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該教學(xué)領(lǐng)域的位置數(shù)控機(jī)床前后教學(xué)領(lǐng)域機(jī)械制造基礎(chǔ)MASTERCAM機(jī)械加工工藝學(xué)數(shù)控機(jī)床數(shù)控加工工藝課程設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床操作中級(jí)工實(shí)訓(xùn)數(shù)控機(jī)床操作高級(jí)工實(shí)訓(xùn)前教學(xué)領(lǐng)域后教學(xué)領(lǐng)域本教學(xué)領(lǐng)域第1章數(shù)控機(jī)床概述1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1.3數(shù)控機(jī)床的分類1.4數(shù)控機(jī)床的基本原理和坐標(biāo)系1.5數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)圖0.1傾斜式導(dǎo)軌數(shù)控車床圖0.2立式數(shù)控銑床圖0.3簡(jiǎn)易數(shù)控銑床圖0.4立式加工中心圖0.5臥式加工中心圖0.6工業(yè)機(jī)器人
圖0.7六桿MC
圖0.8六桿MC示意圖圖0.9CIMS車間布局示意圖產(chǎn)生的背景1952年,Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一臺(tái)三座標(biāo)數(shù)控機(jī)床。1955年,第一臺(tái)工業(yè)用數(shù)控銑床由美國(guó)Bendix公司生產(chǎn)出來。1959年,第一臺(tái)加工中心由美國(guó)K&T公司開發(fā)出來。1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展
數(shù)控機(jī)床在我國(guó)1958年我國(guó)開始研制第一臺(tái)數(shù)控銑床(清華大學(xué))。1966年我國(guó)研制成功晶體管NC系統(tǒng),并生產(chǎn)出了數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控銑床等80年代,主要靠引進(jìn)。90年代,主要靠摸索前進(jìn)。2K年后,發(fā)展較快,目前已有FMS和CIMS。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生的內(nèi)在根源數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生的內(nèi)在動(dòng)力:市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,產(chǎn)品更新?lián)Q代加快,大批量產(chǎn)品越來越少,小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的比重越來越大,迫切需要一種精度高、柔性好加工設(shè)備來滿足上述需求。數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生的技術(shù)基礎(chǔ):電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展則為NC機(jī)床的進(jìn)步提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生給生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)帶來了全新的概念,推動(dòng)了加工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生的意義數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生使帶有復(fù)雜曲面的零件的自動(dòng)化加工得以實(shí)現(xiàn)(如螺旋槳葉片、模具)。機(jī)床數(shù)控的產(chǎn)生,使生產(chǎn)容易實(shí)現(xiàn):復(fù)雜多變零件的加工,而且加工精度高,一致性好,生產(chǎn)效率高,能夠大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,因此很快受到了人們的關(guān)注。數(shù)控技術(shù)----是近代發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制技術(shù),是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控系統(tǒng)----就是采用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的一整套裝置和設(shè)備。數(shù)控機(jī)床----就是裝備有數(shù)控系統(tǒng),采用數(shù)控技術(shù)控制的機(jī)床。常見的數(shù)控機(jī)床有:數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等。數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床(概念)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展
數(shù)控機(jī)床發(fā)展到今天,完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展,大致可劃分為6代。
第1代數(shù)控:1952~1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置(NC);
第2代數(shù)控:1959~1964年采用晶體管電路的NC裝置;
第3代數(shù)控:1965~1970年采用小、中規(guī)模集成電路的NC裝置;第4代數(shù)控:1971~1974年采用大規(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:自1974年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)(MNC);第6代數(shù)控:90年代以來采用基于PC機(jī)控制的開放式系統(tǒng)。1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)
與普通機(jī)床相比,數(shù)控機(jī)床具有以下(加工)特點(diǎn):(優(yōu)點(diǎn))
1.加工精度高(好)2.生產(chǎn)柔性大(多)3.勞動(dòng)強(qiáng)度低(省)4.生產(chǎn)效率高(快)5.經(jīng)濟(jì)效益好(?。?.管理現(xiàn)代化(快)注:加工特點(diǎn)各書表達(dá)略有不同。數(shù)控加工的缺點(diǎn)數(shù)控機(jī)床雖有上述各種優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也存在不足之處:
初期投資較高,附件備件昂貴不適于大批量生產(chǎn)(占機(jī)械加工總量20%-30%)加工前的調(diào)整相對(duì)復(fù)雜
電子系統(tǒng)維修難度大1.3數(shù)控機(jī)床的分類
1.3.1按工藝用途分類按工藝用途不同,可將數(shù)控機(jī)床分成以下幾類:(1)單工序數(shù)控機(jī)床。(如:銑、鉆、鏜、磨等)(2)加工中心。(如:立式MC、臥式MC等)(3)特種加工數(shù)控機(jī)床。(如:線切割、電火花等)(4)其他類型的數(shù)控設(shè)備。(如:數(shù)控折彎、沖裁等)1.3.2按運(yùn)動(dòng)軌跡分類1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是在刀具相對(duì)于工件的移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削加工,只要求刀具從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)并準(zhǔn)確定位,而對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度和軌跡沒有嚴(yán)格的要求。如圖1.1所示,刀具從A點(diǎn)到B點(diǎn)可以走①、②或③中的任意一條路經(jīng)。圖1.1點(diǎn)位控制切削加工2.直線控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床不僅要控制機(jī)床刀具從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn),而且要沿直線軌跡(一般與某一坐標(biāo)軸平行或成45°角)以一定速度移動(dòng),移動(dòng)過程中可進(jìn)行切削加工,加工示例如圖1.2所示。圖1.2直線控制切削加工
3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床
輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠控制機(jī)床刀具或工件沿直線、圓弧或拋物線等曲線軌跡移動(dòng),移動(dòng)過程中可進(jìn)行切削加工,移動(dòng)速度根據(jù)工藝要求由編程確定,可實(shí)現(xiàn)曲線或者曲面輪廓加工,加工示例如圖1.3所示。
圖1.3輪廓控制切削加工4.控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)多個(gè)坐標(biāo)軸按照一定的函數(shù)關(guān)系同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),稱為多軸聯(lián)動(dòng)。按照聯(lián)動(dòng)軸數(shù),可分為二軸聯(lián)動(dòng)、二軸半聯(lián)動(dòng)、三軸聯(lián)動(dòng)和多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床,如圖1.4所示。圖1.4不同聯(lián)動(dòng)軸數(shù)所能加工的型面(a)二軸聯(lián)動(dòng);(b)二軸半聯(lián)動(dòng);(c)三軸聯(lián)動(dòng)圖1.5五軸聯(lián)動(dòng)銑削曲面零件圖1.6六軸加工中心坐標(biāo)示意圖1.3.3按伺服系統(tǒng)的控制方式分類按伺服系統(tǒng)的控制方式不同可將數(shù)控機(jī)床分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。1.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件沒有位置檢測(cè)反饋裝置,采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),如圖1.7所示。圖1.7開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)2.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上安裝有位置測(cè)量反饋裝置,由直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),如圖1.8所示。圖1.8閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)3.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床將位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)軸端或絲杠軸端,通過角位移的測(cè)量間接計(jì)算出機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行位移,與數(shù)控裝置中的指令位移量相比較,實(shí)現(xiàn)差值控制,構(gòu)成如圖1.9所示的半閉環(huán)控制。圖1.9半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)圖混合環(huán)控制前述分類歸納如下分類機(jī)床名稱按加工工藝方法1.金屬切削類數(shù)控機(jī)床2.特種加工類數(shù)控機(jī)床3.板材加工類數(shù)控機(jī)床按控制運(yùn)動(dòng)方式1.點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床2.點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床按驅(qū)動(dòng)裝置特點(diǎn)1.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床2.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床3.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床4.混合控制數(shù)控機(jī)床1.3.4按功能水平分類按照功能水平,可以將數(shù)控機(jī)床分為低(經(jīng)濟(jì)型)、中、高三檔。這種分類方法的界線是相對(duì)的,不同時(shí)期的劃分標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有所不同。就目前的發(fā)展水平來看,不同檔次數(shù)控機(jī)床的功能和指標(biāo)如表1.1所示。表1.1各檔次數(shù)控機(jī)床的功能和指標(biāo)各類數(shù)控機(jī)床適宜的加工對(duì)象數(shù)控機(jī)床的種類數(shù)控車床加工中心機(jī)床數(shù)控銑床數(shù)控鉆床數(shù)控鏜床數(shù)控磨床數(shù)控電加工機(jī)床數(shù)控金屬成型機(jī)床控制系統(tǒng)類別點(diǎn)位、直線控制輪廓控制點(diǎn)位、直線控制開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)特殊用途的輪廓控制點(diǎn)位、直線控制輪廓控制點(diǎn)位控制開環(huán)、半閉環(huán)開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)開環(huán)、半閉環(huán)開環(huán)、半閉環(huán)開環(huán)、半閉環(huán)開環(huán)、半閉環(huán)閉環(huán)閉環(huán)、半閉環(huán)開環(huán)、半閉環(huán)開環(huán)、半閉環(huán)點(diǎn)位、直線控制點(diǎn)位、直線控制輪廓控制輪廓控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)類別加工對(duì)象類別沒錐度、圓弧的軸有錐度、圓弧的軸齒輪箱、框架等箱體飛機(jī)零件的輪廓加工箱體平面輪廓的凸輪、樣板、沖模,壓、鑄模印刷電路基板、多孔零件箱體精密箱體凸輪、軋輥、沖模模具沖壓,板材、彎管等1.4數(shù)控機(jī)床的基本原理和坐標(biāo)系
1.4.1數(shù)控機(jī)床的基本原理1.數(shù)控機(jī)床的工作過程數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字信息進(jìn)行控制的機(jī)床。它用數(shù)字代碼將刀具相對(duì)工件移動(dòng)的軌跡、速度等信息記錄在程序介質(zhì)上,然后送入數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼和運(yùn)算,控制機(jī)床刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng),加工出所需要的工件。其基本過程如圖1.10所示。圖1.10數(shù)控加工過程示意圖2.數(shù)控機(jī)床的組成如圖1.11所示,數(shù)控機(jī)床由機(jī)床本體、數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾部分組成。1)機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體,由基礎(chǔ)件(如床身、底座)和運(yùn)動(dòng)件(如工作臺(tái)、主軸箱等)組成。圖1.11數(shù)控機(jī)床的組成與普通機(jī)床相比,數(shù)控機(jī)床本體具有以下特點(diǎn):a.采用了高性能主軸部件及傳動(dòng)系統(tǒng),機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。b.機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高剛度和耐磨性,熱變形小。c.更多地采用了高效傳動(dòng)部件,如滾珠絲杠、靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌等。2)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的控制核心,用來輸入、存儲(chǔ)零件加工程序,并根據(jù)零件加工程序進(jìn)行計(jì)算、插補(bǔ)等處理,發(fā)出各種控制信號(hào),控制機(jī)床各部件的動(dòng)作,完成零件加工過程的控制。3)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置的作用是把來自數(shù)控裝置的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大,通過執(zhí)行元件(如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)等)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件帶動(dòng)刀具相對(duì)于工件按規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)零件加工。數(shù)控機(jī)床的組成1.
主軸系統(tǒng)2.
傳動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)3.
數(shù)控裝置4.
伺服控制器6.
控制軟件(控制介質(zhì))5.
機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的組成控制介質(zhì):存儲(chǔ)程序數(shù)控裝置:處理程序 發(fā)出命令伺服系統(tǒng):接受命令 執(zhí)行命令機(jī)床數(shù)控技術(shù)的組成數(shù)控技術(shù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)外圍技術(shù)基礎(chǔ)件配套件數(shù)控裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位置反饋系統(tǒng)刀具系統(tǒng)編程技術(shù)管理技術(shù)床身立柱工作臺(tái)刀架刀庫絲杠導(dǎo)軌硬件軟件伺服系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)光柵光電編碼器磁柵感應(yīng)同步器測(cè)速發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器激光刀片刀桿編程機(jī)編程系統(tǒng)PLCCPURAMROM接口控制軟件順序程序步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)1.4.2數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,數(shù)控機(jī)床采用右手直角笛卡爾坐標(biāo)系,如圖1.12所示?;局苯亲鴺?biāo)軸X、Y、Z三者的關(guān)系及其正方向按右手定則判定,圍繞X、Y、Z各軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸A、B、C三者的正方向按右螺旋法則判定。 機(jī)床的運(yùn)動(dòng):是指刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),一律假定工件是靜止的,刀具在坐標(biāo)系內(nèi)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸軸名代號(hào)備注線性坐標(biāo)軸XYZ第一組:優(yōu)先UVW第二組:其次PQR第三組:最后旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸ABC第一組:優(yōu)先D,E第二組:其次圖1.12右手直角笛卡爾坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定,增大工件與刀具之間距離(即增大工件尺寸)的方向?yàn)檎较颍?/p>
Z軸----為平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸,如果機(jī)床有一系列主軸,則選盡可能垂直于工件裝卡面的主要軸為Z軸;X軸----為水平或者平行于工件裝卡平面的軸;Y軸----根據(jù)右手定則和右螺旋法則確定。其余各軸亦如此。
圖1.13和圖1.14所示為臥式車床和立式銑床的坐標(biāo)系。圖1.13臥式車床坐標(biāo)系圖1.14立式銑床坐標(biāo)系1.5數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)主要從:運(yùn)動(dòng)性能、精度、軸數(shù)來衡量1.5.1數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)(1)主軸轉(zhuǎn)速。(2)進(jìn)給速度。
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