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1、项目一 数控技术概述与数控机床,绪论 1.1 数控机床的产生 1.2 数控加工的概念 1.3 数控机床的组成 1.4 数控机床的分类 1.5 数控机床的发展趋势 1.6 典型的数控机床,绪论,数控人才与就业,毕业生就业与数控加工有关的工作岗位：,数控机床操作,数控加工工艺设计及程序编制,数控机床管理与维修,数控加工生产组织管理,销售及技术服务,与人沟通能力、分析能力、团队工作的能力、专业技能、强烈的职业道德规范。,社会所需的数控加工技术人才类型：,数控机床操作,数控工艺设计与编程、维修,数控机床操作、工艺设计与编程、维修及数控改造、管理,本课程学习说明,本课程学习内容,数控加工工艺、手工编程和
2、数控机床操作技能。,学习本课程的目的,本课程的教法,本课程的学习进程,掌握数控技术的基本概念和基本理论，了解数控机床的结构和原理，理解典型零件的数控加工工艺，以理论指导实践操作，进而熟悉手工编程的方法和技巧，掌握FANUC系统机床的具体操作。,学习本课程的要求,1.1 数控机床的产生,数字控制(Numerically Controlled)简称数控(NC)，是用数字信息实现自动控制的技术。数字控制机床(数控机床)，是用数字信息实现自动控制运转的机床。,概念,加工中心,数控机床是一种综合运用了计算机、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化的典型产品。它把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入
3、到数控装置，实现自动控制机床运动，加工出所需要的零件。,特征,发展,自1952年美国研制出第一台数控铣床起，数控系统经历了5各发展阶段。,现代制造业的主流设备，对发展国家经济有决定性的影响。 现代机械制造业工艺水平的重要标志，是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。,数控加工的地位,数控机床制造已比较成熟。但与先进国家相比尚有较大的差距。我国机床数控化率15%，数控机床应用水平较低。,我国数控机床现状及典型数控系统,1.2 数控加工的概念,一、数控加工的定义,数控加工是指在数控机床上进行自动加工零件的一种工艺方法。,二、数控加工的认识,三、数控加工的工作原理,数控加工就是根据零件图样及工艺要求
4、等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制刀具与工件的相对运动，从而自动完成零件的加工。,四、数控加工的过程,数 值 计 算,分 析 零 件,工 艺 分 析,数 控 编 程,程 序 传 输,程 序 校 验,数控加工步骤详细框图,五、数控加工的特点,1.适应性强，适合加工单件或中小批量复杂工件,2.加工精度高，产品质量稳定,3.自动化程度高，劳动强度低,4.生产效率高,5.良好的经济效益,6.有利于生产管理的现代化,六、数控加工的对象,平面类零件,精密、复杂零件,变斜角类零件,模具,结构复杂的零件,叶片的精加工件,多品种、小批量生产的零件,数控机床最适合加工具有以下特点
5、的零件,形状结构比较复杂的零件,需要频繁改型的零件(试制件),价值昂贵不允许报废的零件,需要最短周期的急需零件,精度要求高的零件,1.3 数控机床的组成,数控机床主要由输入输出设备、数控装置、伺服系统、机床本体和测量装置五个部分组成。,反馈装置,伺服系统,输入输出设备,机 床,数控装置,位置检测,速度检测,一、输入/输出设备,输入/输出设备：纸带阅读机、软盘驱动器及键盘（MDI方式）等，还有RS232串行通讯接口；输出设备主要有CRT显示器或点阵式液晶显示器。,二、数控装置,数控装置是数控机床的核心。,数控系统的操作面板,FANUC系统,SIEMENS系统,华中HNC系统,三、伺服系统,主要由
6、伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。,伺服电机,电主轴,位置检测装置,四、机床本体,数控机床的本体与普通机床基本类似，不同之处是数控机床结构简单、刚性好，传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动，主轴变速系统简化了齿轮箱，普遍采用变频调速和伺服控制。 主运动部件：主轴、进给机构等完成切削加工；进给运动部件：工作台、刀架； 支撑部件：床身、立柱； 五.辅助装置：冷却、润滑、转位、夹紧、换刀机械手等,数控机床的结构特点：,主轴功率大，床身刚度高、抗震性好、热变形小,采用高效传动件。传动灵活，传动精度高,有刀具自动交换系统和管理系统,有工件自动交换系统以及液压加紧放松机构,有
7、全封闭或半封闭的安全防护设施,四、数控机床工作原理,根据零件图样，进行工艺分析，确定工艺方案，依据数控系统的规定指令，编制零件的加工程序。视零件结构的复杂程度，可以采用手工或计算机编程，程序较小时，可以直接在车床的操作面板的输入区域操作；程序较大时，也可在装有编程软件的普通计算机上进行，编程软件国内一般采用模拟软件和专业软件，经过相应的后置处理，生成加工程序。 再通过车床控制系统上的通信接口或其他存储介质（软盘、光盘等），把生成的加工程序输入到车床的控制系统中。进入数控装置的信息，经过一系列处理和运算转变成脉冲信号。,有的信号输送到机床的伺服系统，通过伺服机构处理，传到驱动装置（主轴电机、步进
8、或交、直流伺服电机），使刀具和工件严格执行零件加工程序说规定的运动；有的信号送到可编程控制器，用以控制机床的其他辅助运动，如主轴和进给运动的变速、液压或气动装夹工件、冷却液开关等。,1.4 数控机床的分类,一、按数控机床加工原理分类,数控车床,普通数控机床,用刀具对零件进行切削加工,特种加工数控机床,成形加工数控机床,采用电火花原理进行加工,通过物理方法改变工作形状,数控铣床,车削中心,加工中心,电火花线切割机,电火花成型机,数控折弯机,数控冲床,数控弯管机,二、按控制功能分类,点位控制,从一点准确地快速移动下一个点,直线控制,轮廓控制,以给定的速度按直线进行切削,按工件的轮廓轨迹进行切削,三
9、、按进给伺服系统类型分类,开环数控系统,闭环数控系统,半闭环数控系统,采用步进电机，无位置检测元件，对执行机构不检测，无反馈控制信号。设备成本低，调试方便 。,采用伺服电机，有位置检测元件和位置比较电路。位置测量装置安装 在工作台。系统的控制精度高 ，设备的成本高。,位置检测元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电机或丝杠端的转角，推算出位移。,1.5 数控机床的发展趋势,一、数控机床的发展趋势,1.高速高精度化,高速化是指数控机床高的切削速度和高的进给量，有利于提高生产率。高速加工提高了加工精度，也改善了加工面粗糙度。高精度是机床能够达到高的分辨率、定位精度和重复定位精度等。精加工精度已
10、提高到0.1m ，加工精度进入了亚微米级。,2.高效化（复合化）,在一台机床上，工件一次装夹便可完成多工种、多工序的加工，实现一机多能，提高生产效率和加工精度。,3.智能化,加工过程自适应控制技术,加工参数的智能优化与选择,故障自诊断功能,智能化交流伺服驱动装置,21世纪的CNC系统将是一个高度智能化的系统，可在局部或全局实现加工过程的自适应、自诊断和自调节；智能编程、智能监控；专家系统可降低对操作者的要求。,4.结构新型化,传统的金属切削机床， 本质上是“串联”机构。 而图1所示的基于Stewart 平台的典型纯“并联”六自 由度机床。,5.先进制造系统（计算机集成制造系统）,满足柔性制造单
11、元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）的要求，实现数控机床之间的数据通信和直接对若干台数控机床进行控制。计算机集成制造系统的发展可以实现整个机械制造厂的全盘自动化 。,1.6 典型的数控机床,数控铣床,后置刀架数控车床,经济型数控车床,立式数控车床,车削中心,龙门铣床,立式加工中心,卧式加工中心,5轴加工中心,慢走丝线切割机床,快走丝线切割机床,电火花成型机床,激光加工机床,双主轴、五轴联动机床,小型零件的超精密加工,数字化仿形加工,数控机床的发展,1952年3月，世界上第一台三坐标数控铣床试制成功，可作直线插补，由美国的巴森兹(Parsons)公司和麻省理工学院
12、(MIT)合作研发。,1959年，由美国的克耐杜列克(Keaney & Trecker)首次研制开发了具有自动换刀装置和回转工作台的加工中心(Machining Center，MC)。,20世纪60年代末，出现了直接数控系统(Direct NC,DNC)，由一台计算机直接管理和控制一群数控机床。,1967年，英国出现了由多台数控机床连接而成的柔性加工系统，即现在的柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)的前身。,20世纪末，出现了以数控机床为基本加工单元的计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Syste
13、m，CIMS)。,数控加工零件图、成品,数控加工框图,数控加工的对象,平面类零件,数控加工的对象,变斜角类零件,数控加工的对象,精密、复杂零件,数控加工的对象,模具,数控加工的对象,结构复杂的零件,异形零件,数控加工的对象,叶片的精加工,数控机床的组成,交流同步伺服电机,力矩伺服电机,交流同步伺服直线电机,数控机床的组成,电主轴,数控机床的组成,位置检测装置,瑞士米克朗VCP600/800高性能加工中心,数控机床的分类,数控机床的分类,数控机床的分类,高精度加工,提高机械设备的制造精度和装配精度,减小数控系统 的控制误差,采用补偿技术,典型的数控机床,经济型数控车床,典型的数控机床,后置刀架数
14、控车床,典型的数控机床,立式数控车床,典型的数控机床,车削中心,典型的数控机床,数控铣床,典型的数控机床,龙门铣床,典型的数控机床,立式加工中心,主轴转速：12000/20000/42000 转/分 工作行程：X轴：600 mm Y轴: 450 mm Z轴: 450 mm 工作台： 850 x 530mm 快移速度：22 米/分 工作进给：15 米/分 刀库容量：30/36把 精度（按照ISO230-2标准检测）定位精度：A=0.008mm重复精度：R=0.006mm,典型的数控机床,卧式加工中心,典型的数控机床,5轴加工中心,典型的数控机床,慢走丝线切割机床,典型的数控机床,快走丝线切割机床,典型的数控机床,电火花成型机床,典型的数控机床,激光加工机床,典型的数控机床,数字化仿形加工,典型的数控机床,双主轴、五轴联动机床,典型的数控机床,小型零件的超精密加工,由两台SINUMERIK840D控制。第一个控制8个轴,第二个控制3个轴,工件与一枚大 头针放大20倍 时比较,第1章 数控技术概述与数控机床,
