数控机床的产生和发展课件

第一节数控机床的产生和发展第一节数控机床的产生和发展第二节数控机床的特点及应用范围第二节数控机床的特点及应用范围第三节数控机床的组成和工作原理第三节数控机床的组成和工作原理第四节数控机床的分类第四节数控机床的分类第一章数控机床概述第一节数控机床的产生和发展第二节数控机床的特点及应用范围1一、数控机床的产生一、数控机床的产生科学技术和社会生产的不断发展，对机械产科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，迫切品的质量和生产率提出了越来越高的要求，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数字控制化的柔性自动化机床。数字控制(Numerical(Numerical ControlControl，简称，简称NCNC或数控或数控)机床，就是在这样的背机床，就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它极其有效地解决了上景下诞生与发展起来的。它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批生产的精密复杂零述一系列矛盾，为单件、小批生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。件提供了自动化加工手段。第一节数控机床的产生和发展第一节数控机床的产生和发展数控机床一、数控机床的产生科学技术和社会生产的不断发展，对机械产2 计算机数控计算机数控(Computer Numerical Control(Computer Numerical Control，简称简称CNC)CNC)系统有许多优点：系统有许多优点：(1)(1)柔性好柔性好 (2)(2)功能强功能强 (3)(3)可靠性高可靠性高 (4)(4)易于实现机电一体化易于实现机电一体化二、计算机数控二、计算机数控 计算机数控(Computer Numerical C3三、数控机床和数控系统的发展三、数控机床和数控系统的发展现代数控机床及其数控系统，目前大致向现代数控机床及其数控系统，目前大致向以下几个方面发展。以下几个方面发展。(一一)高速、高精度化高速、高精度化 (二二)提高数控系统的可靠性提高数控系统的可靠性 (三三)CNC)CNC系统的智能化系统的智能化 (四四)具有更高的通信功能具有更高的通信功能三、数控机床和数控系统的发展现代数控机床及其数控系统，目4四、机械制造系统的发展四、机械制造系统的发展 (一一)柔性制造单元柔性制造单元(FMC)(FMC)1 1配有机器人的配有机器人的FMCFMC图图1 11 1中，加工中心中，加工中心3 3上上的工件的工件2 2，由机器人，由机器人1 1来装卸，加工完毕的工件放在来装卸，加工完毕的工件放在工件架上。监控器工件架上。监控器4 4协调加工中心和机器人的动作。协调加工中心和机器人的动作。1机器人机器人2工件工件3加工中心加工中心4监控器监控器四、机械制造系统的发展 (一)柔性制造单元(FMC)5 2 2配有托盘交换系统构成的配有托盘交换系统构成的FMCFMC图图1 12 2是是由加工中心和托盘交换系统构成的由加工中心和托盘交换系统构成的FMCFMC。2配有托盘交换系统构成的FMC图12是由加工中6 (二二)柔性制造系统柔性制造系统(FMS)(FMS)柔性制造系统是一个由中央计算机控制的自动柔性制造系统是一个由中央计算机控制的自动化制造系统，是由一个传输系统联系起来的一些设化制造系统，是由一个传输系统联系起来的一些设备备(通常是具有换刀装置的数控机床或加工中心通常是具有换刀装置的数控机床或加工中心)。柔性制造系统由加工系统、物料输送系统和信息系柔性制造系统由加工系统、物料输送系统和信息系统组成。现分别介绍如下：统组成。现分别介绍如下：(二)柔性制造系统(FMS)71加工系统加工系统加工系统中的自动化加工设备加工系统中的自动化加工设备通常由通常由510台数控机床和加工中心组成，它们台数控机床和加工中心组成，它们都带有刀具库，并具有自动换刀装置。都带有刀具库，并具有自动换刀装置。2物料输送系统物料输送系统物料输送系统主要是工件物料输送系统主要是工件和刀具的输送。和刀具的输送。3信息系统信息系统信息控制系统的主要功能是：信息控制系统的主要功能是：识别进入系统的工件，选择相应的数控加工程序，识别进入系统的工件，选择相应的数控加工程序，根据不同工件和不同的加工内容，使工件按不同根据不同工件和不同的加工内容，使工件按不同顺序通过相应的机床进行加工；当工件改变时，顺序通过相应的机床进行加工；当工件改变时，上述内容又能自动地作相应地改变。上述内容又能自动地作相应地改变。1加工系统加工系统中的自动化加工设备通常由510台8(三三)计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)计算机集成制造系统就是用计算机通过信息计算机集成制造系统就是用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，以求得企业的总体集成实现现代化的生产制造，以求得企业的总体效益。效益。CIMS通常由管理信息系统、产品设计与制通常由管理信息系统、产品设计与制造工程设计自动化系统、制造自动化系统、质量造工程设计自动化系统、制造自动化系统、质量保证系统以及计算机网络和数据库系统等六个分保证系统以及计算机网络和数据库系统等六个分系统组成，它们之间的关系，如图系统组成，它们之间的关系，如图13所示。所示。(三)计算机集成制造系统(CIMS)9数控机床的产生和发展课件10一、数控机床的优点一、数控机床的优点1对加工对象改型的适应性强对加工对象改型的适应性强2加工精度高加工精度高3加工生产率高加工生产率高 4减轻操作者的劳动强度减轻操作者的劳动强度 5良好的经济效益良好的经济效益 6有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化第二节数控机床的特点及应用范围第二节数控机床的特点及应用范围一、数控机床的优点1对加工对象改型的适应性强第二节数控11二、数控机床的应用范围二、数控机床的应用范围数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件：数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件：(1)多品种小批量生产的零件多品种小批量生产的零件(2)结构比较复杂的零件结构比较复杂的零件(3)需要频繁改型的零件需要频繁改型的零件(4)价值昂贵、不允许报废的关键零件价值昂贵、不允许报废的关键零件(5)需要最短生产周期的急需零件需要最短生产周期的急需零件二、数控机床的应用范围数控机床通常最适合加工具有以下特点的零12数控机床是一种利用数控技术，按照事先编数控机床是一种利用数控技术，按照事先编好的程序实现动作的机床。它由程序载体、输入好的程序实现动作的机床。它由程序载体、输入装置、装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统和机单元、伺服系统、位置反馈系统和机床机械部件构成床机械部件构成(图图16、图、图17)。第三节数控机床的组成和工作原理第三节数控机床的组成和工作原理一、数控机床的组成一、数控机床的组成数控机床是一种利用数控技术，按照事先编好的程序实现动作的13数控机床的产生和发展课件14数控机床的产生和发展课件15二、数控机床的工作原理二、数控机床的工作原理在数控机床上加工零件通常经过以下几个步骤：在数控机床上加工零件通常经过以下几个步骤：1)根据加工零件的图样与工艺方案，用规定的根据加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写程序单，并把它记录在载体上；代码和程序格式编写程序单，并把它记录在载体上；2)把程序载体上的程序通过输入装置输入到把程序载体上的程序通过输入装置输入到CNC单元中去；单元中去；3)CNC单元将输入的程序经过处理之后，向机单元将输入的程序经过处理之后，向机床各个坐标的伺服系统发出信号；床各个坐标的伺服系统发出信号；二、数控机床的工作原理在数控机床上加工零件通常经过以下几164)伺服系统根据伺服系统根据CNC单元发出的信号，驱单元发出的信号，驱动机床的运动部件，并控制必要的辅助操作；动机床的运动部件，并控制必要的辅助操作；5)通过机床机械部件带动刀具与工件的相通过机床机械部件带动刀具与工件的相对运动，加工出要求的工件；对运动，加工出要求的工件；6)检测机床的运动，并通过反馈装置反馈检测机床的运动，并通过反馈装置反馈给给CNC单元，以减小加工误差。单元，以减小加工误差。4)伺服系统根据CNC单元发出的信号，驱动机床的运动部17三、数控系统的主要工作过程三、数控系统的主要工作过程数控系数控系统的主要任统的主要任务是进行刀务是进行刀具和工件之具和工件之间相对运动间相对运动的控制，图的控制，图18初步描初步描绘了数控系绘了数控系统的主要工统的主要工作过程。作过程。三、数控系统的主要工作过程数控系统的主要任务是进行刀具和18一、按控制系统的特点分类一、按控制系统的特点分类1点位控制数控机床点位控制数控机床对于一些孔加工用数控机床，只要求获得精确的对于一些孔加工用数控机床，只要求获得精确的孔系坐标定位精度孔系坐标定位精度(图图19)，而不管从一个孔到另外，而不管从一个孔到另外一个孔是按照什么轨迹运动。一个孔是按照什么轨迹运动。第四节数控机床的分类第四节数控机床的分类一、按控制系统的特点分类1点位控制数控机床第四节数192直线控制数控机床直线控制数控机床某些数控机床不仅要求具有准确定位的功能，而某些数控机床不仅要求具有准确定位的功能，而且要求从一点到另一点之间按直线移动，并能控制位且要求从一点到另一点之间按直线移动，并能控制位移的速度移的速度(图图110)。2直线控制数控机床203轮廓控制的数控机床轮廓控制的数控机床更多的数控机床具有轮廓控制的功能更多的数控机床具有轮廓控制的功能(图图111)，即可以加工具有曲线或者曲面的零件。即可以加工具有曲线或者曲面的零件。3轮廓控制的数控机床21二、按执行机构的伺服系统类型分类二、按执行机构的伺服系统类型分类1开环伺服系统数控机床开环伺服系统数控机床这类机床的数控系统将零件的程序处理后，输这类机床的数控系统将零件的程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动，没有出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动，没有来自位置传感器的反馈信号，如图来自位置传感器的反馈信号，如图115所示。所示。二、按执行机构的伺服系统类型分类1开环伺服系统数控机床222闭环伺服系统数控机床闭环伺服系统数控机床这类机床可以接受插补器的指令，而且随时接受这类机床可以接受插补器的指令，而且随时接受工作台测得的实际位置反馈信号，根据其差值不断进工作台测得的实际位置反馈信号，根据其差值不断进行误差修正，如图行误差修正，如图116所示。所示。2闭环伺服系统数控机床233半闭环伺服系统的数控机床半闭环伺服系统的数控机床这种系统的闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作这种系统的闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，因此可以获得稳定的控制特性，如图台，因此可以获得稳定的控制特性，如图117所示。所示。3半闭环伺服系统的数控机床24三、按加工方式分类三、按加工方式分类(1)金属切削类数控机床金属切削类数控机床如数控车床、加工如数控车床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等。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金属成型类数控机床如数控折弯机、数如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。控弯管机、数控回转头压力机等。(3)数控特种加工机床数控特种加工机床如数控线切割机床、如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机等。数控电火花加工机床、数控激光切割机等。(4)其它类型的数控机床其它类型的数控机床如火焰切割机、数如火焰切割机、数控三坐标测量机等。控三坐标测量机等。三、按加工方式分类(1)金属切削类数控机床如数控车床、25四、按照功能水平分类四、按照功能水平分类根据一些功能及指标，可以把数控机床分为低、根据一些功能及指标，可以把数控机床分为低、中、高档三类（见表中、高档三类（见表11）。）。四、按照功能水平分类根据一些功能及指标，可以把数控机床分26