数控机床概述.doc

课题2 数控机床概述 科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。许多企业采用了自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动的生产线作为产品质量的保证。需要很大的初期投资和较长的生产准备周期，适合于大批量生产的情形（如汽车、家电等）。单件、小批生产占机械加工的80左右，满足多品种、小批量、精度要求高、产品更新换代的要求，需要一种灵活、通用、能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床数控机床，加工不同的零件时，它不需要改变机床的结构，只需改变加工程序即可。一数控技术的基本概念1数控（Numerical Control）数字控制是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。2数控机床（NC Machine）数控机床就是采用了数控技术的机床，或装备了数控系统的机床。3数控系统数控系统是一种程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中具有特定代码的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工零件。这里主要指由硬件搭成的系统。4计算机数控系统（Computerized Numerical Control SystemCNC）计算机数控系统由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程序控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成。5数控程序（NC Program）输入数控系统中的、使数控机床执行一个确定的加工任务的、具有特定代码和其它符号编码的一系列指令。例：有这样一段程序，可以完成下面的加工功能N1 G90 G17 G41 G00 X18 Y24 M03 H06 绝对值编程，XY平面刀具半径左补偿，快速定位点（18，24），刀具补偿地址H06（其中补偿量为10），刀具中心到达B点，主轴正转N2 G02 X74 Y32 R40 F180 圆弧插补，加工R40圆弧N3 G40 G00 X84 Y0 取消刀具半径补偿值N4 G00 X0 M02 返回起始点（插图数控机床P69）6数控编程生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程7数控加工根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序，输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。二数控机床的工作原理及组成1工作原理根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序。将编写好的程序输入至数控系统中。数控装置将程序进行译码、运算，生成一系列指令，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出控制信号，驱动相应的部件动作，以加工出合格的零件。2组成数控机床由加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈系统以及机床本体等部分组成。如下图示（插图机床数控技术P2）各部分作用如下：加工程序加工程序存储着加工零件所需的全部操作信息和刀具相对工件的位移信息等。加工程序可存储在控制介质上，常用的控制介质有穿孔纸带、磁带、磁盘等。输入装置将数控代码变成相应的电脉冲信号，传递并存入数控系统内。输入装置有光电阅读机、磁带机、软驱等。输入方式可以通过手工（MDI）用键盘直接输入数控系统，或通过通讯的方式。数控系统数控系统是数控机床的核心，它由输入输出线路、控制器、运算器和存储器四个部分组成。有两种形式的数控系统：由专用电路组成的专用计算机数控系统称为硬件数控；由通用小型计算机或微型计算机作为数控装置的数控系统称为计算机数控系统。数控系统的工作过程是：脉冲信号编译机器语言运算和处理信息和指令控制机床动作伺服系统伺服系统接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息要求驱动机床的移动部件，以便加工出符合图样要求的零件。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部件。辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的主运动换向、变速、起停、刀具的选择和交换，以及其他辅助装置动作等指令信号，经过必要的编译、逻辑判断和运算，经功率放大后直接驱动相应的电器，带动机床的机械部件，液压、气动装置等完成相应指令规定的动作。反馈系统测量元件将数控机床各坐标轴的位移指令值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与设定值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。机床与传统的机床比较，数控机床本体仍然由主传动装置、进给传动装置、床身、工作台、辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统以及冷却系统等组成。但数控机床的整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构和操作结构等方面都发生了很大的改变。主要是为了满足数控系统对数控机床的要求。三数控机床的分类数控机床的品种规格繁多，可以用下面的几种方法进行分类：1按机床的工艺用途进行分类普通数控机床这类数控机床和传统的通用机床一样，有车、铣、钻、镗、磨床等。其工艺性能和通用机床相似。加工中心机床是在普通数控机床的基础上加装一个刀具库和自动换刀装置而构成的数控机床。工件经一次装夹后，数控系统能自动地控制机床自动地更换刀具，自动地对工件的各加工面进行如车、铣、钻、镗、铰、攻丝等多工序的加工。金属成型类数控机床如数控冲床、数控折弯机、数控弯管机等。数控特种加工机床如数控线切割机床、数控电火花加工机床等。其它类型的数控加工机床如数控火焰切割机、数控三坐标测量机等。3按机床运动轨迹进行分类点位控制数控机床这类机床只控制运动部件从一个位置到另一个位置的准确定位，不管中间的移动轨迹如何，在移动的过程中不进行切削加工，对两点之间的移动速度及运动轨迹没有严格要求。但通常为了提高加工效率，一般先快速移动，在以慢速接近终点。常见的有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。（插图培训教程）点位直线控制数控机床这类机床的特点是运动部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动定位，而且能够实现平行坐标轴方向的直线切削加工运动。常见的有简易数控车床。数控镗铣床等。（插图培训教程）轮廓控制数控机床这类数控机床能够对两个或两个以上的运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，可以进行曲线或曲面的加工。（插图培训教程）3按伺服系统的控制方式分类开环数控机床开环控制数控机床的特点是其控制系统不带反馈装置，通常使用步进电机作为伺服执行机构。开环控制系统结构简单，制造成本低，系统对移动部件的实际位移量不进行测量，也不进行误差校正。开环系统仅适用与加工精度要求不是很高的中小型数控机床。（插图培训教程）半闭环数控机床这类数控机床是在进给电动机的轴端安装角位移测量元件，通过测量电动机轴懂得旋转角位移并经过一定的换算来代替测量工作台的直线位移。这类系统未将丝杆螺母副、齿轮传动副等传动误差包含在控制系统中，其精度介于开环和闭环之间，但调试却比较方便，得到广泛的应用。（插图培训教程）闭环数控机床这类机床带有检测装置，直接对工作台的位移量进行测量。该系统可以消除包括工作台传动链在内的运动误差，定位精度高，调节速度快。但调试工作比较困难，制造成本高。适用于精度要求很高的数控机床。（插图培训教程）4按数控系统的功能水平进行分类分为低、中、高三档。档次功能水平指标低档中档高档分辨率（）1010.1进给速度（m/min）815152415100伺服系统类型开环、步进电机半闭环或闭环、直流或交流伺服系统联轴功能轴轴通信能力无RS-232C或直接数控接口遵循自动化协议，具有连网功能显示功能数码管显或单显CRT较齐全的CRT显示（文字、二维图象等）三维图显，图形编程等内装与否无有主8bitCPU16bit、32bit 注：分辨率：指位置检测系统所能测量的最小位移量四数控机床的加工特点1加工精度高数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，脉冲当量普遍达到0.001，且传动链之间的间隙得到了有效补偿。2适应性强数控机床改变加工零件时，只需改变加工程序，特别适合于单件、小批量、加