第一章 认识数控机床.ppt

数控编程和加工技术，课题是认识数控机床，一、新课的引进1、常用的机械加工设备是什么2、有什么加工特点3、各种机械加工适用于什么情况？ 1.1数控机床的发生与发展，1.1.1机床的发生1.1.2我国数控机床的现状1.1.3机床的发展趋势，二是新课的教学内容，1949年美国帕森公司与麻省理工大学开始合作，开发了三年可三轴控制的数控铣床样机。 1953年，麻省理工学院开发出了只需确定零件的轮廓，指定切削路径，就能生成NC程序的自动编程语言。 1959年美国KeaneyTrecker公司开发了刀具库，开发了能够自动更换刀具、一次卡盘就能进行铣床、钻头、镗孔、攻丝等多种加工功能的数控机床。 这就是数控机床的新型加工中心。 1.1.1机床的发生，1968年英国首次将数控机床、无人搬运车和自动仓库在计算机控制下连接至自动加工系统的柔性制造系统FMS。 自1974年微处理机开始应用于机床数控系统以来，CNC (计算机数控系统)码数控技术随着计算机技术的发展而飞速发展。 1976年美国洛克希德公司开始了图像编程。 通过绘制利用CAD (计算机辅助设计)加工部件的模型，在显示器上加工的部位输入必要的工艺参数，计算机可以自动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。 1.1.2我国数控机床发展概况我国自1958年开始数控机床研究，但由于历史原因，一直没有取得实质性成果。 20世纪70年代初期掀起了数控机床的开发热潮，当时采用了其他部件，性能不稳定，可靠性低。 1980年北京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统，辽宁精密仪器厂引进美国Bendix公司的DynapthLTD10数控系统。 在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，北京机床研究所开发了BS03经济数控和BS04全功能数控系统，航天部706开发了MNC864数控系统。 在“八五”期间，国家还组织了近百个单位进行了以发展自主着作权为目标的“数控技术难关”，为数控技术产业化奠定了基础。 20世纪90年代末，华中数控自主开发了基于PC-NC的HNCNCNC系统，达到了国际先进水平，提高了我国数控机床的国际竞争力。 据1997年的不完全统计，全国有数控机床12万台。 目前我国数控机床生产企业有100多家，年产量增加到1万台以上，品种满意率达到80%，部分企业实施了FMS和CIMS工程，数控机床及其加工技术进入了实用阶段。 现代数控加工正在向高速化、高精度化、高柔软化、高一体化、网络化、智能化等方向发展。 1 )高速切削驱动着高生产率，高速化已经成为现代机床技术发展的重要方向之一。 高速切削可以通过高速运算技术、高速插补运算技术、超高速通信技术、高速主轴等技术来实现。 高主轴转速减小了切削力，减小了切削深度，克服了机床的振动，大大减少了传递给零件的热量，加快了排屑速度，减少了热变形，显着改善了加工精度和表面质量。 因此，高速加工的工件一般不需要精加工。 1.1.3机床的发展趋势；2 )高精度控制高精度化一直是数控机床技术发展的追求目标。 这包括机床制造的几何精度和机床使用的加工精度控制。 为了提高机床加工精度，一般采用补偿技术和辅助措施来减少数控系统的误差，提高数控机床基础的大结构特性和热稳定性。 现在精加工精度提高到0.1m，进入亚微米级，不久超精度加工进入纳米时代。(加工精度达到0.01m )、3 )高柔软性是指加工机适应加工对象变化的能力。 目前，在进一步提高单机灵活性自动化加工的同时，还致力于机组灵活性和系统灵活性的发展。 数控系统在21世纪具有最大的灵活性，可以实现多种用途。 具体而言，它具有开放式体系结构，通过重建和编辑，可以根据需要减少系统配置的功能可以是专用的，也可以是通用的，可以整合功能价格可调的用户的技术经验，形成专家系统。 4 )高一体化CNC系统与加工过程一体化，实现机械、电、光、声的综合控制，测量、造型、加工一体化、加工、实时检测与修正一体化，机床主机设计与数控系统设计一体化。 5 )网络化实现了多种通信协议，能够满足单个需求，同时满足FMS (柔性制造系统)、CIMS (计算机集成制造系统)对基础设备的要求。 配置网络接口，通过互联网实现远程监控和控制加工，进行远程检测和诊断，简化维护。 通过构筑分布式网络制造系统，可以容易地形成“全球制造”。 6 )被智能化的21世纪的CNC系统成为高度智能化的系统。 具体来说，多媒体人机接口指示系统应在局部或全部实现加工过程的适应、自我诊断和自我调整，使用户的操作变得简单，智能编程使编程变得直观，可以自然语言编程的加工数据的自我生成和智能数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主体组成。 1 .输入输出设备2 .数控装置3 .伺服系统4 .测量反馈装置5 .机床主体6 .辅助控制系统，1.2数控机床的构成和动作过程，1.2.1数控机床的构成，数控机床的构成，主轴电动机，带制动器的伺服电动机，刀具库刀具定位电动机， 机器人旋转定位电机、数控机床是利用数控技术自动控制机床加工过程的机床。 一种数控技术的典型应用实例。 数控系统(NumericalControlSystem )实现数字控制的装置。 计算机NC系统(ComputerNumericalControlCNC )是以计算机为中心的NC系统。 1.2.2机床工作过程、数控机床工作过程、加工准备阶段、机床调整阶段、程序调整阶段、试切加工阶段、正式加工阶段、检查：数控加工原理框图，1 .数控编程和输入2 .数据处理和计算3 .伺服控制和机床加工，根据上图，数控加工过程整体为数控编程数控机床的控制系统一般按照数字程序的指令控制机床，可实现主轴的自动起停、方向转换和变速，自动控制进给速度、方向和加工路径，进行加工，可选择刀具，根据刀具的尺寸调整食量和行走轨迹，完成加工所需的各种辅助动作1.3数控机床的特点，1 .适应性强2 .精度高、质量稳定3 .生产效率高4 .可完成复杂型面加工5 .减轻工人劳动强度、改善工作条件6 .有利于生产管理现代化1.4数控机床的分类1.4.1，按工艺用途分类1 .金属切削类(1) 普通数控机床数控车、铣床、钻头、镗孔、磨床等(2)数控加工中心多工序数控机床具有刀库和自动更换装置的数控机床，如镗孔铣床加工中心和车削加工中心的特点：零件一次卡盘、多种工艺、多工序集中连续加工、 减少了机床的台数和工件的装卸、工具更换的辅助时间，提高了机床的效率，减少了多次安装引起的定位误差，提高了各加工面之间的位置精度。2 .金属成型类数控机床的数控冲床、数控弯曲机、数控弯曲机、数控弯曲机等3 .数控特殊加工机床的数控电火花线切割机、数控电火花线切割机、数控激光切割机、数控高压水切割机、数控等离子切割机等4 .其他类型的数控机床的数控火焰切割机、数控三坐标测量机、 数控绘图仪等按照1.4.2加工控制路线对点控制机床、直线控制机床和轮廓控制机床进行分类。 1 .点控制机床。 如图1-3(a )所示，这与中间行走轨迹的控制方式无关，控制刀具从一点移动到另一点。 从点向点移动时，只能进行高速行程的定位运动，因此不能用于加工过程的控制。 属于点控制的典型机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床等。 这种机床的数控功能主要用于控制加工部位的相对位置精度，其加工切削过程必须手工控制机械运动。图1-3按加工控制路径(a )点控制(b )直线控制(c )轮廓控制、(2)直线控制机床。 这能够被控制成，如图1-3(b )所示，刀具以对于工作台适当的进给速度，在与某个坐标轴平行的方向或者在坐标轴上形成45度的斜线的方向上加工直线轨迹。 根据该方法，一次仅使一个轴同时运动，或者以相同的速度同时运动两个轴，从而形成45度的斜线。因此，控制变得困难，并且系统配置相对简单。 一般结合点位和直线控制方式，构成点位直线控制系统用于机床。 这种形式的典型机床有汽车楼梯轴的数控车床、数控镗铣床和简单的加工中心等。 (3)轮廓控制机床。 这也称为连续控制机床。 如图1-3(c )所示，可控制刀具相对于工件具有连续轨迹的运动，可加工任意倾斜度的直线、任意大小的圆弧，通过自动编程计算可加工任意形状的曲线和曲面。 典型的轮廓控制型机床有数控铣床、功能完善的数控车床、数控磨床和数控电加工机床等。 1.4.3 .按伺服系统的控制原理分类，1 .开环控制数控机床、开环伺服系统、2 .半闭环控制数控机床、半闭环伺服系统、3 .闭环控制数控机床、闭环伺服系统、1.5NC机床1.5.1机床坐标系、机床坐标系的确定(1)机床相对运动的规定是机床，我们总认为工件是静止的，工具是运动的。 这样的程序员可以不考虑机床上的工件和工具的具体动作，根据部件模式决定机床的加工过程。 (2)机床坐标系的规定标准机床坐标系中的x、y、z坐标轴的相互关系由右手正交坐标系决定。 在数控机床中，机床的动作由数控装置控制，为了确定数控机床中的成形运动和辅助运动，必须首先确定机床中运动的位移和运动方向。 这需要通过坐标系来实现，该坐标系称为机床坐标系。 例如铣床有机床纵向运动、横向运动和垂直运动。 数控加工中必须用机床坐标系来描述。 标准机床坐标系中x、y、z坐标轴的相互关系由右手正交坐标系决定：1)伸出右手拇指、食指、中指，相互为90。 大拇指表示x坐标，食指表示y坐标，中指表示z坐标。 2 )拇指的方向为x坐标的正方向，食指的方向为y坐标的正方向，中指的方向为z坐标的正方向。 3 )以x、y、z坐标为中心旋转的旋转坐标分别用a、b、c表示，根据右手的螺旋定律，拇指的朝向是x、y、z坐标的任意轴的正方向，其馀的4根手指的旋转方向是旋转坐标a、b、c的正方向。 (3)运动方向的规定是加大刀具与工件的距离的方向为各坐标轴的正方向，下图为NC车床上的两个运动的正方向。(1)Z坐标的z坐标的运动方向由传递切削动力的主轴决定，与主轴轴平行的坐标轴是z坐标，z坐标的正方向是刀具离开工件的方向。 (2)X坐标的x坐标与工件的卡盘平面平行，一般在水平面内。 要确定x轴的方向，必须考虑两种情况：1)当工件进行旋转运动时，刀具远离工件的方向为x坐标的正方向。 2 )刀具进行旋转运动时，z坐标为水平时，观察者沿着刀具主轴观察工件时，x运动方向朝向右方时，z坐标为水平时，观察者观察工件时，x运动方向朝向右方时，z坐标为垂直时，观察者朝向刀具主轴观察列时，x运动方向朝向右方下图表示数控车床的x坐标。 (3)Y坐标位于确定x、z坐标的正方向的后方，能够根据x和z坐标的方向用右手的直角坐标系确定y坐标的方向。 2、坐标轴方向的确定，NC机床坐标系示例(a )卧式车床(b )立式铣床，多轴NC机床坐标系示例(a )卧式镗床(b )六轴加工中心，1 )也称为编程坐标系，是在编程时定义工件形状和刀具相对于工件