数-控-机-床 PPT课件

数控机床 制造工程系2012 6 教材 魏斯亮 机床数控技术 大连理工大学出版社 2006参考教材 杜君文 数控技术 天津大学出版社 2002陈功涛 数控加工工艺与编程 高教出版社2003 网络资源 华东交大主页 教学服务 网络教学 用户申请 注册 选课申请 数控技术 数控机床 40H 其中实验6H 第1章数控技术概论2H第2章数控加工编程技术12H第3章计算机数控系统5H第4章数控机床的伺服系统和常用驱动元件4H第5章数控机床的机械系统6H第6章位置检测装置5H 第1章数控技术概论 1 1数控机床简介1 2数控机床的概念及组成1 3机床数控系统的种类及应用1 4数控机床加工的特点及应用1 5数控技术的发展趋势 1 1数控机床简介 1952年 美国研制了世界上第一台三坐标数控铣床 1955年 第一台工业用数控机床由美国生产出来 数控加工的应用 对常规零件的加工 如 二维车削 箱体类镗铣等 目的 保证加工精度 提高加工效率 缩短产品制造周期 适应市场需求 对复杂形状零件的加工 如 模具型腔 蜗轮 叶片等 要求数控机床具有较强的运动控制能力 如何有效地获得高效优质的数控加工程序 NC机床按NC系统的发展经历了六代 第一代 1955年以电子管组成 体积大 功耗大 第二代 1959年以晶体管组成 广泛采用印刷电路板 第三代 1965年采用小规模集成电路作为硬件 体积小 功耗低 可靠性进一步提高 硬件NC NC机床按NC系统的发展经历的六代 第四代 1970年采用小型计算机 其部分功能由软件实现 它具有价格低 可靠性高和功能多等特点 第五代 1974年以微处理器为核心 不仅价格进一步降低 体积进一步缩小 第六代 1990基于PC平台 CNC 内在动力 市场竞争日趋激烈 产品更新换代加快 大批量产品越来越少 小批量产品生产的比重越来越大 迫切需要一种精度高 柔性好加工设备来满足上述需求 技术基础 电子技术和计算机技术的飞速发展 数控技术产生和发展的内在动力和技术基础 已成为制造业实现自动化 柔性化 集成化生产的基础技术 现代的CAD CAM FMS和CIMS 敏捷制造和智能制造等 都是建立在数控技术之上 数控技术是提高产品质量 提高劳动生产率必不可少的物质手段 数控技术的地位和作用 自从数控技术创立以来 它给机械制造业带来了革命性的变化 二十一世纪机械制造业的竞争 其实质是数控技术的竞争 FMC 在一台加工中心或车削中心的基础上 加上工件的自动存储和交换功能 配上一定适当的传感器 具有一定监控功能 并由CNC装置统一控制机床和外围设备的运行 FMS 由四台或更多台全自动数控机床采用集中的控制系统及物料搬运系统 传送装置和自动引导小车连接起来 可在不停机的的情况下实现多品种 中 小批量加工及管理的生产系统 CIMS ComputerIntegratedManufacturingSystem计算机集成制造系统 AutomaticPalletChanger AutomaticToolsChanger 装备制造业是衡量一个国家综合实力的主要标志 被称为 国家的脊梁 数控机床则被称为装备制造业的 工作母机 是振兴装备制造业的关键设备 作为全球制造业中心 我国的工业机床消费量约占世界总消费量的1 4至1 3 由于国内制造能力不足 我国每年进口数控机床耗资数百亿元 尤其大型高性能超精密数控机床 我国2004年的产量仅占国产机床总产量的1 10 不到德国 日本同类数控机床产量的1 20 该高端设备主要靠进口 数控机床的地位和作用 1 2数控机床的概念及组成 数控技术 NumericalControlTechnology 以数字方式控制机床工作的技术 数字化 是将零件的加工信息 数字量 文字 符号一律统一用二进制数字代码表示 将数字化信息送入计算机中 数字控制 NumericalControl NC 是指用数字化信息对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法 概念 数控机床 NumericalControlMachineTools 是指用数字控制技术控制的机床 数控系统 NumericalControlSystem 实现数字控制的装置 计算机数控 ComputerNumericalControl CNC 系统 以计算机为核心的数控系统 由软件和硬件共同组成 数控加工 NumericalControlManufacturing 采用数字信息对零件加工过程进行定义 并控制机床自动运行的一种自动化加工方法 1 2数控机床的概念及组成 概念 1 2数控机床的概念及组成 数控加工过程 1 2数控机床的概念及组成 组成 机电接口 机床本体 1 2数控机床的概念及组成 它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具 组成 按钮站 状态灯 按键和显示器 操作面板 按键和显示器 操作面板 按钮站 状态灯 1 1 2数控机床的概念及组成 控制介质与输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置 交互的信息通常是零件加工程序 表1控制介质和输入输出设备表 1 2数控机床的概念及组成 出 USB接口 U盘 移动硬盘 1 2数控机床的概念及组成 CNC装置组成 计算机系统 位置控制板 PLC接口板 通讯接口板 特殊功能模块以及相应的控制软件 作用 根据输入的零件加工程序进行处理 然后输出控制命令到相应的执行部件 伺服单元 驱动装置和PLC等 靠硬件和软件协调配合 CNC装置是数控机床的核心部分 1 2数控机床的概念及组成 通讯 是实现CAD CAM的集成 FMS和CIMS的基本技术 采用的方式有 串行通讯 RS 232等串口 自动控制专用接口和规范 MAP协议等 网络技术 internet LAN等 1 2数控机床的概念及组成 伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机测量装置位置和速度测量装置 以实现进给伺服系统的闭环控制 作用 保证灵敏 准确地跟踪CNC装置指令 进给运动指令 实现零件加工的成形运动 速度和位置控制 主轴运动指令 实现零件加工的切削运动 速度控制 1 2数控机床的概念及组成 PLC 机床I O电路和装置PLC ProgrammableLogicController 进行开关量控制 逻辑顺序控制 它由硬件和软件组成 机床I O电路和装置 实现I O控制的执行部件 由继电器 电磁阀 行程开关 接触器等组成的逻辑电路 功能 接受CNC的M S T指令 对其进行译码并转换成对应的控制信号 完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床侧的I O信号 送给CNC装置 经其处理后 输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作 1 2数控机床的概念及组成 机床机床 数控机床的主体 是实现制造加工的执行部件 组成 由主运动部件 进给运动部件 支承件以及特殊装置 刀具自动交换系统 工件自动交换系统 和辅助装置 如排屑装置等 1 3数控机床的种类与应用 1 3数控机床的种类与应用 1 按工艺用途分类切削加工类 数控镗铣床 数控车床 数控磨床 加工中心 数控齿轮加工机床 FMC等 成型加工类 数控折弯机 数控弯管机等 特种加工类 数控线切割机 电火花加工机 激光加工机等 其它类型 数控装配机 数控测量机 机器人等 1 3数控机床的种类与应用 2 按控制方式分类点位控制数控系统仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动 对轨迹不作控制要求 运动过程中不进行任何加工 适用范围 数控钻床 数控镗床 数控冲床和数控测量机 直线控制数控系统 控制刀具或工件以适当的进给速度 沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和加工 或者控制两个坐标轴以同样的速度 沿45 斜线 进行切削加工 直线控制的数控车床 可用于台阶轴加工 直线控制的数控铣床 可用于平行于坐标轴的平面轮廓铣削加工 1 3数控机床的种类与应用 轮廓控制数控系统轮廓控制 连续控制系统 具有控制几个进给轴同时谐调运动 坐标联动 使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动 在运动过程中进行连续切削加工的数控系统 适用范围 数控车床 数控铣床 加工中心等用于加工曲线和曲面的机床 1 3数控机床的种类与应用 3 按进给伺服系统的类型分类按有无位置检测装置可分为 开环数控系统和闭环数控系统 1 3数控机床的种类与应用 开环数控系统没有位置测量装置 信号流是单向的 数控装置 进给系统 故系统稳定性好 开环数控系统特点 无位置反馈 其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度 精度不高 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件 结构简单 工作稳定 调试方便 维修简单 价格低廉等优点 在精度和速度要求不高 驱动力矩不大的场合得到广泛应用 一般用于经济型数控机床和普通机床的数控改造上 1 3数控机床的种类与应用 全闭环数控系统直接对运动部件的实际位置进行检测 全闭环数控系统的特点 从理论上讲 可以消除整个驱动和传动环节的误差 间隙和失动量 具有很高的位置控制精度 但由于环内的许多机械传动环节的摩擦特性 刚性和间隙都是非线性的 故很容易造成系统的不稳定 使闭环系统的设计 安装和调试都相当困难 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床 超精车床 超精磨床以及较大型的数控机床等 1 3数控机床的种类与应用 半闭环数控系统检测反馈信号是从驱动装置 伺服电机 或丝杠引出 而不是直接检测机床工作台或刀具的实际位置 位置控制调节器 速度控制调节与驱动 检测与反馈单元 位置控制单元 速度控制单元 CNC插补指令 实际位置反馈 实际速度反馈 半闭环数控系统的特点 环内不包括或只包括少量机械传动环节 丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的传动误差难以消除 相对闭环系统 结构简单 调试方便 精度 稳定性和经济性均介于开环系统和闭环系统之间 因而在现代CNC机床中得到了广泛应用 1 3数控机床的种类与应用 4 按数控系统功能水平分类 1 3数控机床的种类与应用 5 按联动轴数分2轴联动 平面曲线 3轴联动 空间曲面 球头刀 轴联动 两轴半联动 4轴 5轴 6轴联动 空间复杂曲面 联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂 二轴半联动用于三轴以上机床的简化控制 其中两个轴为联动控制 而另一个轴作周期性调整进给 二轴半联动加工圆锥台 1 4数控机床加工的特点及应用 可以加工复杂型面的工件加工精度高生产效率高降低劳动强度有利于生产管理现代化 加工特点 各种机床的应用范围 1 5数控技术的发展趋势 运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化驱动并联化交互网络化 1 5数控技术的发展趋势 运行高速化 加工高精化速度和精度是数控设备的两个重要指标 新一代数控设备在运行高速化 加工高精化等方面都有了更高的要求 运行高速化 使进给率 主轴转速 刀具交换速度 托盘交换速度实现高速化 并且具有高加 减 速率 1 5数控技术的发展趋势 主轴高速化 采用电主轴 内装式主轴电机 即主轴电机的转子轴就是主轴部件 主轴最高转速达20 0000r min 主轴转速的最高加 减 速 仅需1 8秒即可从0提速到15000r min 换刀速度0 9秒 刀到刀 工作台 托盘 交换速度6 3秒 1 5数控技术的发展趋势 加工高精化 提高机械设备的制造和装配精度 提高数控系统的控制精度 采用误差补偿技术 1 5数控技术的发展趋势 功能复合化指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法 镗铣钻复合 加工中心 ATC 五面加工中心 ATC 主轴立卧转换 车铣复合 车削中心 ATC 动力刀头 铣镗钻车复合 复合加工中心 ATC 可自动装卸车刀架 铣镗钻磨复合 复合加工中心 ATC 动力磨头 可更换主轴箱的数控机床 组合加工中心 1 5数控技术的发展趋势 控制智能化加工过程自适应控制技术加工参数的智能优化与选择智能故障诊断与自修复技术智能化交流伺服驱动装置 1 5数控技术的发展趋势 体系开放化开放式数控系统特点 系统构件 软件和硬件 具有标准化 Standardization 与多样化 Diversification 和互换性 Interchangeability 的特征允许通过对构件的增减来构造系统 实现系统 积木式 的集成 构造应该是可移植的和透明的 1 5数控技术的发展趋势 开放体系结构CNC的优点向未来技术开放 由于软硬件接口都遵循公认的标准协议 只需少量的重新设计和调整 新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳 吸收和兼容 这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期 标准化的人机界面 标准化的编程语言 方便用户使用 降低了和操作效率直接有关的劳动消耗 1 5数控技术的发展趋势 向用户特殊要求开放 更新产品 扩充能力 提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求 给用户提供一个方法 从低级控制器开始 逐步提高 直到达到所要求的性能为止 1 5数控技术的发展趋势 驱动并联化并联加工中心 又称6条腿数控机床 虚轴机床 是数控机床在结构上取得的重大突破 并联机床作为一种新型的加工设备 已成为当前机床技术的一个重要研究方向 自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步 21世纪新一代数控加工设备 1 5数控技术的发展趋势 1 5数控技术的发展趋势 交互网络化支持网络通讯协议 既满足单机需要