数控机床基本知识PPT课件

1 第一篇基础篇1 1数控机床基本知识 知识点数控机床的产生与发展趋势 数控机床的分类 数控和数控机床的概念 数控机床的组成及工作原理 技能点现场认知数控机床 观察数控机床的加工过程 任务描述通过对数控机床的现场认知 了解数控机床的加工零件的整个流程 任务分析数控机床涉及的内容和知识比较多 通过本任务的学习 主要了解数控机床的基本概念 发展及类型 掌握数控机床的加工原理及组成 2 1 1 1数控和数控机床1 认知数控机床常见的数控车床如图1 1 a b 所示 数控铣床如图1 1 c d 所示 a 卧式数控车床 b 立式数控车床 c 立式数控铣床 d 卧式数控铣床 图1 1数控机床 3 2 数控 数控机床数控即数字控制 NumericalControl 简称NC 数控机床是一种通过数字信息控制机床按给定的运动规律进行自动加工的机电一体化新型加工装备 人们习惯把 数控机床 NumericallyControlledMachineTool 简称为 NC机床 1 1 2数控机床的产生与发展随着社会生产和科学技术的不断进步 各类工业新产品层出不穷 特别是在航空 航天 军事等领域所需的机械零件 精度要求更高 形状更为复杂且往往批量较小 加工这类产品需要经常改装或调整设备 普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求 为了解决这些矛盾 满足多品种 小批量 高精度的自动化生产 迫切需要一种灵活的 通用的 能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床 数控机床就是在这样的背景下产生与发展起来的 4 数控机床是一种综合了计算机应用技术 自动控制 精密测量 微电子技术 机械加工技术 机床结构设计和成组工艺等各个技术领域里的最新技术而发展起来的 一种具有高效率 高质量和高柔性的自动化新颖机床 1948年 美国帕森 Parsons 公司在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓检查样板时首先提出计算机控制机床的设想 在麻省理工学院 MIT 的协助下 于1952年研制成功了世界上第一台三坐标直线插补且连续控制的立式数控铣床 自第一台数控机床问世以来 数控系统已先后经历了两个阶段和六代的发展 其六代是指电子管 晶体管 集成电路 小型计算机 微处理器和基于工控PC机的通用CNC系统 其中前三代为第一阶段称作硬件联接数控 简称NC系统 后三代为第二阶段称作计算机软件数控 也称CNC系统 5 1 1 3数控机床的分类数控机床种类繁多 功能各异 而数控机床目前尚无统一分类方法 为了便于了解和研究 人们从不同的角度对其进行了分类 1 按加工工艺方式分类 1 金属切削类数控机床 2 金属成型类数控机床 3 特种加工机床 4 其他机床类2 按运动轨迹分类按数控机床运动轨迹可分为点位控制机床 点位直线控制机床和轮廓控制机床三类 6 1 点位控制数控机床点位控制数控机床的特点是指刀具从某一点位置准确移动到目标点位置 如图1 2所示为点位控制数控机床加工 2 点位直线控制数控机床点位直线控制数控机床的特点是将点位控制和直线控制结合起来 同时具有点位控制和直线控制的功能 如图1 3所示为点位直线控制数控机床加工 图1 2点位控制机床加工示意图 图1 3点位直线控制数控机床加工示意图 7 3 轮廓控制数控机床轮廓控制机床又称连续控制机床 如图1 4所示为轮廓控制数控机床加工 3 按伺服控制方式不同分类数控机床按伺服控制方式不同可分为开环控制和闭环控制两种 在闭环控制系统中 根据检测反馈装置安放的位置不同可分为全闭环控制和半闭环控制两种 图1 4轮廓控制数控机床加工示意图 8 1 开环控制数控机床开环控制数控机床的特点是没有位置检测反馈装置 伺服驱动装置主要是步进电机 数控装置按程序加工要求控制指令脉冲的数量 频率和通电顺序 达到控制执行部件运动的位移量 速度和运动方向的目的 如图1 5所示 指令信息单方向传送 并且指令发出后 不再反馈回来 故称为开环控制系统 图1 5开环控制系统 9 2 闭环控制数控机床闭环控制数控机床的特点是机床上装有位置检测装置 直接对工作台的位移量进行测量 伺服驱动装置主要是直流伺服电机或交流伺服电机 如图1 6所示为闭环伺服系统 图1 6闭环控制系统 10 3 半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床的特点是位置检测装置安装在进给丝杠的端部或伺服电动机轴上 不直接反馈机床的直线位移量 而是用角位移测量元件 旋转变压器 脉冲编码器等 测量丝杠或电机的旋转角度 从而推算出机床移动部件的位移量 经反馈回路送回控制系统和伺服系统 并与所要求的指令值相比较 用比较的差值进行控制 如图1 7所示为半闭环伺服系统 图1 7半闭环控制系统 11 1 1 5数控机床的加工特点及应用范围1 数控机床的加工特点 1 对零件加工适应性强 灵活性好在数控机床上进行零件加工时 主要取决于零件加工程序 无论多么复杂的零件 我们只要能编制出加工程序 都可以完成零件的加工 当加工对象改变时 只需要重新编程就可以满足加工对象的加工工艺要求 不需要制造 更换许多工具 夹具 而不需改变机械部分和控制部分的硬件 就可以迅速实现加工产品的转型 2 加工精度高 产品质量稳定数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的 一般情况下工作过程不需要人工干预 因而消除了人为误差 使同一批工件的尺寸一致性好 产品合格率高 加工质量稳定 3 自动化程度高 劳动强度低在数控机床上加工零件是程序控制下自动完成的 加工完毕后自动停车 操作者除手工装夹毛坯 装刀 对刀 操作键盘等外 其余全部加工过程都可由数控机床自动完成 12 4 生产效率高零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分 数控机床主轴转速和进给量较普通机床范围大且无级变速 结构刚性好 驱动功率大 因此 数控机床每一道工序 工步 走刀都可选用最有利的切削用量 充分发挥数控机床的工艺系统的潜能 节省了机动时间 5 良好的经济效益数控机床虽然设备昂贵 加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高 但在单件 小批量生产的情况下 使用数控机床加工可节省划线工时 减少调整 加工和检验时间 直接节省生产费用 数控机床加工零件一般不需制作专用夹具 工艺装备费用较低 数控机床加工质量稳定 减少了废品率 使生产成本进一步下降 6 有利于生产管理的现代化使用数控机床加工工件 能准确地计算零件加工工时和费用 利于现代化的管理 同时在数控机床上使用数字信息控制 易于与计算机联网 成为计算机辅助设计 制造 管理等一体化集成的基础 构成由计算机控制和管理的生产系统 13 1 1 6数控机床组成及工作原理1 数控机床的组成典型数控机床的组成如图1 8所示 由图可知 数控机床主要由零件加工程序 输入装置 数控系统 伺服驱动装置 辅助控制装置 检测反馈装置 机床本体等七部分组成 1 加工程序加工程序可存储在控制介质 也称信息载体 程序载体 数控机床中 常用控制介质有穿孔纸带 磁带 磁盘 光盘等 图1 8数控机床的组成 14 2 输入装置输入装置的作用是将存储在控制介质上的加工程序传送给CNC装置 根据控制介质的不同 相应有不同的输入装置 通常程序载体有与之相应的输入装置为光电纸带阅读机 录音机 磁盘驱动器 光驱等 现在对于微机控制的数控机床可用操作面板上的键盘直接把加工程序输入到数控装置中 也可以由计算机编程后 用通讯方式传送到CNC装置中 3 数控系统数控系统是数控机床的核心部件 它主要包括微型计算机 通用输入输出外围设备及相关软件即硬件和软件两大部分组成 4 伺服系统伺服系统是数控机床的执行机构 它的基本作用是接收CNC装置发来的指令脉冲信号 控制机床执行部件的进给速度 方向和位移量 以完成零件的自动加工 15 5 检测反馈装置检测反馈装置是采用闭环或半闭环控制系统的数控机床的重要组成部分 其作用是将数控机床各坐标轴的实际位移和速度进行检测 将测量值转化为电信号反馈给数控装置 数控装置对反馈回来的实际值与设定值进行比较后 并由数控装置发出指令 纠正所产生的误差 实现闭环或半闭环控制 6 辅助控制装置辅助控制装置是介于数控装置和机床的机械与液压部件之间的各种开关执行电器的控制装置 主要实现各种辅助功能控制 7 机床本体机床本体是实现切削加工的主体 对加工过程起支撑作用 主要包括机床的主运动部件 进给运动部件 执行部件和基础部件 如底座 立柱 床身 工作台 刀架 等 此外还有冷却 润滑 转位和夹紧等辅助装置 16 2 数控机床的工作原理在数控机床上加工零件时 首先根据零件图样的要求 结合所采用的数控机床的功能 性能和特点 将零件图形和工艺参数 加工步骤等以数字信息的形式 编成程序代码输入到机床控制系统中 再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号 从而控制机床各部件协调动作 自动地加工出零件来 如图1 9所示 图1 9数控加工的原理图 17 数控加工过程总体上可分为数控程序编制和机床加工控制两大部分 数控机