第一章数控机床概述.ppt课件

.,数字控制与数控技术的概念数字控制（NumericalControlNC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术（NumericalControlTechnology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。,一、数控机床的历史,.,数控装备（NumericalControlMachineTools）是采用数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备。其中数控机床是数控技术应用的经典例子。数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。计算机数控系统（ComputerNumericalControlCNC）是以计算机为核心的数控系统。,.,从工业化革命以来人们实现机械加工自动化的手段有：自动机床；组合机床；专用自动生产线。,1775年，威尔金森发明立式钻床,一、数控机床的历史,机床的产生：1769年，瓦特发明了蒸汽机,第一节数控机床的发展史,.,数控技术产生和发展的内在动力：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。数控技术产生和发展的技术基础：电子技术和计算机技术的飞速发展则为NC机床的进步提供了坚实的技术基础。数控技术正是在这种背景下诞生和发展起来的。它的产生给自动化技术带来了新的概念，推动了加工自动化技术的发展。,.,主要发展沿革：1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一台三座标数控机床。1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的五代。,.,第一代：1955年NC系统以电子管组成，体积大，功耗大。第二代：1959年NC系统以晶体管组成，广泛采用印刷电路板。第三代：1965年NC系统采用小规模集成电路作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。以上三代NC系统，由于其数控功能均由硬件实现，故历史上又称其为“硬线NC”,.,第四代：1970年NC系统采用小型计算机取代专用计算机，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NC系统以微处理器为核心，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上的机电一体化成为可能。这一代又可分为六个发展阶段：,.,1974年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，自诊断功能。1979年：系统采用CRT显示，VLIC，大容量磁泡存储器，可编程接口和遥控接口等。1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度补偿功能。1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机进入实用阶段。1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系统。,.,1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC系统的开发周期日益缩短。20世纪末21世纪初：开放式系统规范（NGC、OMAC、OSACA、OSEC)和数控系统新标准（STEP-NC等）相继开展研究和开发。它是数控技术发展的又一个里程碑。,.,二、我国数控机床的发展,我国于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床1975年研制出第一台加工中心我国主要数控系统：1、华中数控系统2、北京航天数控系统,我国第一台数控铣床,.,三、数控机床的主要技术指标,1、脉冲当量2、定位精度3、重复定位精度4、可控轴数与联动轴数,.,第二节数控机床分类一、按加工方式和工艺用途分类,数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备和分类方法。在机床行业，数控机床通常从以下不同角度进行分类。按工艺用途分类1、普通数控机床实现某个加工工艺如车、铣、镗、钻、铰、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。2、数控加工中心带有刀库和自动换刀装置的数控机床，具备各种加工能力。,.,.,二按运动轨迹的方式分类（1）点位控制数控机床这类数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。（2）直线控制数控机床这类机床有数控车床和数控铣床、加工中心等。（3）轮廓控制数控机床这类机床有数控车床、铣床、磨床和加工中心等。,.,.,三、按伺服系统类型分类（1）开环数控机床伺服系统没有来自位置传感器的反馈信号，较经济，但速度及精度较低。用于对旧机床的发改造。,.,（2）半闭环控制数控机床测量元件从电动机端头或丝杠端头得到反馈信号，可获得稳定的控制特性。应用较广。,.,（3）闭环控制数控机床可接受插补器的指令，与工作台端测得的实际反馈信号进行比较，进行误差修正。加工精度高，用于超精车床，超精铣床。,.,四、按联动轴的分类按联动轴数分，2轴联动（平面曲线）3轴联动（空间曲面，球头刀）4轴联动（空间曲面）5轴联动及6轴联动（空间曲面）。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。,.,.,.,五、按动力源分类（1）电动式：电力驱动（2）液压式：液压驱动（3）气动式：高压气体、压缩空气等,.,六、按位置控制系统分类（1）增量式：必须有一个批定的零点，开机后要回零（2）绝对式：开机不必回零，即能保证机床运动的每一个位置,.,第三节数控机床的工作原理及特点一、数控机床的工作原理数控机床主要由控制介质、数控装置、检测与反馈装置和机床本体组成如图1-20,.,控制介质就是指存穿孔带或存储于磁盘上的加工程序；数控装置是数控机床的中枢，由输入装置、控制器、运行器和输出装置组成。根据加工程序控制机床运动；伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号，转换成数控机床移动部件的运动；测量与反馈装置是把数控机床移动部件等的位置信息和速度信息通过传感器很能够回数控装置，从而保证移动的精度。,.,二、数控机床的特点,.,数控加工技术的主要应用对象几何形状复杂的零件；多品种小批量生产的零件；必须严格控制公差的零件；贵重的、不允许报废的关键零件。,.,.,.,.,第四节数控机床发展趋势,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运行高速化,进入20世纪90年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着下述方向发展,.,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。进给率高速化：在分辨率为1m时，Fmax=240m/min；在Fmax下可获得复杂型面的精确加工；在程序段长度为1mm时，Fmax=60m/min，并且具有1.5g的加减速率；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200000r/min。主轴转速的最高加（减）速为1.0g，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。换刀速度0.6秒（刀到刀）；2.8秒（切削到切削）工作台（托盘）交换速度4.3秒。,.,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。提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化；采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上106脉冲/转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到0.01m/脉冲）；位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术;设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少6080。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定位精度为0.1m。,.,功能复合化复合化是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；,.,控制智能化随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：加工过程自律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,.,体系开放化定义（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。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；开放体系结构CNC的优点：向未来技术开放标准化的人机界面向用户特殊要求开放可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。,.,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。,.,特点并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物