1数控机床概述

2019年8月15日8时13分1第一章数控机床概述内容提要：本章主要介绍数控技术、数控机床的基本概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床的应用范围及发展动向。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分2第一章数控机床概述产生背景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。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分3第一章数控机床概述这些设备的使用大大地提高了机械加工自动化地程度，提高了劳动生产率，促进了制造业地发展。但它也存在固有的缺点：初始投资大；准备周期长；柔性差。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分4第一章数控机床概述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。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分5第一章数控机床概述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。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分6第一章数控机床概述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”2019年8月15日8时13分7第一章数控机床概述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：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。1974年：系统以位片微处理器为核心，有字符显示，自诊断功能。2019年8月15日8时13分8第一章数控机床概述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。它是数控技术发展的又一个里程碑。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分9第一节数控技术与数控机床自从20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化。现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM，FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在数控技术之上；第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分10第一节数控技术与数控机床数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国家的战略技术：基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业；专家们预言:二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分11数控技术定义数字控制与数控技术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。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分12数控机床与数控系统数控机床（NumericalControlMachineTools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。它数控技术典型应用的例子。数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。计算机数控系统（ComputerNumericalControlCNC）以计算机为核心的数控系统。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分13机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备数控系统与数控机床的组成第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分14第一节数控技术与数控机床操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器；。它是数控机床特有部件。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分152019年8月15日8时13分16控制介质与输入输出设备程序的存储介质是记录零件加工程序的媒介，如：纸带（八单位标准穿孔纸带）、磁带或磁盘。输入、输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分17第一节数控技术与数控机床通讯现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：串行通讯（RS-232等串口）、自动控制专用接口和规范(DNC方式，MAP协议等)网络技术（internet，LAN等）。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分18第一节数控技术与数控机床CNC装置(CNC单元)组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分19第一节数控技术与数控机床伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机测量装置位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分20计算机数控系统机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备2019年8月15日8时13分21第一节数控技术与数控机床PLC、机床I/O电路和装置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；功能：接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分22电控柜内部结构西门子接触器低压断路器步进电机驱动单元空气开关开门断电开关继电器2019年8月15日8时13分23电控柜内部结构开门断电开关NC板空气开关步进驱动单元西门子接触器低压断路器继电器2019年8月15日8时13分24计算机数控系统机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备2019年8月15日8时13分25第一节数控技术与数控机床机床本体机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分26计算机数控系统机床I/O电路和装置测量装置主轴驱动装置进给驱动装置主轴伺服单元进给伺服单元计算机数控装置操作面板PLC计算机数控系统机床辅助控制机构进给传动机构主运动机构键盘输入输出设备2019年8月15日8时13分27第二节数控机床的分类数控机床的种类很多，从不同角度对其进行考查，就有不同的分类方法，通常有以下几种不同的分类方法：第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分28第二节数控机床的分类按工艺用途分类切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床、FMC等。成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。其它类型：数控装配机、数控测量机、机器人等。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分29铣床2019年8月15日8时13分30数控车床2019年8月15日8时13分31数控车床2019年8月15日8时13分32数控加工中心2019年8月15日8时13分33锥度电火花线切割机床2019年8月15日8时13分34第二节数控机床的分类按控制功能分类点位控制数控系统仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分35第二节数控机床的分类直线控制数控机床除点到点的准确位置之外，还要保证两点之间移动的轨迹是直线，而且对移动的速度也要进行控制，以便适应随工艺因素变化的不同需要。简易数控车床、数控镗铣床，一般有23个可控坐标轴，但同时控制的坐标轴只有一个。2019年8月15日8时13分36第二节数控机床的分类图1-4直线控制的加工原理图2019年8月15日8时13分37第二节数控机床的分类轮廓控制数控系统轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分38第二节数控机床的分类图1-52轴控制，同时控制两个坐标2019年8月15日8时13分39第二节数控机床的分类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。第一章数控机床概述2019年8月15日8时13分403轴联动，(3轴控制)4轴控制图1-6多轴联动数控加工的原理图5轴联动加工5轴联动加工2019年8月15日8时13分41第二节数控机床的分类按进给伺服系统的类型分类按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为