机床数控技术第2版PPT全套课件

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1、 机床数控技术 电子课件（2版）,目 录,第1章 绪 论 第2章 数控加工工艺分析与程序编制 第3章 计算机数控系统 第4章 数控机床伺服系统 第5章 数控机床机械结构 第6章 数控机床的保养与维修,第1章 绪 论,1.1 概 述 1.2 数控机床的分类 1.3 数控机床的发展与作用,第1章 绪 论,教学要求： 本章主要讲述数控机床的基本概念和特点、主要技术参数、分类以及技术与发展水平等。本章内容是数控机床的基本知识和内容，要求学生理解并掌握数控机床的基本概念、组成与特点以及分类，了解其发展趋势和在先进制造技术中的作用。,1.1 概 述,1.1.1 数控机床的定义 数控，即数字控制（Numer

2、ical Control，NC）。 数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术 。 数控机床（Numerically Controlled Machine Tool），简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其它功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。,1.1.2 数控机床的组成及特点 1.数控机床的组成 数控机床主要由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体等四部分组成。如图1-1所

3、示。,1.1 概 述,图1-1 数控机床的组成,程序介质:记载机床加工零件的全部信息。如零件加工的工艺过程、工艺参数、位移数据、切削速度等。常用的程序介质有磁带、磁盘、U盘等。 数控机床大都采用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接输入或通过串行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。在CAD/CAM集成系统中，其加工程序可不需任何载体直接输入到数控系统。,1.1 概 述,磁带、磁盘,U 盘,CF 卡,穿孔带,机床传输线,穿孔带,ISO标准代码孔,1.1 概 述,1.1 概 述,数控装置:控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接收程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为

4、伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标控制伺服系统。 伺服系统是由伺服驱动电机和伺服驱动装置组成，是数控系统的执行部件。它的基本作用是接收数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行机构的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。 通常数控系统由数控装置和伺服系统两部分组成，各公司的数控产品也是将两者作为一体的。,1.1 概 述,交流直线电机及其驱动器,步进电机及其驱动器,1.1 概 述,机床主体也称主机:包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、滑鞍、工作台（刀架）、导轨等。,1.1 概 述,数控车床斜置床身,数控车床正置床身,数控机床的床身、

5、立柱,1.1 概 述,卧式加工中心的框架式立柱,1.1 概 述,立式加工中心立柱,1.1 概 述,1.1 概 述,数控机床的滚珠丝杠,滚珠丝杠螺母副的外循环方式 1弯管；2压板；3丝杠；4滚环；5螺纹管道,1.1 概 述,滚动导轨块的结构,直线滚动导轨,静压导轨工作原理,1.1 概 述,数控车床自动换刀装置,双刀架,带动力头卧式回转刀架,卧式回转刀架,立式回转方刀架,1.1 概 述,斗笠式刀库,链式刀库,盘式刀库,加工中心自动换刀装置,1.1 概 述,加工中心刀具测量、工件测量系统,加工中心刀具预调仪,1.1 概 述,车床用光学对刀仪,车床用HPA （High Precision Arm）刀具

6、测量系统,1.1 概 述,2. 数控机床的特点 数控机床与普通机床加工零件的区别，在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要求由工人手工操作来加工零件。在数控机床上加工零件只要改变控制机床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。因此数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂、精度高的零件。数控加工是一种程序控制过程，其相应形成了以下特点： （1）采用数控机床可以提高零件的加工精度、稳定产品的质量。 （2）数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工。 （3）采用数控机床比普通机床可以提高生产效率23倍，尤其对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。 （4

7、）可以实现一机多用。 （5）采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。,1.1 概 述,1.1.3 数控机床的主要技术参数,1.主要规格尺寸 对数控车床主要规格尺寸有床身上最大工件回转直径、刀架上最大工件回转直径、加工最大工件长度、最大车削直径等；对数控铣床、加工中心主要规格尺寸有工作台面尺寸（长、宽）、工作台T形槽、工作行程等。 2.主轴系统 数控机床主轴驱动方式、转速、调速范围、主轴回转精度等。数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽调速范围和较高回转精度，主轴本身刚度与抗振性比较好。现在数控机床主轴普遍达到500010000rmin，甚至更高

8、的转速，主轴可以通过操作面板上的转速倍率开关直接改变转速。,1.1 概 述,3.进给系统 进给系统有进给速度范围、快速（空行程）速度范围、运动分辨率（最小移动增量）、定位精度和螺距范围等主要技术参数。 （1）进给速度 是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素，直接受到数控装置运算速度、机床动特性和工艺系统刚度的限制。进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整。 （2）脉冲当量（分辨率） 是指两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔，是重要的精度指标。有其两个方面的内容，一是机床坐标轴可达到的控制精度（可以控制的最小位移增量），表示数控装置每发出一个脉冲时坐标轴移动的距离，称为实际脉冲当量或外

9、部脉冲当量；二是内部运算的最小单位，称之为内部脉冲当量，一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置的要小，目的是在运算过程中不损失精度。实际脉冲当量计算公式为： 目前数控机床的脉冲当量一般为0.001mm，精密或超精密数控机床的脉冲当量采用0. 1m。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。,1.1 概 述,（3） 定位精度和重复定位精度 定位精度是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度。移动部件实际位置与理想位置之间的误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。定位误差将直接影响零件加工的位置精度。 重复定位精度

10、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，所得到的连续结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是成正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性。对于中小型数控机床，定位精度普遍可达0.01mm，重复定位精度为 0.005mm。,1.1 概 述,4.刀具系统 数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度等各项内容。 加工中心包括刀库容量与换刀时间等。刀库容量与换刀时间直接影响其生产率，通常中小型加工中心的刀库容量为1660把，大型加工中心可达100把以上。换刀时间是指自动换刀系统

11、，将主轴上的刀具与刀库刀具进行交换所需要的时间。 5.数控机床的可控轴数与联动轴数 数控机床的可控轴数：指机床数控装置能够控制的坐标数目。可控轴数和数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。世界上最高级数控装置的可控轴数已达到24轴。 数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目。,1.2 数控机床的分类,1.2.1 按机械运动轨迹分类 数控机床按其刀具与工件相对运动的方式，可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。 1.点位控制数控机床,特点：要求保证点与点之间的准确定位。它只能控制行程的终点坐标值，而不管从一个孔到另一个孔是按照什么轨迹运动，在刀具运动过程

12、中，不进行切削加工。 包括数控钻床，数控镗床，数控冲床，三坐标测量机，印刷电路板钻床等。,图1-2 点位控制钻孔加工示意图,1.2 数控机床的分类,2.直线控制数控机床 特点：不仅要控制行程的终点坐标值，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。 包括数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床等。 现代组合机床采用数控技术，驱动各种动力头、多轴箱轴向进给钻、镗、铣等加工，也算是一种直线控制数控机床。直线控制也称为单轴数控。,图1-3 直线控制切削加工示意图,1.2 数控机床的分类,3.轮廓控制数控机床 特点：不仅要控制行程的终点坐标值，还要保证两点之间的轨迹要

13、按一定的曲线进行。即这种系统必须能够对两个或两个以上的坐标方向的同时运动进行严格的连续控制。在加工过程中，每时每刻都对各坐标的位移和速度进行严格的不间断的控制。 包括数控车床、数控铣床、加工中心等。,图1-4 轮廓控制铣削加工示意图,1.2 数控机床的分类,1.2.2 按伺服系统的类型分类,1.开环伺服系统数控机床 这类数控机床没有位置检测反馈装置，数控装置发出的指令信号是单向的，其精度主要决定于驱动元器件和电动机（步进电动机）的性能。例如采用步进电动机的伺服系统就是一个开环伺服系统。 特点：结构简单、较为经济、维护维修方便，速度及精度低。 适用精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化

14、改造。,1.2 数控机床的分类,2. 闭环伺服系统数控机床 这类机床上装有位置检测装置，直接对工作台的位移量进行测量。数控装置发出进给信号后，经伺服驱动使工作台移动，位置检测装置检测出工作台的实际位移，并反馈到输入端，与指令信号进行比较，驱使工作台向其差值减小的方向运动，直到差值等于零为止。闭环控制可以消除由于传动部件制造中存在的精度误差给工件加工带来的影响，从而得到很高的精度。但是由于很多机械传动环节包括在闭环控制的环路内，直接影响到伺服系统的稳定性。因此，闭环伺服系统的设计和调整都非常困难。 特点：定位精度高。但其系统设计和调整困难、稳定性差、结构复杂、成本高。 适用于精度要求很高的数控镗

15、铣床、超精密车床、超精密铣床、加工中心等。,1.2 数控机床的分类,3. 半闭环伺服系统数控机床 这类数控机床采用安装在进给丝杠或电动机端头上的转角测量元件测量丝杠旋转角度，来间接获得位置反馈信息。这种系统的闭环内不包括丝杠、螺母副及工作台，因此可以获得稳定的控制特性。而且由于采用了高分辨率的测量元件，可以获得比较满意的精度及速度。 大多数数控机床采用半闭环伺服系统，如数控车床、数控铣床、加工中心等。,1.2 数控机床的分类,1.2.3 按功能水平分类 数控机床按功能水平分为高、中、低档三类。数控机床功能水平的高低主要由它们的主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平等决定，主要包括以下内容。

16、 1. 中央处理单元(CPU) 低档数控机床一般采用8位CPU；而中、高档数控机床已经由16位CPU，发展到32位或64位CPU，并用具有精简指令集(RISC)的CPU。 2. 分辨率和进给速度 低档数控机床的分辨率为10，进给速度为6m/min15m/min；中档数控机床的分辨率为1，进给速度为12m/min24m/min；高档数控机床的分辨率为0.1或更小，进给速度为24m/min100m/min，或更高。,1.2 数控机床的分类,3. 多轴联动功能 低档数控机床多为23轴联动；中、高档数控机床则都是35轴联动，或更多。 4. 显示功能 低档数控机床一般只有简单的数码显示或简单的阴极射线管CRT字符显示功能；中档数控机床有较齐全的CRT显示功能，如字符、图形、人机对话、自诊断等功能显示；高档数控机床还有三维动态图形显示功能。 5. 通信功能 低档数控机床无通信功能；中档数控机床有RS232C或直接数控(DNC，也称群控)等接口。高档数控机床有制造自动化协议(MAP)等高性能通信接口，且具有联网功能。,1.2 数控机床的分类,数控机床按功能水平的另一种分类是将数控机床分为经济(简易)