先进制造技术-数控机床

2020/7/14数控机床概论1数控机床的概念数控机床就是将过去所需的各种操作（如主轴变速、工件夹紧与放松、进退刀、启动与停止、刀具选择、切削液的供停乃至工件找正、刀具测量等）和步骤，以及刀具和工件之间的相对位移量都由数控代码来表示，通过控制介质（如：磁盘、接口、网络）将数控信息送入机床的控制系统。数控机床与普通机床的显著区别在于：当加工对象改变时除了重新装夹工件和更换刀具外，仅需更换加工程序，不需对机床作任何调整。2020/7/14数控机床概论2数控机床的发展史1952年美国的Parsons公司与MIT联合制造了世界上第一台三坐标数控铣床。1956年美国的帕克工具公司——数控转塔冲床1958年美国K&T公司——MC1978年出现了以加工中心为主体＋可换工作台＋监控检验装置的FMC我国1958年开始研制数控机床2020/7/14数控机床概论3数控机床的优点1.柔性好2.功能强3.可靠性高4.效率高5.经济性好6.减轻劳动强度、改善劳动条件7.有利于生产管理现代化2020/7/14数控机床概论4数控机床的分类一、按控制系统的特点分1、点位控制数控机床（钻、镗、冲）2、直线控制数控机床不仅具有准确的定位功能，而且要求从一点到另一点之间按直线运动，并能控制运动速度。如NC镗铣床、车床。3、轮廓控制数控机床具有良好的轮廓控制功能，可以加工具有曲线或曲面的零件。如两轴以上的数控铣、MC等。2020/7/14数控机床概论5二、按执行机构的控制方式分1、开环控制系统2、闭环控制系统3、半环控制系统数控机床的分类2020/7/14数控机床概论6三、按工艺用途分1、金属切削类数控机床数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等；2、金属成型类数控机床数控折弯机、数控弯管机、数控回转压力机等；3、数控特种加工类机床数控线切割机、数控电火花机床、数控激光加工机；4、其他类型数控机床数控火焰切割机、数控三坐标测量机等。数控机床的分类2020/7/14数控机床概论7常见的数控机床数控钻床可以完成钻、扩、铰、锪、攻丝等工序。X、Y、Z三轴分别由步进电机控制，扭矩大，定位精度高。2020/7/14数控机床概论8常见的数控机床数控车床1.简易数控车床2.普通数控车床3.全功能数控车床4.数控车削加工中心2020/7/14数控机床概论9数控立式升降台铣床结构与特点•主轴采用液压变速机构•半自动拉刀机构•X、Y、Z轴均由交流伺服电机驱动滚珠丝杠•导轨和润滑点采用定时定量润滑•吊挂式操作盘集中操作方便舒适常见的数控机床2020/7/14数控机床概论10数控滑枕升降台式铣床结构与特点:•大功率,重切削,操作方便•横向行程大•主轴、进给均为交流伺服控制。•主轴可调整为立式、卧式使用•可配置数控转台,实现4坐标三联动常见的数控机床2020/7/14数控机床概论11数控动梁龙门镗铣床数控定梁龙门镗铣床常见的数控机床2020/7/14数控机床概论12桥式数控动梁龙门镗铣床德国瓦德里希·科堡机床制造有限公司（WALDRICHCOBURG）合作生产了数台桥式数控龙门镗铣床。工作台宽≥4米常见的数控机床2020/7/14数控机床概论13按主轴的布置形势分为：立式卧式立卧转换式常见的数控机床2020/7/14数控机床概论14常见的数控机床高精度低速走丝线切割机Windows的多任务系统，易学易用最佳Ra0.5μm，最大切割效率250mm2/min2020/7/14数控机床概论15常见的数控机床数控高速走丝电火花线切割机·主机刚性强、精度稳定性好·恒张力机构·数控功能丰富·内置CAD/CAM2020/7/14数控机床概论16常见的数控机床•数控工业激光切割机激光切割的应用：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。2020/7/14数控机床概论17常见的数控机床•数控火焰切割机2020/7/14数控机床概论18加工中心机床结构换刀：提取系统&刀库主驱动：(数字AC电机、电主轴)控制器床身：X轴、Y轴、Z轴、B轴、C轴机架DMG2020/7/14数控机床概论195轴联动机床结构•铸铁结构•旋转工作台•偏心的旋转点有利于提高稳定性•摆动轴电动机•通过两边支撑提高刚性可实现5轴联动2020/7/14数控机床概论20加工中心刀库•加工中心刀库的类型：链式、盘式•刀具换刀：切削至切削10秒•刀库和立柱是通过气缸联接的，换刀时是通过气缸的运动控制刀库至换刀位•刀库产生的任何颤动都不会对机床加工产生影响（由衰减装置来保证）2020/7/14数控机床概论21加工中心常用附件TS641红外线测量器是一个很有用的选件。从手动到全自动模式它也提供工件的度量、检查和X、Y、Z轴的定位。红外线测量器是储存在刀具库里。当使用的时候，测量器利用红外线传至接收感应器再传至电脑数控系统。这使测量程序既快速又易用。2020/7/14数控机床概论22可编程冷却喷嘴取替标准喷嘴它能够因不同刀具长度而调整角度的调整由电脑数控控制电脑数控是同时对四个喷嘴调整，但它们也可以独立用人手调整当刀具转换时，所有喷嘴会自动移到安全的位置除了提供冷却剂，喷嘴亦能提供空气冷却可编程冷却喷嘴加工中心常用附件2020/7/14数控机床概论23加工中心加工实例多面加工例子-----五面加工-一次工件装夹完成其五面的加工-节约裝夹时间-保证工件精度-----五轴联动加工－完全五面加工:－在一次裝夹里完成斜面角度特征加工，表面加工，和打孔等等。以节省时间，额外的夹具和特别的刀具费用－保证工件的质量和精度-----五轴定位或三加二加工Source:DelcamPLC2020/7/14数控机床概论24•控制系统FUNAC■高品质、高性能/价格比的CNCOi系列整体软件功能包•高分辨率8.4彩色液晶显示TFTLCD•高速、高精度加工•丰富先进的控制功能•强大的个性化功能•丰富方便的维修功能•世界范围的技术支持Oi-MA：用于加工中心和铣床，4轴4联动Oi-TA：用于车床，4轴2联动■高可靠性、普及型CNCO-D系列O-TD：用于车床O-MC：用于铣床及小型加工中心O-GCD：用于圆柱磨床O-GSD：用于平面磨床O-PD：用于冲床■全功能、高可靠性CNCO-C系列O-TC：用于通用车床、自动车床O-MC：用于铣床、钻床、加工中心O-GCC：用于内、外圆磨床O-GSC：用于平面磨床O-PC：用于回转头冲床O-TTC：用于双刀架4轴车床数控系统2020/7/14数控机床概论25■具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列FANUC16i/18i/21i-B是控制单元与LCD集成于一体的CNC系统，并具有网络功能•接线少-使用超高速串行数据通讯，连接电缆少•网络功能-以太网（Ethernet）为标准配置（FS16i/18i）•高速高精度加工-纳米级CNC系统--插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位（FS16i-MB）•维护性好-经互联网远程诊断16i：最大8轴，6轴联动18i：最大6轴，4轴联动21i：最大4轴，4轴联动数控系统2020/7/14数控机床概论26数控机床的计算机数控系统计算机数控系统数控机床在数控系统的控制下，自动地按给定的程序进行机械零件的加工。数控系统是由用户程序、输入输出设备、计算机数控制装置（CNC装置）、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。程序输入设备计算机数字控制装置（CNC装置）可编程控制器（PLC）主轴控制单元速度控制单元输出设备主轴电机进给电机位置检测器机床2020/7/14数控机床概论27•1.用户程序•它是零件加工程序。根据零件图纸，用手工编程或自动编程的方法编制出数控加工程序并存储在一种信息载体上。•2.输入输出设备•CNC系统对数控设备进行自动控制所需的各种外部控制信息及加工数据,都是通过输入设备存入CNC装置的存储器中。输入CNC装置的有零件加工程序、控制参数、补偿数据等。•输出设备主要的功能为显示、打印、输出加工程序、控制参数、补偿参数等。数控机床的计算机数控系统2020/7/14数控机床概论28•3.CNC装置CNC装置由硬件和软件组成。硬件主要由微处理器、存储器、位置控制、输入/输出接口、可编程控制器、图形控制、电源等模块组成。软件由管理软件和控制软件组成。管理软件系指零件加工程序的输入输出、系统的显示功能和诊断功能。控制软件则包括译码处理、刀具补偿、插补运算、位置控制和速度控制。数控机床的计算机数控系统2020/7/14数控机床概论29•4.可编程控制器(PLC)•数控设备用可编程控制器主要完成数控设备的各种执行机构的逻辑顺序控制，即用PLC程序代替用继电器控制线路，实现数控设备的辅助功能、主轴转速功能、刀具功能的译码和控制。•数控设备用PLC有内装型和独立型两种。内装型PLC从属于CNC装置，PLC硬件电路可与CNC装置其它电路制作在同一块印刷板上，也可以作成独立的电路板。独立型PLC独立CNC装置，本身具有完备的硬、软件功能，可以独立完成所规定的控制任务。数控机床的计算机数控系统2020/7/14数控机床概论30•5.伺服系统伺服系统包括驱动部分和执行机构两大部分。伺服系统主要指数控设备的主轴驱动和进给驱动，是CNC系统的执行部分。伺服系统的作用是把来自CNC装置的各种指令（脉冲信号），转换成数控设备移动部件的运动。在数控机床的伺服驱动机构中，常用的驱动元件有功率步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机，后二者都带有感应同步器、编码器等位置检测元件。数控机床的计算机数控系统2020/7/14数控机床概论31CNC系统的主要工作过程1.正常工作前的准备工作在接通电源后，CNC装置将对数控系统及数控机床的各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初始状态。2.零件加工控制信息的输入CNC系统具备了正常工作条件后，开始输入零件加工程序、刀具长度补偿数值、刀具半径补偿数值以及工件坐标系原点相对机床原点的坐标值。3.数控加工程序的译码和预处理加工控制信息输入后，启动加工运行，此时CNC装置在系统控制程序的作用下，对数控程序进行预处理，即进行译码和预计算（刀补计算、坐标变换等）。2020/7/14数控机床概论32•4.插补计算•一个程序段的加工控制信息预处理完毕后进行插补处理。所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行数据点的密化。•插补的任务就是根据进给速度的要求，在一段零件轮廓的起点和终点之间，计算出若干个中间点，分别向各个坐标轴发出方向、大小和速度都确定的运动序列指令。CNC系统的主要工作过程2020/7/14数控机床概论33•5.位置控制•各个坐标轴的伺服系统将插补结果作为各个坐标轴位置调节器的指令值，机床上位置检测元件测得的位移作为实际位置值。位置调节器将两者进行比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床坐标轴运动。通过各个坐标轴运动的合成，产生数控加工程序所要求的工件轮廓尺寸。CNC系统的主要工作过程