信息處理過程3.數據處理：包括刀具半徑補償、速度計算以及輔助功能的處理。

數控機床的工作流程信息載體輸入裝置運算器輸出裝置伺服系統(tǒng)控制器第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五5.伺服輸出：伺服控制程序的功能是完成本次插補周期的位置伺服計算，并將結果發(fā)送到伺服驅動接口中去4.插補：是在已知一條曲線的種類、起點、終點以及進給速度后，在起點和終點之間進行數據點的密化。數控機床的組成和工作原理零件圖樣程序編制信息載體數控裝置伺服系統(tǒng)機床毛坯工件數控機床加工零件的過程第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的分類1、按數控機床的加工原理分類普通數控機床：數控車床、數控銑床、加工中心、車削中心等（用切削刀具對零件進行切削加工）。特種加工數控機床：線切割數控機床、電火花成型加工數控機床（采用電火花原理對高硬度零件進行切割及形腔進行加工）。2、按數控機床的運動軌跡分類點位控制運動：刀具相對于工件的點定位直線控制運動：刀具或工作臺以給定的速度按直線運動連續(xù)控制運動（輪廓控制運動）：刀具或工作臺按工件的輪廓軌跡運動，運動軌跡為任意方向的直線、圓弧、拋物線或其他函數關系的曲線3、按進給伺服系統(tǒng)的類型分類開環(huán)控制系統(tǒng)：采用步進電機，無位置檢測元件，對執(zhí)行機構不檢測，無反饋控制信號。閉環(huán)控制系統(tǒng)：采用伺服電機，有位置檢測元件和位置比較電路。半閉環(huán)控制系統(tǒng)：位置檢測元件不是測量工作臺的實際位置，而是測量伺服電機的轉角，推算出位移第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五驅動程序步進電機工作臺指令位置比較速度控制工作臺指令伺服電機速度檢測位置檢測反饋指令位置比較速度控制工作臺伺服電機速度檢測位置檢測反饋開環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)數控機床的分類第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的坐標系１、機床坐標系的確定（1）機床相對運動的規(guī)定在機床上，我們始終認為工件靜止，而刀具是運動的。這樣編程人員在不考慮機床上工件與刀具具體運動的情況下，就可以依據零件圖樣，確定機床的加工過程。（2）機床坐標系的規(guī)定標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關系用右手笛卡爾直角坐標系決定。在數控機床上，機床的動作是由數控裝置來控制的，為了確定數控機床上的成形運動和輔助運動，必須先確定機床上運動的位移和運動的方向，這就需要通過坐標系來實現，這個坐標系被稱之為機床坐標系。例如銑床上，有機床的縱向運動、橫向運動以及垂向運動。在數控加工中就應該用機床坐標系來描述。第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的坐標系標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關系用右手笛卡爾直角坐標系決定：①伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90°。則大拇指代表X坐標，食指代表Y坐標，中指代表Z坐標。②大拇指的指向為X坐標的正方向，食指的指向為Y坐標的正方向，中指的指向為Z坐標的正方向。③圍繞X、Y、Z坐標旋轉的旋轉坐標分別用A、B、C表示，根據右手螺旋定則，大拇指的指向為X、Y、Z坐標中任意軸的正向，則其余四指的旋轉方向即為旋轉坐標A、B、C的正向。第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五（3）運動方向的規(guī)定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標軸的正方向，下圖為數控車床上兩個運動的正方向。數控機床的坐標系第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的坐標系２、坐標軸方向的確定（1）Z坐標Z坐標的運動方向是由傳遞切削動力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標軸即為Z坐標，Z坐標的正向為刀具離開工件的方向。（2）X坐標X坐標平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內，且垂直于Z軸。則刀具離開工件的方向為X坐標的正方向，確定X軸的方向時，要考慮：①工件做旋轉運動的機床，取平行于橫向導軌的方向（即工件徑向）為刀具運動的X方向。②刀具做旋轉運動的機床，則分為兩種情況：Z坐標水平時，觀察者沿刀具主軸后端向工件看時，+X運動方向指向右方；Z坐標垂直時，觀察者面對刀具主軸向立柱看時，+X運動方向指向右方。下圖所示為數控車床的X坐標。

③對于沒有回轉軸或沒有回轉工件的機床，X軸平行于主要切削方向，且以該方向為正方向。第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的坐標系（3）Y坐標在確定X、Z坐標的正方向后，可以用根據X和Z坐標的方向，按照右手直角坐標系來確定Y坐標的方向。第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的坐標系3、機床原點的設置

機床原點是指在機床上設置的一個固定點，即機床坐標系的原點。它在機床裝配、調試時就已確定下來，是數控機床進行加工運動的基準參考點。（1）數控車床的原點在數控車床上，機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處。同時，通過設置參數的方法，也可將機床原點設定在X、Z坐標的正方向極限位置上。第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的坐標系4、機床參考點機床參考點是用于對機床運動進行檢測和控制的固定位置點。機床參考點的位置是由機床制造廠家在每個進給軸上用限位開關精確調整好的，坐標值已輸入數控系統(tǒng)中。因此參考點對機床原點的坐標是一個已知數。通常在數控銑床上機床原點和機床參考點是重合的；而在數控車床上機床參考點是離機床原點最遠的極限點。下圖為數控車床的參考點與機床原點。第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的坐標系5、編程坐標系編程坐標系是編程人員根據零件圖樣及加工工藝等建立的坐標系。編程坐標系一般供編程使用，確定編程坐標系時不必考慮工件毛坯在機床上的實際裝夾位置。如左圖所示，其中O2即為編程坐標系原點。編程原點是根據加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標系的原點。編程原點應盡量選擇在零件的設計基準或工藝基準上，編程坐標系中各軸的方向應該與所使用的數控機床相應的坐標軸方向一致，如右圖所示為車削零件的編程原點。第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期五數控機床的坐標系6、加工坐標系（1）加工坐標系的確定：加工坐標系是指以確定的加工原點為基準所建立的坐標系。加工原點也稱為程序原點，是指零件被裝夾好后，相應的編程原點在機床坐標系中的位置。（2）加工坐標系的設定：在機床坐標系中直接設定加工原點。例：以下圖為例，在配置FANUC-OM系統(tǒng)的立式數控銑床上設置加工原點03。①加工坐標系的選擇：編程原點設置在工件軸心線與工件底端面的交點上。設工作臺工作面尺寸為800mm×320mm，若工件裝夾在接近工作臺中間處，則確定了加工坐標系的位置，其加工原點03就在距機床原點O1