消費(fèi)者行為學(xué) 第3版 課件 學(xué)習(xí)項(xiàng)目1 數(shù)控機(jī)床的初始認(rèn)知

數(shù)控機(jī)床精品課件學(xué)習(xí)項(xiàng)目一數(shù)控機(jī)床的初始認(rèn)知

任務(wù)一數(shù)控機(jī)床簡介

任務(wù)二數(shù)控機(jī)床的分類與應(yīng)用范圍

任務(wù)三數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的確定項(xiàng)目分解任務(wù)四數(shù)控機(jī)床主要性能指標(biāo)任務(wù)三數(shù)控機(jī)床的發(fā)展任務(wù)一數(shù)控機(jī)床簡介

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)，掌握數(shù)控機(jī)床的組成和基本工作原理，理解數(shù)控加工的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍，了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展及我國數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀。主要介紹數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展及我國數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀，數(shù)控加工的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍，數(shù)控機(jī)床的組成和基本工作原理。1．?dāng)?shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭的日趨激烈，產(chǎn)品更新速度越來越快，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求越來越高，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭使產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來越短。傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難以適應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效高質(zhì)量加工要求。數(shù)控機(jī)床就是為了解決單件、小批量特別是復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的，它為單件小批生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動(dòng)化加工手段。數(shù)字控制是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法，簡稱數(shù)控（numericalcontrol,NC）。數(shù)控機(jī)床是指采用了數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，也稱為NC機(jī)床。由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的，因此，將數(shù)控機(jī)床又稱為CNC機(jī)床。近幾十年來，世界各國十分重視發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，在加工設(shè)備中大量采用以微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，它集成了微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。1．?dāng)?shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用數(shù)控機(jī)床是在機(jī)械制造技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其發(fā)展過程大致如下：1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓檢驗(yàn)用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機(jī)床的設(shè)想。1949年，該公司與美國麻省理工學(xué)院(MIT)開始共同研究，并于1952年試制成功第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床，當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件。1959年，數(shù)控裝置采用了晶體管元件和印刷電路板，出現(xiàn)帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為加工中心(MachiningCenter)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代。1965年，出現(xiàn)了第三代數(shù)控機(jī)床，采用集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，而且可靠性提高，價(jià)格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的群控系統(tǒng)(簡稱DNC)；采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡稱CNC)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(簡稱MNC)，這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代初，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話式自動(dòng)編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，具有自動(dòng)監(jiān)控刀具破損和自動(dòng)檢測(cè)工件等功能。20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了PC+CNC智能數(shù)控系統(tǒng)，即以PC機(jī)為控制系統(tǒng)的硬件部分，在PC機(jī)上安裝NC軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍

一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工過程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動(dòng)作執(zhí)行的，是一種高效能機(jī)床。與普通機(jī)床相比，具有以下明顯特點(diǎn)：1）適合于復(fù)雜異形零件的加工。2）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。3）具備高柔性。在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。4）數(shù)控機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的切削用量，生產(chǎn)率高。5）機(jī)床自動(dòng)化程度高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，工作環(huán)境較好。6）有利于管理現(xiàn)代化。7）投資大，使用費(fèi)用高。8）生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜。9）維修困難。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用由于數(shù)控機(jī)床的上述特點(diǎn)，適用于數(shù)控加工的零件有：批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件；幾何形狀復(fù)雜的零件；貴重零件加工；需要全部檢驗(yàn)的零件；試制件。對(duì)以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的鏜銑加工中心、車削加工中心等。3．中國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是提高制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的重要手段，關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和綜合國力水平。目前世界機(jī)床生產(chǎn)基地加速向中國轉(zhuǎn)移，繼索迪克、馬扎克、大隈、日平之后，牧野、豐田工機(jī)等日本主流企業(yè)紛紛在華投資。德、意、韓、美企業(yè)也先后把生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到中國。臺(tái)灣機(jī)床廠商也呈現(xiàn)整體性向大陸轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。3．中國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用近年來中國數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化步伐正在以驚人的速度向前邁進(jìn)。年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床第一個(gè)一萬臺(tái)用了約30年，第二個(gè)一萬臺(tái)用了3年，第三個(gè)一萬臺(tái)不到2年。2002～2008年，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量年平均增長率高達(dá)33.22％，明顯快于普通金屬切削機(jī)床的增長速度。到2006年中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到85000多臺(tái)。2009年中國機(jī)床產(chǎn)值以153億美元居世界第一，占全球機(jī)床總產(chǎn)值的27.6%。數(shù)控機(jī)床在金屬加工機(jī)床總量中的比重逐年上升，我國機(jī)床的數(shù)控化率逐年提高，2009年行業(yè)重點(diǎn)企業(yè)機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到50％以上。同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)邁向國際化的步伐也顯著加快。圖1-1近年來中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量（臺(tái)）3．中國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用與此同時(shí)，中國繼2008年后，繼續(xù)保持機(jī)床消費(fèi)世界第一的地位。2009年我國消費(fèi)機(jī)床197.86億美元，占當(dāng)年世界機(jī)床產(chǎn)值的35.7%，即超過世界機(jī)床產(chǎn)值的三分之一。在我國機(jī)床消費(fèi)總值中，進(jìn)口總值仍居世界機(jī)床進(jìn)口第一，占當(dāng)年世界機(jī)床進(jìn)口總值的28.8%。我國機(jī)床進(jìn)口占全國機(jī)床消費(fèi)的比例為30%，比2008年降了9個(gè)百分點(diǎn)。圖1-2近幾年中國機(jī)床產(chǎn)值（億美元）及世界排位3．中國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用總的來看，我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化提前實(shí)現(xiàn)，機(jī)床工業(yè)進(jìn)入發(fā)展的新里程碑。國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床品種達(dá)到1500余種，覆蓋超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，可與美、日、德、意并駕齊驅(qū)。我國機(jī)床工業(yè)與世界先進(jìn)水平相比，差距仍然十分明顯，主要表現(xiàn)在:一是國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床在品種、水平和數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)發(fā)展需求，高檔數(shù)控機(jī)床目前仍然大量進(jìn)口。二是數(shù)控機(jī)床功能部件和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展滯后，成為我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸。三是機(jī)床制造企業(yè)技術(shù)裝備水平不高，制造能力、綜合管理和服務(wù)能力等方面不能滿足市場(chǎng)要求圖1-3中國逐年進(jìn)口數(shù)控機(jī)床總值（億美元）1．基本工作原理二、數(shù)控機(jī)床的組成和基本工作原理按照零件加工的技術(shù)與工藝要求，編寫零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，通過數(shù)控裝置控制機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、刀具更換、工件的夾緊與松開、冷卻潤滑泵的開與關(guān)等動(dòng)作，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成二、數(shù)控機(jī)床的組成和基本工作原理數(shù)控機(jī)床由程序載體、人機(jī)交互裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)床本體和輔助控制裝置等六部分組成。

圖1-4數(shù)控機(jī)床組成示意圖任務(wù)二數(shù)控機(jī)床的分類與應(yīng)用范圍

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)，掌握按照運(yùn)動(dòng)方式、伺服驅(qū)動(dòng)控制方式等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床的分類方法，了解按照工藝用途，數(shù)控機(jī)床有哪些種類。主要介紹按照工藝用途、運(yùn)動(dòng)方式、伺服驅(qū)動(dòng)控制方式等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床的分類1．金屬切削類數(shù)控機(jī)床一、按照工藝用途分類

金屬切削類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜銑床、加工中心等，加工中心是帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，如圖1-7所示。

數(shù)控機(jī)床由程序載體、人機(jī)交互裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)床本體和輔助控制裝置等六部分組成。

a)b)c)圖1-7金屬切削類數(shù)控機(jī)床a)數(shù)控車床b）數(shù)控銑床c）加工中心2．金屬成形類數(shù)控機(jī)床一、按照工藝用途分類

金屬成形類數(shù)控機(jī)床指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝方法加工零件的數(shù)控機(jī)床。金屬成形類數(shù)控機(jī)床有數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)和數(shù)控壓力機(jī)等，如圖1-8所示。a)b)c)圖1-8金屬成形類數(shù)控機(jī)床a)數(shù)控折彎機(jī)b)數(shù)控彎管機(jī)c)數(shù)控壓力機(jī)3．?dāng)?shù)控特種加工機(jī)床一、按照工藝用途分類

數(shù)控特種加工機(jī)床有數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光加工機(jī)床等。a)b)c)圖1-9數(shù)控特種加工機(jī)床a)數(shù)控電火花加工機(jī)床b)數(shù)控線切割機(jī)床c)數(shù)控激光加工機(jī)床4．測(cè)量、繪圖類機(jī)床一、按照工藝用途分類

主要有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控對(duì)刀儀、數(shù)控繪圖機(jī)等。圖1-10為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的外觀圖，它是利用測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)和動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行工件表面點(diǎn)的采集和數(shù)據(jù)處理。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要用于機(jī)械、汽車、模具、航空等行業(yè)對(duì)齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、機(jī)架、箱體、葉輪及其他零件上的曲線或曲面、孔系尺寸的測(cè)量。圖1-10三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)1．點(diǎn)位控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床二、按照運(yùn)動(dòng)方式分類

點(diǎn)位控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機(jī)床工作臺(tái)，從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一點(diǎn)，而點(diǎn)與點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)的軌跡不需要嚴(yán)格控制的系統(tǒng)。為了減少移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)與定位時(shí)間，一般先快速移動(dòng)到終點(diǎn)附近位置，然后低速準(zhǔn)確移動(dòng)到終點(diǎn)定位位置，以保證良好的定位精度。移動(dòng)過程中刀具不進(jìn)行切削。使用這類控制系統(tǒng)的主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等，圖1-11為點(diǎn)位控制數(shù)控鉆孔加工示意圖。圖1-11點(diǎn)位控制鉆孔加工2．點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床二、按照運(yùn)動(dòng)方式分類

點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)不僅控制刀具或工作臺(tái)從一個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)，而且保證在兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線的控制系統(tǒng)。刀具在移動(dòng)過程可以實(shí)施切削加工。應(yīng)用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控車床、數(shù)控鉆床和數(shù)控銑床等，圖1-12為點(diǎn)位直線控制切削加工示意圖。圖1-12點(diǎn)位直線控制切削加工3．輪廓控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床二、按照運(yùn)動(dòng)方式分類

輪廓控制系統(tǒng)也稱連續(xù)切削控制系統(tǒng)，是指數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格連續(xù)控制的系統(tǒng)。它不僅能控制移動(dòng)部件從一個(gè)點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)，而且還能控制整個(gè)加工過程每一點(diǎn)的速度與位移量，將零件加工成一定的輪廓形狀。應(yīng)用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床和加工中心等，圖1-13為輪廓控制數(shù)控機(jī)床加工示意圖。圖1-13輪廓控制數(shù)控機(jī)床加工1．開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床三、按照伺服驅(qū)動(dòng)控制方式分類

按照數(shù)控伺服系統(tǒng)的形式，數(shù)控機(jī)床可分為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。開環(huán)控制系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)中沒有檢測(cè)反饋裝置，指令信息單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來。受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距精度和工作頻率以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度影響，開環(huán)系統(tǒng)的速度和精度都較低。但由于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，容易維修，成本較低，仍被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上。典型的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)如圖1-14所示。圖1-14開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)2．半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床三、按照伺服驅(qū)動(dòng)控制方式分類

半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖1-15所示。半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床不是直接檢測(cè)工作臺(tái)的位移量，而是采用轉(zhuǎn)角位移檢測(cè)元件，測(cè)出伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺(tái)的實(shí)際位移量，反饋到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。由于反饋環(huán)內(nèi)沒有包含工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)量，故稱半閉環(huán)控制。半閉環(huán)控制精度較閉環(huán)控制差，但穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修也較容易，兼顧了開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩者的特點(diǎn)，因此應(yīng)用最為普遍。圖1-15半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床3．閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床三、按照伺服驅(qū)動(dòng)控制方式分類閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖1-16所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，利用安裝在工作臺(tái)上的檢測(cè)元件將工作臺(tái)實(shí)際位移量反饋到計(jì)算機(jī)中，與所要求的位置指令進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止?？梢?，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)部件的各種誤差和工件加工過程中產(chǎn)生的干擾的影響，從而使加工精度大大提高。速度檢測(cè)元件的作用是將伺服電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速變換成電信號(hào)送到速度控制電路中，進(jìn)行反饋校正，保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定不變。常用速度檢測(cè)元件是測(cè)速電動(dòng)機(jī)。圖1-16閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床任務(wù)三

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的確定

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)，掌握數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定原則、各種數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)成，了解機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的概念及應(yīng)用。主要介紹數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的確定原則、各種數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)成，機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系。一、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的確定原則坐標(biāo)軸及其運(yùn)動(dòng)方向命名原則如下：1）不管機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運(yùn)動(dòng)，還是工件運(yùn)動(dòng)、刀具靜止，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)指的是刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)，即規(guī)定以工件為基準(zhǔn)，假定工件不動(dòng)，刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的原則，編程時(shí)也是以刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡來編程。2）機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)正方向的規(guī)定：JB3051—82規(guī)定，增大工件與刀具之間距離的方向是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的正方向。3）ISO對(duì)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)的規(guī)定如下：采用笛卡爾直角坐標(biāo)系右手定則。圖1-17右手直角笛卡爾坐標(biāo)系二、各種數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系介紹1．Z軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的定義平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸為Z軸。正方向?yàn)閺墓ぷ髋_(tái)到刀具夾持的方向，即刀具遠(yuǎn)離工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向。2．X軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的定義對(duì)工件旋轉(zhuǎn)機(jī)床(車、磨)，X軸在工件徑向上，平行于橫滑座；刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向?yàn)閄軸正方向。對(duì)刀具旋轉(zhuǎn)機(jī)床(銑、鉆)立式機(jī)床：X軸為水平的、平行于工件裝夾面的坐標(biāo)軸；從主軸向立柱看，水平向右為正方向。臥式機(jī)床：X軸為水平的、平行于工件裝夾平面的坐標(biāo)軸；從主軸后端向前端看，水平向右為正方向。3．Y軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的定義根據(jù)X和Z軸按笛卡兒坐標(biāo)系右手法則確定Y軸方位和正方向。4．旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的定義旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸A、B和C的正方向相應(yīng)地在X、Y、Z坐標(biāo)軸正方向上，按右手螺紋前進(jìn)的方向來確定。二、各種數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系介紹a)b)c)圖1-18常見數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系。a）數(shù)控車床b）立式數(shù)控銑床c）臥式數(shù)控銑床三、機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系數(shù)控機(jī)床在加工時(shí)顯示屏坐標(biāo)系頁面上一般都有下列坐標(biāo)系顯示：相對(duì)坐標(biāo)系、剩余坐標(biāo)系、工件（絕對(duì)）坐標(biāo)系、機(jī)床坐標(biāo)系，在應(yīng)用中比較關(guān)鍵的是機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。1．機(jī)床坐標(biāo)系前面建立的數(shù)控機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系為確立數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系打下了基礎(chǔ)，其關(guān)鍵是確定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的零點(diǎn)（原點(diǎn)）。數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)有機(jī)床零點(diǎn)，即確定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，也是其他坐標(biāo)系和機(jī)床參考點(diǎn)的出發(fā)點(diǎn)。機(jī)床坐標(biāo)系是由生產(chǎn)廠家事先確定的，可由機(jī)床用戶說明書查到。通常車床的機(jī)床零點(diǎn)在主軸法蘭盤接觸面的中心即主軸前端面的中心上。數(shù)控銑床和加工中心的機(jī)床零點(diǎn)因生產(chǎn)廠家而異，如有的數(shù)控銑床的機(jī)床零點(diǎn)在左前方。2．工件坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工的基準(zhǔn)，但是有時(shí)利用機(jī)床坐標(biāo)系編制零件的加工程序并不方便。為了解決這一問題，數(shù)控機(jī)床引入了工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系是指編程或機(jī)床操作人員，依照零件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，兼顧編程計(jì)算及對(duì)刀、測(cè)量方便而建立的用于描述零件圖樣上節(jié)點(diǎn)位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。任務(wù)四數(shù)控機(jī)床主要性能指標(biāo)

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容掌握常用數(shù)控機(jī)床精度指標(biāo)的特定含義以及運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)，了解影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素，數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)的內(nèi)涵。主要介紹數(shù)控機(jī)床精度的含義及各種常用術(shù)語，影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素，數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)1．?dāng)?shù)控機(jī)床各項(xiàng)精度指標(biāo)的涵義一、數(shù)控機(jī)床的精度（1）測(cè)量精度（2）控制系統(tǒng)定位精度（3）重復(fù)定位精度是指機(jī)床滑板位置的可重復(fù)性。（4）機(jī)床幾何精度（5）機(jī)床定位精度是指機(jī)床在規(guī)定的加工空間范圍內(nèi)進(jìn)行定位的精度，以可能出現(xiàn)的最大定位偏差表示。（6）機(jī)床定位穩(wěn)定性（亦稱機(jī)床定位再現(xiàn)性）（7）機(jī)床精度上述七項(xiàng)指標(biāo)都是靜態(tài)的（即在運(yùn)動(dòng)停止后進(jìn)行測(cè)定的），這對(duì)各種數(shù)控機(jī)床都適用。但對(duì)于輪廓控制的機(jī)床，還要考核輪廓跟隨精度，這是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)精度，反映在運(yùn)動(dòng)過程中。（8）輪廓跟隨精度是指實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡接近于程序給定軌跡的程度。（9）機(jī)床加工精度（或稱加工精度）是指機(jī)床上加工的工件所達(dá)到的精度。它不僅取決于上述各種機(jī)床精度指標(biāo)，而且還與夾具、刀具和工件本身的誤差有關(guān)。2．?dāng)?shù)控機(jī)床加工精度的影響因素一、數(shù)控機(jī)床的精度數(shù)控機(jī)床的加工精度不僅與數(shù)控機(jī)床本身的機(jī)床精度有關(guān)，還與夾具、刀具和工件本身的誤差有關(guān)。影響數(shù)控機(jī)床加工精度的外部因素是：周圍環(huán)境的溫度、設(shè)備的振動(dòng)、空氣溫度與污染及操作者的干擾等。從加工工藝系統(tǒng)角度分析影響加工精度的因素，數(shù)控機(jī)床加工誤差主要由工件及夾具系統(tǒng)位置誤差、機(jī)床主機(jī)的空間位置誤差和刀具系統(tǒng)的位置誤差組成。必要時(shí)再結(jié)合環(huán)境條件（如環(huán)境溫度及其波動(dòng)、機(jī)床安裝條件、地基變形和外界干擾振動(dòng)）與機(jī)床運(yùn)行情況（如機(jī)床的升溫運(yùn)行時(shí)間、切削條件等）等因素分析影響數(shù)控機(jī)床加工精度的原因。決定零件加工精度的最主要因素是數(shù)控機(jī)床基本部件的精度和運(yùn)動(dòng)精度。因而在應(yīng)用數(shù)控技術(shù)時(shí)，要求各控制坐標(biāo)之間的相互協(xié)調(diào)盡可能完善。同時(shí)，為了使機(jī)床在空載條件下所確定的導(dǎo)軌面直線度和工作臺(tái)與主軸的垂直度等靜態(tài)精度在加載后仍然保持在規(guī)定的誤差范圍，也要求機(jī)床的結(jié)構(gòu)在加上切削力后彈性變形盡可能小，即機(jī)床的剛度要足夠大。二、數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)由于數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字的形式給出相應(yīng)的脈沖指令控制運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行加工，因此數(shù)控機(jī)床控制的軸數(shù)與普通機(jī)床中的主軸及傳動(dòng)軸的概念截然不同。圖1-19為五軸控制的數(shù)控機(jī)床外觀圖。五軸控制的數(shù)控機(jī)床包含了三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)軸和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸。數(shù)控機(jī)床完成的運(yùn)動(dòng)越多，控制軸數(shù)就越多，對(duì)應(yīng)的功能就越強(qiáng)，同時(shí)機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度與技術(shù)含量也就越高。a)b)圖1-19五軸控制數(shù)控機(jī)床a)立式五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床b)臥式五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床二、數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)坐標(biāo)軸的控制，并不等于就可以加工出任何形狀的零件。將機(jī)床數(shù)控裝置控制各坐標(biāo)軸協(xié)調(diào)動(dòng)作的坐標(biāo)軸數(shù)目稱為聯(lián)動(dòng)軸數(shù)。目前有兩軸聯(lián)動(dòng)、兩軸半聯(lián)動(dòng)、三軸聯(lián)動(dòng)、四軸聯(lián)動(dòng)、五軸聯(lián)動(dòng)等。通常兩軸聯(lián)動(dòng)用于數(shù)控車床加工回轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工如圖1-20所示的曲面；兩軸半聯(lián)動(dòng)是三個(gè)坐標(biāo)軸中有兩個(gè)軸聯(lián)動(dòng)，另外一個(gè)坐標(biāo)軸只作周期性的進(jìn)給，加工如圖1-21所示的三維空間曲面時(shí)，X、Z兩坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，Y軸控制每次進(jìn)給量△Y；三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可以使用球頭銑刀加工如圖1-22所示的三維空間曲面。圖1-23為五軸聯(lián)動(dòng)加工中心加工葉輪的實(shí)例圖，加工用刀具為球頭銑刀，得到葉輪輪廓需要X和Y軸進(jìn)給、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)做圓周進(jìn)給及B軸的擺動(dòng)。圖1-20兩軸聯(lián)動(dòng)加工圖1-21兩軸半聯(lián)動(dòng)加工圖1-22三軸聯(lián)動(dòng)加工圖1-23五軸聯(lián)動(dòng)加工三、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)給速度和加速度3．行程4．回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角范圍5．刀庫容量和換刀時(shí)間任務(wù)五

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容了解數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)，柔性制造與計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)的應(yīng)用的基礎(chǔ)知識(shí)。

主要介紹近幾年數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)和柔性制造與計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)的應(yīng)用。

一、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)由于數(shù)控機(jī)床綜合了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等許多方面的先進(jìn)技術(shù)，使得數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，數(shù)控機(jī)床的功能越來越強(qiáng)大，主要表現(xiàn)在：1．技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢(shì)明顯技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機(jī)床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢(shì)之一。包括車銑復(fù)合、車-鏜-鉆-齒輪加工復(fù)合、車磨復(fù)合等。目前已由機(jī)加工復(fù)合發(fā)展到非機(jī)加工復(fù)合，進(jìn)而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容。2．?dāng)?shù)字控制技術(shù)智能化智能化指工作過程智能化，利用計(jì)算機(jī)、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過程實(shí)行智能監(jiān)控和人工智能自動(dòng)編程等。3．機(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人與加工中心、車銑復(fù)合機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床、電加工機(jī)床、沖壓機(jī)床、激光加工機(jī)床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。4．精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控機(jī)床的加工精度已從原來的絲級(jí)（0.01mm）提升到目前的微米級(jí)（0.001mm），有些品種已達(dá)到0.05μm左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05μm左右，形狀精度可達(dá)0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(jí)（0.001μm）。5．功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。1．柔性制造單元（FMC）

二、柔性制造與計(jì)算機(jī)集成制造1967年英國的Molins公司研制了世界上第一個(gè)柔性制造系統(tǒng)（FMS）。在FMS誕生8年之后，出現(xiàn)了柔性制造單元（FMC）。柔性制造單元是一種根據(jù)一定的零件族由一臺(tái)或者數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床所組成的自動(dòng)化生產(chǎn)集合。FMC可以看作是獨(dú)立的的最小規(guī)模的FMS。（1）FMC的組成FMC通常由1～2臺(tái)數(shù)控加工中心，工業(yè)機(jī)器人、工件交換系統(tǒng)（AMC），以及物料運(yùn)輸存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成。它具有獨(dú)立的自動(dòng)加工功能、部分具有工件自動(dòng)傳送和監(jiān)控管理的功能。通常FMC有兩種組成形式：托盤交換式和工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)式。圖1-24為托盤交換式FMC示意圖。圖1-24托盤交換式FMC1—環(huán)形交換工作臺(tái)2—托盤座3—工件托盤4—臥式鏜銑加工中心5—托盤交換裝置1．柔性制造單元（FMC）

二、柔性制造與計(jì)算機(jī)集成制造（2）FMC的特點(diǎn)FMC作為柔性制造單元，可以在整個(gè)系統(tǒng)中執(zhí)行自動(dòng)化的加工過程，具備以下的特點(diǎn)：1）有比較完善的自動(dòng)檢測(cè)功能。FMC的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)刀尖位置；可以將傳感器檢測(cè)到的工件數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的檢驗(yàn)信息進(jìn)行比較，作出判斷，以修正加工信息；對(duì)于檢驗(yàn)合格的工件，由工業(yè)機(jī)器人放入合格的臺(tái)架上，不合格品自動(dòng)淘汰。2）有比較可靠的自動(dòng)監(jiān)控功能。FMC的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)切削狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制，例如對(duì)工件安裝錯(cuò)誤、刀具的壽命和破損、主軸的熱變形及過載等進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)故障會(huì)立即停機(jī)。3）實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)裝卸和計(jì)數(shù)管理。柔性制造單元中的數(shù)控加工中心，工業(yè)機(jī)器人和工件臺(tái)架能協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卸和計(jì)數(shù)管理。2．柔性制造系統(tǒng)（FMS）二、柔性制造與計(jì)算機(jī)集成制造柔性制造系統(tǒng)是由多臺(tái)單機(jī)組成、由計(jì)算機(jī)控制和管理的加工系統(tǒng)，它沒有固定的加工順序和節(jié)拍，在加工一定批量的某種工件后能在不停機(jī)的條件下，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為加工另一種工件。FMS是高柔性和高自動(dòng)化程度的制造系統(tǒng)，它可以使勞動(dòng)生產(chǎn)率大幅度提高，并大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度和改善勞動(dòng)條件。（1）FMS的組成1）加工系統(tǒng)由兩臺(tái)以上的鏜銑加工中心、車削中心或FMC以及其他輔助加工設(shè)備所組成。2）物流系統(tǒng)包含工作流和刀具流兩部分，有倉庫、自動(dòng)上下料裝置。

3）控制與管理系統(tǒng)包括過程控制、過程調(diào)度和過程監(jiān)控三個(gè)系統(tǒng)FMS還包含冷卻系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、刀具監(jiān)控和管理等附屬系統(tǒng)。圖1-25FMS的組成框圖

2．柔性制造系統(tǒng)（FMS）二、柔性制造與計(jì)算機(jī)集成制造

（2）FMS的特點(diǎn)柔性制造系統(tǒng)是在成組技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的綜合技術(shù)產(chǎn)物。該制造系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)管理和控制實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)調(diào)度，最大限度地發(fā)揮設(shè)備潛力，減少工件搬運(yùn)過程的等待時(shí)間，使多品種、中小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益接近大批量生產(chǎn)的水平。FMS的特點(diǎn)主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面：1）減少操作人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。2）大大地縮短了生產(chǎn)周期。3）提高產(chǎn)品質(zhì)量。4）提高了機(jī)床利用率。5）減少設(shè)備數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。6）減少在制品數(shù)量和庫存數(shù)量。3．計(jì)算