模塊九(數(shù)控加工)

第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類(lèi)工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類(lèi)產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備。1普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動(dòng)化機(jī)床顯然無(wú)法適應(yīng)這些要求。同時(shí)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進(jìn)一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。一種新型的生產(chǎn)設(shè)備——數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了。2二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)況

1952年，美國(guó)帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，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(gè)階段和五代。3第1代數(shù)控機(jī)床：1952年～1959年采用電子管元件構(gòu)成的專(zhuān)用數(shù)控裝置（NC）。第2代數(shù)控機(jī)床：從1959年開(kāi)始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第3代數(shù)控機(jī)床：從1965年開(kāi)始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。以上三代都是采用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)。裝有這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床為硬件數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)稱(chēng)NC機(jī)床。4第4代數(shù)控機(jī)床：從1970年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（CNC）。第5代數(shù)控機(jī)床：從1974年開(kāi)始采用微型計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（MNC）。

5三、數(shù)控機(jī)床的基本概念（一）數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)控(NumericalControl，NC)

數(shù)控是采用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的方法，即硬件數(shù)控。2.數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）采用數(shù)字控制的方法對(duì)某一工作過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。63.數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）

是采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類(lèi)機(jī)床。它是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。國(guó)際信息處理聯(lián)盟定義:是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床4.數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5.計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計(jì)算機(jī)為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，即軟件數(shù)控。6.計(jì)算機(jī)直接控制技術(shù)（DNC）7（二）數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)加工精度高生產(chǎn)效率高減輕勞動(dòng)強(qiáng)度改善勞動(dòng)條件有利于生產(chǎn)管理8四、數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)高速、高效加工高精密、超精密加工高可靠性工序復(fù)合化和復(fù)合加工智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化并聯(lián)機(jī)床技術(shù)91.高速、高效加工高速CPU芯片主軸高速化，采用電主軸采用全數(shù)字交流伺服機(jī)床動(dòng)、靜態(tài)性能的改善10在分辨率為1μm時(shí)，快進(jìn)速度達(dá) 240m/min，可獲得復(fù)雜型面的精確加工加速度達(dá)2g主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)200,000r/min換刀速度少于1s112高精密、超精密加工

提高機(jī)械的制造和裝配精度；采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化采用高分辨率位置檢測(cè)裝置，提高位置檢測(cè)精度（日本交流伺服電機(jī)已有裝上1000000脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測(cè)器，其位置檢測(cè)精度能達(dá)到0.01μm/脈沖）位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線(xiàn)性控制等方法12采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)

設(shè)備的熱變形誤差補(bǔ)償和空間誤差的綜合補(bǔ)償技術(shù)。研究表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60％～80％。

135.并聯(lián)機(jī)床1）機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)上的突破性進(jìn)展當(dāng)屬20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的并聯(lián)機(jī)床。并聯(lián)機(jī)床是機(jī)器人技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)、現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，被稱(chēng)為“21世紀(jì)的機(jī)床”

14傳統(tǒng)機(jī)床基本上都遵循笛卡爾直角坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)原理被設(shè)計(jì)制造出來(lái)，其結(jié)構(gòu)為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，存在懸臂部件，承受很大彎矩和扭矩，不容易獲得高的結(jié)構(gòu)剛度。另外，傳統(tǒng)機(jī)床組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形成誤差迭加，限制了加工精度和速度的提高。152）我國(guó)自主研發(fā)的并聯(lián)機(jī)床樣機(jī)16173）并聯(lián)機(jī)床的優(yōu)、缺點(diǎn)及發(fā)展熱點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)給速度快；精度高；剛性好；加速度高；安裝、維修方便。局限：工作空間??；姿態(tài)能力差；運(yùn)動(dòng)特性和力特性非線(xiàn)性。目前研究熱點(diǎn)：混聯(lián)機(jī)床。18五、數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）分類(lèi)

數(shù)控機(jī)床規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有400多個(gè)品種規(guī)格?？梢园凑斩喾N原則來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。但歸納起來(lái)，常見(jiàn)的是以下面4種方法來(lái)分類(lèi)的。1.按工藝用途分類(lèi)2.按運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)3.按伺服系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)4.按數(shù)控裝置分類(lèi)191.按工藝用途分類(lèi)一般數(shù)控機(jī)床：車(chē)銑鏜鉆磨等，功能與通用機(jī)床相似；但是可以加工復(fù)雜形狀的零件。數(shù)控加工中心：在數(shù)控銑、鏜、鉆床的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)，一次裝夾后可完成多工序加工。20多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：坐標(biāo)軸大于3，能加工復(fù)雜形狀零件。線(xiàn)切割機(jī)床電火花機(jī)床212.按運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動(dòng)；對(duì)軌跡不作控制要求；運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測(cè)量機(jī)。22點(diǎn)位控制鉆孔加工工件刀具AB23直線(xiàn)控制數(shù)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)的功能能實(shí)現(xiàn)沿平行某個(gè)坐標(biāo)軸（如X、Y、Z）或兩軸等速的方向進(jìn)行加工；適用范圍：數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控加工中心等。24直線(xiàn)控制切削加工25輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個(gè)進(jìn)給軸同時(shí)諧調(diào)運(yùn)動(dòng)(坐標(biāo)聯(lián)動(dòng))，使工件相對(duì)于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線(xiàn)和曲面的機(jī)床?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。26工件刀具輪廓控制加工273.按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分，2軸聯(lián)動(dòng)（平面曲線(xiàn)）3軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面）5軸聯(lián)動(dòng)及6軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面）。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。28

4.按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類(lèi)型分類(lèi)按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無(wú)位置測(cè)量裝置可分為開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測(cè)量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。29第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的有關(guān)功能規(guī)定一、數(shù)控機(jī)床技術(shù)術(shù)語(yǔ)（一）DNC（計(jì)算機(jī)直接控制技術(shù)）由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制一臺(tái)或多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。（二）FMS（柔性制造系統(tǒng)）1.柔性制造單元FMC：由加工中心（MC）與自動(dòng)交換工件（AW、APC）的裝置所組成。2.核心：柔性，并不事先固定哪一臺(tái)機(jī)床加工什么零件，而是根據(jù)需要，由系統(tǒng)調(diào)度由哪一臺(tái)機(jī)床加工某一零件。30二、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定

統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)的方向，可使編程方便，并使編出的程序?qū)ν?lèi)型機(jī)床有通用性。同時(shí)也給

維修和使用帶來(lái)極大的方便。ISO和我國(guó)都擬定了命名的標(biāo)準(zhǔn)。31+Z32