数控机床结构及应用培训课件

,MMT,C,N,C,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,2020/7/14,#,本章要点,数控机床简介,数控机床的组成,第,1,章 绪论,数控机床的分类,数控机床的坐标系,数控机床的主要性能指标及功能,第,1,章,绪论,Introduction,1.1,数控机床简介,Nc machine tool profile,数控机床结构及应用,1.1.1,数控技术发展的原因,客观方面的原因：第二次世界大战中体现出来的对武器装备要求更加精良；计算机技术的产生和不断发展；机床技术的不断发展和成熟等。,主观方面的原因：要求减轻工人的劳动强度；不断提高劳动效率；工厂实现自动化的要求等。,1.1.2,数控系统的发展史,硬线数控阶段,(1952,1970,年,),1,）,1952,年开始的第一代数控系统，其主要特点是以电子管、继电器、模拟电路元件为主,2,）,1959,年开始的第二代数控系统，其主要特点是以晶体管数字电路元件为主,3,）,1965,年开始的第三代数控系统，其主要特点是以集成数字电路器件为主。,计算机数控阶段,(1970,年至今,),1,）,1970,年开始的第四代数控系统，其主要特点是基于小型计算机并采用中小规模集成电路的数控系统。,2,）,1974,年开始的第五代数控系统，其主要特点是基于微处理器并具有数字显示、故障自诊断功能的数控系统。,3,）,1990,年开始的第六代数控系统，其特点是基于,PC,的数控系统。,1.1.3,数控定义,数控技术,是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。,数控机床,为满足单件、小批、多品种、自动化生产的需要而研制的一种灵活的、通用的能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高的优点。,1.1.4,数控机床的优点,适,应能力强、适应于多品种、单件小批量零件的加工,；,加,工精度高,；,工,序高度集中，可以大大减轻工人的体力劳动,；,生,产准备周期短，具有较高的加工生产率和较低的加工成本；能完成复杂型面的加工,；,技,术含量高，有利于实现机械加工的现代化管理。,1.2,数控,机床的组,成,The composition of nc machine tools,第,1,章,绪论,Introduction,数控机床结构及应用,1.2.1,数控机床的技术组成,数控技术由,机床技术,、,数控系统技术,和,外围技术,等组成。,机床技术包括基础件和配套件等；,数控系统技术包括控制系统、驱动系统和测量与反馈系统等；,外围技术包括工具系统、编程技术和管理技术等。,图,11,数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服装置、辅助控制装置、检测装置和机床本体组成。如,图所,示。,控制介质,数控装置,伺服机构,辅助控制装置,检测装置,机床本体,主轴箱,电气柜,控制面板,主轴,床身,工作台,冷却液箱,1.3.1,数控机床的组成,立柱,控制介质是指将零件加工信息传送到数控装置去的程序载体。随数控装置类型的不同而不同，常用的有磁盘、移动硬盘、,Flash,（,U,盘）等（见,图）。,1.,控制介质,1.2.2,数控机床的结构组成,几何信息：确定加工零件的几何形状，如位移、圆心、曲面法矢量等,.,辅助功能信息：说明加工条件，如刀具几何参数、进给速度和主轴转速、开关冷却液、程序结束等,.,准备功能信息：说明插补类型、加工坐 标平面、实现刀具半径补偿等,.,NC,程序传入,NC,机床的途径,:,键盘,手工敲入,、穿孔,纸带,、拷贝、,I/O,通讯接口,a),b),c),常用,的控制介质,a),磁盘,b),移动硬盘,c)U,盘,1.2.2,数控机床的结构组成,数控装置是数控机床的核心。,由输入装置、控制器、运算器和输出装置组成。,如图所示是某数控车床的数控装置。它由输入装置（如键盘）、控制运算器和输出装置（如显示器）等构成。,2.,数控装置,输入装置：接收外部的输入程序并存储,控制器：控制和协调数控装置各部分协调工作,运算器：接收控制信息，对集合信息进行插补运算并向输出装置发出进给脉冲,输出装置：将脉冲输出给伺服系统,FANUC,西门子,广州数控,华中数控,凯恩帝,蓝天,3.,伺服机构,1.2.2,数控机床的结构组成,构成,:,驱动装置、伺服电动机、传动丝杠等,工作过程,：,（弱电 强电）,脉冲信号 伺服单元放大器 电动机运转,工作台、主轴移动 丝杠转动,伺服系统是数控装置与机床本体间的传动联系环节，可以将来自数控装置的,脉冲信号,转换为机床移动部件的,运动，使工作台精确定位或按规定的轨迹做严格的相,对,运动,，最后加工出符合图纸的零件。,a),驱动装,置,b),伺服电动机,伺服机构,辅,助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。由于可编程控制器（,PLC,）具有响应快、性能可靠、易于使用、编程和修改程序，并可直接驱动机床电气等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。,图所,示为某可编程控制器的外观图。,4.,辅助控制装置,辅助,控制装置,1.2.2,数控机床的结构组成,检测反馈装置将数控机床各个坐标轴的实际位移量、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到机床的数控装置中。,检测装置的检测元件有多种，常用的有直线,光栅、,光电,编码器、,圆光栅、绝对编码尺等。,5.,检测装置,光电,编码器,直线,光栅,1.2.2,数控机床的结构组成,机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括主运动部件、进给运动执行部件（如工作台、滑板及其传动部件）和床身、立柱、支承部件等。,6.,机床本体,数控机床加工零件的工作过程如,图所,示,。,加工,步骤如下：,（,1,）根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序段格式编写出加工程序。,（,2,）将所编写加工程序指令输入到机床数控装置中。,（,3,）数控装置对程序（代码）进行处理之后，向机床各个坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出控制信号。,（,4,）伺服机构接到执行信号指令后，驱动机床的各个运动 部件，并控制所需的辅助动作。,（,5,）机床自动加工出合格的零件。,数控,装置,伺服,机构,机床,本体,图样,程序,工件,1.2.3,数控机床的工作过程,1.3,数控机床的分类,The classification of the nc machine,tools,第,1,章,绪论,Introduction,数控机床结构及应用,金属切削类数控机床,主要有：数控,车床、数控铣床,、数控磨床、数控,钻床、数控镗床、数控齿轮加工,机床以及数控加工中心等,。,数控,车床,数控,铣床,1.3.1,按工艺用途分类,（,2,）金属成形类数控机床,金属成形类数控机床指采用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床。常用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。,（,3,）数控特种加工机床,特种加工类数控机床主要有数控电火花成形加工机床、数控电火花线切割机床如图、数控激光切割机床等。,（,4,）测量、绘图类 测量、绘图类,数控机床主要有三坐标测量仪、数控对刀仪、数控绘图仪等。,1.3.1,按工艺用途分类,1),点位控制（,Positioning Control,）数控机床,：,特点：只控制起点和终点的精确位置，与中间过程无关,包括：数控钻、数控镗、数控冲床和数控测量机,共性：中间过程属“非切削段”,1.3.2,按运动方式分类,加工零件类型：带台阶的圆柱零件、方形零件,它,是点位控制和单坐标控制的结合，可有多个坐标但不能联动，起终点之间属“切削段”。,这类机床不仅能保证刀具在相关点的定位，还要控制刀具沿某一个坐标轴方向作,直线,运动的速度和,路线。,该类设备有：简易数控车床、数控铣床等,2),点位直线控制数控机床：,1.3.2,按运动方式分类,实现两个或两个以上坐标做关联运动，即联动,3),轮廓控制数控机床：,控制内容：程序规定的轨迹、速度,该类设备有：数控车床、数控铣床、数控磨床和电加工机床等。,加工零件类型：可加工曲线、曲面类零件,1.3.2,按运动方式分类,（,1,）开环控制系统,机床伺服系统,不带位置检测元件,，伺服驱动元件一般为步进电机。,精度取决于步进电机的步距精度和机械传动的精度，其线路简单，调整方便，精度低，一般用于小型或经济型数控机床。,数控装置,脉冲指令,步进电机,驱动线路,工作台,1.3.3,按控制方式分类,（,2,）闭环控制系统,闭环控制系统,带有位置检测元件,，随时检测工作台的实际位移，并反馈给数控装置，并与设定值进行比较。常使用直流或交流伺服电机，位置检测元件常为直线光栅、磁栅、同步感应器等。,闭环控制加工精度高、速度快，但维护困难、成本高系统稳定性较差。,数控装置,位置控制,速度控制,伺服电机,测速机,工作台,位置检测器,1.3.3,按控制方式分类,（,3,）半闭环控制系统,位置检测元件安装在伺服电机的轴上或滚珠丝杠的端部，不直接反馈机床的位移量，而是检测伺服机构的转角。,精度较闭环系统低，但其结构简单，造价较低不受机械传动装置的影响，调试方便，广泛应用在中等精度及以上的连续控制机床中。,数控装置,位置控制,速度控制,伺服电机,测速机,工作台,转角检测器,1.3.3,按控制方式分类,两坐标、三坐标、四坐标、五坐标,NC,机床,）两坐标,NC,机床：,类型：线切割、二坐标铣（二轴半）,用途：可加工二维轮廓零件。,三轴联动的,NC,机床,:,可实现,X,、,Y,、,Z,三个坐标联动,用途：可用于加工曲面类零件,1.3.4,按联动轴数分类,四坐标联动,:,除、外还可和另一旋转轴实现联动,用途：可加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零,件和平面内斜孔的壳体类零件。,类别：,按旋转轴划分：、,与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。,1.3.4,按联动轴数分类,用途：理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零,件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶,盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件,4),五坐标联动：,除、外还可和两个旋转轴实现联动,（、）,结构：两个旋转坐标都在主轴上；,两个旋转坐标都在工作台上；,一个旋转坐标在主轴上，另一个在工作台上,1.3.4,按联动轴数分类,1.3.5,按功能水平分类,（1）,经济型,数控机床 经济型数控机床大多指采用,开环,控制系统的数控机床，其,功能简单，价格便宜,，,适用于自动化程度和加工精度要求不高的场合,。,（2）,中档,数控车床，中档数控机床大多指采用,半闭环,控制系统的数控机床，一般具有单色显示的,CRT，,程序储存和编辑功能，,能进行刀尖圆弧半径补偿、固定循环、螺纹切削等功能。,（3）,多功能型,数控机床 这类数控机床的,功能齐全，价格较贵,。加工复杂零件的,大中型机床及柔性制造系统,、,计算机集成制造系统,使用的数控机床一般为多功能型。这是指较高档次的数控车床，这类机床一般,具备刀尖圆弧半径自动补偿、恒线速度切削、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能。,系统功能,高档,中档,经济型,功能,无级变速、,C,轴功能,机械变速,分辩率,0.1,m,1,m,10,m,进给速度,15100,m/min,1524,m/min,815,m/min,伺服驱动,闭环,半闭环,开环,电机,交、直流伺服电机,步进电机,联动轴数,24轴或25轴,23轴,通信功能,MAP，,联网功能,RS232CRS485,无,显示功能,三维图形彩显,CRT,图形显示,数码或,CRT,字符,内装,PLC,有,有,无,主,CPU,32位或64位,16位或32位,8位,1.4,数控机床的坐标系,Nc machine tool coordinate system,第,1,章,绪论,Introduction,数控机床结构及应用,第一章 绪论,1.4,数控机床的坐标系,第一章 绪论,1.,刀具相对于静止的工件运动原则,即在考虑机床坐标系时,被加工工件的坐标系看作是相对静止的，其目的是编程人员可以根据零件图样来确定机床的加工