中職教材數(shù)控機床的認識

課題1認識數(shù)控機床1.1實訓目的1.11.2相關(guān)知識1.21.3實訓內(nèi)容1.31.1實訓目的掌握數(shù)控機床的組成及種類，熟悉數(shù)控機床的加工特點和加工對象，了解數(shù)控機床的產(chǎn)生背景、發(fā)展趨勢及先進的制造技術(shù)。1.2相關(guān)知識數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)控機床的概念及組成數(shù)控機床的種類與應用數(shù)控機床加工的特點及應用先進制造技術(shù)1.2.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展

1．數(shù)控機床的產(chǎn)生

1952年的第一代——電子管數(shù)控機床

1959年的第二代——晶體管數(shù)控機床

1965年的第三代——集成電路數(shù)控機床

1970年的第四代——小型計算機數(shù)控機床

1974年的第五代——微型計算機數(shù)控系統(tǒng)

1990年的第六代——基于PC的數(shù)控機床。2．數(shù)控機床的發(fā)展趨勢（1）高速度高精度化（2）多功能化（3）智能化（4）小型化（5）高可靠性1.2.2數(shù)控機床的概念及組成

1．數(shù)控機床的基本概念（1）數(shù)控（NumericalControl，簡稱NC）

是采用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的方法。（2）數(shù)控機床（NumericallyControlledMachinetool）是指裝備了計算機數(shù)控系統(tǒng)的機床，簡稱CNC機床。2．數(shù)控機床加工零件的過程

①根據(jù)零件加工圖樣進行工藝分析。②編寫零件加工程序單。③輸入或傳輸程序。④將加工程序進行刀具路徑模擬、試運行等。⑤通過對機床的正確操作，運行程序，完成零件的加工。3．數(shù)控機床的組成（1）輸入輸出裝置

在數(shù)控機床上加工零件時，首先根據(jù)零件圖紙上的零件形狀、尺寸和技術(shù)條件，確定加工工藝，然后編制出加工程序，程序通過輸入裝置，輸送給機床數(shù)控系統(tǒng)，機床內(nèi)存中的零件加工程序可以通過輸出裝置傳出。輸入輸出裝置是機床與外部設備的接口，常用輸入裝置有軟盤驅(qū)動器、RS232C串行通信口、MDI方式等。

（2）CNC裝置

CNC裝置是數(shù)控機床的核心，它接受輸入裝置送來的數(shù)字信息，經(jīng)過控制軟件和邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，使設備按規(guī)定的動作執(zhí)行。現(xiàn)在的CNC裝置通常由一臺通用或?qū)Ｓ梦⑿陀嬎銠C構(gòu)成。（3）伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行部分，其作用是把來自CNC裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床的運動，使機床工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出符合圖紙要求的零件。伺服系統(tǒng)一般包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分，常用執(zhí)行機構(gòu)有步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機等。

（4）機床本體

機床本體是數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)實體，主要包括主運動部件、進給運動部件（如工作臺、刀架）、支承部件（如床身、立柱等），還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位部件，如夾緊、換刀機械手等輔助裝置。與普通機床相比，數(shù)控機床的整體布局、外觀造型、傳動機構(gòu)、工具系統(tǒng)及操作機構(gòu)等方面都發(fā)生了很大的變化。

1.2.3數(shù)控機床的種類與應用

按工藝用途可分為金屬切削類數(shù)控機床、金屬成型類數(shù)控機床、數(shù)控特種加工機床、其它類型的數(shù)控機床。

1．按工藝用途分類

（1）金屬切削類數(shù)控機床

指采用車、銑、鏜、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機床。包括數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。加工中心，也稱為可自動換刀的數(shù)控機床。這類數(shù)控機床都帶有一個刀庫和自動換刀系統(tǒng)，刀庫可容納16～100多把刀具。

（2）金屬成型類數(shù)控機床

指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機床。包括數(shù)控折彎機、數(shù)控組合沖床、數(shù)控彎管機、數(shù)控壓力機等。（3）數(shù)控特種加工機床

如數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控火焰切割機床、數(shù)控激光切割機床等。（4）其它類型的數(shù)控機床

如數(shù)控三坐標測量儀、數(shù)控對刀儀、數(shù)控繪圖儀等。2．按機床運動的控制軌跡分類

要求控制機床的移動部件從某一位置移動到另一位置的準確定位，對于兩位置之間的運動軌跡不作嚴格要求，在移動過程中刀具不進行切削加工。（1）點位控制數(shù)控機床除了控制點與點之間的準確定位外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條與機床坐標軸平行的直線，而且對移動的速度也要進行控制，因為這類數(shù)控機床在兩點之間移動時要進行切削加工。

（2）直線控制數(shù)控機床能夠?qū)蓚€或兩個以上的運動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可以進行曲線或曲面的加工。（3）輪廓控制數(shù)控機床3．按伺服控制的方式分類

是不帶反饋的控制系統(tǒng)，輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運算，發(fā)出指令脈沖，通過環(huán)形分配器和驅(qū)動電路，使步進電機或電液伺服電機轉(zhuǎn)過一個步距角。再經(jīng)過減速齒輪帶動絲杠旋轉(zhuǎn)最后轉(zhuǎn)換為工作臺的直線移動。（1）開環(huán)控制系統(tǒng)

是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移測量裝置（如感應同步器和光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，由于慣性較大的機床移動部件不包括在檢測范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）半閉環(huán)控制系統(tǒng)

是在機床移動部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移進行比較，用偏差進行控制，使移動部件按照實際的要求運動，最終實現(xiàn)精確定位。

（3）閉環(huán)控制系統(tǒng)

4．按控制坐標軸的數(shù)量分類

按計算機數(shù)控裝置能同時聯(lián)動控制的坐標軸的數(shù)量分類，有兩坐標聯(lián)動數(shù)控機床、三坐標聯(lián)動數(shù)控機床和多坐標聯(lián)動數(shù)控機床，如圖1.11、1.12、1.13所示。圖1.11兩坐標聯(lián)動示意圖圖1.12三坐標聯(lián)動示意圖圖1.13五坐標聯(lián)動示意圖有一些早期的數(shù)控機床盡管具有三個坐標軸，但能夠同時進行聯(lián)動控制的可能只是其中兩個坐標軸，那就屬于兩坐標聯(lián)動的三坐標機床。像這類機床就不能獲得空間直線、空間螺旋線等復雜加工軌跡。要想加工復雜的曲面，只能采用在某平面內(nèi)進行聯(lián)動控制，第三軸作單獨周期性進給的“兩維半”加工方式。圖1.14“兩維半”坐標聯(lián)動示意圖5．按數(shù)控系統(tǒng)分類

（1）日本FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)（2）德國SIEMENS公司的

SINUMERIK系列數(shù)控系統(tǒng)（3）華中數(shù)控系統(tǒng)HNC6．按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類

功能低檔中檔高檔系統(tǒng)分辨率10um1um0.1umG00速度3～8m/min10～24m/min24～100m/min伺服類型開環(huán)半閉環(huán)閉環(huán)聯(lián)動軸數(shù)2～32～45軸或5軸以上通信功能無RS-232或DNCDND、MAP顯示功能數(shù)碼管顯示圖形、人機對話三維圖形、自診斷內(nèi)裝PLC無有功能強大的內(nèi)裝PLC主CPU8位、16位16位、32位32位、64位結(jié)構(gòu)單片機或單板機單微處理器或多微處理器分布式多微處理器1.2.4數(shù)控機床加工的特點及應用

1．數(shù)控機床加工的特點可以加工具有復雜型面的工件

加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)率高改善勞動條件有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化

2．數(shù)控機床的適用范圍

（1）多品種、單件小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件（2）幾何形狀復雜的零件（3）精度及表面粗糙度要求高的零件（4）加工過程中需要進行多工序加工的零件（5）用普通機床加工時，需要昂貴工裝設備（工具、夾具和模具）的零件1.2.5先進制造技術(shù)

1．快速原型法