數(shù)控機床的基本概念

1、第二章 數(shù)控機床的基本概念2.1、數(shù)控機床的定義1、數(shù)控機床的定義n定義：數(shù)控機床（Numerical Control Machine Tools）是采用數(shù)字技術(shù)形式控制的機床。用數(shù)字化的代碼將加工過程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對位移等信息用數(shù)字化的指令表示出來，通過（程序）介質(zhì)送入計算機或數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算及處理，控制機床的刀具與工件的相對運動，加工出所需工件，這類機床即為數(shù)控（NC）機床。2、數(shù)控技術(shù)(NUMERICAL CONTROL） 概念:以數(shù)字化信息實現(xiàn)控制的應(yīng)用技術(shù) 分類：a) 硬件數(shù)控技術(shù)(NC):以硬件作為控制器靠硬件完成運算;功能簡單;存儲量小b) 計

2、算機控制(CNC):以計算機作為控制器靠軟件完成運算;功能強大;存儲量大 數(shù)控系統(tǒng)對機床控制的類別:a) 順序控制（PLC）: 換刀、主軸調(diào)速、冷卻液關(guān)啟、工作臺限位等開關(guān)量的控制；b) 數(shù)字控制: 進給傳動控制，即對刀具、工作臺的運行順序、位移量以及速度實現(xiàn)控制。3、數(shù)控機床的優(yōu)點n傳統(tǒng)機械式自動機床、仿形機床的缺點: 需要輔助工裝a) 自動機床需要制作凸輪、擋塊等輔助裝置b) 仿形機床需要制作標準零件 加工過程是模擬量傳遞 加工精度低 加工零件變更需重新準備輔助裝置n數(shù)控機床優(yōu)點如下：1) 有利于提高加工精度，保證同批零件的一致性；2) 可以提高生產(chǎn)效率，一般可提高加工效率35倍；3）適合

3、于復(fù)雜形狀零件加工（只提高了編程難度，各種工裝大大減少）4) 有利于實現(xiàn)管理和機械加工的自動化。n數(shù)控機床不足之處如下：1) 設(shè)備造價昂貴，機時費用高；2) 工作環(huán)境要求苛刻的工作溫度、濕度、灰塵等；3) 工藝、編程、操作、維修保養(yǎng)人員素質(zhì)要求高2.2、數(shù)控機床的組成1. 數(shù)控機床的主要組成部分1) NC程序(控制介質(zhì)）n NC程序傳入NC機床的途徑: 穿孔紙帶 鍵盤手工輸入 拷貝：CF卡 I/O通訊接口：RS232(com),網(wǎng)卡n包含加工過程中的所有信息，主要有3種： 幾何信息（數(shù)字信息）：確定加工零件的幾何形狀， 如位移、圓心、曲面法矢量等. 輔助功能信息（M）：說明加工條件，如刀具幾何

4、參數(shù)、進給速度和主軸轉(zhuǎn)速、開關(guān)冷卻液、程序結(jié)束等. 準備功能信息（G）：說明插補類型、加工坐標平面、實現(xiàn)刀具半徑補償?shù)?2) 數(shù)控裝置n由輸入裝置、存儲器、控制器、運算器和輸出裝置組成: 輸入裝置：接收外部的輸入程序 存儲器：對輸入程序進行存儲 控制器：控制和協(xié)調(diào)數(shù)控裝置各部分協(xié)調(diào)工作 運算器：接收控制信息，對幾何信息進行插補運算并向輸出裝置發(fā)出進給脈沖 輸出裝置：將脈沖輸出給伺服系統(tǒng)脈沖插補n脈沖當量：n概念：相對于每個脈沖信號，機床移動部件的位移量（包括移動量和轉(zhuǎn)動量）叫做脈沖當量（用來表示）。n單位：mm/脈沖、度/脈沖脈沖當量決定了NC機床的程序計算精度及程序小數(shù)點的位數(shù)和最小值。機床

5、坐標軸運動量=N* N為整數(shù)常用的脈沖當量：0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖0.01度/脈沖、0.005度/脈沖、0.001度/脈沖數(shù)控機床的插補插補概念：在數(shù)控加工時，數(shù)控裝置需要在規(guī)定加工輪廓的起點和終點之間進行中間點的坐標計算，然后按計算結(jié)果向各坐標軸插補類型: 直線(一次); 圓弧(二次)；空間樣條曲線(三次) （Page 80）數(shù)控裝置工作流程數(shù)控裝置工作流程（新）數(shù)控裝置數(shù)控系統(tǒng)不同的數(shù)控機床研制機構(gòu), 生產(chǎn)了不同的數(shù)控系統(tǒng),即機床的同一運動,由于其數(shù)控系統(tǒng)的不同,其程序控制代碼不同。世界上比較著名的數(shù)控系統(tǒng)有:日本- FANUC 系列數(shù)控系統(tǒng)德國-

6、SIEMENS 系列數(shù)控系統(tǒng)HEIDENHAIN 系列數(shù)控系統(tǒng)荷蘭- PHILPIS CNC532 數(shù)控系統(tǒng)等現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢: 統(tǒng)一、簡捷、可讀性強3) 伺服系統(tǒng)(數(shù)控機床運動的驅(qū)動裝置)伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機床本體間的傳動聯(lián)系環(huán)節(jié)，可以將來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換為機床移動部件的運動，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴格的相對運動，最后加工出符合圖紙的零件。構(gòu)成: 驅(qū)動裝置、伺服電動機、傳動絲杠等工作過程：4) 機床本體n特點：指的是數(shù)控機床的機械構(gòu)造實體。它與普通機床的差別，主要是機械傳動的結(jié)構(gòu)和功能部件要求更高n組成：床身、導(dǎo)軌、運動部件、工作臺、刀庫、排屑器5) 檢測裝置n在機床

7、的坐標軸中安裝有光柵尺等來實時監(jiān)測運動部分的位移量,并與理論值比較,以確定需補充的運動脈沖量。2 數(shù)控機床加工過程流程2.3、數(shù)控機床的分類1. 按工藝用途劃分n一般數(shù)控機床n數(shù)控銑床類別: 立銑、臥銑、龍門銑等用途: 二維輪廓、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、復(fù)雜型面等，可用于孔加工工作特點：切削時刀具運動方向不受方向限制n數(shù)控車床用途：用于加工回轉(zhuǎn)類零件，有臥車和立車工作特點：刀具不旋轉(zhuǎn)，零件旋轉(zhuǎn)刀具只做軸向與徑向移動n數(shù)控鏜床用途：用于加工精度較高的孔(G76)工作特點：工作時鏜刀只能沿機床主軸方向運動精度等級：0.01mm以內(nèi)n數(shù)控鉆床用途：機械孔及電子線路孔加工(G81)工作特點：刀具旋轉(zhuǎn),鉆孔時鉆頭只做

8、軸向進給效率極高：300-400孔分，孔徑：Min可達0.1mmn數(shù)控沖床用途：用于鈑金件的孔與形狀加工工作特點：工作時，沖頭不旋轉(zhuǎn)，只做軸向進給效率極高：300-500孔分n數(shù)控磨床用途：用于配合面的加工，表面質(zhì)量精度高工作特點：磨頭高速旋轉(zhuǎn),可做三個方向的運動加工二維型面、孔、較小的三維曲面，精度高,粗糙度小精度等級：0.005-0.001mm以內(nèi)思考：孔的加工方法有哪些？n沖，線切割，鉆，（電火花），銑，鉸，車，鏜，磨n按照精度等級從低到高 n數(shù)控加工中心帶有刀庫及自動換刀裝置的數(shù)控機床，習慣上稱為加工中心Machining Center,可使多道工序在一次裝夾中完成，使加工精度和效率大

9、大提高。n加工中心的優(yōu)點：1. 鉆，銑，鏜都可以做，可以減少機床數(shù)量，便于管理，對于多工序的零件只要一臺機床就能完成全部工序加工，并可以減少半成品的庫存率；2. 可以減少多次裝夾的定位誤差，提高零件加工精度；3. 由于工序集中，減少了輔助時間，提高了生產(chǎn)率；4. 對需要5軸加工的零件，一次裝夾，大大減少了專用工夾量具的數(shù)量，進一步縮短了生產(chǎn)準備時間，降低了成本。2.按運動軌跡劃分 點位控制（Position Control）數(shù)控機床：特點：只控制起點和終點的精確位置，與中間過程無關(guān)包括： 數(shù)控鉆、數(shù)控鏜、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機共性：中間過程屬“非切削段”不可能走一個曲線路徑,中間過程不受控制，走

10、直線 點位直線控制數(shù)控機床Position andStraight Cut control：特點：這類機床不僅能保證刀具在相關(guān)點的定位，還要控制刀具沿某一個坐標軸方向作直線運動的速度和路線。它是點位控制和單坐標控制的結(jié)合，可有多個坐標但不能聯(lián)動，起終點之間屬“切削段”該類設(shè)備有：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床等加工零件類型：帶臺階的圓柱零件、方形零件 輪廓控制數(shù)控機床Contour Control：聯(lián)動：實現(xiàn)兩個或兩個以上坐標做關(guān)聯(lián)運動控制內(nèi)容：程序規(guī)定的軌跡、速度該類設(shè)備有：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床和電加工機床（線切割機床）等。加工零件類型：可加工曲線、曲面類零件3.按伺服系統(tǒng)控制方式劃分開環(huán)系

11、統(tǒng)：無反饋,精度低,中小型設(shè)備,成本低閉環(huán)系統(tǒng)：有反饋,精度高,精密、大型設(shè)備,成本高半閉環(huán)系統(tǒng)：有部分反饋,精度較高,中小型設(shè)備,成本適中n補償沒根上機床怎么處理？減速n哪種機床穩(wěn)定性好？開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性最好。差多少就是差多少，不易受外界因素干擾。軟件系統(tǒng)也是一樣，大的軟件系統(tǒng)，漏洞多例如windows，原來的dos系統(tǒng)要穩(wěn)定的多，不容易死機。n三種機床的選用？三種機床的作用，根據(jù)被加工零件的精度來選擇采用何種機床。作用，體現(xiàn)在零件的加工精度上。4. 按同時控制的坐標軸劃分：坐標軸約定坐標軸及轉(zhuǎn)角是如何規(guī)定的?兩坐標、三坐標、四坐標、五坐標NC機床1 ）兩坐標NC機床：類型：線切割、二坐標銑（

12、二軸半）用途：可加工二維輪廓零件。2 ）三坐標聯(lián)動的NC機床:可實現(xiàn)X 、Y 、Z 三個坐標聯(lián)動用途：可用于加工曲面類零件3) 四坐標聯(lián)動:除、外還可和另一旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動用途：適合于加工各種曲面、四軸直紋面葉輪、螺旋類零件和平面內(nèi)斜孔的殼體類零件。類別：按旋轉(zhuǎn)軸劃分：、與三坐標機床相比它的加工范圍、精度都得到了提高。4) 五坐標聯(lián)動:除、外還可和兩個旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)聯(lián)動（、）結(jié)構(gòu)：兩個旋轉(zhuǎn)坐標都在主軸上；兩個旋轉(zhuǎn)坐標都在工作臺上；一個旋轉(zhuǎn)坐標在主軸上，另一個在工作臺上常見形式：有搖籃式、立式、臥式、NC工作臺+NC分度頭、NC工作臺+90°B軸、NC工作臺+45°B軸、NC工作臺

13、。用途：理論上可實現(xiàn)空間在不干涉情況下任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的加工，如加工曲面變斜角、各種葉輪、閉式葉盤、帶有空間斜孔的復(fù)雜殼體類零件2.4、數(shù)控加工中的幾個基本概念1. 機床的切削運動概念： 刀具相對工件運動，并進行切削的過程。切削運動是相對運動，一般視工件為靜止，而刀具運動。切削運動的構(gòu)成：刀具的整體移動：平移 擺動刀具自身的旋轉(zhuǎn)運動2. 數(shù)控編程方法數(shù)控編程可以分為手工編程和自動編程兩種n手工編程：n是指編制零件數(shù)控加工程序的各個步驟，即從零件圖紙分析、工藝處理、確定加工路線和工藝參數(shù)、計算數(shù)控機床所需輸入的數(shù)據(jù)、編寫零件的數(shù)控加工程序單直至程序的檢驗，均由人工來完成。n自動編程n通過計算機來實現(xiàn)零件的數(shù)控編程工作，即把零件的幾何尺寸和數(shù)據(jù)輸入計算機，根據(jù)計算機建立的零件數(shù)學(xué)模型來計算刀具加工軌跡，生成數(shù)控加工程序的過程， 主要有APT語言編程和圖形編程。2.5、數(shù)控機床的特點與發(fā)展趨勢1. 現(xiàn)代數(shù)控機床的特點1)具有較大柔性2)能獲得較高的加工精度3)便于加工復(fù)雜形狀的零件4)機床的使用、維護技術(shù)要求高2. 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢更高的速度和精度更高的可靠性更完善的功能2.6、高速銑削技術(shù)1.高速切削的定義2