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1、数控加工工艺与设备 数控加工技术的发展 1 数控加工技术的发展历程1949年美国Parson公司与麻省理工学院开始合作历时三年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机 取名 NumericalControl 1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓 指定切削路线 即可生成NC程序的自动编程语言 1959年美国Keaney Trecker公司开发成功了带刀库 能自动进行刀具交换 一次装夹中即能进行铣 钻 镗 攻丝等多种加工功能的数控机床 这就是数控机床的新种类 加工中心 数控加工技术的发展 1968年英国首次将多台数控机床 无人化搬运小车和自动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统 这就是柔性制造系
2、统FMS 1974年微处理器开始用于机床的数控系统中 从此CNC 计算机数控系统 软线数控技术随着计算机技术的发展得以快速发展 1976年美国Lockhead公司开始使用图像编程 利用CAD it算机辅助设计 绘出加工零件的模型 在显示器上 指点 被加工的部位 输入所需的工艺参数 即可由计算机自动计算刀具路径 模拟加工状态 获得NC程序 数控加工技术的发展 DNC 直接数控 技术始于20世纪60年代末期 它是使用一台通用计算机 直接控制和管理一群数控机床及数控加工中心 进行多品种 多工序的自动加工 DNC群控技术是FMS柔性制造技术的基础 现代数控机床上的DNC接口就是机床数控装置与通用计算机
3、之间进行数据传送及通讯控制用的 也是数控机床之间实现通讯用的接口 随着DNC数控技术的发展 数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元 20世纪90年代 出现了包括市场预测 生产决策 产品设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS 其中 数控是其基本控制单元 数控加工技术的发展 20世纪90年代 基于PC NC的智能数控系统开始得到发展 它打破了原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式 提供开放式基础 使升级换代变得非常容易 充分利用现有PC机的软硬件资源 使远程控制 远程检测诊断能够得以实现 数控加工技术的发展 我国虽然早在1958年就开始研制数控机床 但由
4、于历史原因 一直没有取得实质性成果 20世纪70年代初期 曾掀起研制数控机床的热潮 但当时是采用分立元件 性能不稳定 可靠性差 1980年北京机床研究所引进日本FANUC5 7 3 6数控系统 上海机床研究所引进美国GE公司的MTC一1数控系统 辽宁精密仪器厂引进美国Bendix公司的DynapthLTDl0数控系统 在引进 消化 吸收国外先进技术的基础上 北京机床研究所又开发出BS03经济型数控和BS04全功能数控系统 航天部706所研制出MNC864数控系统 数控加工技术的发展 八五 期间国家又组织近百个单位进行以发展自主版权为目标的 数控技术攻关 从而为数控技术产业化建立了基础 20世纪
5、90年代末 华中数控自主开发出基于PC NC的I INC数控系统 达到了国际先进水平 加大了我国数控机床在国际上的竞争力度 数控加工技术的发展 据1997年不完全统计 全国共拥有数控机床12万台 目前 我国数控机床生产企业有100多家 年产量增加到1万多台 品种满足率达80 并在有些企业实施了FMS和CIMS工程 数控机床及其加工技术进入了实用阶段 第一章数控加工工艺及设备基础 第一节机床数控技术与数控加工设备概述一 机床中有关数控的基本概念1 数字控制 数控 及数控技术机床中的数字控制专指用数字化信号对机床的工作过程进行的可编程自动控制 简称为数控 Nc 这种用数字化信息进行自动控制的技术就
6、叫数控技术 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 2 数控系统数控系统是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统 是数控技术的载体 能自动阅读程序 译码 使机床按指令运动并加工零件硬件数控系统和计算机数控系统两类 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 3 计算机数控系统计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统 由装有数控系统程序的专用计算机 输入输出设备 可编程逻辑控制器 PLC 存储器 主轴驱动及进给驱动装置等部分组成 习惯上又称为CNC系统 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 4 开放式CNC系统定义 一个开放式CNC系统 应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同的软硬件平台上
7、运行 且能与其他应用软件系统协调工作 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 五个特征 1 对使用者是开放的 可采用先进的图形交互方式支持下的简易编程方法 使得数控机床的操作更加容易 2 对机床制造商是开放的 应允许机床制造商在开放式CNC系统软件的基础上开发专用的功能模块及用户操作界面 3 对硬件的选择是开放的 即一个开放式CNC系统应能在不同的硬件平台上运行 4 对主轴及进给驱动系统是开放的 即能控制不同厂商提供的主轴及进给驱动系统 5 对数据传输及交换等是开放的 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 5 数控机床定
8、义 数控机床是一种装有程序控制系统的机床 该系统能逻辑地处理具有特定代码或其他符号编码指令规定的程序 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 二 数控机床的组成 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 1 计算机数控装置 核心主要作用是根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理 然后输出控制命令到相应的执行部件 伺服单元 驱动装置和PLC等 完成零件加工程序或操作者所要求的工作 所有这些都是在CNC装置协调控制 合理组织下 使整个系统有条不紊地工作 它主要由计算机系统 位置控制板
9、PLC接口板 通信接口板 扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 2 伺服单元 驱动装置和测量装置包括主轴伺服驱动装置 进给伺服驱动装置 主轴电动机 进给电动机主轴伺服系统控制速度进给伺服系统控制位置和速度测量装置 位置和速度测量装置 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 3 控制面板4 控制介质与程序输入输出设备磁盘 磁盘驱动器通信方式 串行控制 专用接口 网络技术 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 5 PLC 机床I O电路和装置 1 接受CNC的M S T指令 译码 转换信号 控制辅助装置 2 接受I O信号 CNC 控制CNC系统状态和机床动
10、作6 机床本体控制对象 执行部件 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 三 数控机床分类1 按控制功能分类 1 点位控制数控机床主要加工平面内孔系 数控钻 镗 冲床 三座标测量机等 2 直线控制数控机床简易数控车 加工台阶轴 现代组合机床 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 3 轮廓控制数控机床具有多轴联动的能力平面轮廓控制数控机床 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 空间轮廓控制数控机床三轴以上联动 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 2 按进给伺服系统分类 1 开环数控机床 第一节机床数控技术与数控加工设备概
11、述 2 半闭环数控机床 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 3 闭环数控机床 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 3 按工艺用途 机床类型 分类 1 切削加工类 2 成形加工类 3 特种加工类 4 其他 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 瑞士电火花FANUC慢走丝 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 北京阿奇夏米尔慢走丝 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 四 数控机床的基本结构特征和主要辅助设备1 数控机床的基本结构特征刚性高 抗振好热变形低传动环节少摩擦系数小功能部件多区别 数控系统 伺服系统 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 2 辅助装置五 数控机床规格 性能和可靠性指标
12、1 规格指标行程 摆角范围工作台尺寸主轴功率 进给轴扭矩联动轴数刀库容量 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 2 性能指标 1 分辨率 脉冲当量分辨率是可测的最小增量 测量系统分辨率是可控的最小位移增量 控制系统脉冲当量是一个脉冲信号所引起的移动件位移量脉冲当量越小 加工精度和加工表面质量越好 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 2 主轴最高转速 最大加速度 3 最高快移速度 G00 最高进给速度 G01 3 可靠性指标MTBFMTTRA 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 六 数控机床的精度项目及检验数控机床的精度项目主要包括几何精度 定位精度和切削精度 检验按照JB2670 82 金
13、属切削机床精度检测通则 进行 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 1 主要几何精度项目及检验一类是对机床的基础件和运动大件 如床身 立柱 工作台 主轴箱等 的直线度 平面度 垂直度等的要求另一类是对机床主轴的要求 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 检测几何精度常用工具有精密水平仪 精密方箱 直角尺 平尺 千分表 测微仪 高精度主轴心棒等 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 注意 1 检测工具的精度必须比所测的几何精度高一个等级2 几何精度的检测必须在机床精调后一次完成 不允许调整一项检测一项 因为几何精度的一些项目是相互联系 相互影响的 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 2 定位精
14、度的项目及检验数控机床定位精度是指机床各运动部件在数控装置的控制下空载运动所能达到的位置准确程度 根据各轴能达到的位置精度就能判断出加工时零件所能达到的精度 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 1 直线运动定位精度是指数控机床的移动部件沿某一坐标轴运动时实际值与给定值的接近程度 其误差称为直线运动定位误差 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 影响因素1 伺服 检测 进给等系统的误差2 移动部件导轨的几何误差等检测工具测微仪和成组块规 标准刻度尺 光学读数显微镜 双频激光干涉仪 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 测量方法是在全行程上每隔200mm或2
15、50mm左右选取一个测量点 作为测量的目标位置 然后快速移动 从正 负两个方向进行5次定位 实际达到的位置与目标位置之差即为位置偏差 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 是一个由各定位位置偏差平均值连贯起来的一条曲线加上 3Sj散差带构成的定位点散差带 双向定位精度值就是整个散差带的最大宽度 反映移动部件沿某一坐标轴空载运动时任意两点间实际值与给定值可能的最大偏离程度 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 2 直线运动的重复定位精度是指在同一台数控机床上 应用相同程序 相同代码加工一批零件 所得结果的一致程度 影响因素 伺服系统特性 进给传动环节的间隙与
16、刚性以及摩擦特性等因素的影响 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 3 直线运动的反向误差直线运动的反向误差也叫失动量驱动部件的反向死区及各机械运动传动副的反向间隙和弹性变形等误差的综合反映误差越大 则定位精度和重复定位精度也越差 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 4 直线运动的原点返回精度 回零精度 是指数控机床各坐标轴达到规定零点的准确程度 其误差称为回零误差 实质上是该坐标轴上一个特殊点的重复定位精度 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 5 分度精度是指分度工作台在分度时指令要求回转的角度值与实际回转的角度值的差值 既影响零件加工部位在空间的角度位置 也影响孔系加工的同轴度 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 3 切削精度的项目及检验主要反映了机床的几何精度和定位精度同时还反映了试件的材料 环境温度 刀具性能以及切削条件等各种因素造成的误差卧式加工中心切削检验的主要内容是尺寸精度 形状精度和位置精度 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 1 镗孔精度检查 测量孔的圆度和圆柱度 2 端铣刀铣削平面精度检查 测量平面度 第一节机床数控技术与数控加工设备概述 3 直线铣削精度检
