宁工院机械制造装备课件1.5数控机床基本知识

第五节数控机床基本知识1.5.1

数控机床的产生与发展1.5.2数控机床的组成结构及工作原理1.5.3数控机床的分类

一、概述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。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、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。同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了。数控机床的产生帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室（ServoMechanismLaboratoryoftheMassachusettsInstituteofTechnology）合作，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。1959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney&Trecker）首次成功开发了加工中心（MachiningCenter）。数控机床的发展简况第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。第3代数控机床：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）。第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统（MNC）。1．计算机直接数控系统所谓计算机直接数控（DirectNumericalControl，DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。2．柔性制造系统柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。3．计算机集成制造系统计算机集成制造系统（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。我国数控机床发展概况1958年开始并试制成功第一台电子管数控机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功。从20世纪80年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。如北京机床研究所从日本FANUC公司引进FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列产品的制造技术；上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。1.1.4数控机床的发展趋势从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。数控系统都采用了16位和32位微处理器，标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可达0.1

m，高速进给可达100m/min，控制轴数可达16个。二、数控机床的组成结构及工作原理1数控机床的组成1．控制介质数控机床工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。2．数控系统数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件，数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4大部分组成。3．伺服系统伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或使执行部分动作，以加工出符合要求的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为0.001mm/脉冲。4．辅助控制系统辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。5．机床本体机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。1.2.2数控机床的关键结构部件1．伺服系统驱动电机（1）步进电动机步进电动机通常用于开环伺服系统机床。（2）直流伺服电动机①小惯量直流电动机②宽调速直流电动机③无刷直流电动机（3）交流伺服电动机近年来新型功率开关器件、专用集成电路和新的控制算法等的发展带动了交流驱动电源的发展，使其调速性能更能适应数控机床伺服系统的要求。交流速度控制系统正逐步取代直流速度控制系统。2．位置检测装置检测装置是把位移和速度测量信号作为反馈信号，并将反馈信号转换成数字送回计算机，和脉冲指令信号相比较，以控制驱动元件正确运转。（1）感应同步器感应同步器是一种电磁式的高精度位移检测元件，按其结构方式的不同可分为直线式和旋转式两种，前者用于长度测量，后者用于角度测量。感应同步器的特点是：精度高，工作可靠，抗干扰性强，维护简单，寿命长，可测量长距离位置，成本低，易于批量生产。（2）光栅光栅就是在一块长条形的光学玻璃上均匀地刻划很多条与运动方向垂直的条纹，条纹之间的距离成为栅距。光栅测量装置是一种非接触式测量，利用光路减少了机械误差，具有精度高，响应速度快等特点，因此是数控机床和数显系统常用的检测元件。（3）磁栅磁栅是用电磁的方法计算磁波数目的一种位置检测元件，磁栅测量装置由磁性标尺、读取磁头和检测电路组成。磁栅位置检测电路的特点是：容易制造，检测精度高（能达到每米±3

m），安装使用方便，对环境条件要求较低，若磁性标尺膨胀系数与机床一致，可在一般车间使用。由于磁头与磁栅为有接触的相对运动，因而有磨损，使用寿命受到一定的限制。一般使用寿命可达到5年，涂上保护膜后寿命则可进一步延长。（4）旋转变压器旋转变压器是一种角位移检测元件，由定子和转子组成，分为有刷和无刷两种形式。有刷旋转变压器定子和转子均为两相交流分布绕组。数控机床检测装置主要使用无刷旋转变压器，因为无刷旋转变压器具有可靠性高、寿命长、体积小、不用维修以及输出信号大、抗干扰能力强等优点。（5）脉冲编码器脉冲编码器是把机械转角转化为电脉冲的一种常用角位移传感器。（6）测速发电机测速发电机是速度反馈元件，相当于一台永磁式直流电动机。加工中心简介

加工中心是一种带有刀库和自动换刀装置的数控机床。通过自动换刀，可使工件在一次装夹后，自动连续完成铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻螺纹、切槽等加工，如果加工中心带有自动分度回转台，则还可使工件在一次装夹后自动完成多个平面的多工序加工。

铣刀一、铣刀的类型和应用1、铣刀的类型（1）按用途不同，铣刀可分为圆柱铣刀、面铣刀、盘形铣刀、锯片铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀、角度铣刀、成形铣刀等。（2）按结构不同。铣刀可分为整体式、焊接式、装配式、可转位式。（3）按齿背形式，铣刀可分为尖齿铣刀和铲齿铣刀。2、铣刀的应用（1）圆柱铣刀仅在圆柱表面上有直线或螺旋线切削刃，没有副切削刃。（2）面铣刀主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，端部切削刃为副切削刃。（3）立铣刀一般由3~4个刀齿组成，圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，工作时只能沿刀具的径向进给，而不能沿铣刀轴线方向作进给运动。（4）盘形铣刀包括三面刃铣刀、槽铣刀。三面刃铣刀除圆周具有主切削刃外，两侧面也有副切削刃。槽铣刀仅在圆柱表面上有刀齿，侧面无切削刃。（5）键槽铣刀只有两个刀瓣，圆柱面和端面都有切削刃。（6）角度铣刀有单角铣刀和双角铣刀两种，主要用于铣削沟槽和斜面。（7）成形铣刀用于加工成形表面，其刀齿廓形根据被加工工件的廓形来确定。（8）模具铣刀主要用于加工模具型腔或凸模成形表面。

上述各种铣刀大部分都是尖齿铣刀，只有切削刃廓形复杂的成形铣刀才制成铲齿铣刀。尖齿铣刀的齿背经铣齿而成，后刀面形状简单，铣刀用钝后只需刃磨后刀面。铲齿铣刀的齿背是经铲齿而成，铣刀用钝后只能刃磨前刀面。36一、常用操作钻床除了能钻圆孔之外还能进行各种操作。比较常用的操作、切削刀具和工作装备如下：①钻孔是用一种称为麻花钻的切削工具从金属实体中去除金属并产生孔的操作。②锪锥孔

是把孔的端部扩大成锥度或圆锥形孔的操作。钻床37③铰孔是使用带有几个切削刃的刀具在原先钻孔或镗孔的基础上加工得到精确尺寸、表面粗糙度和圆柱度的操作。④镗孔

是一种使用固定在镗杆上的单刃刀具扩大一个孔的操作。38⑤锪平面是对孔周围凸台表面进行粗糙度和垂直度加工的操作，为有头螺钉或螺母提供一个凸台。镗杆端部装有适合现有孔的导向柱，并且通常安装有双刃刀具。镗杆上的导向柱为刀具提供刚度并保持刀具的轴线与孔同中心。对于锪平面操作，应当安全地夹紧被加工工件并将机床速度设置成钻削速度的四分之一。

39⑥攻丝是使用一种称为丝锥的刀具在孔中加工内螺纹的操作。机加工时要使用机用丝锥或螺尖丝锥并配合攻丝夹具。⑦锪圆柱沉孔是一种在原有孔的顶端扩孔到给定的深度，为有头螺钉或螺母提供一个平的肩台。40二、钻床的主要类型目前有种类繁多的钻