《数控机床概述》PPT课件

数控加工工艺学,第1章 数控机床概述,1.1 概述 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.3 数控机床的特点和分类 1.4 数控技术的应用与发展 1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,一、数控机床概述 数字控制机床简称数控机床，是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术，是一种典型的机电一体化产品。,1.1 概述,二、数控机床的坐标系 1确定原则 （1）刀具相对于静止工件而运动的原则。 （2）标准坐标系原则。 （3）运动方向的原则。,1.1 概述,1.1 概述,2坐标系的确定 （1）Z坐标轴。标准规定，机床传递切削力的主轴轴线为Z坐标。Z坐标的正方向为刀具离开工件的方向。 （2）X坐标轴。X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。 确定X轴的方向时，要考虑两种情况：工件做旋转运动和刀具做旋转运动。 （3）Y、A、B、C及、等坐标轴。由右手标准直角坐标系来确定Y坐标。正方向按照右手螺旋法则（图1-1）确定。 （4）坐标方向判定。当某一坐标上刀具移动时，用不加撇号的字母表示该轴运动的正方向；当某一坐标上工件移动时，则用加撇号的字母（例如A、X等）表示。加与不加撇号所表示的运动方向正好相反。,1.1 概述,图1-1 标准的机床坐标系,3数控机床的坐标简图举例 （1）数控二坐标车床,1.1 概述,图1-2 数控二坐标车床,（2）数控卧式铣床（三坐标）,1.1 概述,图1-3 数控卧式铣床,（3）数控立式铣床（三坐标）,1.1 概述,图1-4 数控立式铣床,（4）卧式镗铣床（多坐标）,1.1 概述,图1-5 卧式镗铣床,4机床坐标系和工件坐标系 机床坐标系不能直接用来编程，它是帮助机床生产厂家确定机床参考点（零点）的。机床参考点由厂家设定后，用户不得随意改变，否则影响机床的精度。,1.1 概述,1.2 数控机床的组成与工作原理,一、数控机床的组成 数控机床的基本结构框图，如图1-6所示，主要由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和受控设备等4部分组成。,图1-6 数控机床的基本结构框图,1.2 数控机床的组成与工作原理,二、数控机床的工作原理 在数控机床上加工零件时，则是将被加工零件的加工顺序、工艺参数和机床运动要求用数控语言编制加工程序，然后输入到CNC（计算机数控）装置，CNC装置对加工程序进行一系列处理后，向伺服系统发出执行指令，由伺服系统驱动机床移动部件运动，从而自动完成零件的加工。如图1-7所示为数控机床的工作过程。,图1-7 数控机床的工作过程,三、数控机床的适用范围,1.2 数控机床的组成与工作原理,图1-8 数控机床的适用范围,1.2 数控机床的组成与工作原理,数控机床最适宜加工以下类型的零件： （1）生产批量小的零件(100件以下)。 （2）需要进行多次改型设计的零件。 （3）加工精度要求高、结构形状复杂的零件。 （4）需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件。 （5）价值昂贵的零件。,一、数控机床的特点 数控机床具有如下特点： （1）加工精度高，质量稳定。 （2）能完成普通机床难以加工或根本不能加工的复杂零件。 （3）生产率高。 （4）对产品改型设计的适应性强。 （5）有利于制造技术向综合自动化方向发展。 （6）监控功能强，具有故障诊断的能力。 （7）减轻工人劳动强度，改善劳动条件。,1.3 数控机床的特点和分类,二、数控机床的分类 1. 按数控机床的工艺用途分类 （1）一般数控机床。 （2）加工中心。 （3）特种数控机床。,1.3 数控机床的特点和分类,1.3 数控机床的特点和分类,2. 按数控机床的运动轨迹分类 （1）点位控制系统。如图1-9（a）所示 （2）直线控制系统。如图1-9（b）所示。 （3）轮廓控制系统。如图1-9（c）所示。,图1-9 数控系统控制方式,（a）,（b）,（c）,1.3 数控机床的特点和分类,3. 按伺服系统的控制方式分 （1）开环控制系统。开环控制系统指不带反馈的控制系统，即系统没有位置反馈元件，图1-10所示。,图1-10 数控机床开环控制框图,（2）半闭环控制系统。半闭环控制系统指在开环系统的丝杠上装有角位移检测装置，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，然后反馈给数控装置，如图1-11所示。,1.3 数控机床的特点和分类,图1-11 数控机床半闭环控制框图,1.3 数控机床的特点和分类,4. 按控制的坐标轴数分类 （1）两坐标数控机床。两坐标数控机床指可以同时控制两个坐标轴联动而能加工曲线轮廓零件的机床。 （2）三坐标数控机床。三坐标数控机床指可以联动控制，坐标轴为三轴的数控机床。 （3）两个半坐标数控机床。两个半坐标数控机床本身有3个坐标轴，能作3个方向运动，但控制装置只能同时联动控制两个坐标轴，第3个坐标轴仅能作等距的周期移动。 （4）多坐标数控机床。多坐标数控机床指可以联动控制的坐标轴为四轴和四轴以上的机床。,5. 按功能水平分类 数控机床按数控系统的功能水平可分为低、中、高档。详见表11.,1.3 数控机床的特点和分类,表11 数控机床按数控系统的功能水平划分,1.3 数控机床的特点和分类,6. 按工艺用途分类 数控机床按不同工艺用途分为数控车床、铣床、磨床与齿轮加工机床等。在数控金属成型机床中，有数控冲压机、弯管机、裁剪机等。在特种加工机床中有数控电火花切割机、火焰切割机、点焊机、激光加工机等。 加工中心是一种带有自动换刀装置的数控机床。常见的有以加工箱体类零件为主的镗铣类加工中心和几乎能够完成各种回转体类零件所有工序加工的车削中心。,一、现代制造技术的发展趋势 当前先进制造技术的发展大致有以下特点： 1信息技术、制造技术与自动化技术紧密结合。 2计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程分析(CAD/CAM/CAE)。 3加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展。 （1）超精密加工技术。超精密加工技术是为了获得被加工件的形状、尺寸精度和表面粗糙度均优于亚微米级的一门高新技术。 （2）超高速切削。 （3）新一代制造装备的发展。,1.4 数控技术的应用与发展,1.4 数控技术的应用与发展,4工艺研究由“经验”走向“定量分析 5虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用 二、数控系统发展趋势 1. 新一代数控系统采用开放式体系结构 2. 新一代数控系统控制性能大大提高,1.4 数控技术的应用与发展,三、数控机床发展 1高速度、高精度化。 2开放式。 3智能化 。（1）在数控系统中引进自适应控制技术。 （2）设置故障自诊断功能。 （3）具有人机对话自动编程功能。 （4）应用图像识别和声控技术。 4复合化。 5高可靠性。 6多种插补功能。 7人机界面的友好。,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,一、数控机床的使用要求 数控机床在使用时必须注意满足以下要求： (1) 对使用人员的要求。 (2) 机床位置环境要求。 (3) 电源的要求。 (4) 按机床说明书使用机床,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,二、 数控机床安全操作规程 数控机床的操作规程一般如下： (1) 操作者必须熟悉机床的性能、结构、传动原理，严禁超性能使用。 (2) 使用机床前，应穿好工作服，戴好工作帽。 (3) 工作前，应按规定对机床进行检查，查明电气控制是否正常，各开关、手柄位置是否在规定位置，润滑油路是否畅通，油质是否良好，并按规定加润滑剂。 (4) 开机时应先注意液压和气压系统的调整，检查总系统的工作压力必须在额定范围内，溢流阀、顺序阀、减压阀等调整压力正确。定期清理气压系统内的杂质和油液，使其保持清洁和干燥。 (5) 开机时应低速运行35 min，查看各部分运转是否正常。,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,(6) 加工工件前，必须进行加工模拟或试运行，严格检查调整加工原点、刀具参数、加工参数及运动轨迹，并且要将工件清理干净，特别注意工件是否牢固，调节工具是否已经移开。 (7) 工作中发生不正常现象或故障时，应立即停机排除，或通知维修人员检修。 (8) 工作完毕后，及时清扫机床，并将机床恢复到原始状态，各开关、手柄放于非工作位置，切断电源，认真执行交接班制度。 (9) 必须严格按照操作步骤操作机床，未经操作者同意，不允许其他人员私自开动机床。 (10) 按动按键时用力适度，不得用力拍打键盘、按键和显示屏。 (11) 禁止敲打中心架、顶尖、刀架、导轨和主轴等部件。,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,三、 数控机床的维护 1CNC系统的日常维护 CNC系统的日常维护除按说明书的规定进行外，还应注意以下几个方面： (1) 确保数控柜、电器柜的散热通风系统正常。 (2) 定期检查和更换伺服电动机的电刷 (3) 定期更换系统后备电池。 (4) 尽量少开电柜门。 (5) 长期闲置的CNC系统应定时给系统通电，在机床锁住不动的情况下进行空运行。 表1-2列出了数控机床CNC系统的定期维护。,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,表1-2 数控机床CNC系统的定期维护,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,2. 数控机床机械系统的日常维护 表1-3列出数控机床机械系统定期维护的具体内容。,表1-3 数控机床机械系统定期维护的具体内容,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,续表1-3 数控机床机械系统定期维护的具体内容,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,四、数控机床的常见故障及处理 1. 故障与可靠性 （1）故障。故障是指设备或系统因自身的原因而丧失规定功能的现象。故障具有相同的规律即故障规律曲线，如图1-12所示。,图1-12 故障规律曲线,I 区为初期运行区（磨合期） 区为系统的正常运行区 区为系统的衰老区,（2）可靠性。可靠性是指在规定的条件下，数控机床维持无故障工作的能力。衡量可靠性的指标有如下3个： 总工作时间内平均无故障时间(MTBF)。平均无故障时间是指一台数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间。 MTBF=总工作时间/总故障次数 平均修复时间(MTFR)。平均修复时间是指数控机床从出现故障直至正常使用所用修复时间的平均值。 有效度(A)。有效度是指一台可维修的数控机床，在某一段时间内，维持其性能的概率。 A=MTBF/(MTBF+MTFR),1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,2. 故障的分类 (1)系统性故障和随机性故障。 (2)有诊断显示故障和无诊断显示故障。 (3)破坏性故障和非破坏性故障。 (4)机床运动特性故障。 (5)硬件故障和软件故障。,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,3. 故障诊断及处理的基本原则 (1) 调查故障现场。 (2) 分析可能造成故障的因素。 (3) 确定产生故障的原因。 (4) 排除故障。,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,4. 故障诊断的基本方法 (1) 直观法。 (2) 系统自诊断法。 (3) 参数检查法。 (4) 功能测试法。 (5) 部件置换法。 (6) 原理分析法。,1.5 数控机床的使用、维护与故障处理,