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1、*,1,第一节 机床数控技术的基本概念 第二节数控机床的组成和分类 第三节 数控机床的特点及适用范围,*,2,数 控 车 床,*,3,数 空 机 床 的 组 成,*,4,数 控 铣 床,*,5,*,6,加 工 中 心,*,7,*,8,加 工 中 心,*,9,*,10,车 床 的 内 部 结 构,*,11,*,12,操 作 面 板,*,13,伺 服 驱 动 器,*,14,第一节 机床数控技术的基本概念 一概述 数控技术是解决机械加工问题的计算机控制技术。 数字控制(简称数控Numerical Control)：以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作。 数控机床：采用计算机控制加工运动的机床
2、。 数控系统组成：数控装置、可编程序控制器主轴驱动及进给装置等部分。 数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。 数控加工过程如下图：,*,15,数控加工与传统加工比较,*,16,二、数控机床的工作流程 数控机床根据所输入的数控加工程序(NC程序)，控制机床部件的运动形成零件加工轮廓，从而满足零件形状的要求。 机床的数字控制是由数控系统完成的。 工作流程： 1.数控加工程序的编制 零件加工前，首先根据被加工零件图样所规定的零件形状、尺寸、材料及技术要求等，确定零件的工艺过程、工艺参数、几何参数以及切削用量等，然后根据数控机床编程手册规定的代码和程序格式编写零件加工程序单。 早期的数控机床还
3、需将零件加工程序清单由穿孔机制成穿孔带以备加工零件用。 较简单的零件，采用手工编程； 形状复杂的零件，用自动编程。 2.输入,*,17,输入的任务：把零件程序、控制参数和补偿数据输入到数控装置中去。 输入的方法：因输入设备而异，有纸带阅读机输入、键盘输入、磁带和磁盘输入以及通信方式输入。 输人工作方式： (1)边输入边加工，即在前一个程序段加工时，输入后一个程序段的内容； (2)一次性地将整个零件加工程序输人到数控装置的内部存储器中，加工时再把一个个程序段从存储器中调用进行处理。 3.译码 数控程序包含零件轮廓信息(如直线、圆弧、线段的起点和终点等)、加工进给速度(F代码)等，加工工艺信息和其
4、它输助信息(M、S、T代码等)。数控程序是一种简化的代码程序，不是计算机通用语言，即不是C、VB等。译码就是按照一定的对应规则将上述信息转化成计算机能够识别的通用数据形式，并按一定的数据格式存放在指定的内存专用区域。 在译码过程中对程序段还要进行语法检查，有错则立即报警。 4.刀具补偿 零件加工程序通常是按零件轮廓轨迹编制的。,*,18,刀具补偿的作用：把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹运动，加工出所要求的零件轮廓。 刀具补偿：刀具半径补偿和刀具长度补偿。 5.插补 插补是判断位置或选择进给增量的计算方法。 插补的目的是控制加工运动的大小和方向，使刀具运动轨迹近似于工件零件轮廓轨迹。 插补的作用
5、是根据曲线方程和当前坐标，计算下一点坐标，在起、终点之间进行“数据点的密化”，计算出一系列刀具轨迹坐标点。一次插补计算，形成一个个微小的进给直线数据段。 数控装置根据输入零件轮廓数据，通过插补计算刀具运动轨迹数据，一边计算一边根据计算结果向各坐标轴发出运动指令，使机床在相应的坐标方向上移动一个单位位移量，将工件加工成所需的轮廓形状。,*,19,6.位置控制和机床加工 位置控制是以位置为控制对象的控制。插补是一种位置控制方法，以位置为唯一的控制目标，不能同时控制速度、加速度，运动是位置误差的反射，缺乏统一规划，容易产生冲击。 位置控制的任务是在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置
6、相比较，用其差值去驱动伺服电动机，电动机使机床的运动部件带动刀具相对于工件按规定的轨迹和速度进行加工。,*,20,第二节数控机床的组成和分类 一、数控机床的组成 数控机床是以计算机数值控制技术控制的机床。 一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。 数控机床的组成框图,*,21,数控机床是电动机、丝杆螺母和控制器的组合,*,22,控制器组合,*,23,1输入输出设备 输入输出设备主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印。硬件配置视需要而定：功能简单的机床可能只配键盘和发光二极管(LED)显示器；功能普通的机床则可能加上纸带阅读机和纸带穿孔机、磁带和磁盘读
7、入器、人机对话编程操作键盘和视频信号显示器(CRT)； 功能较高的可能还包含有一套自动编程机或计算机辅助设计/计算机辅助制造系统。 2数控装置 数控装置是数控机床的核心。将输入程序转换为输出口线上的电压。 它接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。 数控装置通常是指一台专用计算机或通用计算机与输人输出接口板所组成的控制装置。 机床控制器的主要作用是实现对机床辅助功能M、主轴转速功能S和刀具功能T的控制。,*,24,数控装置的主要功能： (1)多坐标控制(多轴联动)。 (2)插补功能(直线、圆弧和其它插补)。 (3)程序输入、编辑和修改(人机对
8、话、手动数据输入、上位机通信输入)。 (4)故障自诊断功能。 (5)补偿功能：刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、 螺距误差补偿等。 (6)信息转换功能：EIAISO代码转换、英制米制转换、坐标转换、绝对值增量值转化等。 (7)多种加工方式：可实现多种加工方式循环、重复加工、凹凸模加工和镜像加工等。 (8)辅助功能：也称M功能，用来规定主轴的起停和转向，切削液的接通和断开，刀具的更换等 (9)显示功能：用CRT或液晶屏显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故 障源以及图形等。 (10)通信和联网功能 3伺服系统,*,25,伺服系统是接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件(如主
9、轴驱动、进给驱动)。 组成：伺服控制电路、功率放大线路和伺服电动机等。 常用的伺服电动机：步进电动机、电液马达、直流伺服电动机和交流伺服电动机。 4测量反馈装置 组成:测量部件和响应的测量电路。 作用：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。没有测量反馈装置的系统称为开环控制系统。 常用的测量部件：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁尺等。 5机床本体 机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。 机床是被控制的对象，其运动的位移和速度以及各种开关量是被控制的。数控机床采用高性能的主轴及进给伺服驱动装置，其机械
10、传动结构得到了简化。 为保证功能充分发挥，还有配套部件（如冷却、排屑、防护、润滑、照明等）和辅助装置（编程机和对刀仪等）。,*,26,按运动控制的特点分类 按伺服系统的类型分类 按工艺方法分类 按功能水平分类,高档 中档 低档,金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工类数控机床,开环控制的数控机床 闭环控制的数控机床 半闭环控制的数控机床,点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床,二、数控机床的分类,分类的目的是掌握群体特征,*,27,点位控制数控钻床加工示意图,二维轮廓控制数控机床加工示意图,三维轮廓控制数控机床加工示意图,*,28,开环控制系统示意图,半闭环控制系统示意图,闭
11、环控制系统示意图,*,29,*,30,自动化程度高，可以减轻工人的体力劳动强度,加工的零件一致性好，质量稳定,生产效率较高,便于产品研制,便于实现计算机辅助制造,第三节 数控机床的特点及适用范围,*,31,一、与其它加工设备相比，数控机床具有如下特点： 1.加工零件的适应强，灵活性好 数控机床能完成很多普通机床难以胜任，或者根本不可能加工出来的复杂型面的零件。这是由于数控机床具有多坐标轴联动功能，并可按零件加工的要求变换加工程序。因此，数控机床首先在航空航天等领域获得应用，在复杂曲面的模具加工、螺旋桨及涡轮叶片的加工中，也得到了广泛的应用。,*,32,2加工精度高，产品质量稳定 由于数控机床按
12、照预定的程序自动加工，不受人为因素的影响，其加工精度由机床来保证，还可利用软件来校正和补偿误差。因此，能获得比机床本身精度还要高的加工精度及重复精度。 3生产率高 数控机床的生产率比普通机床高23倍。尤其是某些复杂零件的加工，生产率可提高十几倍甚至几十倍。这是因为数控机床加工能合理选用切削用量，机加工时间短。又由于其定位精度高，停机检测次数减少，加工准备时间也因采用通用工夹具而大大缩短。 4减少工人劳动强度 数控机床主要是自动加工，自动换刀、开关切削液、自动变速等，其大部分操作不需要人工完成，因而改善了劳动条件。由于操作失误减少，也降低废品率和次品率。,*,33,5生产管理水平提高。 在数控机
13、床上加工，能准确计算出零件的加工时间，加强了零件的计时性，便于实现生产计划调度，简化和减少了检验、工具夹准备、半成品调度等管理工作。 数控机床具有的通信接口，可实现计算机之间的联接，组成工业局部网络(LAN)，采用制造自动化协(MAP)规范，实现生产过程的计算机管理与控制。 二、数控机床的适用范围 1.形状复杂：加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件； 2.用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件； 3.具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件； 4.必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。,*,34,数控加工适用于： （1）生产批量中、小 （2）加工复杂程度复杂 （3）精度要求高 （4）经济实力强 当零件不太复杂，生产批量较小时，宜采用通用机床； 当生产批量较大时，宜采用专用机床； 当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床,
