机床数控技术(第一章) PPT课件

机床数控技术 机械工业出版社李郝林等编主讲教师崔玉霞2014 9 参考书 1 数控技术 朱晓春主编 机械出版社 20062 数控技术 赵玉刚等主编 机械工业出版社 20063 数控机床 吴祖育等主编 上海科学技术出版社 20044 其它 如数控编程 数控原理与结构 数控编程与操作等 课程概况 数控机床源于美国 世界上第一台数控铣床是数控镗铣加工中心机床 产生于20世纪40年代 1948年由美国帕森斯 PARSONSCo 公司提出利用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板 1952年美国麻省理工学院 MIT 和帕森斯公司 ParsonsCo 合作研制成功了世界上第一台三坐标数控铣床当时的数控装置采用电子管元件 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 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 国内机床发展历程 两大阶段 在1958 1979年间为第一阶段 从1979年至今为第二阶段 我国1958年开始研制数控机床 1975年成功研制出第一台加工中心 第一阶段中对数控机床特点 发展条件缺乏认识 在人员素质差 基础薄弱 配套件不过关的情况下 一哄而上又一哄而下 曾三起三落 终因表现欠佳 无法用于生产而停顿 主要存在的问题是盲目性大 缺乏实事求是的科学精神 在第二阶段从日 德 美 西班牙先后引进数控系统技术 从日 美 德 意 英 法 瑞士 匈 奥 韩国 台湾省共11国 地区 引进数控机床先进技术和合作 合资生产 解决了可靠性 稳定性问题 数控机床开始正式生产和使用 并逐步向前发展 返回 数控车床结构 数控加工技术 根据中国机床工具工业协会发布的2010年度运行分析报告 中国机床业增幅同比超过30 大于其他国家 如此可以肯定的是 我国机床工具行业产值将继续蝉联冠军位置 此外 中国机床工具行业工业总产值还有望突破5000亿元关口 可以说 十二五 的五年是中国机床工具行业发展的黄金五年 2006年 2月国家出台了 国家中长期科学和技术发展规划纲要 2006 2020年 和 国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见 把大力发展 高档数控机床与基础制造技术 作为16个重大专项之一 十一五 规划已将振兴装备制造业作为推进工业结构优化升级的主要内容 进而把 提高大型 精密 高速数控装备和数控系统及功能部件的水平 作为振兴装备制造业的重点之一 7 数控加工技术 机床是装备制造业的工作母机 实现装备制造业的现代化 取决于我国的机床发展水平 振兴装备制造业 首先要振兴机床工业 我们要大力发展国产数控机床 国际上普遍认为 全球产业链向中国大转移在二十一世纪将持续20年全球制造业向中国转移 成为 世界工厂 8 数控加工技术 2000年 世界最大的专业机床制造商马扎克 MAZAK 在宁夏银川投资建了名为 宁夏小巨人机床公司 的机床公司 生产数控车床 立式加工中心和车铣复合中心 2003年 德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂 2002年 日本著名的生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂 韩国大宇在山东青岛投资建厂 台湾省的著名机床制造商友嘉在浙江萧山投资建厂民营企业 浙江日发公司 2004年浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床 2002年 西安北村投产 9 数控加工技术 2004年 沈阳机床集团收购了德国西思机床公司 上海一家企业购买日本著名的机床制造商池贝 上海明精机床公司收购了德国著名重型数控车床和数控专用机床生产厂沃伦贝格机床制造公司53 6 的股份 实现收购之后 明精公司完全掌握沃伦贝格的核心技术 大连机床 沈阳机床已进入世界机床生产10强 大连机床 沈阳机床两家生产线数控金切机床已占全国数控金切机床产量的24 军工企业进入新一轮的技改高峰 我们很多军工企业开始停止购买普通设备 近几年来 我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床 10 数控加工技术 2012年我国数控机床操作工缺口约60万人 分配去向 数控技术应用专业的毕业生分配单位的性质分布如下 三资企业占58 国有企业占26 民营企业占9 其他占5 数控技术应用专业的毕业生所从事的工作性质分布如下 操作占55 7 编程占13 4 维修占9 4 工艺占8 0 生产管理占7 1 质量检测占4 5 综合占1 2 营销占1 7 行政管理占1 4 其他占5 5 11 数控加工技术 华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心 1 蓝领层 需求数量大 但相对比例将会有所下降2 灰领层 数控人才需求的相对比例增加3 金领层 复合型数控技术人才的需求更加迫切 为世界当下社会急需的月薪超过5000元的 十大职位 中 高级技工占4个 文汇报 8月18日报道 长三角出现 高级技工荒 上海民企开价40万元请 洋技工 江苏年薪28万元聘请不到高级电焊工 杭州开出6000元月薪 3个月只招到两名技工 普通高校毕业生就业 熊市 高技能人才就业 牛市 现象 引人深思 12 第一章概述 主要内容第一节数控机床第二节数控加工的特点第三节数控机床的分类第四节数控技术的学习方法 数字控制 在机床领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法 数控机床是采用了数控技术的机床 数控技术是一种控制机械运动的技术 从原理上看 数控是一种形 数 数 形的转换技术 或者是用数字描述运动量进而来控制运动的技术 数控技术首先是在金属切削机床上发展起来的 除了切削加工的数控机床之外 数控技术也大量用于压力机 冲床 弯管机 电火花切割机等特种加工设备上 近年来在非加工设备中也大量采用了数控技术 装配机 多坐标测量机 自动绘图机和工业机器人 第一节数控机床 第一章概述 数字控制 在机床领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法 数控机床是采用了数控技术的机床 数控技术是一种控制机械运动的技术 从原理上看 数控是一种形 数 数 形的转换技术 或者是用数字描述运动量进而来控制运动的技术 数控技术首先是在金属切削机床上发展起来的 除了切削加工的数控机床之外 数控技术也大量用于压力机 冲床 弯管机 电火花切割机等特种加工设备上 近年来在非加工设备中也大量采用了数控技术 装配机 多坐标测量机 自动绘图机和工业机器人 数控机床的组成和工作原理 数控机床通常由四部分组成 程序介质用于记载加工信息 其形式有 纸带 磁带和磁盘 用标准的由字母 数字和符号构成的代码 按规定的格式编制零件的加工程序单 再制作程序载体 编程有人工进行和计算机编程两种 通常过程 图纸 工艺安排 关键点坐标确定 编程 制备程序介质 数控机床的组成和工作原理 数控机床通常由四部分组成 数控装置是数控机床的核心 是控制机床运动的中枢系统 通常数控装置由输入装置 控制器 运算器和输出装置组成 一般控制器和运算器制作在一起 也可以说是三部分构成 它的功能是按照规定的控制算法进行插补运算 并将结果经输出装置送到各坐标控制伺服系统 数控机床的组成和工作原理 数控机床通常由四部分组成 伺服系统是数控系统的执行部分 它包括驱动主轴运动的控制单元 主轴电动机 驱动进给运动的控制单元及进给电动机 数控机床的组成和工作原理 数控机床通常由四部分组成 数控机床相对于普通机床的结构要求更高 主要体现在 刚性和抗振性好 减小运动件的摩擦 消除传动间隙 减小热变形 第二节数控加工的特点 自动化程度高 可以减轻工人的劳动强度 加工精度高 加工质量稳定可靠 加工生产率高 对零件的适应性强 灵活性好 能加工形状复杂的零件 有利于生产管理的现代化 第三节数控机床的分类 主要内容按机械运动的轨迹分类按伺服系统的类型分类按控制坐标数分类按数控机床的加工方式分类 按机械运动的轨迹分 点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床 按机械运动的轨迹分 点位控制数控机床数控系统只需控制行程终点的坐标值 不控制点与点之间的运动轨迹 移动路线并不影响位移精度 点与点运动轨迹要求不严格 移动过程不加工各坐标轴不相关 典型应用 数控钻床 数控镗床 数控冲床 按机械运动的轨迹分 直线控制数控机床除了控制点与点之间的准确定位外 还要控制两点之间的位移速度和路线 其路线一般是与机床坐标轴平行的直线段或与坐标轴成45 的斜线 一般有2 3个可控轴 同时控制的坐标轴只有一个 对于不同的刀具和工件 选用不同的切削用量和进给量 具备刀具半径和长度补偿功能 以及主轴转速控制功能 应用 简易数控车床和简易数控铣床典型的有数控车床 数控镗铣床和加工中心 按运动控制的特点分 轮廓控制数控机床同时控制两轴或两个以上的轴 对位置和速度进行严格的不间断控制 具有插补 刀具补偿 误差补偿功能应用 数控车床 数控铣床 加工中心等 按伺服系统的类型分 开环控制的数控机床闭环控制的数控机床半闭环控制的数控机床 开环数控系统的结构图基本组成 数控装置 步进电机系统 传动元件等特点 加工精度低 结构简单 成本低 容易调试应用 经济型 中小型数控机床 1 开环控制数控机床 按伺服系统的类型分类 闭环数控系统的结构图基本组成 数控系统 交 直伺服电机 检测装置 传动机构等控制实现 直接检测输出量进行反馈控制特点 精度高 速度快 驱动功率大但系统复杂 稳定性不容易控制 易受干扰 成本高 2 闭环控制数控机床 按伺服系统的类型分类 图1 10半闭环数控系统结构图基本组成 数控装置 交 直伺服电机 检测装置 传动机构等控制实现 间接检测输出量进行反馈控制特点 精度 速度 成本介于两者之间 3 半闭环控制数控机床 按伺服系统的类型分类 按伺服系统的类型分 开环控制的数控机床闭环控制的数控机床数控装置中插补器发出的位置指令信号与工作台 或刀架 上检测到的实际位置反馈信号进行比较 根据差值不断控制运动 进行误差修正 直到差值为零停止运动 由于反馈可消除系统中机械传动部件制造误差对加工精度带来的影响 各部件的摩擦特性 刚性和间隙等都是非线性的 设计调整技术难度较大 易造成系统不稳定 用于一些精度要求很高的镗铣床 超精车床 超精磨床和大型数控机床等 理论上讲 系统精度取决于检测装置的精度 与传动链无关 半闭环控制的数控机床 按机床的加工方式分类 金属成型类 数控折弯机 弯管机 冲床 旋压机 特种加工类 数控切割机 电火花加工机床 激光切割机 金属切削类 数控车 铣 钻 镗 磨床 加工中心 齿轮加工机床 其他类 数控火焰切割机床 数控激光热处理机床 三坐标测量机等 第一章概述 第四节数控技术的学习方法数控机床的操作者数控机床改造者特种数控机床开发者 数控机床的操作者 编写加工零件的加工程序 是数控机床操作者的主要任务 数控加工程序的编制方法主要有两种 手工编程全部或主要由人工进行 广泛采用于简单的点位 直线加工及直线与圆弧组成的轮廓加工中 但对复杂零件编程计算繁琐 程序量大 编程费时且易出错 自动编程用数控语言编写零件源程序输入计算机 计算机对源程序进行计算处理和后置处理 最后自动产生具体机床的加工程序单 这个过程称为自动编程 在目前情况下 要取消手工编程是不现实的 一是要有基本的自动编程设备 二是手工编程是数控加工程序编制的基础 一旦有问题出现能较快查找并及时修正 数控机床的操作者 手工编程要完成编程工作必须掌握 编程知识 G代码 M代码 操作知识 根据不同数控系统进行 常用的FANUC SIEMENS等 工艺知识 与普通机床加工工艺类似 自动编程 工艺分析 安装 定位 确定坐标系 编程原点 对刀位置与方法 确定加工路线 刀具运动方向与轨迹 毛坯余量 加工变形等 确定加工的各种工艺参数 速度 进给量 背吃刀量 刀具参数等 数值计算 直线 圆弧计算简单 曲线计算则复杂 填写程序单 校验程序 试切加工 数控机床改造者 数控机床改造者将普通机床改造为经济型数控机床 国内外均有功能较简单 价格较低廉的经济型数控系统供普通机床的改造和升级换代 它是符合我国国情的有效途径 普通机床能否改造的主要衡量标准是机床基础件