数控车床-幻灯片

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1、数控车床概述,第一章,数控车床概述,1.1 数控机床的基本知识 1.2 数控车床工作原理 1.3 数控车削加工工艺范围及特点 1.4 数控机床分类,1.1 数控机床的基本知识,1.1 数控机床的基本知识 1.1.1 数控与数控机床的概念 数字控制（Numerical Control，简称数控或NC）技术，国家标准（GB8129-87）定义为：“用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”。装备了数控系统的机床称为数控机床。随着科学技术的发展，数控系统也采用专用或通用计算机及控制软件与相关的电气元部件一起来实现数控功能，称为计算机数控（CNC）系统。,1.1 数控机床的基本知识,1.1

2、.2 数控车床型号及技术参数 1.1.2.1 数控车床型号 根据金属切削机床型号编制的方法（JB1838-85）中规定，机床均用汉语拼音字母和数字，按一定规律组合进行编号，以表示机床的类型和主要规格。数控车床编号CK6136中，字母与数字含义如下所示： C K 6 1 36 主参数代号 （床身上工件最大回转直径的1/10，单位） 系代号（卧式车床系） 组代号（落地及卧式车床组） 特性代号（数控） 类代号（车床类）,1.1 数控机床的基本知识,1.1.2.2 数控车床技术参数 技术参数是用户购买机床时的主要依据，表11为CK6136和CA6140的技术参数，旨在了解数控车床与普通车床在技术参数种

3、类和数值上的不同。数控机床性能指标的含义和对机床的影响见表12数控机床性能指标表。,1.1 数控机床的基本知识,表11数控车床和普通车床技术参数,表11数控车床和普通车床技术参数,1.1 数控机床的基本知识,表12数控机床性能指标表,1.1 数控机床的基本知识,1.2 数控车床工作原理,1.2 数控车床工作原理 1.2.1 数控车床组成及其作用 图11为数控车床CK6136外形图。,图11 CK6136外形图,1.2 数控车床工作原理,传统观点认为数控机床由程序载体、输入输出设备、数控系统、伺服系统、机床主体等组成。但现代数控机床的数控系统都采用模块化结构，伺服系统中的伺服单元和驱动装置为数控

4、系统中的一个子系统，输入输出装置也为数控系统中的一个功能模块，所以现在的观点认为数控机床主要由计算机数控系统和机床本体组成， 如图12。其中每一部分的功用如下。,1.2 数控车床工作原理,图12 数控机床的组成,1.2 数控车床工作原理,1.2.1.1 输入装置 数控机床是按照编程人员编制的工件加工程序运行的。在工件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（走刀量、主轴转速等）和辅助运动等。通常编程人员将工件加工程序以一定的格式和代码存储在一种载体上，如录音磁带、软磁盘或硬盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到数控装置内。 输入装置的作用是将程序载体内有关加工的信息读入

5、数控装置。根据程序载体的不同，输入装置可以是录音机或软盘驱动器等。 数控机床还可以不用任何程序载体，通过数控机床操作面板上的键盘，用手工将工件加工程序输入数控装置；或者将存储在计算机硬盘上的工件加工程序传送到数控装置。,1.2 数控车床工作原理,1.2.1.2 计算机数控装置 数控装置是数控机床的核心。它根据输入的数据，完成数值计算、逻辑判断、输入输出控制等。数控装置一般由专用（或通用）计算机、输入输出接口板及可编程序控制器（PLC）等组成。可编程序控制器主要用于对数控机床辅助功能、主轴转速功能和刀具功能的控制。,1.2 数控车床工作原理,1.2.1.3 伺服系统 伺服系统包括主轴伺服单元、进

6、给伺服单元、机床控制线路、功率放大线路及驱动装置，它接受数控装置发来的各种动作命令，驱动数控机床传动系统的运动。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床的加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。,1.2 数控车床工作原理,1.2.1.4 测量装置 测量装置的作用是通过位置传感器将伺服电动机的角位移或数控车床执行机构的直线位移转换成电信号，输送给数控装置，使之与指令信号进行比较，并由数控装置发出指令，纠正所产生的误差，使数控车床按工件加工程序要求的进给位置和速度完成加工。,1.2 数控车床工作原理,1.2.1.5 机床本体 机床本体包括：主传动系统、进给系统以及辅助装置等。对于数控加工中心，还有存

7、放刀具的刀库、自动换刀装置（ATC）和自动托盘交换装置等。与传统的机床相比，数控机床的结构强度、刚度和抗振性，传动系统和刀具系统的部件结构，操作机构等方面都发生了很大的变化，其目的是为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的效能。,1.2 数控车床工作原理,1.2.2 数控系统的主要功能 数控系统的功能取决于数控系统硬件和软件的配置，一般说来，数控系统的主要功能可归纳为以下几点： 1.2.2.1 多轴控制功能 控制系统可以控制坐标轴的数目指的是数控系统最多可以控制多少个坐标轴,其中包括平动轴和回转轴, 基本平动坐标轴是X、Y、Z轴， 基本回转坐标轴是A、B、C轴。 联动轴是指数控系统按照加工的

8、要求可以控制同时运动的坐标轴的数目。 如某型号的数控机床具有X、Y、Z三个坐标轴运动方向, 而数控系统只能同时控制两个坐标（XY、YZ或XZ）方向的运动, 则该机床的控制轴数为3轴（称为三轴控制）,而联动轴数为2轴（称为两联动）。,1.2 数控车床工作原理,1.2.2.2 插补功能 指数控机床能够实现的运动轨迹。 如直线、圆弧、螺旋线、抛物线、正弦曲线等。 数控机床的插补功能越强， 说明加工的轮廓种类越多。 1.2.2.3 进给功能 包括快速进给（空行程移动）、切削进给、手动连续进给、点动， 进给量调整（倍率开关）、自动加速减速功能等性能。 进给功能与伺服驱动系统的性能有很大的关系。 1.2.

9、2.4 主轴功能 可实现恒转速、恒线速度、定向停车及转速调整（倍率开关）等功能。恒线速度指的是主轴可以自动变速， 使得刀具对工件切削点的线速度保持不变。 主轴定向停车功能主要用于数控机床在换刀、精镗等工序退刀前， 对主轴进行准确定位， 以便于退刀。,1.2 数控车床工作原理,1.2.2.5 刀具功能 指在数控机床上可以实现刀具的自动选择和自动换刀。 1.2.2.6 刀具补偿功能 包括刀具位置补偿、半径补偿和长度补偿功能。 半径补偿中有车刀的刀尖半径、铣刀半径的补偿， 长度补偿中有车刀长度变化的补偿。 1.2.2.7 机械误差补偿功能 指系统可以自动补偿机械传动部件因间隙产生的误差的功能。 1.

10、2.2.8 操作功能 数控机床通常有单程序段运行、跳段执行、连续运行、试运行、图形模拟仿真、机械锁住、暂停和急停等功能， 有的还有软件操作功能。 1.2.2.9 程序管理功能 指对加工程序的检索、编制、插入、删除、更名、锁住、在线编辑（即后台编辑, 在执行自动加工的同时进行编辑）以及程序的存储通信等。,1.2 数控车床工作原理,1.2.2.10 图形显示功能 在显示器（CRT）上进行二维或三维、单色或彩色的图形显示。图形可以进行缩放、旋转， 还可以进行刀具轨迹动态显示。 1.2.2.11 辅助编程功能 如固定循环、镜像、图形缩放、子程序、宏程序、坐标轴旋转、极坐标等功能， 可减少手工编程的工作

11、量和难度。 1.2.2.12 自诊断报警功能 指数控系统对其软件、硬件故障的自我诊断能力。 这项功能可以用于监视整个机床和整个加工过程是否正常， 并在发生异常时及时报警。 1.2.2.13 通讯功能 现代数控系统中一般到配有RS232接口或DNC接口, 可以与上级计算机进行信号的高速传输。 高档数控系统还可与MAP或INTERNET相连，以适应FMS、CIMS的要求。,1.2 数控车床工作原理,1.2.3 数控机床工作原理 数控机床工作原理如图13。,1.2 数控车床工作原理,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

12、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

13、关等。,1.3 数控车削加工工艺范围及特点,1.3.1 数控车削加工工艺范围 数控车床是数控机床中应用最广泛的一种，在数控车床上可以加工各种带有复杂母线的回转体零件，高级的数控车床（一般称为车削中心）还能进行铣削、钻削以及加工多边形零件。如图14为在数控车床上加工的工艺范围。,1.3 数控车削加工工艺范围及特点,图14 车削工艺范围,1.3 数控车削加工工艺范围及特点,1.3.2 数控车削特点 数控车床加工有普通车床无法比拟的特点，主要有以下几点。 1.3.2.1 数控车床的特点 （1）传动链短 与普通车床相比，主轴驱动不再是电机-皮带-齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机

14、驱动刀架运动完成，不再使用挂轮、离合器等传动部件，传动链大大缩短。,1.3 数控车削加工工艺范围及特点,（2）刚性高 为了与数控系统的高精度相匹配，数控机床的刚性高，以便适应高精度的加工。 （3）轻拖动 刀架移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。丝杠两端的支承是专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控车床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控车床移动轻便。,1.3 数控车削加工工艺范围及特点,1.3.2.2 数控车床加工特点 （1）自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度 数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需开始时对刀、装卸工件、更换刀具，加工过程中，主要是

15、观察和监督机床运行。但是，由于数控机床的技术含量高，操作者的脑力劳动强度相应提高。 （2）加工的零件质量高且稳定 数控机床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。,1.3 数控车削加工工艺范围及特点,（3）生产效率高 数控机床加工时能在一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省去普通机床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间和机动时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。 （4）便于新产品研制和改型

16、 数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。,1.3 数控车削加工工艺范围及特点,（5）可向更高级的制造系统发展 数控机床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。 （6）加工成本较高 这是由于数控机床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。 （7） 维修要求高 数控机床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方法的知识，同时还要配备较好的维修装备。,1.3 数控车削加工工艺范围及特点,1.3.2.3 适合数控机床加工的零件 （1）多品种中小批量零件最合适。随着数控车床制造成本的逐步下降，现在不管是国内还是国外，加工大批量零件的情况也已经出现。加工很小批量和单件生产时，如能缩短程序的调试时间（机外编程与调试）和工装（刀、量、夹具）的准备时间也是可以选用的。 （2）精度要求高的