《数控机床与编程 教学课件 ppt 作者 郑堤 主编 第一章 绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床与编程 教学课件 ppt 作者 郑堤 主编 第一章 绪论（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 绪论,第一节 数控技术的基本概念与原理 第二节 数控机床 第三节 数控机床的发展,第一节 数控技术的基本概念与原理,一、数字控制与数控技术 数字控制（Numerical Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。 数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。,数控装备（Numerical Control Machine Tools） 是采用数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备。其中数控机床是数控技术应用的经典例子。 数控系统（
2、Numerical Control System）实现数字控制的装置。 计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）是以计算机为核心的数控系统。,一、数控机床的组成和工作原理,第二节、数控机床,1、程序载体,程序包括加工零件所需的全部信息和刀具相对工件 的位移信息。 载体穿孔纸带、磁带、磁盘（软盘、硬盘、内存RAM）,2、输入装置,作用：将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置,穿孔纸带光电阅读机,磁带录放机,磁盘驱动器和驱动卡,MDI手动输入,3、CNC装置,4、伺服系统,5、位置反馈系统,作用：接收输入装置输入的加工信息，完成数值 计算、逻辑判断、输入输
3、出控制等功能。,电动机 速度控制单元 测量反馈单元 位置控制单元,作用：将数控装置发来的各种动作指令，转化成 机床移动部件的运动。,6、机床本体,主运动系统,进给运动系统,辅助部分（液压、气动、冷却、润滑）,数控机床的工作原理 数控机床零件加工的步骤： 1、分析零件图，确定加工方案，用规定代码编程 2、输入数控装置 3、数控装置对程序进行译码、运算，向机床各伺服机构和辅 助控制装置发信号驱动执引加工零件,一）、按加工工艺方法分类 1、普通数控机床 与普通机床的区别：加工复杂形状的零件 2、数控加工中心 数控加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床。 与一般数控机床的区别： 减少机床台数，便于
4、管理。 减少定位误差 工序集中，减少辅助时间，提高生产率 减少专用工夹具数量,二 数控机床的分类,3、多坐标数控机床,4、计算机群控（DNC）,特点：数控装置控制的轴数较多，机床结构也比 较复杂。,五轴数控铣床,二）、按控制运动方式分类,特点：数控装置只能控制点与点的精确定位 两相关位置之间的移动是先快后慢 使用于钻床、冲床、坐标镗床,1、点位控制数控机床,录像,2、直线控制数控机床,特点：控制两相关点的位置，还要控制两相关点之间 的移动速度和路线 路线由与各个轴线平行的直线段组成 使用于简易数控车、数控镗铣床、数控加工中心,3、轮廓控制数控机床,特点：数控装置能够同时对两个或两个以上的坐标
5、轴进行连续控制 加工复杂形状零件 使用于数控车床、数控铣床、数控磨床,录像,三）、按伺服系统的不同分类,1、开环数控机床,特点：没有位置检测反馈和校正控制装置 数控装置发出信号的流程是单向的 速度和加工精度低，其精度取决于伺服系统 的性能 成本低，适用于中、小型数控机床,2、闭环数控机床,特点：e=0，工作台停止 检测工作台直线位移（检测元件：感应同步器、光栅） 驱动元件：宽调速直流或交流伺服电机 加工精度高，但结构复杂，造价高，调试维修困难 适用于精度要求高的大型和精密机床,3、半闭环数控机床,特点：检测丝杠或电动机轴旋转角位移 角位移检测元件：旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等 精度低于闭环
6、系统 系统调试较容易，稳定性也较好,四）、按所用数控装置类型分类,1、硬件式数控机床（NC机床）,组成：晶体管和集成电路 特点：通用性、灵活性差，制造周期长、成本高,2、软件式数控机床（CNC机床）,组成：采用小型或微型计算机，加上通用或专用大规模 集成电路 特点：很高柔性,五）、按加工方式分类,1、金属切削类数控机床,1）数控车床（NC Lathe）。 2）数控铣床（NC Milling Machine）。 3）加工中心（Machine Center）。 4）数控钻床（NC Drilling Machine）。 5）数控镗床（NC Boring Machine）。 6）数控齿轮加工机床（NC
7、 Gear Holling Machine）。 7）数控平面磨床（ NC Surface Grinding Machine）。,六）、按功能方式分类,高、中、低档三类,经济型数控：在我国指由单板机、单片机和步进电动机 组成数控系统和其它功能简单、价格低的 数控系统,4、其它类型数控机床,2、金属成型类数控机床,1）数控电火花加工机床（NC Diesinking Electric Discharge Machine）。 2）数控线切割机床（NC Wire Electric Discharge Machine）。 3）数控激光加工机床（NC Laser Beam Machine）。,3、数控特种加
8、工机床,数控剪板机,数控折弯机,数控电火花线切割机,录像,三坐标测量机,三、数控技术的特点 提高加工精度 提高生产效率 改善工作条件 有利于生产管理 便于实现自动化 便于实现网络化 便于实现智能化,一）数控机床坐标轴及其方向的规定 ISO标准坐标：“右手直角迪卡尔坐标系”,正方向：刀具远离工件的方向为坐标轴正方向,四、数控机床坐标系,编程坐标： 为了编程方便，一律假定工件不动，刀具移动所设定 的迪卡尔坐标 正方向：刀具远离工件的方向为坐标轴正方向 编程坐标的确定 Z坐标轴：平行于机床主轴的坐标轴 多主轴机床和无主轴机床取垂直于工件装夹面的轴为Z轴 正方向：刀具远离工件的方向为坐标轴正方向,X轴
9、：与Z轴垂直，一般为水平方向，并与工件装夹面平行；,正 方 向,工件旋转的机床：刀具远离工件的方向为坐标轴正方向（如车床、磨床）,刀具旋转的机床,Z轴水平：由主轴尾端向工件看，右为正（如：立铣床、镗床）,Z轴垂直：由刀具主轴向立柱看，右为正（如：卧铣床、插齿机）, Y坐标轴：根据X、Z轴，由迪卡尔原则确定,2、发展,1952年 美国Parsons公司和MIT,三坐标数控立铣床,1、产生 机械产品的自身要求 单件、多品种小批量零件约占80%以上,一、数控机床的发展简史,第四节 数控机床的发展,1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工 数控系统采用电子管元件-电子管时代 1959年 采用晶
10、体管和印制板电路-第二代数控系统 1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统 1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置 -第四代数控系统（CNC系统） 1974年 以微处理为核心的数控系统 -第五代数控系统（MNC系统）,1958年 起步 20世纪60年代末70年代初 研制出一些晶体管式数控系统 20世纪80年代初 1985年 进入实用阶段 19861990年 数控机床大发展时期 1991年 300多种,我国数控机床发展情况,原中捷友谊厂生产中国第一台数控机床,发展趋势 进入九十年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着
11、下述方向发展,运行高速化 加工高精化 功能复合化 控制智能化 体系开放化 驱动并联化 交互网络化,二、数控机床发展趋势,运行高速化、加工高精化 速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。,运行高速化：使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。 进给率高速化： 在分辨率为1m时，Fmax=240m/min。在Fmax下可获得复杂型面的精确加工； 在程序段长度为1mm时，Fmax=30m/min，并且具有1.5g的加减速率；,主轴高速化：
12、采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。 主轴最高转速达200000r/min。 主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。 换刀速度 0.9秒（刀到刀） 2.8秒（切削到切削） 工作台（托盘）交换速度 6.3秒。,加工高精化：提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。 提高CNC系统控制精度： 采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化， 采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上106 脉冲/转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到0.01m/
13、脉冲）； 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。,采用误差补偿技术： 采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术; 设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少6080。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定位精度为0.1m。,由于计算机技术的不断进步，促进了数控技术水平的提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高，使得现代的数控设备在新的技术水平下，可同时具备运行高速化、加工高精化的性能。,功能复合化 复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。 镗铣钻复合加工中心（ATC）、五
14、面加工中心（ATC，主轴立卧转换）； 车铣复合车削中心（ATC，动力刀头）； 铣镗钻车复合复合加工中心（ATC，可自动装卸车刀架）； 铣镗钻磨复合复合加工中心（ATC，动力磨头）； 可更换主轴箱的数控机床组合加工中心；,控制智能化 随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：,加工过程自适应控制技术 通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加
15、工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。,Mitsubishi Electric 公司的用于数控电火花成型机床的“Miracle Fuzzy” 基于模糊逻辑的自适应控制器，可自动控制和优化加工参数； 日本牧野在电火花NC系统Makino_Mce20中，用专家系统代替人进行加工过程监控。 以色列的外置式力自适应控制器 意大利Mandelli公司数控系统的可编程功率自适应控制功能。 国内清华和我校的自适应控制技术的研究已取得成果。正在进行商品化开发。,加工参数的智能优化与选择 将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于
16、专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。,目前已开发出带自学习功能的神经网络电火花加工专家系统。 日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工智能式自动编程功能。 国内清华和我校在加工参数的智能优化与选择及CAPP方面的研究也取得了一些成果。但有待进行实用化开发。,智能故障诊断与自修复技术 智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法（AI、ES、ANN等），实现故障快速准确定位的技术。 智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技术集故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。 智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中已有
