数控机床 第1章

第一章概述返回课件首页2010-2011学年2学期电气自动化08-123456（选修课）课程的特点：实用性、综合性技术范围复盖：(1)机械制造工艺及设备；(2)计算机技术：(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术主讲：任小洪人工智能办公室：实验楼535助教：范焘自动化教研室：实验楼541参考教材：胡占齐杨莉：《机床数控技术》机工出版社王永章：《机床数控技术》高教出版社杨有君：《机床数控技术》机工出版社“数控技术及应用”课程简介第一章概述第一节数控技术的基本概念一、数控与数控机床1.基本概念数字控制（NC，NumericalControl）用数字化信息对控制对象（机床运动及其加工过程）进行控制的一种方法（GB8129-87），亦称数控技术；数控系统：实现数控技术的机电控制设备；数控机床：装备了数控系统的机床。2.发展简史1952年，第一台数控机床在MIT问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了制造自动化的发展。1954年美国BENDIX-COOPERATION第一台工业用数控机床1955年，第一台商业数控机床在美国全国机床展览会上展出。返回课件首页ThefirstsuccessfulN/Cmachine,fundedbytheAirForce,wasdemonstratedbytheMassachusettsInstituteofTechnologyin1952.ItwasaretrofittedCincinnatimillingmachine(Figure1.15).Ithadtheabilitytocoordinatetheaxismotionstomachineacomplexsurface.ThefirstcommercialN/Cmachineswereshownatthe1955NationalMachineToolShow.第一章概述第一代:电子管第二代:晶体管第三代:小规模集成电路（NC）第四代:小型计算机(1970年代)（CNC）第五代:1974年微处理器控制（MNC）→至今使用最多第六代:个人计算机(PC)为平台的数控系统国内：1958年我国开始研制，70年代初发展。逐步成熟。差距：精度、速度、数控系统功能及传感器和机械制造工艺等数控系统:FANUC50%,西门子25%第一章概述各种类型数控机床第一章概述2．用数控机床加工一个零件的过程见图1-1。零件图数控系统机床数控装置伺服系统加工程序用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令，再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分工作。第一章概述基本概念：数控系统（NCsystem）、数控装置NCU计算机数控CNC数控系统:由数控装置和伺服系统两部分组成。计算机数控系统CNC:以计算机为数控装置构成的数控系统成为（ComputerNumericalControl）数控系统的功能：读入载体上的数字信息，经过译码、数据处理、插补运算和位置控制，控制机床运动。第一章概述值得注意：数字信号与模拟信号比较的优点很多数控技术从硬件数控到现在的CNC数控技术远不止用于机床，还可用于其他机械设备，如：机器人、冶金、锻压、轻工、包装、纺织机械等数控技术引起机械制造技术革命性变革第一章概述二、数控机床的特点优点1．能够加工复杂曲面；2．加工精度高、质量稳定；3．适应性强，生产效率高（减少辅助时间）；4．减轻操作者的劳动强度、操作简单；5．有利于生产管理的现代化（工时计算准确）；6.有故障诊断和监控能力；7.对操作者（手工）技术水平要求低。（文化程度高）问题：1．造价较高；2．调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；3．对编程人员的技术水平要求较高。三、本课程的目的：1．选择机床——选；2．使用数控机床——用；3．设计数控机床——做。第一章概述第二节数控机床的组成与分类一、数控机床的组成下图是数控机床的逻辑组成框图。数控机床一般由输入输出设备、数控装置、主轴和进给伺服单元、PLC及其接口电路和机床本体等几部分组成。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。1．输入/输出设备和操作面板2．数控装置3．伺服单元和伺服电机4．可编程逻辑控制器(PLC)及接口电路5．机床本体6．测量装置第一章概述主轴伺服单元数控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备数控机床的逻辑组成第一章概述主轴伺服单元数控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备数控机床物理结构与逻辑结构比较同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上有区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自动换刀装置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成，如图所示。第一章概述滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的装置。滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。第一章概述第一章概述第一章概述右：SIEMENS802D-下：FANUC系列150iM第一章概述德国同步的最新技术SINUMERIK802D将NCK、PLC、HMI集成一体，通过PROFIBUS连接各部件SIMODRIVE611U数字驱动系统。可控制4个进给轴、上个数字或模拟主轴；集成大量CNC功能；提供编程模拟及图形循环支持功能，PC卡备份数据，可实现一次编程批量安装。第一章概述SINUMERIK840D数控系统硬件组成框图SINUMERIK840D数控系统软件结构图SINUMERIK840D第一章概述第一章概述SINUMERIK840D是西门子数控产品的突出代表。于20世纪90年代推出。它保持西门子前两代系统SINUMERIK880和840C的三CPU结构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。三部分在功能上既相互分工，又互为支持。它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。SINUMERIK840D的突出之处在于其不断扩展的特性：1).NC现在包括神经网络，其自学习，自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。2).交互式编程是操作简单但功能强大的编辑工具，它给操作人员极大的自由度使零件设计到工件成形的时间大幅度缩短。3).为便于PLC编程，开发了S7-HiGraph点阵图形辅助编程工具，用于快速、简单的机械运动及时序的逻辑设计。4).全新的AUTOTURN软件使车削工件的编程大幅度简化，加工计划也可简单的通过按键生成。5).在SINUMERIK840D和SIMODRIVE611的基础上，只需最少的硬件和软件投资，即可生成易于使用的仿形数字化系统。第一章概述二、数控机床的分类数控机床的品种齐全，规格繁多。为了研究的方便起见，可以从不同的角度对数控机床进行分类，常见的有以下几种分类方法：第一章概述（一）按控制轨迹的特点分类1.点位控制数控机床（进给过程中不加工）2.直线控制数控机床（进给过程中可以加工）3.轮廓控制数控机床（可以加工非直线轮廓）第一章概述图1-6点位控制（进给过程中不加工）如：数控钻床、数控坐标镗床和数控测量机等第一章概述图1-7直线与轮廓控制（进给过程中可以加工）数控车床、数控铣床、加工中心等第一章概述（二）按伺服系统的类型分类1．开环控制数控机床第一章概述2．闭环控制数控机床第一章概述数字化伺服系统框图第一章概述3．半闭环控制数控机床第一章概述性能类别CPU位数联动轴数分辨率(um)进给速度(m/min)显示高级型3250.124三维动态普及型2630.1~1010~24字符/图形经济型831010字符表1.1数控系统的功能水平分类（三）按功能水平分类1.高级型数控系统2.普及型数控系统3.经济型数控系统第一章概述一、数控技术与数控机床的产生与发展数控技术是机械技术和计算机控制技术的结合的产物，因此计算机技术的每一点进步都在推动数控技术向前发展。1电子管，1952，ParsonsCorp.,MIT,美空军后勤司令部合作，第一台立式铣床(2000个电子管、普通教室般大---数字制造技术开始)；2晶体管、印刷电路，1959，晶体管元件的出现使电子设备的体积大大减小，数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板，K&T开发第一台加工中心MILWAUKEE-MATIC。3小规模集成电路,1965,由于它体积小、功耗低，，使数控系统的可靠性得以进一步提高，这是第三代数控系统（硬件数控）。1967英国最初的FMS.4通用小型计算机,1970，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作为数控装置的数控系统，特征为许多数控功能由软件完成,被人们成为第四代数控系统(CNC)5微处理器，1974，开始出现的以微处理器为核心的数控系统被人们誉为第五代数控系统，近30年来，装备微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛应用。6基于PC（PC-BASED）,1990.基于PC开发式数控系统。第三节数控技术的发展第一章概述二、中国的数控技术与数控机床1958年起步。“六五”、“七五”引进技术、消化吸收；“八五”国产化；“九五”产业化；“十五”高精尖、重大数控装备关键技术、数控系统和关键零部件开发；“十一五”高档数控系统国产化。现达到1500多个品种，年生产能力400001.2000年的统计数据数控机床厂家：100数控系统厂家：50数控机床配套厂家：300年产量：14053台数控机床品种：1300产量数控化率：8%（95年3.6%）2。2003年产量36000台，产值295亿元。3。2003年1－9月，海关统计机床进口297482.6万美元，出口26630.8万美元4。2004年9月，数控机床产量5.2万台，国产数控机床国内占有率27％5.2007年数控机床产量将突破10万台第一章概述7存在问题：（中国机械工业联合会科技部，2005/3）•缺少关键功能部件生产厂家和社会配套体系；•中高档数控系统发展缓慢；•中高档数控机床的技术水平与国外有较大差距。5。重要数控机床生产厂家：北京一机床五坐标数控螺旋桨铣床，加工直径达6米，可加工10万吨级远洋海轮用螺旋桨叶轮面；武汉重型机床厂数控立车，可加工30万KW水轮机，直径达16米，精度0.02mm。常州机床厂五轴联动机床；秦川机床厂六轴五联动全数控螺旋齿锥齿轮切齿机。北京机电院定位精度+-3um立式加工中心；宁江机床厂+-8um卧式加工中心。6国产数控系统有：中国东方数控公司，航天数控，华中等开发的华中Ⅰ、中华Ⅰ、航天Ⅰ和蓝天Ⅰ；上海开通数控技术有限公司KT；北京凯恩帝的KND系列数控系统、广州数控设备厂的GSK系列数控系统。第一章概述三、数控技术的发展趋势1．高速高精度高速：:提高主轴速和提高进给速度（高速滚珠丝杠、直线电动机和计算机快速数据处理等）20-30m/min→100-120m/min。提高切削速度，不但可以提高加工效率减少辅助时间、而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。90年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速15000－100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60~120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削