数控机床教学辅导

数控机床（54学时）中央广播电视大学罗学科课程教学辅导Ⅰ、课程教学大纲说明一、课程性质、目的和任务1、课程性质《数控机床》作为数控技术专业的专业必修课，对于培养该专业学生掌握数控技术的核心技术有极其重要的作用。Ⅰ、课程教学大纲说明以数控机床的机械结构为基础，以数控车床、数控铣床、加工中心、电加工机床为典型数控机床，对其结构、使用方法等进行学习，同时对数控机床的电气部分、日常维护、调试验收等内容也进行学习，为全面掌握数控机床打下良好的基础。Ⅰ、课程教学大纲说明2、目的和任务培养学生五种基本能力和多种分析、思维能力和工程文化素质。五种基本能力：对数控机床进行结构分析的能力、对各种典型数控机床进行性能评价的能力、合理选择数控机床的能力、进行数控机床操作的基本能力、对数控机床进行安装调试和日常维护的能力。Ⅰ、课程教学大纲说明多种分析思维能力:对数控机床进行分类和评价的能力、对数控机床各种结构布局进行分析和评价的能力、对机床进行选择和与工件加工进行匹配的能力等。Ⅰ、课程教学大纲说明Ⅰ、课程教学大纲说明工程文化素质：认真负责、严谨细致的工作态度和工作作风。Ⅰ、课程教学大纲说明使学生达到既具有工程基础又有较高的工程文化素质，既有丰富的数控机床基础知识、基本理论，又有较强的分析思维能力，能够合理地选择、评价数控机床。为今后在工作中进行数控机床的选用、调试、操作、日常维护和一般故障的检修打下坚实基础。Ⅰ、课程教学大纲说明二、与相关课程的衔接、配合、分工本课程是数控技术专业的必修专业课，学生在学习本课程前必须掌握机械制图、机械制造基础、机械设计基础等知识。与本科课程紧密相关的课程是《数控编程技术》、《数控加工工艺》2门核心课程。Ⅰ、课程教学大纲说明三、课程教学要求的层次1.了解：要求对有关教学内容有一般的了解。2.掌握：要求掌握有关内容的基本概念、基本理论、基本方法，并能在掌握的基础上对相关问题进行分析和判断，得出正确结论。Ⅰ、课程教学大纲说明3.熟练掌握：对于今后实际工作中需要应用的重要内容，要求熟练掌握。这些内容，不仅要深入理解，还能够应用所学的知识解决实际工程问题。Ⅰ、课程教学大纲说明四、各章学时分配Ⅱ、各章讲述要点第一章数控机床简介一、目的与要求使学生掌握数控机床的基本概念、组成、分类、发展历程和方向。初步了解数控机床的基本工作原理和数控机床的适用范围。二、教学内容1．数控机床的基本概念2．数控机床的基本工作原理3．数控机床的基本组成4．数控机床的分类5．数控加工的特点6．数控机床的适用范围7.数控机床的发展历程和方向三、重点与难点重点是数控机床的基本概念、组成、分类。1、基本概念数字控制（NumericalControl，NC）简称数控，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种技术方法。数控机床（NumericalControlMachine）采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。四、考核点2、数控机床的基本组成反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测3、数控机床的分类（1）按数控机床伺服系统分类开环数控系统全闭环数控系统半闭环数控系统（2）按数控机床运动轨迹分类点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床知识点：可控轴数和联动轴数通常一台数控机床的联动轴数一般会小于或等于可控轴数。4、数控机床特点及应用范围特点：精度、高效率、高速度、高刚性、高柔性、高自动化数控机床是为了解决单件、小批量、精度高、形状复杂的零件加工的自动化要求而产生的。5、数控机床的发展历程和发展方向突破传统机床结构的最新一代的数控机床：并联机床（虚轴机床）。发展方向：（1）高速度与高精度化（2）多功能化（3）智能化（4）高的可靠性第二章数控机床的机械结构一、目的与要求对数控机床的主要部件及其功能加以阐述，使学习者进一步了解数控机床的机械结构，为后续学习各种典型数控机床打好基础。使学生掌握数控机床机械结构的组成和特点。对数控机床的主传动系统、进给传动系统、导轨、工作台、位置检测装置、自动换刀装置、辅助装置等重要组成部分有一定的认识。二、教学内容1．数控机床机械结构组成及特点2．数控机床的主传动系统3．数控机床进给传动系统4．数控机床的导轨5．数控机床的工作台6．数控机床的位置检测装置7．数控机床的自动换刀装置8．数控机床的辅助装置三、重点与难点重点是数控机床机械结构组成及特点，主传动系统、进给传动系统的组成、特点、作用。难点是主要部件的工作原理。四、考核点1、数控机床机械结构的主要组成和特点组要组成：1）主传动系统2）进给传动系统3）基础支承件4）辅助装置主要特点1）高的静、动刚度2）良好的抗振性能3）良好的热稳定性4）高的灵敏度5）高效化装置、高人性化操作2、数控机床的主传动系统作用：产生不同的主轴切削速度以满足不同的加工条件要求。组成：主要包括电动机、传动系统和主轴部件。特点：（1）转速高、功率大（2）变速范围宽（3）主轴变换迅速可靠（4）主轴组件的耐磨性高变速方式：(1)带有变速齿轮的主传动(2)通过带传动的主传动(3)用两个电动机分别驱动主轴(4)由调速电动机直接驱动的主传动(5)内装式电主轴主轴部件：（1）主轴轴承配置形式（2）主轴的润滑与冷却作用：是控制主轴发热，保证主轴正常工作的必要手段。（3）主轴准停装置作用：又称主轴定位功能。即当主轴停止时，控制其停于固定的位置，这是自动换刀所必须的功能。高速主轴单元高速主轴单元的类型主要有电主轴和气动主轴。3、数控机床进给传动系统作用：负责接受数控系统发出的脉冲指令，并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期的运动。图示进给传动系统示意图1-滚珠丝杠2-滚珠螺母3-滚动直线导轨4-工作台5-支承轴承6-连轴器7-伺服电动机8-床身数控机床对进给系统的要求：1）运动件间的摩擦阻力小2）消除传动系统中的间隙3）传动系统的精度和刚度高4）减少运动惯性，具有适当的阻尼传动齿轮副消除齿轮传动间隙的措施：（1）刚性调整法1）偏心轴套调整法；2）锥度齿轮调整法。（2）柔性调整法1）轴向压簧调整法；2）周向弹簧调整法。滚珠丝杠螺母副作用：是将旋转运动转换为直线运动。特点：传动效率高、摩擦损失小；通过预紧可消除间隙，提高传动刚度；但制造成本高，不能自锁。轴向间隙的调整：为了保证滚珠丝杠反向传动精度和轴向刚度，必须消除滚珠丝杠螺母副的传动间隙。滚珠丝杠的支承与制动：滚珠丝杠螺母副运动具有可逆性，不能自锁，立式使用时应增加制动装置。4、数控机床导轨作用：对运动部件起支承和导向作用。数控机床对导轨的基本要求：1）导向精度高2）耐磨性能好3）足够的刚度4）良好的摩擦特性5）工艺性好类型与特点：滑动导轨；滚动导轨；静压导轨。6、数控机床的位置检测装置作用：构成闭环系统。精度直接影响数控机床的定位精度和加工精度。分类：根据运动型式分为回转型和直线型检测装置。直线型位置检测装置用来检测运动部件的直线位移量。旋转型位置检测装置用来检测回转部件的转动位移量。光栅分类：长光栅（光栅尺）和圆光栅。特点：响应速度快，精度高。应用：高精度数控机床。旋转变压器作用：一种常用的转角检测元件。7、数控机床的自动换刀装置8、数控机床的辅助装置数控机床液压和气压装置自动排屑装置工件自动交换系统②①③④⑤第三章数控机床电气控制系统一、目的与要求使学生掌握数控机床电气控制系统的组成及其各部分的作用、特点、选型。二、教学内容1．数控机床电气控制系统概述2．数控系统的功能和特点3．数控系统的插补原理4．典型数控系统及其应用5．数控机床上的可编程控制器6．伺服系统三、重点与难点重点是数控系统的基本组成，PLC在数控机床上的作用；难点是数控系统的插补原理和伺服驱动电动机的选型方法。1、数控机床电气控制系统的概述组成：人机界面、数字控制以及机床逻辑控制（顺序控制）。数控系统是数控机床的核心。数控机床的控制可分为两大部分：一部分是坐标轴运动的位置控制，另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。四、考核点2、数控系统的功能和特点主要特点：1）具有灵活性2）具有通用性3）较强的环境适应性4）复杂、高效的数控功能5）高可靠性6）完善的输入/输出通道7）易于实现机电一体化主要功能：1）控制功能2）准备功能和辅助功能3）点位与连续移动功能4）插补功能5）固定循环加工功能6）进给功能7）主轴速度控制功能8）刀具管理功能9）补偿功能10）人机对话功能11）程序编制功能12）输入、输出和通信功能13）自诊断功能数控系统的插补原理分类：基准脉冲插补和数据采样插补两大类。逐点比较插补法：是以折线来逼近直线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。3、数控机床上的可编程控制器（PLC）作用：代替数控机床上的继电器逻辑，完成逻辑控制。数控机床用PLC可分为两类：内装型和独立型。PLC处于CNC和MT之间，对NC侧和MT侧的输入、输出信号进行处理。4、关于数控伺服系统作用：伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构。常用伺服电机：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。伺服电机选型伺服电机选型要根据机床的设计性能指标，以及机床实际应用条件，来选择合适的伺服电机。同时需要考虑该电机的过载能力和过载的条件，并且要考虑机床传动系统的丝杠与伺服电机转子的惯量匹配。第四章典型数控机床一、目的与要求掌握典型数控机床的特点、分类和工艺使用范围，掌握典型数控机床的基本构成及布局形式，了解典型数控机床的主要技术参数和精度指标。二、教学内容1．数控车床2．数控铣床3．数控加工中心4．并联机床5．数控电加工机床三、重点与难点重点是数控车床、数控铣床、加工中心的特点、分类、工艺使用范围，基本构成及典型布局形式；难点是数控机床的结构布局原理，电加工机床主要部件的工作原理。1、数控车床特点：发展趋势：数控车床的分类：（1）经济型数控车床（2）全功能型数控车床（3）车削中心四、考核点（1）经济型数控车床特点：它一般是在普通车床的基础上进行改进设计，并采用步进电动机驱动的开环伺服系统。其控制部分采用单板机、单片机或档次比较低的数控系统来实现。此类车床结构简单，价格低廉。但无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速度切削等功能。（2）全功能型数控车床特点：全功能型数控车床就是通常所说的“数控车床”，又称标准型数控车床，即它的控制系统是标准型的，带有高分辨率的CRT显示器以及各种显示、图形仿零点、刀具补偿等功能，而且还有通信或网络接口。全功能型数控车床采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制，具有高刚度、高精度和高效率等特点。（3）车削中心特点：车削中心是以全功能型数控车床为主体，并配置有刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，以实现多工序复合加工的机床。在工件一次装夹后，它可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序。其功能全面，但价格较高。数控车床的组成及布局床身结构形式：水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板、立式床身。中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构。优点：1）机床外形美观，占地面积小：2）易于排屑和冷却液的排流；3）便于操作者操作和观察；4）易于安装上下料机械手，实现全面自动化。5）可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。数控铣床的分类（1）按机床主轴的布置形式及机床的布局特点分为：立式、卧式和立卧两用式三种。2、数控铣床1）立式数控铣床特点：主轴轴线垂直于水平面。是数控铣床中最常见的一种布局形式，应用范围最广泛，其中以三轴联动铣床居多。应用：主要用于水平面内的型面加工，增加数控分度头后，可在圆柱表面上加工曲线沟槽。2）卧式数控铣床特点：主轴线平行于水平面。应用：主要用于垂直平面内的各种上型面加工，配置万能数控转盘后，还可以对工件侧面上的连续回转轮廓进行加工，并能在一次安装后加工箱体零件的四个表面。通常采用增加数控转盘来实现四轴或五轴加工。3）立卧两用式数控铣床特点：立卧两用式数控铣床的主轴轴线方向可以变换，既