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1、第一章 绪 论,第一节 概 述 第二节 数控机床的基本组成和工作原理 第三节 数控机床的分类 第四节 数控机床的特点 第五节 现代制造技术简介,第一节 概 述,一、数控技术的基本概念 二、数控系统及其组成,一、数控技术的基本概念,1.数控技术、数控系统与数控机床 2.NC机床、加工中心、FMC、FMS与CIMS 3.NC机床与程控机床,1.数控技术、数控系统与数控机床,数控技术，简称数控(Numerical ControlNC)是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控(Computerized Numerical Co
2、ntrolCNC)。,2.NC机床、加工中心、FMC、FMS与CIMS,数控机床种类繁多，有钻铣镗类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等，凡是采用了数控技术进行控制的机床统称NC机床。,3.NC机床与程控机床,1)机床动作顺序的程序控制，典型的有组合机床、自动生产线等的流程与工步控制。 2)主电动机与辅助电动机的起动、停止、变速，冷却、润滑、排屑、自动换刀等辅助机能的控制。 3)刀具(或坐标轴)移动轨迹控制。,二、数控系统及其组成,1.机床数控系统的基本组成 2.NC(CNC)、SV与PC(PLC、PMC),1.机床数控系统的基本组成,(1)输入/输出装
3、置 (2)数控装置 (3)伺服驱动,(1)输入/输出装置,输入/输出装置的作用是进行数控加工或运动控制程序、加工与控制数据、机床参数以及坐标轴位置、检测开关的状态等数据的输入、输出。,(2)数控装置,数控装置是数控系统的核心。,(3)伺服驱动,伺服驱动通常由伺服放大器(亦称：驱动器、伺服单元)和执行机构等部分组成。,2.NC(CNC)、SV与PC(PLC、PMC),(1)NC(CNC) 它是数控(Numerical Control)的常用英文缩写。 (2)SV 它是伺服驱动(Servo Drive，简称伺服)的常用英文缩写。 (3)PC 它是可编程序控制器(Programmable Contr
4、oller)的英文缩写。,第二节 数控机床的基本组成和工作原理,一、数控机床的基本组成 二、数控机床的工作原理,一、数控机床的基本组成,1)根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式，将刀具的移动轨迹、加工工艺过程、工艺参数、切削用量等编写成数控系统能够识别的指令形式。 2)将所编写的加工程序输入数控装置。 3)数控装置对输入的程序(代码)进行译码、运算处理，并向各坐标轴的伺服驱动装置和辅助机能控制装置发出相应的控制信号，以控制机床的各部件的运动。 4)在运动过程中，数控系统需要随时检测机床的坐标轴位置、行程开关的状态等，并与程序的要求相比较，以决定下一步动作，直到加工出合格的零件
5、。 5)操作者可以随时对机床的加工情况、工作状态进行观察、检查，必要时还需要对机床动作和加工程序进行调整，以保证机床安全、可靠地运行。,图- 数控机床的组成,图- 数控机床加工原理,二、数控机床的工作原理,1)数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹，将轨迹按机床对应的坐标轴，以最小移动量(脉冲当量)进行微分(图1-2中的X、Y)，并计算出各轴需要移动的脉冲数。 2)通过数控装置的插补软件或插补运算器，把要求的轨迹用以“最小移动单位”为单位的等效折线进行拟合，并找出最接近理论轨迹的拟合折线。 3)数控装置根据拟合折线的轨迹，给相应的坐标轴连续不断地分配进给脉冲，并通过伺服驱动使机床坐标轴按分配的脉冲
6、运动。,第三节 数控机床的分类,一、按加工工艺方法分类 二、按伺服驱动的特点分类,一、按加工工艺方法分类,1.普通数控机床 2.加工中心,1.普通数控机床,普通数控机床是指加工用途、加工工艺相对单一的数控机床。按加工用途可以分数控车床、数控铣床、数控镗床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。这些数控机床虽然加工工艺方法各异，控制方式也各不相同，但它们与传统的同类机床相比，具有精度一致性好、生产率和自动化程度高的共同特点。,2.加工中心,普通数控机床一般只能进行单一工艺的加工，如前所述，在普通数控机床增加自动换刀装置(ATC)可以成为加工中心。加工中心进一步提高了数控机床的自动化程度和生产效
7、率。以铣、镗、钻加工中心为例，工件通过一次装夹，就可以完成大部分加工面的铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，因此特别适合法兰、箱体类零件的加工。,二、按伺服驱动的特点分类,1.开环控制数控机床 2.半闭环控制数控机床 3.闭环控制数控机床,1.开环控制数控机床,图- 伺服驱动结构示意图 a)开环控制 b)、c)半闭环控制 d)全闭环控制,2.半闭环控制数控机床,半闭环控制数控机床的特点是：机床的传动丝杠或伺服电动机上装有角位移检测装置(如光电编码器等)，通过它检测丝杠的转角，从而间接地检测了移动部件的位移。角位移信号被反馈到数控装置或伺服驱动中，实现了从数控装置到电动机输出转角间的闭环自
8、动调节。同样，由于伺服电动机和丝杠相连，通过丝杠将旋转运动转换为移动部件的直线位移，因此，间接控制了移动部件的移动速度与位移量。这种结构，只对电动机或丝杠的角位移进行了闭环控制，没有实现对最终输出的直线位移的闭环控制，故称为“半闭环控制”。,3.闭环控制数控机床,闭环控制数控机床的特点是：机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，检测装置检测最终位移输出量。实际位移值被反馈到数控装置或伺服驱动中，它可以直接与输入的指令位移值进行比较，用误差进行控制，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上说，对于这样的闭环系统，其运动精度仅取决于检测装置的检测精度，它与机械传动的误差无关，显然，其精度将高于半
9、闭环系统。而且，它可以对传动系统的间隙、磨损能自动补偿，其精度保持性要比半闭环系统好得多。图1-3d为闭环控制数控机床伺服驱动部分的结构原理图。,第四节 数控机床的特点,1.加工精度高 2.机床的柔性强 3.自动化程度高，劳动强度低 4.生产率高 5.良好的经济效益 6.有利于现代化管理,1.加工精度高,1)数控机床的脉冲当量小，位置分辨率高。 2)数控系统具备误差自动补偿功能。 3)数控机床的传动系统与机床结构设计，都具有比普通机床更高的刚度和稳定性，部件的制造、装配精度均比较高，提高了机床本身的精度与稳定性。 4)数控机床采用了自动加工方式，避免了加工过程中的人为干扰。,2.机床的柔性强,
10、在数控机床上，改变加工零件只需重新编制(更换)程序，就能实现对不同零件的加工，它为多品种、小批量生产加工以及新产品试制提供了极大的便利。同时，由于数控机床通过多轴联动，具备曲线、曲面的加工能力，扩大了机床的适用范围。特别对于普通机床难以加工或无法加工的复杂零件，利用数控机床可以充分发挥功能，提高加工精度和效率。因此，对加工对象变化的适应性好，“柔性”比普通机床强。,3.自动化程度高，劳动强度低,数控机床对零件的加工是根据事先编好的程序自动完成的。在正常加工过程中，操作者只要进行极为简单的操作，即可完成零件的自动加工，不需要进行繁杂的重复性手工操作，操作者的劳动强度可大为减轻。此外，数控机床一般
11、都具有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑装置，使操作者的劳动条件也得到了很大改善。,4.生产率高,1)在数控机床上，由于主轴的转速和进给量都可以任意选择，因此，对于每一道工序的加工，都可选择最合适的切削用量，以提高加工效率。 2)数控机床的移动部件的空行程运动速度大大高于普通机床，它一般都在15m/min以上，在高速加工数控机床上，目前已经达到100m/min左右，刀具定位时间非常短，空程运动辅助时间比普通机床要小得多。 3)数控机床更换被加工零件时一般都不需要重新调整，在加工中心上，更是一次装夹，完成多工序加工，节省了零件安装、调整时间。 4)数控机床加工零件的尺寸一致性好，质量稳
12、定，一般只需要做首件检验，即可以代表批量加工精度，节省了停机检验时间。 5)数控机床可以实现精确、快速定位，它不必像普通机床那样，在加工前对工件进行“划线”，节省了“划线”工时。,5.良好的经济效益,数控机床虽然设备价格较高，分摊到每个零件的加工费用较普通机床高，但使用数控机床加工，可以通过上述优点体现出整体效益。特别是数控机床的加工精度稳定，减少了废品，降低了生产成本；此外，数控机床还可一机多用，节省厂房面积和投资。因此，使用数控机床，通常都可获得良好的经济效益。,6.有利于现代化管理,采用数控机床加工，能准确地计算零件加工工时和费用，简化了检验工、夹具，减少了半成品的管理环节，有利于生产管
13、理的现代化。数控机床使用了数字信息控制，适合数字计算机管理，使它成为了计算机辅助设计、制造及管理一体化的基础。,第五节 现代制造技术简介,1.现代制造技术的特点 2.现代制造的支撑技术 3.柔性制造系统 4.计算机集成制造,1.现代制造技术的特点,1)现代制造技术是一个系统工程。 2)现代制造技术强调设计与制造一体化。 3)精密加工是现代制造技术的关键。 4)现代制造技术应考虑产品生命周期的全过程。 5)现代制造技术重视人、组织、技术的结合。,2.现代制造的支撑技术,1)计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process PlanningCAPP)：CAPP是计算机技术在工艺设计
14、上的应用。 2)产品数据管理(Product Data ManagementPDM)：产品数据管理是为解决工程图样文档管理而产生的技术，现已拓展到了产品整个生命周期内的数据管理。 3)企业资源计划(Enterprise Resource PlanningERP)：ERP是一种面向企业供应链的管理，它把企业经营过程中所涉及的供应商、制造工厂、销售网络、客户等纳入一个紧密的供应链，可以对产品供应过程中的订单、采购、库存、计划、生产、质量、销售、服务、财务、人力资源等环节实施有效管理，将企业的制造、销售、财务紧密集成，实现多工厂、多地点的跨地区经营。,2.现代制造的支撑技术,4)快速成型技术(Rap
15、id PrototypingRP技术):快速成型技术又叫快速原型制造技术，它通过“分层制造、逐层叠加”的原理，可在不使用刀具、模具及工装卡具的情况下，快速、直接制造任意复杂形状的实体样件，提高产品的开发与制造速度。 5)虚拟产品开发(Virtual Product DevelopmentVPD)：VPD是一种利用计算机模拟产品开发全过程的技术。 6)分散网络化制造(Distributed Network ManufactureDNM)：分散网络化制造是利用信息技术实现高层次异地制造资源共享的制造技术。,3.柔性制造系统,柔性制造系统(Flexible Manufacturing SystemFMS)是一个由计算机集中控制和管理的制造系统，它能自主高效地完成多品种中小批量零件的生产任务。,4.计算机集成制造,计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing SystemCIMS)是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机将制造企业全部生产活动所需的各种分散自动化系统有机集成后的综合系统，是适合于多品种、中小批量产品高效、柔性生产的智能制造系统。,
