第一单元 数控机床简介

第一单元数控机床简介1.1数控技术的发展过程1.2数控机床的基本组成及工作原理1.3数控机床的分类1.4数控机床的特点1.1数控技术的发展过程所谓数控即数字控制（Numericalcontrol），用数字化信息进行控制的自动控制技术。数控机床定义：用计算机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具体地说，数控机床是通过编制程序，即通过数字（代码）指令来自动完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制机床各个部件的运动（如：主轴转速、进给速度、换刀、工件夹紧放松、工件交换、冷却液开关等）。一、数控机床的出现和发展1.第一代（电子管）：1952年3月，美国帕森兹（Parsons）公司与麻省理工学院（MIT）合作研制成功世界第一台三坐标数控铣床，用于火箭零件的制造。2.第二代（晶体管）：1959年3月，美国克耐·杜列克公司开发了带有自动换刀装置的数控机床。3.第三代（小规模集成电路）：1965年以上统称普通数控系统（NC系统）4.第四代（计算机）：1970年后，CNC（ComputerNumericalControl）5.第五代（微机）：1974年微机直接应用于数控机床，近一步促使数控机床的普及应用和发展。80年代初，出现了以1（或2～3）台加工中心或车削中心为主体，配上工件自动装卸或监控检验装置的所谓柔性制造单元FMC（FlexibleManufacturingCell）。二、我国数控机床的发展状况•1958年开始研制•1966年研制成功第一台晶体管数控系统•1970年集成电路数控系统制造成功•自70年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗加工等领域发展，数控加工中心在上海、北京研制成功•80年代，从日、德、美引进先进数控技术，进行商品化生产，推动了我国数控机床的发展•1986－1990年，我国数控机床大发展•90年代以来，主要发展高档数控机床三、数控机床的发展趋势1（一）、机床结构的发展1.较高的机床静、动刚度（1）提高静刚度的措施：●提高主轴刚度－－采用三支撑结构，选用刚性较好的双列短圆柱滚子轴承和角接触向心推力轴承；●提高机床大件刚度－－采用封闭截面床身，采用液力、重块平衡；●提高承载能力－－增加接触面积。（2）提高机床动刚度措施：●提高系统的刚度；●增加阻尼；●调整构件的自振频率等三、数控机床的发展趋势22.减少热变形要求●减少发热●控制温升●改善机床机构对于主轴箱，应尽量使主轴的热变形方向在刀具切入的垂直方向，可以使主轴热变形对加工直径的影响减小到最小限度。对于滚珠丝杠，采用预拉方法减少丝杠热变形。3.减少运动件的摩擦和消除传动间隙数控机床运动件之间的摩擦要小，要消除传动系统的间隙，达到低速时无爬行，高速时快速响应。三、数控机床的发展趋势3（二）、数控系统发展趋势：•开放式体系结构（如：图形扫描自动编程，自动排除故障，通信功能增强等）•向智能化发展，控制性能大大提高（如：图形交互自动编程，工艺参数自动生成等）•总之，数控机床性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展。三、数控机床的发展趋势4•（三）、数控机床发展趋势：•高速、高效、高精度、高可靠性•模块化、专门化与个性化；智能化；柔性化和集成化•开放性•出现新一代数控加工工艺与装备1.2数控机床的基本组成及工作原理一、数控机床的组成加输数－伺服系统－－－机工－入－控－辅助控制装置－程装系－反馈系统－－－床序置统1.加工程序数控机床按输入的程序自动加工工件，程序包括刀具的运动轨迹、工艺参数、辅助运动等加工用的全部信息。程序可储存在穿孔机、磁带、磁盘等控制介质上。2.输入装置将控制介质上的加工信息传递存入控制系统。现在，通常采用手动方式（MDI），通过键盘直接输入到控制系统，或通过计算机编程，用通信方式传送到数控系统。3.数控系统是机床实现自动加工的核心，包括微型计算机、通用输入输出接口、系统软件。系统接受从输入设备送来的脉冲信号，经系统的逻辑电路和软件编译、运算、逻辑处理后，输出各种信息和指令，控制机床各部分动作。（如：进给速度、方向、位移，主轴启停、换向，刀具换向等）4.伺服系统是数控系统的执行部分，包括驱动装置和执行机构。伺服系统接受数控系统的指令，功率放大后，按要求严格驱动机床运动部件，完成规定运动。5.测量反馈装置将数控机床各坐标轴的位移指令检测值反馈到机床的数控装置中，数控系统进行比较，向反馈系统发出信息，纠正误差。6.辅助控制装置接收数控系统输出的主运动换向、变速、启停，刀具选择、交换及其他辅助装置等指令信息，经编译等处理，功率放大驱动相应的电器。目前常用PLC作为辅助控制装置。7.机床主体结构不变，传动系统更为简单，同时还有刀具自动交换、工件自动交换、采用全封闭罩壳等。二、数控机床的工作原理•工作原理：根据零件图纸，结合加工工艺，用规定的代码和程序格式编写加工程序－通过键盘或其他输入设备输入到数控系统－数控系统将程序进行编译、运算－向机床伺服机构和辅助装置发出信号－驱动机床各运动部件，控制需要的辅助运动－加工出合格的零件。•数控机床通过程序调试、试切削后，进入正常批量加工时，操作者一般只要进行工件上下料，再按下程序自动循环按钮，机床就能自动完成整个加工过程。1.3数控机床的分类1分类五花八门，方法不一，一般按以下几种方法来分：一、按控制系统功能分类(或按运动轨迹分类)1.点位控制数控机床：只要求刀具相对于工件的移动是从一点移动到另一点的准确定位，至于点与点之间移动轨迹（路径、方向）并不严格要求，并且在移动过程中不进行加工。主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床等。2.（点位）直线控制数控机床：除了控制点与点之间的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和路线，但其路线是与机床坐标轴平行的直线或两轴同时移动形成的45°斜线。主要有数控车床、数控铣床、数控加工中心等。一般只能加工矩形、台阶形零件。3.轮廓控制数控机床：能够同时对两个或两个以上坐标轴进行控制，将工件加工成一定的轮廓形状。加工过程中的速度位移由插补功能实现。主要有数控车床、数控铣床、加工中心等。可以加工各种斜线、圆弧、曲线。1.3数控机床的分类2二、按联动轴数分类数控机床的可控坐标数目反映了数控机床的运算处理能力。1.二轴联动数控机床：如数控车床、某些数控铣床2.三轴联动数控机床：如数控铣床和加工中心3.二轴半联动数控机床：两轴联动，第三轴做周期性等距运动4.多轴联动数控机床：加工复杂不规则曲面，指四轴及以上联动的数控机床。1.3数控机床的分类3三、按工艺类型分类1.金属切削类数控机床数控车、铣、钻、磨、镗床和数控加工中心等。数控加工中心：具有刀库或自动换刀装置的数控机床。数控加工中心特点：一次装夹，可进行多工序加工；提高了加工效率，减小了定位误差，从而提高加工表面位置精度。2.金属成型类数控机床：如数控弯管机、数控组合冲床等3.数控特种加工机床：如数控线切割、数控电火花加工机床等4.其他类型数控机床：如数控三坐标测量机床1.3数控机床的分类4四、按伺服控制方式分类1.开环控制数控机床：不带检测反馈装置，指令单方向传送，不能反馈。控制精度较低，但结构简单，造价低廉，广泛用于经济型数控机床。2.闭环控制数控机床：装有位置测量反馈装置。实际位移量反馈回系统，与所要求量比较，用差值进行控制，直到差值消除。精度高，速度快，但控制电力复杂，价格昂贵，主要用于精度要求高的镗铣床、精密磨床等。3.半闭环控制数控机床：检测角位移，反馈装置装在伺服电动机轴或丝杠端头。稳定性好，成本较闭环控制数控机床低，应用较普遍。4.混合环伺服系统数控机床：将以上三类控制系统的特点有选择地集中起来，组成混合环控制系统，适合大型数控机床。1.3数控机床的分类4四、按数控系统的功能水平分类1.高、中、低档数控机床2.经济型、普及型、高档型数控机床1.4数控机床的特点1一、加工特点：•适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件•加工精度高，产品质量稳定•自动化程度高，劳动强调低•具有良好的经济效益•有利于生产管理的现代化二、使用特点：•对操作维修人员技术水平要求较高•对夹具和刀具的要求较高•应用范围广