机床数控技术及应用

,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,*,机床数 控 技 术,教师：刘敏,机 械 工 程 学院,1,课程概况,考核及成绩,本课程机械专业为考试科目,总评成绩平时成绩x30%+考试x70,2,第一章 绪论,1.1数控机床的基本组成及加工原理,数控机床的产生,计算机数控的概念与发展,数控机床的基本结构及工作原理,数控机床的分类,按加工工艺方法分类,按控制运动的方式分类,按驱动装置的特点分类,数控机床的特点及应用范围,数控机床的加工特点,数控机床的使用特点,数控机床的应用范围,3,1.1.1 数控机床的产生,数控机床产生的背景,在传统机械制造工业中，单件、小批量生产的零件约占机械加工总量的7080。,科学技术的进步和机械产品市场竞争的日趋激烈，致使机械产品不断改型、更新换代，批量相对减少。质量要求越来越高。采用专用的自动机床加工这类零件就显得很不合理，而且调整或改装专用的“刚性”自动生产线投资大、周期长，有时从技术上甚至是不可能实现的。,采用各类仿型机床，虽然可以部分地解决小批量复杂零件的加工，但在更换零件时需制造靠模和调整机床生产准备周期长，而且由于靠模误差的影响，加工零件的精度很难达到较高的要求。,20世纪40年代，世界上首台电子计算机的诞生使得数控机床的出现成为可能。,4,1.1.1 数控机床的产生,数控加工技术是20世纪40年代后期为了适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术，它的研究起源于飞机制造业。,首先提出数控加工这一概念的是美国的帕森斯公司（Parsons),它是美国密执安州的一个小型飞机承包商，该公司在1948年首先提出用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板的新理念。并且在精确制作出直升飞机的机翼、叶片和飞机框架的样板时，他们利用计算机对加工路径进行了处理，并考虑到了刀具路径对加工路径的影响，使得加工精度达到0.0015英寸（约0.0381mm），这在当时来看是很高的水平了。,同期，美国空军也需要一种机床能够在短时间内加工出经常变更设计的火箭零件。,5,1.1.1 数控机床的产生,1952年，美国帕森斯公司(Parsons)和麻省理工学院(MIT)合作，研制成功了世界上第一台数控机床三坐标立式铣床，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，从此解开了数控加工的序幕。经过了三年的试用、改进和提高于1955年进入实用阶段。,数控机床的诞生，对复杂曲线、型面的加工起到了非常重要的作用，并广泛应用于军事、航天、汽车等各个方面，成为一个国家制造业水平的标志。,6,1.1.2 计算机数控的慨念与发展,数字控制(数控)的概念,GB 81291997中对NC(Numerical Control，简称NC)的定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。,数控,：通俗的说就是利用数字化信息对机械运动和加工过程进行控制，由于现代的数控都采用计算机进行控制，因此也可以称为计算机数控(Computerized Numerical Control,即CNC)。,数控系统,数控系统,在数控机床行业中是指,计算机数字控制装置,、,可编程序控制器,、,进给驱动,与,主轴驱动装置,等相关设备的总称。,数控系统,在有些场合则仅指其中的计算机数字控制装置。为区别起见将其中的计算机数字控制装置称为,数控装置,。,数控装置,是数控系统的核心部件,7,1.1.2 计算机数控的慨念与发展,数控机床(NC machine tools),数控作为一种控制方法，不仅可以用在加工设备上，而且非加工设备也大量地采用数控技术，其中最常见的有“自动绘图机”、“自动装配机”、“多坐标测量机”和“工业机器人”。但数控技术用于机场控制是应用最早的，最广泛的领域，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向，也是学习我们这个专业所要掌握的。,数控机床,：若机床的操作命令以数值数据的形式描述，工作过程按照规定的程序自动地进行，则这种机床称为数控机床。简单的说，数控机床就是用数控技术对加工过程进行控制的一种机床。,8,1.1.2 计算机数控的慨念与发展,计算机数控的发展,自1953年美国研制出第一台三坐标升降台数控铣床算起，数控机床发展至今已有70年历史了，经历了两个阶段，六代的发展历程。,第一个是NC阶段，它是采用数字逻辑电路搭成的机床专用数控系统，所以又称为硬件数控阶段，随着元器件的发展，这个阶段历经了电子管（1952年）、晶体管（1959年）和小规模集成电路（1965年）三代。,自1970 年小型计算机开始作为数控系统的核心部件，数控系统就进入到第二个阶段，叫做CNC阶段，成为第四代数控系统；从1974年微处理器开始用于数控系统即发展到第五代。经过多年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。,9,1.1.2 计算机数控的概念与发展,数控系统发展的第一个阶段：,第一代：50年代初，那时数控系统是由电子管、继电器和模拟电路组成；,第二代：50年代末，电子行业于1959年研制出了晶体管元器件，因而数控系统中广泛地采用了晶体管和印刷电路板技术，使得可靠性提高，体积减小；,第三代：出现于60年代的中期（1960年出现了小规模集成电路），小规模集成电路在数控系统中的应用。由于小规模集成电路体积小、功耗低，使数控系统的可靠性进一步提高。,第一个阶段：硬件式数控,，,其特点是：数控装置属于采用专用控制计算机的硬接线(硬件)数控装置，零件程序的输入、运算、插补及控制功能均由硬件电路完成，功能简单，设计周期长。,10,1.1.2,计,计算,机,机数,控,控的,概,概念,与,与发,展,展,数控,装,装置,发,发展,的,的第,二,二个,阶,阶段,：,：,第四,代,代：20,世,世纪70,年,年代,初,初，,随,随着,计,计算,机,机技,术,术的,发,发展,，,，小,型,型计,算,算机,的,的价,格,格急,剧,剧下,降,降，,出,出现,了,了采,用,用小,型,型计,算,算机,代,代替,专,专用,硬,硬件,控,控制,计,计算,机,机的,第,第四,代,代数,控,控系,统,统（CNC）,；,；,第五,代,代：1974,年,年（1970,年,年前,后,后美,国,国英,特,特尔,公,公司,开,开发,和,和使,用,用了,微,微处,理,理器,）,）出,现,现了,以,以微,处,处理,器,器为,核,核心,的,的数,控,控系,统,统；20,多,多年,来,来微,处,处理,器,器数,控,控系,统,统的,数,数控,机,机床,得,得到,了,了飞,速,速的,发,发展,；,；,第六,代,代：90,年,年代,以,以来,，,，基,于,于PC的,开,开放,式,式数,控,控系,统,统。,第二,个,个阶,段,段：,计,计算,机,机数,控,控系,统,统。这种,数,数控,系,系统,不,不仅,在,在经,济,济上,更,更为,合,合算,，,，而,且,且许,多,多功,能,能可,用,用编,制,制的,专,专用,程,程序,实,实现,，,，并,可,可将,专,专用,程,程序,存,存储,在,在小,型,型计,算,算机,的,的存,储,储器,中,中，,构,构成,控,控制,软,软件,。,。,11,1.1.2,计,计算,机,机数,控,控的,概,概念,与,与发,展,展,基于PC,的,的开放式,数,数控系统,90年代,以,以来受通,用,用微机（PC)飞,速,速发展的,影,影响，数,控,控系统正,朝,朝着以通,用,用微机为,基,基础，体,系,系结构开,放,放和智能,化,化的方向,发,发展，并,于,于1994年基于PC的NC控制器,在,在美国首,次,次出现，,这,这就是我,们,们所说的,第,第六代数,控,控系统基,于,于PC的,开,开放式数,控,控系统，,它,它可充分,利,利用通用,微,微机丰富,的,的软硬件,资,资源和适,用,用于通用,微,微机的各,种,种先进技,术,术已成为,数,数控系统,发,发展的潮,流,流和趋势,。,。,我国从1958年,开,开始研制,数,数控机床,，,，20世,纪,纪60年,代,代中期进,入,入实用阶,段,段。自20世纪80年代开,始,始，引进,日,日本、美,国,国、德国,等,等国外著,名,名数控系,统,统和伺服,系,系统制造,商,商的技术,；,；使我国,数,数控系统,在,在性能、,可,可靠性等,方,方面得到,了,了迅速发,展,展。经过,“,“六五,、,、“七五,“,“；“八,五,五”及“,九,九五”科,技,技攻关，,我,我国已掌,握,握了现代,数,数控技术,的,的核心内,容,容。目前,我,我国已有,数,数控系统(含主轴,与,与进给驱,动,动单元),生,生产企业,五,五十多家,，,，数控机,床,床生产企,业,业百余家,。,。,12,1.1.3,数,数控机,床,床的基,本,本结构,及,及工作,原,原理,数控机,床,床加工,零,零件的,工,工作过,程,程,1.根,据,据被加,工,工零件,的,的图样,与,与工艺,方,方案，,用,用规定,的,的代码,和,和程序,格,格式编,写,写程序,；,；,2.将,所,所编程,序,序指令,输,输入机,床,床数控,装,装置中,；,；,3.数,控,控装置,对,对程序(代码)进行,翻,翻译、,运,运算之,后,后，向,机,机床各,个,个坐标,的,的伺服,驱,驱动机,构,构和辅,助,助控制,装,装置发,出,出信号,，,，驱动,机,机床的,各,各运动,部,部件，,并,并控制,所,所需要,的,的辅助,动,动作。,4.在,机,机床上,加,加工出,合,合格的,零,零件（,由,由数控,系,系统自,动,动完成,）,）。,普通机,床,床加工,零,零件的,工,工作过,程,程,1.编,写,写加工,零,零件的,工,工艺卡,片,片；,2.操,作,作者阅,读,读工艺,卡,卡片；,（,（数控,机,机床是,一,一次性,读,读入，,普,普通机,床,床是操,作,作者是,一,一边阅,读,读一边,操,操作。,）,）,3.操,作,作者在,阅,阅读、,分,分析、,理,理解了,工,工艺卡,片,片后，,转,转化为,实,实际的,加,加工操,作,作；,4.,在操作,者,者的人,为,为干预,和,和调整,下,下，加,工,工出合,格,格的零,件,件。,数控机,床,床加工,零,零件的,工,工作过,程,程,13,1.1.3,数,数控机,床,床的基,本,本结构,及,及工作,原,原理,数控,加,加工,过,过程,的,的实,质,质：,形,数,形,14,1.1.3,数,数控,机,机床,的,的基,本,本结,构,构及,工,工作,原,原理,数控,机,机床,的,的基,本,本结,构,构如,图,图所,示,示，,下,下面,对,对其,各,各组,成,成部,分,分加,以,以介,绍,绍。,由上,图,图可,知,知数,控,控机,床,床的,基,基本,结,结构,包,包括,：,：控,制,制介,质,质（,程,程序,载,载体,）,）、,输,输入,装,装置,、,、数,控,控装,置,置、,驱,驱动,（,（伺,服,服驱,动,动）,和,和检,测,测（,测,测量,反,反馈,）,）装,置,置、,辅,辅助,控,控制,装,装置,（,（强,电,电控,制,制装,置,置）,和,和机,床,床本,体,体等,部,部分,组,组成,。,。,15,1.1.3,数,数控,机,机床,的,的基,本,本结,构,构及,工,工作,原,原理,控制,介,介质,（,（程,序,序载,体,体）,数控,机,机床,工,工作,时,时，,不,不是,像,像传,统,统的,机,机床,那,那样,由,由工,人,人去,操,操作,数,数控,机,机床,。,。必,须,须在,人,人与,机,机床,之,之间,建,建立,某,某种,联,联系,，,，这种,联,联系,的,的中,间,间媒,介,介物,称,称为,程,程序,载,载体,。,。加工,程,程序,可,可存,储,储在,控,控制,介,介质(也,称,称信,息,息载,体,体),上,上，,加,加工,程,程序,上,上存,储,储着,加,加工,零,零件,所,所需,的,的全,部,部操,作,作信,息,息和,刀,刀具,相,相对,工,工件,的,的位,移,移信,息,息等,。,。,常