《数控加工系统》PPT课件.ppt

数控加工与编程,吴会波 telOffice：A519,内容要求,第一章 数控加工系统 第二章 数控加工工艺 第三章 数控编程基础知识 第四章 数控铣床编程操作 第五章 数控车床编程操作 第七章 综合实例 考试：闭卷+平时成绩，学习方式，纪律,第一章 数控加工系统,通过本章的学习，要求了解数控加工的优点、数控机床的性能指标、数控机床的组成和一些典型结构、刀具及夹具系统。掌握数控加工基本过程。 重点和难点： 数控加工基本过程 数控机床的结构与性能 数控加工系统,1数控加工及其特点 2数控机床的工作原理及性能指标 3数控机床的典型机械结构 4数控刀具系统,内 容,1数控加工及其特点 1个概念, 数控机床：用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控机床。,数控加工的特点, 可以加工具有复杂型面的工件 提高加工精度并保持加工质量 提高生产效率 生产准备周期短 容易实现操作过程的自动化 改善了劳动条件和环境,数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度。二是可以极大地改善了劳动条件。具体地说，数控加工具有如下优点：,1操纵面板 2主轴及卡盘 3转塔刀架 4防护窗 5自动排屑装置 6导轨,数控机床的组成,12 数控机床的工作原理及性能指标,数控机床组成框图,数控机床的组成,数控机床的组成,机床本体,操作面板,程序,数控系统,输入输出 装置,数控机床,数控装置,可编程 控制器,伺服驱动 系统,1、程序,2、数控系统之操作面板,2、数控系统之操作面板,数控系统之输入输出装置,穿孔纸带 磁盘 键盘直接输入 就是把编好的数控程序手工通过键盘输入到数控装置内，这种方法的弊病是效率低、占用机时长、易出错。 利用串口以及以太网通讯方式输入 正越来越得到广泛的应用，它是实现数控机床联网以及计算机集成制造所必需的。,数控系统之数控装置,输入接口：接受输入介质或操作面板上的信息，并将信息代码加以识别，经译码后送入相应的存储器，作为控制和运算的原始依据。 控制器:根据输入的指令控制运算器和输出接口，使机床按规定的要求协调地进行工作。 运算器:接受控制器的指令，及时地对输入数据进行运算，并按控制器的控制信号不断地向输出接口输出脉冲信号。 输出接口:根据控制器的指令，接受运算器的输出脉冲，经过功率放大，驱动伺服系统，使机床按规定要求运动。,数控系统之可编程控制器,可编程控制器（PLC）是一种工业控制计算机，它在机床上主要完成M、S、T功能动作的控制 。 接受的信号： 零件加工程序的开关功能信号 机床操作面板上的开关量信号及机床侧的 开关量信号 。,数控系统之伺服驱动系统,伺服驱动系统简称伺服系统 （Serve system）包括驱动单元和伺服电机，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。,进给伺服系统 速度、位置控制,伺服系统,主轴伺服系统 速度控制,辅助伺服系统 位置控制,按控制对象和使用目的分类,伺服 系统,电液 控制 系统,电气 控制 系统,步进电动机驱动系统,直流伺服电动机驱动系统,交流伺服电动机驱动系统,按驱动部件的动作原理分类,3、机床本体,机床本体由机床机械部件、强电、液压、气动、润滑系统等组成。,数控机床分类,（1）按加工工艺范围分类 （2）按机床有无自动换刀装置分类 （3）按控制运动的方式分类 （4）按伺服系统类型分类 （5）按数控系统档次分类 （6）按可联动轴数分类,数控机床的分类标准：,按加工工艺范围分类：,金属切削类： 数控车床、数控铣床、数控磨床等； 金属成型类： 数控压力机、数控冲床、数控折弯机等； 特种加工类： NC线切割机床、NC电火花成型机床、 数控激光切割机等。,按机床有无自动换刀装置分类,普通数控机床 加工中心,按控制运动的方式分类,点位控制（或位置控制）数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制数控机床,按伺服系统类型分类,开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 混合环控制数控机床,按数控系统档次分类,按照可联动轴数分类,2轴控制、2.5轴控制、3轴控制、 4轴控制、5轴控制等等,数控机床的主要性能指标,（1）数控机床的精度指标 （2）分辨度与脉冲当量 （3）数控机床的可控轴数与联动轴数,数控机床的精度指标,定位精度： 是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度。 重复定位精度： 是指在同一台数控机床上，应用相同程序相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。,分辨度与脉冲当量,分辨度脉冲当量,普通数控机床的脉冲当量：0.001mm； 简易数控机床的脉冲当量：0.01mm； 精密或超精密数控机床的脉冲当量：0.0001mm；,数控机床的可控轴数与联动轴数,1.3 数控机床的典型机械结构主要内容,数控机床主传动系统 数控机床的进给传动系统 数控机床的自动换刀装置,数控机床主传动系统,数控机床主传动系统的特点 数控机床主轴的传动方式,数控机床主传动系统的特点,（1）主轴转速高、调速范围宽并实现无级调速。 （2）主轴部件具有较大的刚度和较高的精度。 （3）良好的抗振性和热稳定性。 （4）为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床 主轴具有特有的刀具安装结构。,数控机床主轴的传动方式,（1）齿轮传动方式 （2）带传动方式 （3）调速电动机直接驱动主轴传动方式,数控机床的进给传动系统,数控机床进给传动系统的结构特点 滚珠丝杠螺母副传动结构,进给传动系统的结构特点,（1）采用低摩擦阻力、耐磨性好，精度保持 性好的塑料导轨、滚动导轨、静压导轨。 （2）广泛应用滚珠丝杠螺母副传动机构实现 平稳、无间隙的传动。,滚珠丝杠螺母副传动结构,数控机床的自动换刀装置,（1）自动换刀装置的形式 （2）刀具交换的方式,(1)回转刀架自动换刀装置 (2)转塔式自动换刀装置 (3)带刀库的自动换刀装置,自动换刀装置的形式,刀具交换的方式,（1）无机械手交换刀具方式 （2）带机械手交换刀具方式,1. 盘形刀库 盘形刀库为最常用的一种形式，每一刀座均可存放一把刀具。盘形刀库的储存量一般为1540把。 2. 链式刀库 这种刀库是在环形链条上装有许多刀座，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时，可以增加支承链轮数目，使链条折叠回绕，提高空间利用率。一般刀具数量在30120把,刀库形式,1.4 数控刀具系统,数控刀具的特点 数控刀具的分类,数控刀具的特点,刀柄的强度要高、刚性要好； 刀片或刀具的热变形小，耐磨性要好； 刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度； 刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除； 刀具应便于调整、互换，以减少换刀调整时间； 刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化，以利于编程和刀具管理。,数控刀具的分类,按结构不同分类 按制造所采用的材料不同分类 按切削工艺不同分类 按刀具系统分类,按结构不同分类,整体式、镶嵌式、特殊型式（如减震式刀具、内冷式刀具等）。镶嵌式又可分为焊接式和机夹式，机夹式根据刀体结构不同分为可转位和不转位。目前数控刀具主要采用机夹可转位刀具。,硬质合金可转位刀片的国家标准是采用了ISO国际标准 ，如刀片标记“T N U M 16 04 08 E R A2”表示： T：刀片形状正三角形； N：后角0O； U：尺寸偏差等级U级； M：刀片类型M型（单面断屑槽，紧固方式：有圆形中心孔）； 16：刀刃长度主切削刃尺寸整数表示，圆刀片用直径表示； 04：刀片厚度4.76mm； 08：刀尖圆弧半径0.8mm； E：刃口形状E型； R：切削方向右切； A2：断屑槽型与宽度A型，宽度2mm。,高速钢刀具 硬质合金刀具：目前，硬质合金刀具使用最普遍，涂层硬质合金刀片是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损、耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有既硬而又不易破损的性能。常见的涂层材料有TiC、TiN、TiCN、Al2O3等陶瓷材料 陶瓷刀具：高温强度好，多用于高速连续切削 立方氮化硼刀具：超高速加工的首选刀具材料。 金刚石刀具：金刚石刀具适用于高效地加工有色金属和非金屑材料 材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。,按刀具材料不同分类,按切削工艺不同分类,车削刀具 钻削刀具 镗削刀具 铣削刀具,镗铣类工具系统 车削工具系统,按刀具系统分类,整体式结构 它的特点是将锥柄和接杆连成一体 模块式结构 镗铣类模块式工具系统是把整体式刀具分解成柄部（主柄模块）、中间连接块（连接模块）、工作头部（工作模块）三个主要部分,图1.21 整体式数控刀具结构,图1.23 模块式工具系统组成,数控车床常采用立式或卧式转塔刀架作为刀库，刀库容量一般为48把刀具，常按加工工艺顺序布置，由程序控制实现自动换刀。其特点是结构简单，换刀快速，每次换刀仅需l2s。图1.24所示为数控车削加工用工具系统的一般结构。,1.5 夹具及对刀系统,夹具是由定位元件、夹紧装置、联接元件、对刀或导向元件、夹具体、其它装置等所组成的。按其通用性可分为：通用夹具和专用夹具。按其动力源可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具等。按其使用机床可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具等。,数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在可调卡爪的卡盘（三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘）中，由卡盘带动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘带动旋转。 数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如：通用台虎钳、压板螺栓装夹、数控回转工作台等。图1.25所示是精密油压虎钳。图1.26所示是数控回转工作台，数控回转工作台可以使数控铣床增加一个或两个回转坐标，从而有效地扩大工艺范围，加工更为复杂的工件。但占据的机床运动空间也较大。,组合夹具是一种具有较高柔性的数控夹具，它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格尺寸的标准元件组装而成（如图1.27所示）。这些元件具有很好的互换性和较高的精度及耐磨性，可以根据机床工作台的尺寸和不同零件的加工要求，选用所需要的元件组装成数控机床、加工中心等使用的各种夹具。这种夹具还能保证工件在一次定位装夹中加工多个表面，甚至是加工全部表面，也可以一套夹具同时装夹多个工件进行加工。图1.27左图所示为孔系组合夹具，右图为槽系组合夹具。图1.28所示是装夹好工件的孔系组合夹具。,图1.27 孔系、槽系组合夹具,图1.28 装夹好工件的孔系组合夹具,2. 数控加工夹具的特点 (1) 数控加工适用于多品种、中小批量生产，为了能够装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，数控加工的夹具应具有柔性，即经过适当调整就可以夹持多种形状和尺寸的工件。 (2) 传统的专用夹具具有定位、夹紧、导向和对刀四种功能，而数控机床上一般都配备有接触试测头、刀具预调仪及对刀部件等设备，可以由机床解决对刀问题。 (3) 为适应数控加工的高效率，从结构上要力求装卸工件迅速方便，同时，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。 (4) 夹具本身应有足够的刚度，以适应大切削用量切削。 (5) 为适应数控多方面加工，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动轨迹的干涉，夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。 (6) 夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。以满足数控加工的精度要求和安全生产。 (7) 对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避免把夹紧力作用在工件的中空区域等。 （8）尽可能在一次装夹中进行多个表面的多工序加工，减少零件的重新安装次数。,1. 刀具预调仪 刀具预调仪能够测量出刀具装夹在刀柄中的精确位置，把测量数据存入刀具管理系统，使用该把刀具加工零件时，数控系统调用该数据用于刀具的形状、位置补偿。刀具预调仪的类型很多，按检测方法，可分为接触式测量（机械式）和非接触式测量（光电式）；按检测刀具的类别，分为数控车床刀具预调仪和数控镗铣床刀具预调仪，也有综合两种功能的综合刀具预调仪；按检测时刀具在空间所处位置，也可分为立式和卧式刀具预调仪。,数控机床的对刀工具,车床对刀仪,2. 对刀器 对刀器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标，或者说是确定刀具在机床坐标系中的坐标值。,1.6 数控加工技术的发展,数控系统的发展 数控机床的发展,数控系统的发展,基于PC机、开放式体系结构的数控系统。 开发智能型数控系统。 随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊控制和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。 采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要 增强通信功能。为了适应数控机床向柔性自动化系统发展的趋势，数控系统的通讯功能日益增强。,1952年，美国麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床。 当前，世界数控机床的发展趋势主要体现在以下几个方面： 高速、高效 90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用高速数控机床。由于采用了新型刀具