第一章-认识数控机床课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,广东技术师范学院天河学院,王如意,数控编程与加工技术,广东技术师范学院天河学院王如意数控编程与加工技术,1,课题一 认识数控机床,一、新课的导入,1、常用的机械加工设备有哪些？,2、它们有什么样的加工特点？,3、各种机械加工应用于什么场合？,课题一 认识数控机床一、新课的导入,2,11 数控机床的产生与发展,111,数控机床的产生,112,我国数控机床的现状,113,数控机床的发展趋势,二、新课的教学内容,11 数控机床的产生与发展111 数控机床的产生二,3,1949年,美国Parson公司与麻省理工学院开始合作，历时三年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机，取名“Numerical Control”。,1953年,麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线，即可生成NC程序的,自动编程语言。,1959年,美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库，能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、攻丝等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种类,加工中心。,1.1.1数控机床的产生,1949年美国Parson公司与麻省理,4,1968年,英国首次将多台数控机床、无人化搬运小车和自动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统，这就是,柔性制造系统FMS。,1974年,微处理器开始用于机床的数控系统中，从此,CNC(计算机数控系统),软线数控技术随着计算机技术的发展得以快速发展。,1976年,美国Lockhead公司开始使用,图像编程。,利用CAD(计算机辅助设计)绘出加工零件的模型，在显示器上“指点”被加工的部位，输入所需的工艺参数，即可由计算机自动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。,1968年英国首次将多台数控机床、无人化搬运,5,1.1.2 我国数控机床发展概况,我国,虽然早在,1958年,就开始研制数控机床，但由于历史原因，一直没有取得实质性成果。20世纪70年代初期，曾掀起研制数控机床的热潮，但当时是采用分立元件，性能不稳定，可靠性差。,1980,年北京机床研究所引进,日本FANUC5,、7、3、6数控系统，上海机床研究所引进美国GE公司的,MTC1,数控系统，辽宁精密仪器厂引进美国Bendix公司的,Dynapth LTD10,数控系统。在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，北京机床研究所又开发出,BS03,经济型数控和,BS04,全功能数控系统，航天部706所研制出,MNC864,数控系统。“八五”期间国家又组织近百个单位进行以发展自主版权为目标的“数控技术攻关”，从而为数控技术产业化建立了基础。,1.1.2 我国数控机床发展概况,6,20世纪90年代末，华中数控,自主开发出基于PC-NC的,HNC,数控系统，达到了国际先进水平，加大了我国数控机床在国际上的竞争力度。,据1997年不完全统计，全国共拥有数控机床12万台。目前，我国数控机床生产企业有100多家，年产量增加到1万多台，品种满足率达80%，并在有些企业实施了FMS和CIMS工程，数控机床及其加工技术进入了实用阶段。,20世纪90年代末，华中数控自主开发出基于,7,现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一体化、网络化和智能化等方向发展。,1)高速切削,受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现。,高主轴转速可减少切削力，减小切削深度，有利于克服机床振动，传入零件中的热量大大减低，排屑加快，热变形减小，加工精度和表面质量得到显著改善。因此，经高速加工的工件一般不需要精加工。,1.1.3,数控机床的发展趋势,现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一,8,2)高精度控制,高精度化一直是数控机床技术发展追求的目标。它包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度控制两方面。,提高机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。目前精整加工精度已提高到0.1 m，并进入了亚微米级，不久超精度加工将进入纳米时代。(加工精度达0.01 m),2)高精度控制,9,3)高柔性化,柔性是指机床适应加工对象变化的能力。目前，在进一步提高单机柔性自动化加工的同时，正努力向单元柔性和系统柔性化发展。,数控系统在21世纪将具有最大限度的柔性，能实现多种用途。具体是指具有开放性体系结构，通过重构和编辑，视需要系统的组成可大可小；功能可专用也可通用，功能价格比可调；可以集成用户的技术经验，形成专家系统。,3)高柔性化,10,4)高一体化,CNC系统与加工过程作为一个整体，实现机、电、光、声综合控制，测量、造型、加工一体化，加工、实时检测与修正一体化，机床主机设计与数控系统设计一体化。,5)网络化,实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMS(柔性制造系统)、CIMS(计算机集成制造系统)对基层设备的要求。配置网络接口，通过Internet可实现远程监视和控制加工，进行远程检测和诊断，使维修变得简单。建立分布式网络化制造系统，可便于形成“全球制造”。,4)高一体化,11,6)智能化,21世纪的CNC系统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应在局部或全部实现加工过程的自适应、自诊断和自调整；多媒体人机接口使用户操作简单，智能编程使编程更加直观，可使用自然语言编程；加工数据的自生成及智能数据库；智能监控；采用专家系统以降低对操作者的要求等。,6)智能化,12,数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈,装置和机床本体组成。,1.输入输出设备,2.数控装置,3.伺服系统,4.测量反馈装置,5.机床本体,6.辅助控制系统,输入,输出,设备,数控,装置,伺服,系统,机床,本体,测量反馈装置,数控机床组成图,1.2,数控机床的组成及工作过程,1.2.1 数控机床的组成,数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量,13,数控机床的组成,主轴电机,带制动器伺服电机,伺服电机,刀库刀具定位电机,机械手旋转定位电机,数控机床的组成主轴电机带制动器伺服电机伺服电机刀库刀具定位,14,数控机床（Numerical Control Machine Tools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。,数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。,计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC）以计算机为核心的数控系统。,1.2.2 数控机床的工作过程,数控机床（Numerical Control Machine,15,数控机床工作过程,加工准备阶段,机床调整阶段,程序调试阶段,试切加工阶段,正式加工阶段,检 测,数控机床工作过程加工准备阶段机床调整阶段程序调,16,数控加工原理框图,1数控编程及输入,2数据处理和计算,3伺服控制和机床加工,数控加工原理框图1数控编程及输入,17,从上图可以看出，数控加工过程总体上可分为,数控程序编制,和,机床加工控制,两大部分。,数控机床的,控制系统,一般都能按照数字程序指令控制机床实现,主轴自动启停,、,换向和变速,，能自动控制,进给速度,、,方向和加工路线,，进行加工，能,选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走轨迹,，能完成加工中所需要的,各种辅助动作,。,从上图可以看出，数控加工过程总体上可分为数控,18,13数控机床的特点,1.适应性强,2.精度高，质量稳定,3.生产效率高,4.能完成复杂型面的加工,5.减轻工人劳动强度，改善劳动条件,6.有利于生产管理的现代化,13数控机床的特点1.适应性强,19,4数控机床的分类,1.4.1、按工艺用途分类,.金属切削类,（1）普通数控机床 数控车、铣、钻、镗及磨床等,（2）数控加工中心多工序数控机床,带有刀库和自动换刀装置的数控机床，如镗铣加工中心和车削加工中心,特点：零件一次装夹，多种工艺、多道工序的集中连续加工，减少机床台数和装卸工件、更换调整刀具的辅助时间，提高了机床效率；减少了多次安装造成的定位误差，提高了各加工面之间的位置精度。,4数控机床的分类1.4.1、按工艺用途分类.,20,.金属成型类数控机床,数控冲床、数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等,.数控特种加工机床,数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床、数控高压水切割机、数控等离子切割机等,.其他类型的数控机床,数控火焰切割机、数控三坐标测量机、数控绘图仪等,.金属成型类数控机床,21,1.4.2 按加工控制路线分类,有点位控制机床、直线控制机床和轮廓控制机床。,1.点位控制机床。它如图1-3(a)所示，只控制刀具从一点向另一点移动，而不管其中间行走轨迹的控制方式。在从点到点的移动过程中，只作,快速空程,的定位运动，因此不能用于加工过程的控制。属于点位控制的典型机床有,数控钻床、数控镗床和数控冲床等。,这类机床的数控功能主要用于控制加工部位的相对位置精度，而其加工切削过程还得靠手工控制机械运动来进行。,1.4.2 按加工控制路线分类,22,图1-3 按加工控制路线分类,(a)点位控制；(b)直线控制；(c)轮廓控制,图1-3 按加工控制路线分类,23,(2)直线控制机床。它如图1-3(b)所示，可控制刀具相对于工作台以适当的进给速度，沿着平行于某一坐标轴方向或与坐标轴成45的斜线方向作直线轨迹的加工。这种方式是一次同时只有某一轴在运动，或让两轴以相同的速度同时运动以形成45(的斜线，所以其控制难度不大，系统结构比较简单。一般地，都是将点位与直线控制方式结合起来，组成点位直线控制系统而用于机床上。这种形式的典型机床有,车阶梯轴的数控车床、数控镗铣床和简单加工中心等。,(2)直线控制机床。它如图1-3(b)所示,24,(3)轮廓控制机床。它又称连续控制机床。如图1-3(c)所示，可控制刀具相对于工件作连续轨迹的运动，能加工任意斜率的直线，任意大小的圆弧，配以自动编程计算，可加工任意形状的曲线和曲面。典型的轮廓控制型机床有,数控铣床、功能完善的数控车床、数控磨床和数控电加工机床等。,(3)轮廓控制机床。它又称连续控制机床。如,25,1.4.3.按伺服系统的控制原理分类,1.开环控制数控机床,工作台,减速器,开环控制系统框图,步进,电机,控制,电路,数控,装置,输入,1.4.3.按伺服系统的控制原理分类工作台减速器,26,开环伺服系统,开环伺服系统,27,2.半闭环控制数控机床,数控,装置,控制,电路,伺服,电机,工作台,速度检测元件,转角检测元件,半闭环控制系统框图,速度反馈,位置反馈,输入,2.半闭环控制数控机床数控控制伺服工作台速度检测元件转角检,28,半闭环伺服系统,半闭环伺服系统,29,3.闭环控制数控机床,工作台,数控,装置,控制,电路,伺服,电机,闭环控制系统框图,速度检测元件,位置检测元件,位置反馈,速度反馈,输入,3.闭环控制数控机床工作台数控控制伺服闭环控制系统框图速度,30,闭环伺服系统,闭环伺服系统,31,1.5,数控机床坐标系,1.5.1机床坐标系,、机床坐标系的确定,（1）机床相对运动的规定,在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。,1.5数控机床坐标系1.5.1机床坐标系,32,（2）机床坐标系的规定,标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。,在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。,例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动,以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床,坐标系来描述。,（2）机床坐标系的规定,33,标准机