数控机床结构

Ⅰ、课程教学大纲说明一、课程性质、目的和任务1、课程性质《数控机床》作为数控技术专业的专业必修课，对于培养该专业学生掌握数控技术的核心技术有极其重要的作用。Ⅰ、课程教学大纲说明以数控机床的机械结构为基础，以数控车床、数控铣床、加工中心、电加工机床为典型数控机床，对其结构、使用方法等进行学习，同时对数控机床的电气部分、日常维护、调试验收等内容也进行学习，为全面掌握数控机床打下良好的基础。Ⅰ、课程教学大纲说明2、目的和任务培养学生五种基本能力和多种分析、思维能力和工程文化素质。五种基本能力：对数控机床进行结构分析的能力、对各种典型数控机床进行性能评价的能力、合理选择数控机床的能力、进行数控机床操作的基本能力、对数控机床进行安装调试和日常维护的能力。Ⅰ、课程教学大纲说明多种分析思维能力:对数控机床进行分类和评价的能力、对数控机床各种结构布局进行分析和评价的能力、对机床进行选择和与工件加工进行匹配的能力等。Ⅰ、课程教学大纲说明Ⅰ、课程教学大纲说明工程文化素质：认真负责、严谨细致的工作态度和工作作风。Ⅰ、课程教学大纲说明使学生达到既具有工程基础又有较高的工程文化素质，既有丰富的数控机床基础知识、基本理论，又有较强的分析思维能力，能够合理地选择、评价数控机床。为今后在工作中进行数控机床的选用、调试、操作、日常维护和一般故障的检修打下坚实基础。Ⅰ、课程教学大纲说明二、与相关课程的衔接、配合、分工本课程是数控技术专业的必修专业课，学生在学习本课程前必须掌握机械制图、机械制造基础、机械设计基础等知识。与本科课程紧密相关的课程是《数控编程技术》、《数控加工工艺》2门核心课程。Ⅰ、课程教学大纲说明三、课程教学要求的层次1.了解：要求对有关教学内容有一般的了解。2.掌握：要求掌握有关内容的基本概念、基本理论、基本方法，并能在掌握的基础上对相关问题进行分析和判断，得出正确结论。Ⅰ、课程教学大纲说明3.熟练掌握：对于今后实际工作中需要应用的重要内容，要求熟练掌握。这些内容，不仅要深入理解，还能够应用所学的知识解决实际工程问题。Ⅰ、课程教学大纲说明四、各章学时分配Ⅱ、各章讲述要点第一章数控机床简介一、目的与要求使学生掌握数控机床的基本概念、组成、分类、发展历程和方向。初步了解数控机床的基本工作原理和数控机床的适用范围。二、教学内容1．数控机床的基本概念2．数控机床的基本工作原理3．数控机床的基本组成4．数控机床的分类5．数控加工的特点6．数控机床的适用范围7.数控机床的发展历程和方向三、重点与难点重点是数控机床的基本概念、组成、分类。1、基本概念数字控制（NumericalControl，NC）简称数控，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种技术方法。数控机床（NumericalControlMachine）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。四、考核点2、数控机床的基本组成反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测3、数控机床的分类（1）按数控机床伺服系统分类开环数控系统全闭环数控系统半闭环数控系统（2）按数控机床运动轨迹分类点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床知识点：可控轴数和联动轴数通常一台数控机床的联动轴数一般会小于或等于可控轴数。4、数控机床特点及应用范围特点：高精度、高效率、高速度、高刚性、高柔性、高自动化数控机床是为了解决单件、小批量、精度高、形状复杂的零件加工的自动化要求而产生的。5、数控机床的发展历程和发展方向突破传统机床结构的最新一代的数控机床：并联机床（虚轴机床）。发展方向：（1）高速度与高精度化（2）多功能化（3）智能化（4）高的可靠性第一讲数控机床简介数字控制（NumericalControl，NC）简称数控，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种技术方法。数控机床（NumericalControlMachine）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。1、数控机床的基本概念数控系统（NumericalControlSystem）一种自动输入载体上事先给定的数字量（零件加工程序），并将其译码，再进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作和加工零件的控制系统。最初的数控系统是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控系统。随着微型计算机的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统。利用数控机床完成零件数控加工的过程：程序输送到NC机床向MCU输入零件的加工程序机床控制单元（MCU）显示刀具路径NC机床加工零件编写零件的加工程序零件工艺分析确定零件的加工要素换刀装置⑴根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据；程序输送到NC机床向MCU输入零件的加工程序机床控制单元（MCU）显示刀具路径NC机床加工零件编写零件的加工程序零件工艺分析确定零件的加工要素换刀装置⑵用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；或用自动编程软件进CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件；程序输送到NC机床向MCU输入零件的加工程序机床控制单元（MCU）显示刀具路径NC机床加工零件编写零件的加工程序零件工艺分析确定零件的加工要素换刀装置⑶程序的输入或输出：手工编写的程序通过数控机床的操作面板输入：软件生成的程序通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元；程序输送到NC机床向MCU输入零件的加工程序机床控制单元（MCU）显示刀具路径NC机床加工零件编写零件的加工程序零件工艺分析确定零件的加工要素换刀装置⑷将输入到数控单元的加工程序，进行试运行、刀具路径模拟等；程序输送到NC机床向MCU输入零件的加工程序机床控制单元（MCU）显示刀具路径NC机床加工零件编写零件的加工程序零件工艺分析确定零件的加工要素换刀装置⑸通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工；2、数控机床的基本组成反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测1、控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。穿孔纸带、磁盘、磁带等。反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测2、数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各种输入/输出接口等组成。反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测3、伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电动机、伺服驱动控制器组成。反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测4、反馈装置主要包括光电脉冲编码器、光栅位移传感器、直线感应同步器等装置。反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测5、辅助装置主要包括自动换刀装置、自动交换工作台机构、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。反馈装置伺服系统辅助装置控制介质机床数控系统位置检测速度检测6、机床本体机械结构实体。整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大变化。（1）按工艺用途分类金属切削类数控机床3、数控机床的分类数控车床数控铣床加工中心数控磨床（1）按工艺用途分类金属切削类数控机床金属成型类数控机床3、数控机床的分类数控弯管机数控旋压机数控折弯机数控压力机（1）按工艺用途分类金属切削类数控机床金属成型类数控机床数控特种加工机床3、数控机床的分类数控激光切割机床数控电火花成型机床数控线切割机床数控等离子-火焰切割机床（1）按工艺用途分类金属切削类数控机床金属成型类数控机床数控特种加工机床其它类型的数控机床3、数控机床的分类三坐标测量仪数控绘图仪数控对刀仪（2）按数控机床伺服系统分类开环控制数控机床全闭环控制数控机床半闭环控制数控机床混合控制数控机床3、数控机床的分类（3）按数控机床运动轨迹分类点位控制数控机床应用：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。直线控制数控机床应用：简易的数控车床、数控铣床等。轮廓控制数控机床应用：两轴以上联动的数控机床、加工中心均采用轮廓控制。3、数控机床的分类可控轴数：是指机床数控装置能够控制的坐标数目，即数控机床有几个运动方向采用了数字控制。联动轴数：是指机床数控装置控制各坐标轴协调动作的坐标轴数目。3、数控机床的分类通常一台数控机床的联动轴数一般会小于或等于可控轴数。根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面几种形式：二轴联动、二轴半联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动等。3、数控机床的分类两轴联动加工两轴半联动的曲面加工三轴联动的曲面加工四轴联动的数控机床五轴联动的加工中心（4）按数控机床功能水平分类分为高级型、普通型和经济型数控机床。3、数控机床的分类4、数控机床的特点及应用范围数控机床的特点：高精度、高效率、高速度、高刚性、高柔性、高自动化。对零件的适应性强、灵活性好；加工精度高、质量稳定；生产效率高，经济效益明显；有利于生产管理的现代化；改善工人的劳动条件，减轻工人劳动强度。数控机床是为了解决单件、小批量、精度高、形状复杂的零件加工的自动化要求而产生的。数控机床的应用范围：4、数控机床的特点及应用范围单件、多品种、小批量的生产零件形状复杂，加工精度较高的零件需进行多种工序集中加工的零件价格昂贵、不允许报废的零件需要频繁改型的零件新产品的试制零件需要最少生产周期的急需件4、数控机床的特点及应用范围5、数控机床的发展历程第一台数控机床（1952年）第一台数控机床是由美国麻省理工学院和Parsons公司合作于1952年研制成功的。我国从1958年由北京机床研究所和清华等单位首先研制数控机床。我国第一台数控机床（1958）5、数控机床的发展历程世代诞生年代数控系统的构成方式第一代1952年采用电子管元件第二代1959年采用晶体管电路第三代1965年采用小、中规模集成电路第四代1970年内装小型计算机第五代1974年微型电子计算机第六代90年代开放式体系结构5、数控机床的发展历程突破传统机床结构的最新一代的数控机床：并联机床（虚轴机床）。并联机床5、数控机床的发展历程（1）高速度与高精度化6、数控机床的发展方向（1）高速度与高精度化数控系统采用位数、频率更高的微处理器，或者多个CPU，以提高系统的基本运算速度；6、数控机床的发展方向（1）高速度与高精度化全数字交流伺服系统直线电机6、数控机床的发展方向（1）高速度与高精度化机床静、动摩擦的非线性补偿控制技术；高速大功率电主轴的应用；电主轴6、数控机床的发展方向（1）高速度与高精度化采用高性能和可靠的新型功能部件电滚珠丝杆；电滚珠丝杆6、数控机床的发展方向（2）多功能化一机多能第一主轴第二主轴铣削动力头多轴复合加工数控机床6、数控机床的发展方向（2）多功能化前后台功能通讯功能6、数控机床的发展方向（2）多功能化前后台功能通讯功能6、数控机床的发展方向（3）智能化引进自适应控制技术采用故障自诊断、自修复功能刀具寿命自动检测和自动换刀功能引进模式识别技术6、数控机床的发展方向（4）高的可靠性提高系统硬件质量。采用硬件结构模块化、标准化、通用化方式。增强故障自诊断、自恢复和保护功能。6、数控机床的发展方向第二章数控机床的机械结构一、目的与要求对数控机床的主要部件及其功能加以阐述，使学习者进一步了解数控机床的机械结构，为后续学习各种典型数控机床打好基础。使学生掌握数控机床机械结构的组成和特点。对数控机床的主传动系统、进给传动系统、导轨、工作台、位置检测装置、自动换刀装置、辅助装置等重要组成部分有一定的认识。二、教学内容1．数控机床机械结构组成及特点2．数控机床的主传动系统3．数控机床进给传动系统4．数控机床的导轨5．数控机床的工作台6．数控机床的位置检测装置7．数控机床的自动换刀装置8．数控机床的辅助装置三、重点与难点重点是数控机床机械结构组成及特点，主传动系统、进给传动系统的组成、特点、作用。难点是主要部件的工作原