機電一體化概論教案

機電一體化概論教案第1頁/共55頁1.1定義數控技術（NumericalControlTechnology）數控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）計算機數控系統(tǒng)（ComputerNumericalControl——CNC）數控機床（NumericalControlMachineTools）第2頁/共55頁1.1.1數控技術利用數字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。具體實現：數控機床、三坐標測量儀、機器人、繪圖儀、折彎機、彎管機、切割機（線、火焰、激光）等。第3頁/共55頁1.1.2數控系統(tǒng)用來實現數字信息控制的硬件和軟件的整體。核心：數控裝置。用計算機進行控制的稱為計算機數控系統(tǒng)。第4頁/共55頁1.1.3數控機床采用數控技術進行控制的機床。采用的技術：計算機技術自動控制技術精密測量技術機床設計技術第5頁/共55頁1.2NC發(fā)展歷史1、產生背景單件、小批量、復雜型面（圖）高效率、高精度、高自動化2、發(fā)展過程1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一臺三座標數控機床。1955年，第一臺工業(yè)用數控機床由美國Bendix公司生產出來。從1952年至今，NC機床按NC系統(tǒng)的發(fā)展經歷的五代。第6頁/共55頁NC機床發(fā)展經歷第一代：1955年NC系統(tǒng)以電子管組成，體積大，功耗大。第二代：1959年NC系統(tǒng)以晶體管組成，廣泛采用印刷電路板。第三代：1965年NC系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路作為硬件，其特點是體積小，功耗低，可靠性進一步提高。以上三代NC系統(tǒng)，由于其數控功能均由硬件實現，故歷史上又稱其為“硬線NC”第7頁/共55頁NC機床發(fā)展經歷第四代：1970年NC系統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路，其部分功能由軟件實現，它具有價格低，可靠性高和功能多等特點。第五代：1974年NC系統(tǒng)以微處理器為核心，不僅價格進一步降低，體積進一步縮小，使實現真正意義上的機電一體化成為可能。第8頁/共55頁NC機床發(fā)展經歷第五代又可分為六個發(fā)展階段：1974年：系統(tǒng)采用CRT顯示，大容量磁泡存儲器，可編程接口和遙控接口等。1979年：系統(tǒng)以位片微處理器為核心，有字符顯示，自診斷功能。1981年：具有人機對話、動態(tài)圖形顯示、實時精度補償功能。1986年：數字伺服控制誕生，大慣量的交直流電機進入實用階段。1988年：采用高性能32位機為主機的主從結構系統(tǒng)。1994年：基于PC的NC系統(tǒng)誕生，使NC系統(tǒng)的研發(fā)進入了開放型、柔性化的新時代，新型NC系統(tǒng)的開發(fā)周期日益縮短。它是數控技術發(fā)展的又一個里程碑。第9頁/共55頁1.3NC機床特點柔性高（能適應不同零件的自動加工）效率高精度高質量穩(wěn)定有利于生產管理第10頁/共55頁1.4NC機床控制原理及組成1.4.1NC機床控制原理數控裝置伺服系統(tǒng)加工程序數控系統(tǒng)實質上是完成了手工加工中操作者的部分工作數控程序幾何信息：刀具、工件的相對運動工藝信息：主運動和進給運動的速度、切深等輔助信息：主運動變速、刀具更換、冷卻液啟/停、工件夾緊/松開第11頁/共55頁1.4.2NC機床的組成第12頁/共55頁1.5NC機床分類1.5.1按運動軌跡分類點位控制數控機床直線控制數控機床輪廓控制數控機床1.5.2按伺服系統(tǒng)分類開環(huán)半閉環(huán)閉環(huán)第13頁/共55頁點位控制數控機床用于加工平面內的孔系，如數控鉆床、數控鏜床、數控沖床、印刷電路板鉆孔機、三坐標測量機等第14頁/共55頁直線控制數控機床第15頁/共55頁平面輪廓加工數控機床空間輪廓加工數控機床三坐標控制兩坐標聯動機床使用“行切法”進行加工三坐標聯動加工四坐標聯動加工五坐標聯動加工注：五軸聯動數控機床系統(tǒng)，從某種意義上說，反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況輪廓控制數控機床第16頁/共55頁平面輪廓加工數控機床第17頁/共55頁行切法加工空間輪廓第18頁/共55頁三坐標聯動加工第19頁/共55頁四坐標聯動加工第20頁/共55頁重型燃機、汽輪機等的葉片制造第21頁/共55頁葉片制造第22頁/共55頁五軸五聯動加工中心第23頁/共55頁開環(huán)第24頁/共55頁半閉環(huán)第25頁/共55頁閉環(huán)第26頁/共55頁按功能水平分類高級型數控系統(tǒng)普及型數控系統(tǒng)經濟型數控系統(tǒng)第27頁/共55頁性能類別CPU位數聯動軸數分辨率(um)進給速度(m/min)顯示高級型325<0.1>24三維動態(tài)普及型1630.1～1010～24字符/圖形經濟型8<3<10<10字符表1.1數控系統(tǒng)的功能分類第28頁/共55頁存在的問題及主要技術指標問題：造價較高，很多企業(yè)特別是小企業(yè)還無法接受；調試和維修比較復雜，需要專門的技術人員;對編程人員的技術水平要求較高。數控裝置的主要技術指標控制軸數和聯動軸數脈沖當量（控制分辨率）定位精度和重復精度行程主軸轉速和調節(jié)范圍進給速度和調節(jié)范圍準備功能（G功能）輔助功能（M功能）自動加減速功能開關量接口第29頁/共55頁數控機床的應用范圍第30頁/共55頁數控機床對刀具的要求精度較高、壽命高、尺寸穩(wěn)定、變化??；快速換刀；刀柄應為標準系列；能很好地控制切屑的折斷、卷曲和排出；具有很好的可冷卻性能。第31頁/共55頁數控技術的發(fā)展趨勢高速高精度智能化應用自適應控制技術自動編程技術具有故障自動診斷功能應用模式識別技術開放式數控系統(tǒng)基于網絡的數控系統(tǒng)提高數控系統(tǒng)的可靠性數字制造第32頁/共55頁大型立式數控車床第33頁/共55頁立式銑削加工中心第34頁/共55頁臥式雙轉塔數控車床第35頁/共55頁數控加工中心第36頁/共55頁錐度電火花線切割機床第37頁/共55頁數控刀具第38頁/共55頁組合式刀具及刀桿第39頁/共55頁數控車削刀具組成第40頁/共55頁數控銑削刀具組成第41頁/共55頁立式加工中心加工葉輪第42頁/共55頁被加工出的各種工件第43頁/共55頁在車削加工中心上進行銑削第44頁/共55頁第一代數控機床第45頁/共55頁第46頁/共55頁效率高效率（p）與單件工時（t）相關p=1/tt=t加工+t輔助t加工↓機床功率大，可提供更大的進給、切深；無極調速，進給速度范圍廣，可找到合適的速度；復雜型面零件加工。t輔助↓輔助設備：自動換刀、準備工作臺；可實現工序集中第47頁/共55頁精度高機床本身的制造精度高采用數字量控制，不受零件形狀復雜程度影響采用補償機制間隙補償（齒輪側隙、絲杠螺母副間隙等）刀具磨損補償第48頁/共55頁質量穩(wěn)定加工按照數控程序進行，人為影響小記憶能力操作水平責任心第49頁/共55頁有利于生產管理能準確計劃零件的加工工時簡化檢驗工作減輕了工夾具、半成品的管理工作減少了因誤操作而出廢品及損壞刀具的可能第50頁/共55頁輸入/輸出裝置作用輸入：數控程序、加工與控制數據、機床參數輸出：坐標軸位置、檢測開關的狀態(tài)裝置鍵盤、顯示器、光電閱讀機、磁帶機、軟盤驅動器第51頁/共55頁數控裝置（MCU）組成：輸入/輸出接口線路、控制器、運算器、存儲器作用：將輸入裝置輸入的數據，通過內部邏輯電路或控制軟件進行編輯、運算和處理，并輸出各種信息和指令，以控制機床的各部分進行規(guī)定的動作第52頁/共55頁伺服驅動作用根據數控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移