数控机床结构及应用PPT课件

1、本章的要点是：第1章绪论，第1章绪论Introduction，数控机床的结构和应用，1.1.1技术发展的原因，客观原因：二战所表现出的对武器装备的要求是更优秀的计算机技术的诞生和发展工作母机技术的发展和成熟等。 主观原因：要求减轻劳动者的劳动强度不断提高劳动效率的工厂自动化要求等。 1.1.2数字控制系统发展史，硬线数控阶段(195252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525252525222220000000000 计算机的数控阶段(1970年现在)1)从1970年开始的第四代数值操纵系统，主要特征是采用基于小型计算

2、机的中小型IC集成电路的数值操纵系统。 2 )始于2) 1974年的第五代数值操纵系统，其主要特征是基于微处理器，具有数字显示、故障自诊断功能的数值操纵系统。 3 )从3)1990年开始的第六代数值操纵系统，其特征是基于PC的数值操纵系统。 1.1.3数控的定义、数控技术是自动控制技术，是用数字信号控制受控对象的一种方法。 数控机床是为满足单体、小批量、多品种、自动生产需求而研制的灵活、可适应通用产品频繁变化的自动工作母机，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定、生产效率高的优点。 1.1.4工作母机优点、适应力强、适应多品种、单品小零配件加工的加工精度高的工序集中，能够大幅度减轻工人体力劳动

3、的生产准备周期短，具有高加工生产率和低加工成本的能够加工复杂方面的技术含量高，实现机械加工的现代化管理第1章绪论Introduction，数控机床结构和应用，由1.2.1工作母机技术构成，NC技术由工作母机技术、NC系统技术和外围技术等构成。 包括工作母机技术、基础零配件和辅助零配件等数控系统技术、包括操纵系统、驱动系统和测量及反馈系统等外围技术有工具系统、编程技术、管理技术等。 地图1.1、数控机床主要由控制介质、NC装置、伺服装置、辅助控制装置、检测装置和工作母机主体构成。 如图所示。控制媒体、数控装置、伺服驱动系统、辅助控制装置、检查装置、工作母机本体、主轴箱、控制柜、主轴、床、工作台、

4、冷却液箱、1.3.1数控工作母机的构成、栏、控制媒体是把零配件加工信息传递给数控装置的柱载架。 根据NC设备的类型，通常使用的是磁盘、移动硬盘、闪存(u )等等(参见附图)。 1 .控制媒体，1.2.2工作母机的结构构成，几何信息：确定加工零配件的几何形状，如位移、圆心、曲面法矢量等，辅助功能信息：说明加工条件，如手工工具几何残奥表、进给率和主轴转速、冷却液的开闭、程序结束等，准备功能信息：插值类型，加工坐标平面， 用于说明手工工具半径补偿等并将数控编程传递至数控机床的根：由牛鼻子板用手敲打，将纸录音带穿过孔，复制后的I/O通讯接口、1.2.2工作母机结构构成，NC设备是数控机床的核心。 由输

5、入装置、控制支重轮、运算器、输出装置构成。 图为某数控车床的数控装置。 由牛鼻子板等输入装置、控制运算器的装置、显视器等输出装置构成。2、数控装置、输入装置：接收外部的输入计程仪程序并进行存储，控制支重轮：控制数控装置各部分的协调动作并进行协调，运算器：接收控制信息，对集合信息进行插值运算后向输出装置发出发射脉冲，输出装置：将脉冲输出给伺服系统，3 .伺服驱动系统，1.2.2数控工作母机的构成， 构成：驱动装置、伺服电机、进给丝杠等的工作过程： (弱电)脉冲信号伺服单元的放大器电机运行台，主轴移动丝杠旋转，伺服系统通过NC装置和工作母机主体之间的传递网络链接，将来自NC装置的脉冲信号转换成工作

6、母机移动零配件的运动，精确定位台辅助控制装置是介于NC装置和工作母机机械、油压零配件间的强电控制装置。 可编程控制器(PLC )由于具有响应快、性能可靠、使用方便、预计程仪编程和计程仪程序修改方便、可直接驱动工作母机电等特点，目前已被广泛用作数控机床的辅助控制装置。 某可编程控制器的外观图如图所示。 4、辅助控制装置、辅助控制装置、1.2.2工作母机的结构、检测种子文件背装置检测数控机床各坐标轴的实际位移量、速度残奥计，将其转换为电信号，并种子文件到工作母机的NC装置。 检测装置的检测元件有多种，常用的有直线光栅、光电编码器、圆光栅、绝对查询密码标尺等。 5、检测装置、1.2.2工作母机的结构

7、构成、工作母机主体是数控机床主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括主运动零配件、进给运动执行零配件(如工作台、滑板及其传动零配件)和床、立柱、支承零配件等。 6、工作母机主体、数控机床加工零配件的作业过程如图所示。 加工步骤如下： (1)根据被加工零配件的样式和工艺计划，以规定的查询密码和分段形式制作加工计程仪程序。 (2)将编制的加工程序计程仪指令输入工作母机的数控装置。 (3)数控装置在处理完程序(查询密码)之后，向工作母机的各坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置输出控制信号。 (4)伺服驱动系统根据执行信号被接收到的指令，驱动工作母机的各个运动零配件，并控制必要的辅助动作。 (5)工作

8、母机自动加工合格的零配件。 1.2.3工作母机的工作过程，第1章绪论Introduction，数控机床的结构与应用，金属切削类数控机床主要有数控车床、数控成形铣刀机床、数控磨床、数控钻床、数控钻床、数控齿轮加工机床与数控加工中心等。 数控车床数控成形铣刀机床，1.3.1按工艺用途分类，金属成形类数控机床的金属成形类数控机床是指采用挤压、打孔机、拉深等成形技术的数控机床。 常用的有数控冲床、数控弯管机、数控弯管机、数控旋压机等。 (3)数控特种工艺工作母机特种工艺类数控机床主要有数控电火花加工工作母机、数控电火花加工工作母机在图、数控激光切割机床等。 (4)测量、绘图测量、绘图数控机床主要有三坐

9、标量测仪器、数控对刀仪、数控绘图仪等。1.3.1工艺用途分类和1 )定位控制数控机床：特点：只控制起点和终点的准确位置，中间工艺包括NC钻头、NC镗削、NC冲床和NC测量机，通用：中间工艺1.3.2不同运动方式的分类、加工零配件类型：带步进的圆柱零配件、矩形零配件、点控制与单坐标控制的结合，有多个坐标，但不能联动，起点与终点之间是“切削段”。 这样的工作母机不仅确保了手工工具在关联点上的定位，而且还控制了手工工具沿某个坐标轴方向直线运动的速度和路径。此类设备有：简易数控车床、数控成形铣刀机床等，2 )点直线控制数控机床：1.3.2按运动方式分类，两个以上坐标实现关联运动，即联动，3 )轮廓控制

10、数控机床：控制内容：程序规定的轨迹、速度，此类设备有：数控车床，数控成形铣刀加工零配件类型：可加工曲线，曲面类零件，按1.3.2运动方式分类，(1)开环系统系统，工作母机伺服系统上没有位置检测元件，伺服驱动元件一般采用步进大头针电动机。 精度依赖于步进电动机的步进精度和机械传动的精度，其线路简单、易于调节、精度低，通常用于小型或经济的数控工作母机。脉冲指令、1.3.3按控制方式分类，(2)闭环操纵系统、闭环操纵系统具有位置检测元件，随时检测表的实际位移，种子文件回数控装置，与设定值进行比较。 常使用直流或交流伺服电机，位置检测元件多为线性光栅、磁栅、同步传感器等。 闭环控制加工精度高，速度快，

11、但维护困难，成本高，系统稳定性差。位置探测器、1.3.3按照控制方式进行分类，(3)半闭环操纵系统、位置检测元件安装在伺服电动机的轴上或滚珠丝杠的端部，不是直接种子文件、反馈工作母机的位移量，而是检测伺服驱动系统的旋转角。 精度比闭环系统低，但结构简单、成本低不受机械传动装置的影响，调整方便，广泛应用于中精度以上的连续控制工作母机。1.3.3按控制方式分类，2坐标，3坐标，4坐标，5坐标数控机床，) 2坐标数控机床：类型：电火花线切割加工，2坐标铣削(2轴半)用途：可加工2维轮廓零配件。三轴联动的数控机床3360能够实现x、y、z三个坐标联动的应用：能够加工曲面类部件，按照1.3.4联动轴数进

12、行分类，四坐标联动3360能够与、以及其他旋转轴联动，应用：各种曲面，四轴直纹面叶轮，螺旋类部件分类：按旋转轴分为：和，与三次元工作母机相比，加工范围、精度提高了。 按1.3.4联动轴数分类，用途：理论上在空间不干扰作用的情况下可实现复杂的结构零配件加工，如加工曲面呈斜角，各种叶轮、闭式叶轮、空间呈斜角的复杂壳体类零配件，4)5坐标联动：再加上与2个旋转轴联动(4) 结构：两个旋转坐标在主轴上，两个旋转坐标都在工作台上，一个在主轴上，另一个在工作台上，1.3.4按联动轴数分类，1.3.5按功能级别分类，(1)经济数控机床的很多经济数控机床采用开环系统系统(2)中速数控车床，中速数控机床多指采用

13、半闭环操纵系统的数控机床，一般具有单色显示CRT、高速计程仪存储和编辑功能，可以进行刀尖圆弧半径补偿、固定循环、螺纹切削等功能。 (3)多功能型数控机床等数控机床功能完备，价格高。 加工复杂零配件的大中型工作母机和柔性制造系统以及计算机集成制造系统所使用的数控机床一般是多功能型的。 这是指较高水平的数控车床，这种工作母机一般具有刀尖圆弧半径自动补偿、定线速度切削、倒角、固定循环、螺纹切削、格拉夫快速显示、用户宏命令计程仪等功能。第1章绪论Introduction，数控机床的结构和应用，第1章绪论，1.4数控机床的坐标系，第1章绪论，1 .考虑到手工工具相对于静止工件的运动原则，即工作母机的坐标

14、系，被加工工件的坐标系可以视为相对静止，其目的是程序设计师能够根据零配件模式确定工作母机的加工过程1.4数控机床坐标系，第一章绪论，2 .标准坐标系的规定直线进给运动或圆周进给运动定义为坐标轴。标准坐标系是用x、y、z表示的直线进给运动的正交坐标系，用右手定则进行判定。 大拇哥指的是x轴正方向，食指指的是y轴正方向，中指指的是z轴正方向。 坐标系的各坐标轴与工作母机的主要导轨平行。 以x、y、z轴为中心旋转的坐标轴分别用a、b、c表示，根据右手定则，大拇哥指的是x、y、z方向，其他四根手指的旋转方向分别是a、b、c方向。 1.4数控机床的坐标系，3 .运动零配件的方向规定了有工作母机的运动零配

15、件的正方向，规定了增大手工工具和工件距离的方向，相对于钻头、镗削加工，工件的打入方向是负方向。 4 .标准坐标系的原点标准坐标系的原点位置是任意的，a、b、c的旋转运动也是任意的。1.4数控机床坐标系，第一章绪论，标准坐标系确定过程首先确定z轴，然后确定x轴和y轴。 (1)Z坐标轴的确定： z轴的方向由传递切削力的主轴确定，与主轴的轴线平行的坐标轴为z轴。 (2)X坐标轴的确定：一般与工件的夹头面平行，与z轴垂直。 在工件旋转的工作母机中，x轴的方向是工件的半径方向，平行于横向导轨，手工工具离开工件的方向是正方向。 如果在手工工具旋转的工作母机中z轴垂直，从主轴向列看，x的正方向为右z轴水平，

16、则从主轴向工件看时，x的正方向为右。在手工工具和工件不旋转的工作母机中，x轴与主切削方向平行，切削运动方向为正。 (3)Y坐标轴的确定：与x、z坐标轴垂直，运动的正方向可以用右手正交坐标系判断。 (4)旋转运动：围绕坐标轴旋转的运动a、b、c，它们的正方向用右手的螺旋法则判定。1.4数控机床坐标系，第一章绪论，5 .追加坐标x、y、z轴称为第一坐标有平行于这些个轴的第二直线运动时称为第二坐标系，对应的名称有u、v、w轴第三直线运动时，对应的名称称为p、q、r轴或第三坐标系。 在有与x、y、z轴不平行的直线运动的情况下，可以使用容易的原则决定u、v、w和p、q、r轴。 在相同方向的直线运动轴有2个以上的情况下，可以按照接近第1坐标轴的顺序决定u、v、w、p、q、r轴。 对于旋转轴，除了a、b、c以外，可以根