第2-1讲 认识数控机床

第2-1讲认识数控机床学时：2学时地点：课室任课教师：姜海燕第2-1讲认识数控机床一、数控机床的基本知识：1、数控—英文缩写NC（NumericalControl）用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控机床（NumericalControlledMachinetool）是指装备了计算机数控系统的机床，简称CNC机床。2、1952年由美国帕森斯公司和麻省理工大学共同研制了第一台三坐标数控铣床。3、数控机床的性能指标表——（参照教材《数控机床编程与操作模块化教程》P5表1-1）作为选择数控机床的依据4、数控机床的产生和发展至今经历了2个阶段和6个时代阶段：1）数控（NC）阶段（1952-1970年）2）计算机数控（NC）阶段（1970年至今）时代：1952年的第一代——电子管数控机床1959年的第二代——晶体管数控机床1965年的第三代——集成电路数控机床1970年的第四代——小型计算机数控机床1974年的第五代——微型计算机数控系统1990年的第六代——基于PC的数控机床。二、数控机床的组成1、数控机床加工零件的工作过程①根据零件加工图样进行工艺分析。②编写零件加工程序单。③输入或传输程序。④将加工程序进行刀具路径模拟、试运行等。⑤通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。2、数控机床的组成（1）输入输出装置在数控机床上加工零件时，首先根据零件图纸上的零件形状、尺寸和技术条件，确定加工工艺，然后编制出加工程序，程序通过输入装置，输送给机床数控系统，机床内存中的零件加工程序可以通过输出装置传出。输入输出装置是机床与外部设备的接口，常用输入装置有光电阅读机、磁带机、软盘驱动器、RS-232C串行通信口、MDI方式或网络通信方式送到数控系统中等。（2）CNC装置CNC装置是数控机床的核心，它接受输入装置送来的数字信息，经过控制软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，使设备按规定的动作执行。现在的CNC装置通常由一台通用或专用微型计算机构成。（3）伺服系统和辅助控制装置伺服系统是数控机床的执行部分，其作用是把来自CNC装置的脉冲信号转换成机床的运动，使机床工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。伺服系统一般包括驱动装置和执行机构两大部分，常用执行机构有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等。辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。辅助动作的实现是应用可编程控制器（PLC）的结果。一个脉冲信号使机床移动部件产生的位移量叫脉冲当量，也叫最小设定单位，常用买脉冲当量为（0.001mm/脉冲）。这些控制包括：1）主轴运动部件的变速、换向和启停指令；2）刀具的选择和交换指令；3）冷却、润滑装置的启动停止；4）工件和机床部件的松开、夹紧；5）分度工作台转位分度等开关辅助动作。（4）机床本体机床本体是数控机床的机械结构实体，主要包括主运动部件、进给运动部件（如工作台、刀架）、支承部件（如床身、立柱等），还有冷却、润滑、转位部件，如夹紧、换刀机械手等辅助装置。与普通机床相比，数控机床的整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。3、数控机床的分类1）按工艺用途分类按工艺用途可分为金属切削类数控机床、金属成型类数控机床、数控特种加工机床、其它类型的数控机床。金属切削类数控机床——指采用车、铣、镗、铰、钻、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。包括数控车床、数控钻床、数控铣床、数控磨床、数控镗床以及加工中心。加工中心，也称为可自动换刀的数控机床。这类数控机床都带有一个刀库和自动换刀系统，刀库可容纳16～100多把刀具。金属成型类数控机床——指采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床。包括数控折弯机、数控组合冲床、数控弯管机、数控压力机等。数控特种加工机床——如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控火焰切割机床、数控激光切割机床等。其它类型的数控机床——如数控三坐标测量仪、数控对刀仪、数控绘图仪等。2）按机床运动的控制轨迹分类点位控制数控机床——要求控制机床的移动部件从某一位置移动到另一位置的准确定位，对于两位置之间的运动轨迹不作严格要求，在移动过程中刀具不进行切削加工。直线控制数控机床——除了控制点与点之间的准确定位外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条与机床坐标轴平行的直线，而且对移动的速度也要进行控制，因为这类数控机床在两点之间移动时要进行切削加工。点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床——能够对两个或两个以上的运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，因而可以进行曲线或曲面的加工。轮廓控制数控机床3）按伺服控制的方式分类开环控制系统——是不带反馈的控制系统，输入的数据经过数控系统的运算，发出指令脉冲，通过环形分配器和驱动电路，使步进电机或电液伺服电机转过一个步距角。再经过减速齿轮带动丝杠旋转最后转换为工作台的直线移动。半闭环控制系统——是在开环系统的丝杠上装有角位移测量装置（如感应同步器和光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，然后反馈到数控系统中，由于惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围之内，因而称作半闭环控制系统。闭环控制系统——是在机床移动部件上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入的指令位移进行比较，用偏差进行控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。4）按控制坐标轴的数量分类按计算机数控装置能同时联动控制的坐标轴的数量分类，有两坐标联动数控机床、三坐标联动数控机床和多坐标联动数控机床，如图1.11、1.12、1.13所示。有一些早期的数控机床尽管具有三个坐标轴，但能够同时进行联动控制的可能只是其中两个坐标轴，那就属于两坐标联动的三坐标机床。像这类机床就不能获得空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹。要想加工复杂的曲面，只能采用在某平面内进行联动控制，第三轴作单独周期性进给的“两维半”加工方式。如图1.4所示坐标联动：数控系统控制几个坐标轴按需要的函数关系同时协调运动。图1.1两坐标联动示意图图1.2三坐标联动示意图图1.3五坐标联动示意图图1.4“两维半”坐标联动示意图5）按数控系统分类日本FANUC系列数控系统德国SIEMENS公司的SINUMERIK系列数控系统华中数控系统HNC6）按数控系统功能水平分类功能低档中档高档系统分辨率10um1um0.1umG00速度3～8m/min10～24m/min24～100m/min伺服类型开环半闭环闭环联动轴数2～32～45轴或5轴以上通信功能无RS-232或DNCDND、MAP显示功能数码管显示图形、人机对话三维图形、自诊断内装PLC无有功能强大的内装PLC主CPU8位、16位16位、32位32位、64位结构单片机或单板机单微处理器或多微处理器分布式多微处理器4、数控机床加工的特点及应用1）数控机床加工的特点：可以加工具有复杂型面的工件加工精度高，质量稳定生产率高改善劳动条件有利于生产管理现代化2）数控机床的适用范围多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件几何形状复杂的零件精度及表面粗糙度要求高的零件加工过程中需要进行多工序加工的零件用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件5、先进制造技术快速原型法——快速原型法与虚拟制造技术一起被称为未来制造业的2大支柱技术。虚拟制造技术柔性制造系统(FMS)柔性制造单元（FMC）计算机集成制造系统(CIMS)