数控机床的认知 PPT课件

数控机床电气控制与装调 广州机电 刘贤文 1 数控机床电气控制与系统维护 项目一数控机床的认知项目二数控机床电气控制基础知识项目三数控装置及其接口项目四数控机床伺服驱动系统安装与调试项目五数控机床主轴控制系统项目六数控机床的PLC控制与应用项目七数控机床的故障诊断与维修项目八数控机床的维护与保养 2 任务一认识数控机床任务二数控机床的工作原理分析任务三熟悉典型数控系统 项目一数控机床的认知 3 知识 技能 掌握现场识别各种数控机床及其加工原理的技能掌握分析数控机床的组成及各部分功用的技能 了解数控机床产生的背景掌握数控机床的分类及特点 任务一认识数控机床 4 任务描述 通过数控机床的发展历史的介绍 将各种常见数控机床的分类 工作特点及系统组成呈现给大家 使同学们能够结合数控机床系统的实际 了解并掌握数控机床系统的组成部件及加工特点 任务一认识数控机床 5 任务一认识数控机床 知识链接 一 数控机床的产生 随着社会生产和科学技术的迅猛发展 对机械产品的精度和机床的加工效率提出了越来越高的要求 特别是汽车 造船 航空 航天 军事等领域所需要的机械零件和模具的加工精度要求高 形状复杂 采用传统的普通机床已难以适应高精度 高效率 多样化 形状复杂的工件加工要求 6 知识链接 二 数控机床的分类与各自特点 数控机床按用途可分为数控车床 数控铣床 数控钻床 数控磨床 数控镗铣床等 1 数控车床数控车床主要用于加工回转体零件 其外形与普通车床类似 按主轴位置可分为卧式数控车床 立式数控车床 2 数控铣床 数控铣床是一种加工功能很强的数控机床 目前迅速发展起来的加工中心 柔性加工单元等都是在数控铣床 数控镗床的基础上产生的 两者都离不开铣削方式 由于数控铣削工艺最复杂 需要解决的技术问题也最多 因此 人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件系统时 也一直把铣削加工作为重点 任务一认识数控机床 7 3 加工中心 加工中心机床又称多工序自动换刀数控机床 它主要是指具有自动换刀及自动改变工件加工位置功能的数控机床 能对需要做铣削 镗孔 铰孔 攻螺纹等作业的工件进行多工序的自动加工 有些加工中心机床总是以回转体零件为加工对象 如车削中心 但大多数加工中心机床是以非回转体零件为加工对象 其中较为常见具有代表性的是自动换刀卧式数控镗铣床 腐蚀 知识链接 任务一认识数控机床 重点 8 1 加工中心的特点具有至少三个轴的点位 直线切削控制能力 现在已经应具有3个轴以上的连续控制能力 能进行轮廓切削 知识链接 任务一认识数控机床 9 2 加工中心的分类按加工范围分类常见的有车削加工中心 钻削加工中心 镗铣加工中心 磨削加工中心 电火花加工中心等 一般镗铣类加工中心简称加工中心 其余种类加工中心要有前面的定语 按机床结构分类有立式加工中心 卧式加工中心和五面加工中心 按加工中心立柱的数量分 有单柱式和双柱式 龙门式 加工中心及柔性制造单元 知识链接 任务一认识数控机床 10 3 加工中心的主要加工对象加工中心适宜于加工复杂 工序多 要求较高 需用多种类型的普通机床和众多刀具夹具 且经多次装夹和调整才能完成加工的零件 其加工的主要对象有箱体类零件 复杂曲面 异形件 盘套板类零件等四类 知识链接 任务一认识数控机床 11 技能训练 1 在数控实训中心及工厂企业进行参观 感受数控机床所处的环境 2 辨认不同类型的数控机床及其结构组成 3 辩识各种不同机床的产品加工的种类及特点 4 采用上网查询 向技术人员咨询等方式搜集市面常用数控机床的型号 技术参数 功能指标等内容 任务一认识数控机床 12 任务一船舶电站的基本认知 总结与提高 1 数控机床与普通机床在性能上有什么不同 2 数控机床为了保证达到高性能在结构上采取了哪些措施 3 与普通车床比较 数控车床在结构上有哪些特点 13 知识 技能 现场识别并掌握数控机床的各组成部分 明确其功能现场认识各型数控机床的加工原理掌握逐点比较法插补的计算方法 熟知数控机床的结构组成 工作原理与工作流程掌握插补的概念与原理 任务二数控机床的工作原理分析 14 任务描述 通过学习数控机床的各组成结构的功能 知道数控机床的工作原理与工作流程 掌握逐点比较法的插补原理与计算过程 任务二数控机床的工作原理分析 15 知识链接 一 数控机床组成 数控机床一般由输入输出装置 数控系统 伺服系统 机床电气控制装置 测量环节和机床本体 组成机床本体的各机械部件 组成 任务二数控机床的工作原理分析 16 知识链接 1 输入 输出装置操作面板是操作人员与数控装置进行信息交流的工具 组成部分有按钮站 状态指示灯 按键阵列 显示器 2 计算机数控 CNC 装置 数控系统 数控装置是数控机床的中枢与核心 它接受来自输入设备的程序和数据 并按输入信息的要求完成数值计算 逻辑判断和输入输出控制功能 CNC装置 CNC单元 由计算机系统 位置控制板 PLC控制板 通信接口板 特殊功能模块以及相应的控制软件组成 任务二数控机床的工作原理分析 17 知识链接 3 进给伺服驱动系统进给伺服驱动系统由伺服控制电路 功率放大电路和伺服电动机组成 伺服驱动的作用 是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动 使工作台按规定轨迹移动或精确定位 加工出符合图样要求的工件 即把数控装置送来的微弱指令信号 放大成能驱动伺服电动机的大功率信号 4 机床电气控制装置电控装置主要是由机床控制器 PLC与机床I O电路来实现 PLC 可编程逻辑控制器 用于数控机床上也称PMC 即可编程机床控制器 用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I O控制 而机床I O电路和装置则是用来实现I O控制的执行部件 是由继电器 电磁阀 行程开关 接触器等组成的逻辑电路 任务二数控机床的工作原理分析 18 知识链接 5 测量反馈装置该装置由测量部件和响应的测量电路组成 其作用是检测速度和位移 并将信息反馈给数控装置 常用的测量部件有脉冲编码器 旋转变压器 感应同步器 光栅等 6 机床本体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 包括床身 立柱 主轴 进给机构 刀架 刀库等机械部件 机床是被控制的对象 其运动的位移和速度以及各种开关量是被控制的 数控机床采用高性能的主轴及进给伺服驱动装置 其机械传动结构得到了简化 任务二数控机床的工作原理分析 19 知识链接 二 数控机床的工作原理与流程 数控机床工作时根据所输入的数控加工程序 NC程序 由数控装置控制机床部件的运动形成零件加工轮廓 从而满足零件形状的要求 机床运动部件的运动轨迹取决于所输入的数控加工程序 数控加工程序是根据零件图样及加工工艺要求编制的 任务二数控机床的工作原理分析 20 知识链接 1 数控加工程序的编制在零件加工前 首先根据被加工零件图样所规定的零件形状 尺寸 材料及技术要求等 确定零件的工艺过程 工艺参数 几何参数以及切削用量等 然后根据数控机床编程手册规定的代码和程序格式编写零件加工程序单 2 输入输入的任务是把零件程序 控制参数和补偿数据输入到数控装置中去 输入的方法因输入设备而异 有纸带阅读机输入 键盘输入 磁带和磁盘输入以及通信方式输入 3 译码数控装置接受的程序是由程序段组成的 程序段中包含零件轮廓信息 如直线还是圆弧 线段的起点和终点等 加工进给速度 F代码 等加工工艺信息和其它辅助信息 M S T代码等 任务二数控机床的工作原理分析 重点 21 知识链接 4 刀具补偿零件加工程序通常是按零件轮廓轨迹编制的 刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹运动加工出所要求的零件轮廓 刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿 5 插补插补的目的是控制加工运动 使刀具相对于工件作出符合零件轮廓轨迹的相对运动 具体的说 插补就是数控装置根据输入零件的轮廓数据 通过计算把零件轮廓描述出来 边计算 边根据计算结果向各坐标轴发出运动指令 使机床在响应的坐标方向上移动一个单位位移量 将工件加工成所需的轮廓形状6 位置控制和机床加工插补的结果是产生一个周期内的位置增量 位置控制的任务是在每个采样周期内 将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较 用其差值去控制伺服电动机 电动机使机床的运动部件带动刀具相对于工件按规定的轨迹和速度进行加工 任务二数控机床的工作原理分析 22 知识链接 三 插补原理 1 概述数控加工中的零件形状各式各样 有由直线 圆弧组成的零件轮廓 也有由自由曲线 曲面 方程曲线和曲面体构成的零件轮廓 对这些复杂的零件轮廓最终还是要用直线或圆弧进行逼近以便数控加工 任务二数控机床的工作原理分析 23 知识链接 2 逐点比较法所谓逐点比较法 就是每走一步都要将加工点的瞬时坐标与规定的图形轨迹相比较 判断其偏差 然后决定下一步的走向 走步的方向总是向着逼近给定轨迹的方向 如果实际加工点在给定轨迹的上方 下一步就向给定轨迹的下方走 如果实际加工点在给定的轨迹里面 下一步就向给定轨迹的外面走 如此每走一步 算一次偏差 比较一次 决定下一步的走向 以逼近给定的轨迹 直至加工结束 任务二数控机床的工作原理分析 24 技能训练 1 辨认不同类型数控机床的各组成部分 明确各部分功能 2 在现场指出数控加工的基本步骤与过程 3 根据插补原理 利用现有工件形状 练习数控编程 任务二数控机床的工作原理分析 25 总结与提高 1 简述数控机床的工作原理与工作流程 2 若直线的起点为坐标原点 终点坐标分别为A 9 4 B 5 10 试用逐点比较法进行直线插补运算 并画出插补轨迹 3 若顺时针圆弧的起点 终点的坐标如下 1 A 0 5 B 5 0 2 A 6 8 B 10 0 试用逐点比较法圆弧进行插补运算 并画出插补轨迹 任务二数控机床的工作原理分析 26 知识 技能 掌握FANUC系统的基本特征与应用掌握SIEMENS系统的基本特征与应用掌握华中数控系统的基本特征与应用 熟悉机械制造业中广泛应用的数控系统的特点及应用 任务三熟悉典型数控系统 27 任务描述 在日常的生产中 我们经常提到的FANUC和SIEMENS都是数控系统的代表 但是同样的品牌拥有众多的产品类型 如何对这么多的产品进行辨别 其中最常用的又是哪些 其特点是什么 通过系统的介绍 在实践中找到问题的答案 任务三熟悉典型数控系统 28 知识链接 日本FANUC公司是生产数控系统和工业机器人的著名厂家 该公司自20世纪60年代生产数控系统以来 已经开发出40种左右的系列品种 包括FS6系列 F10 11 12系列 F0 0 Mate系列 FS15系列 FS16系列 FS18系列等 任务三熟悉典型数控系统 一 FANUC数控系统 29 知识链接 FANUC公司数控系统的产品特点包括 新的产品已采用模块化结构 取代传统FANUC公司数控系统的大板结构 采用专用大规模集成电路 LSI 以提高集成度 可靠性 减小体积和降低成本 产品应用范围广 每一CNC装置上可配多种控制软件 适用于多种机床 不断采用新工艺 新技术 如表面安装技术SMT 多层印制电路板 光导纤维电缆等 CNC装置体积减少 采用面板装配式 内装式PMC 可编程机床控制器 在插补 加减速 补偿 自动编程 图形显示 通信 控制和诊断方面不断增加新的功能 常见新功能如下所述 插补功能 除直线 圆弧 螺旋线插补外 还有假想轴插补 极坐标插补 圆锥面插补 指数函数插补 渐开线插补 样条插补等 切削进给的自动加减速功能 除插补后直线加减速 还有插补前加减速 补偿功能 除螺距误差补偿 丝杠反向间隙补偿之外 还有坡度补偿 线性度补偿及各种新的刀具补偿功能 故障诊断功能 采用人工智能 系统具有推理软件 以知识库为根据查找故障原因 CNC装置面向用户开放的功能 以用户特订宏程序 MMC等功能来实现 支持多种语言显示 包括日 英 德 汉 意 法 荷 西班牙 瑞典 挪威 丹麦语等 备有多种外设 如FANUCPPR FANUCFACard FANUCFLOPPYCASSETE FANUCPROGRAMFILEMate等 已推出MAP 制造自动化协议 接口 使CNC通过该接口实现与上一级计算机通信 现已形成多种版本 任务三熟悉典型数控系统 30 知识链接 SIEMENS公司是著名的数控系统生产厂家 产品有SINUMERIK3 8 810 820 850 880 840 802等系列 任务三熟悉典型数控系统 二 SIEMENS数控系统 31 知识链接 系统功能特点SIEMENS系列数控系统在功能上 特别是在多轴控制 通信 PLC及编程方面具有特色 SIEMENS公司为了适应柔性制造系统FMS和计算机集成制造系统CIMS的需要 在810 820 850 880系统中采用通道结构 使控制轴数可达20 30个 其中包括多主轴控制 并可实现12个工位的联动控制 产品采用模块化结构 模块由多层印制电路板制成 在一种CNC系列中采用标准硬件模块 用户可选择不同模块组合来满足各种机床的要求 在一种硬件上配置多种软件 使它具有多种工艺类型 满足多种机床的需要 并成为系列产品 在CNC产品中采用了通信中央处理单元 使其具有很强的数据管理 传送和处理能力 以及与上级计算机通信的功能 易于进入FMS 数据传送用RS 232C 20mA接口 V24 SIEMENS公司开发了总线结构的SINECHl工业局部网络 可连接成FMC和FMS SIEMENS公司的CNC产品采用SIMATICS5 S7系列可编程控制器或内装式可编程序控制器 用STEP5 STEP7编程语言 功能很强的PLC可以满足各种机床与CNC之间的大量信息交换要求 同时显著提高了信息传递的速度 任务三熟悉典型数控系统 32 知识链接 华中数控系统是我国具有自主知识产权的产品 经过多年的发展和技术更新 可靠性和精度及自动化程度都达到了一定的水平 目前华中数控已派生出了十多种系列三十多个产品 广泛用于教学型数控机床 生产型数控车床 数控铣床 磨 锻 齿轮 激光加工等设备 任务三熟悉典型数控系统 三 华中数控系统简介 33 知识链接 1 华中数控系统简介 1 世纪星 系列数控系统HNC 21 22HNC 21 22数控系统采用先进的开放式体系结构 内置嵌入式工业PC 配置8 4in或10 4in彩色液晶显示屏和通用工程面板 集成进给轴接口 主轴接口 手持单元接口 内嵌式PLC接口于一体 采用电子盘程序存储方式以及软驱 DNC 以太网等程序交换功能 具有低价格 高性能 配置灵活 结构紧凑 易于使用 可靠性高的特点 21 22T主要应用于车 车削中心等数控机床的控制 最大联动轴数为3轴 21 22M主要应用于铣 加工中心等各类数控机床的控制 最大控制轴数为6进给轴 l主轴 最大联动轴数为6轴 最小分辨力为1 m 最大移动速度为24m min 任务三熟悉典型数控系统 34 知识链接 2 世纪星 HNC 18i 19i系列数控系统HNC 18iT 19iT HNC 18iM 19iM采用先进的开放式体系结构 内置嵌入式工业PC 配置5 7in 18i系列 彩色 19i系列 液晶显示屏和通用工程面板 集成进给轴接口 主轴接口 手持单元接口 内嵌式PLC