數(shù)控技術(基本知識)

1、1 第第1章章 緒緒 論論 數(shù)控技術是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集數(shù)控技術是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產的基礎；數(shù)控技術的應用是提高制造業(yè)成化生產的基礎；數(shù)控技術的應用是提高制造業(yè)的產品質量和勞動生產率必不可少的重要手段。的產品質量和勞動生產率必不可少的重要手段。我國制造業(yè)數(shù)控化率年增長率達我國制造業(yè)數(shù)控化率年增長率達6%，據預測到，據預測到2020年，制造業(yè)數(shù)控化率將達到年，制造業(yè)數(shù)控化率將達到60%。 1-1 數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的基本概念數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的基本概念 一、定義一、定義 1. 數(shù)字控制數(shù)字控制 (數(shù)控數(shù)控NC) (Numerical Control ) 它是指用數(shù)字化

2、信號對機床運動及其加工過它是指用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程中進行控制的一種方法。程中進行控制的一種方法。3 2. 數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（NC Control System） 數(shù)控設備的數(shù)據處理和控制電路以及伺服機數(shù)控設備的數(shù)據處理和控制電路以及伺服機構等統(tǒng)稱構等統(tǒng)稱數(shù)控控制系統(tǒng)數(shù)控控制系統(tǒng)。它由程序輸入、輸出設。它由程序輸入、輸出設備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進給及驅動裝置等組成。進給及驅動裝置等組成。 數(shù)控機床數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機床。它綜合了綜合了計算機統(tǒng)）的高效自動

3、化機床。它綜合了綜合了計算機、自動控制、精密測量、機床的機構設計與制造、自動控制、精密測量、機床的機構設計與制造等方面的最新成果。等方面的最新成果。3. 數(shù)控機床（數(shù)控機床（NC Machine Tools）4二、數(shù)控加工的原理二、數(shù)控加工的原理數(shù)數(shù)控控裝裝置置伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)加工程序加工程序零件圖零件圖數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 機床機床數(shù)控機床的工作原理圖 1.2 數(shù)控車床組成：數(shù)控車床組成：一、數(shù)控車床是集機、電、液、氣為一體一、數(shù)控車床是集機、電、液、氣為一體,按照人機工程學宜人化進按照人機工程學宜人化進行布局設計行布局設計,全封閉防護。主要由如下幾部分組成全封閉防護。主要由如下幾部分組成:（1

4、）主機）主機: 它是數(shù)控車床的機械部分它是數(shù)控車床的機械部分,包括床身底座、主軸箱、包括床身底座、主軸箱、刀架、尾座、進給機構。刀架、尾座、進給機構。（2）數(shù)控裝置）數(shù)控裝置: 它是數(shù)控車床的控制核心部分它是數(shù)控車床的控制核心部分,包括包括CPU、存儲、存儲器、器、CTR等。等。 數(shù)控裝置數(shù)控裝置 （3）伺服驅動系統(tǒng)）伺服驅動系統(tǒng): 它是數(shù)控車床的切削動力部分它是數(shù)控車床的切削動力部分,主要實現(xiàn)主運動主要實現(xiàn)主運動和進給運動和進給運動,由伺服驅動電機和伺服驅動裝置組成。伺服驅動裝置主由伺服驅動電機和伺服驅動裝置組成。伺服驅動裝置主要由主軸電機和進給伺服驅動裝置。要由主軸電機和進給伺服驅動裝置。

5、v（4）輔助裝置）輔助裝置: 輔助裝置包括數(shù)控車床的一些配件輔助裝置包括數(shù)控車床的一些配件,包括液壓裝置、包括液壓裝置、氣壓裝置、排屑裝置冷、卻潤滑裝置等。氣壓裝置、排屑裝置冷、卻潤滑裝置等。二、數(shù)控車床加工的特點如下二、數(shù)控車床加工的特點如下: （1）自動化程度高自動化程度高,減輕操作者的勞動強度減輕操作者的勞動強度。 （2） 加工質量穩(wěn)定加工質量穩(wěn)定,尺寸統(tǒng)一性好尺寸統(tǒng)一性好 。 （3）生產效率高）生產效率高 。 （4）便于產品研制）便于產品研制 。 （5）便于實現(xiàn)計算機輔助制造。）便于實現(xiàn)計算機輔助制造。 （6） 加工成本一般較高。加工成本一般較高。 （7） 適宜多品種中小批量生產。適宜

6、多品種中小批量生產。 （8） 設備維修困難。設備維修困難。2022-7-511 1.3數(shù)控機床總體結構設計一、對數(shù)控機床總體設計的要求1、對機床性能的要求 （1）機床工藝范圍：要適應不同生產要求的能力 （2）加工精度高：抵擋數(shù)控系統(tǒng)的分辨率為10um 中檔為1um ，高檔為0.1um.2、滿足機床剛度和抗震性的要求3、減少熱變形的要求 4、對機床可靠性的要求 5、對速度的要求6、經濟效益7、人機關系的要求 二、數(shù)控機床的總體布局 機床的總體布局直接影響到機床的結構和性能。合理選擇機床的總體布局直接影響到機床的結構和性能。合理選擇機床布局，不但可以使機械結構更簡單、合理、經濟，而且能提機床布局，

7、不但可以使機械結構更簡單、合理、經濟，而且能提高機床剛度、改善機床受力情況，提高熱穩(wěn)定性和操作性能，使高機床剛度、改善機床受力情況，提高熱穩(wěn)定性和操作性能，使機床滿足數(shù)控化的要求機床滿足數(shù)控化的要求。（1）臥式數(shù)控車床：）臥式數(shù)控車床：刀架刀架后置的數(shù)控車床后置的數(shù)控車床（2）立式數(shù)控車床：）立式數(shù)控車床：主軸軸線處于垂直位的數(shù)控車床。主軸軸線處于垂直位的數(shù)控車床。立式立式數(shù)控車床數(shù)控車床16（3）雙刀架四軸控制的數(shù)控車床：）雙刀架四軸控制的數(shù)控車床：機床上有兩個獨立的回轉機床上有兩個獨立的回轉 刀架，可實現(xiàn)四軸控制。刀架，可實現(xiàn)四軸控制。 17（4）三軸控制的車削中心：）三軸控制的車削中心：

8、 車削中心是在數(shù)控車床的基礎上發(fā)展起來的，車削中心是在數(shù)控車床的基礎上發(fā)展起來的，主要特征主要特征是在數(shù)是在數(shù)控車床的轉塔刀架上控車床的轉塔刀架上增設了多種自驅動刀具，并對主軸（增設了多種自驅動刀具，并對主軸（C 軸）軸）進行伺服控制，自驅動刀具有鉆削頭、銑削頭等。進行伺服控制，自驅動刀具有鉆削頭、銑削頭等。 （5）五軸聯(lián)動車銑復合中心五軸聯(lián)動車銑復合中心：機床配置雙車主軸、一個機床配置雙車主軸、一個銑軸、一個回轉刀架和一個盤式刀庫。銑軸、一個回轉刀架和一個盤式刀庫。車銑復合中心主要車銑復合中心主要用于航空、軍工、汽車、船舶等行業(yè)中復雜零件的加工。用于航空、軍工、汽車、船舶等行業(yè)中復雜零件的加

9、工。主主 軸軸 銑銑 軸軸前置回轉刀架前置回轉刀架三、數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機、傳動系統(tǒng)和主軸組件1、對主傳動系統(tǒng)的要求（1）調速范圍（2）熱變形（3）主軸的旋轉精度和運動精度（4）主軸的靜剛度和抗震性（5）主軸組件的耐磨性 2、數(shù)控機床主軸的調速方法數(shù)控機床的主傳動要求較大的調速范圍，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產效率、加工精度和表面質量。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有四種配置方式帶有變速齒輪的主傳動帶有變速齒輪的主傳動通過帶傳動的主傳動通過帶傳動的主傳動用兩個電動機分別

10、驅動主軸用兩個電動機分別驅動主軸內裝電動機主軸傳動結構內裝電動機主軸傳動結構3、主軸部件主軸部件是機床重要的部件之一，它帶動工件或刀具執(zhí)行機床的切削運動，因此數(shù)控機床主軸的精度，抗震性，和熱變形對加工質量有直接影響主軸部件包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件等。主軸部件包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件等。錐孔雙列圓柱滾子軸承錐孔雙列圓柱滾子軸承 雙列推力角接觸球軸承雙列推力角接觸球軸承 雙列圓錐滾子軸承雙列圓錐滾子軸承帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承 | 常用主軸軸承常用主軸軸承|軸承的配置軸承的配置 合理配置軸承合理配置軸承,可以提高主軸精度可以提高主軸精度,降低溫升

11、降低溫升,簡化支承結構。簡化支承結構。在數(shù)控機床上配制軸承時在數(shù)控機床上配制軸承時,前后軸承都應能承受徑向載荷前后軸承都應能承受徑向載荷,支支承間的距離要選擇合理承間的距離要選擇合理,并根據機床的實際情況配制軸向力的并根據機床的實際情況配制軸向力的軸承。軸承。 （1）采用）采用后端定位后端定位,推力軸承布置在后支承的兩側推力軸承布置在后支承的兩側,軸向載軸向載荷由后支承承受。荷由后支承承受。（2）采用）采用前、后兩端定位前、后兩端定位,推力軸承布置在前、后支承的推力軸承布置在前、后支承的兩外側兩外側,軸向載荷由前支承承受軸向載荷由前支承承受,軸向間隙由后端調整。軸向間隙由后端調整。（3）采用）

12、采用前端定位前端定位,推力軸承布置在前支承推力軸承布置在前支承,軸向載荷由前軸向載荷由前支承承受。支承承受。四、數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)數(shù)控機床對進給系統(tǒng)的基本要求數(shù)控機床對進給系統(tǒng)的基本要求 1)提高傳動部件的剛度。提高傳動部件的剛度。 2)減小傳動部件的慣量。減小傳動部件的慣量。 3)減小傳動部件的間隙減小傳動部件的間隙4)減小系統(tǒng)的摩擦阻力減小系統(tǒng)的摩擦阻力數(shù)控機床進給系統(tǒng)的基本形式數(shù)控機床進給系統(tǒng)的基本形式滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副 靜壓絲杠螺母副靜壓絲杠螺母副 靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副 直線電動機直接驅動直線電動機直接驅動|滾珠絲杠螺母副的結構原理滾珠絲杠

13、螺母副的結構原理滾珠絲杠的支撐方法1、機床支承件及其功用機床支承件及其功用 機床機床支承件是機床的基礎構件支承件是機床的基礎構件。 包括包括床身、立往、橫梁、底座、刀架、工作臺、箱體和床身、立往、橫梁、底座、刀架、工作臺、箱體和升升降臺等降臺等。這些件一般稱為。這些件一般稱為“大件大件”。 機床機床的各種支承件有的互相固定連接、有的在導軌上運動。的各種支承件有的互相固定連接、有的在導軌上運動。切削時它們受切削時它們受力并變形。機床變動力并變形。機床變動的切削力、運動件的慣的切削力、運動件的慣性、旋轉件的不平衡等動態(tài)力會引發(fā)支承件和整機振動性、旋轉件的不平衡等動態(tài)力會引發(fā)支承件和整機振動。 支承

14、件支承件的熱變形會改變執(zhí)行機構的正確位置或運動軌跡，的熱變形會改變執(zhí)行機構的正確位置或運動軌跡，影響加工精度和表面質量影響加工精度和表面質量e因此必須因此必須重視重視支承件的設計。支承件的設計。五、機床支承件2、對機床支承件的基本對機床支承件的基本要求要求 （1）、）、應應具有足夠的靜剛廢和較高的剛度一重量比具有足夠的靜剛廢和較高的剛度一重量比。 （2）、）、應有應有較好的較好的動態(tài)特性動態(tài)特性 （3）、）、應應具有較好的熱變形具有較好的熱變形特性特性 （4）、）、 應應考慮到便于排屑、清砂，吊運安全；合理地布考慮到便于排屑、清砂，吊運安全；合理地布置置液液 壓壓，電氣等器件，并具有良好的，電

15、氣等器件，并具有良好的工藝工藝性，便于制造性，便于制造和裝配。和裝配。3、數(shù)控機床支承件結構的一些數(shù)控機床支承件結構的一些特點特點(一一)支承件的形狀選擇支承件的形狀選擇原則原則1) 在同等面積下，設計支承件時總是使壁厚在工藝可能的在同等面積下，設計支承件時總是使壁厚在工藝可能的 前提下盡量薄前提下盡量薄2)方形截面的抗彎剛度比圓形的大，而抗扭剛度則較低因此，方形截面的抗彎剛度比圓形的大，而抗扭剛度則較低因此，如果支承件所承受的主要是彎短，則截面形狀以方形和矩形如果支承件所承受的主要是彎短，則截面形狀以方形和矩形為佳。為佳。3)不封閉的截面比封閉的截面，剛度顯著下降，特別是抗扭剛不封閉的截面比

16、封閉的截面，剛度顯著下降，特別是抗扭剛度，下降更多因此，在可能條件下，應盡量把支承件的截面做度，下降更多因此，在可能條件下，應盡量把支承件的截面做成封閉的框形。成封閉的框形。 (二二)結構特點結構特點 為提高靜剛度和抗振性，應合理的設計橫截面的為提高靜剛度和抗振性，應合理的設計橫截面的形狀尺寸，合理的布置筋板形狀尺寸，合理的布置筋板結構結構五 、 數(shù)控機床導軌1、機床導軌的功用機床導軌的功用機床導軌的功用是起導向及支承作用，即機床導軌的功用是起導向及支承作用，即保證運動部件在外力的作用下保證運動部件在外力的作用下(運動部件運動部件本身的重量、工件重量、切削力及牽引力本身的重量、工件重量、切削力

17、及牽引力等等)能準確地沿著一定方向的運動。能準確地沿著一定方向的運動。 2、導軌應滿足的基本要求導軌應滿足的基本要求 （1）導向精度導向精度（2）剛度剛度（3）耐磨性耐磨性（4）低速平穩(wěn)性低速平穩(wěn)性 （5）結構工藝性結構工藝性3、導軌基本類型及特點導軌基本類型及特點1)導軌按工作性質可分為主運動導軌、進給運動導軌。導軌按工作性質可分為主運動導軌、進給運動導軌。2)校運動軌跡可分為直線運動和圓周運動導軌。校運動軌跡可分為直線運動和圓周運動導軌。 3)按受力情況可分為開式導軌和閉式導軌。按受力情況可分為開式導軌和閉式導軌。4)按摩掠性質可分為滑動導軌和滾動導軌。按摩掠性質可分為滑動導軌和滾動導軌。

18、直線滑動導軌滾動導軌6、刀庫和機械手選刀方式是將所需刀具從刀庫中準確調出的方法，常用的有順序選刀和任意選刀二、刀具的選擇方式順序選刀：按照工藝順序的要求依次將所用刀具插入 刀庫刀座中，需要時按規(guī)定的順序取刀。 更換不同的工件時必須重新排列刀庫中刀 具的順序，因而操作繁瑣。 任意選刀：可分為刀座編碼、刀具編碼、和跟蹤記憶等方式順序選刀刀座編碼任選刀具七、回轉工作臺數(shù)控機床的回轉工作臺主要有：數(shù)控進給回轉工作臺和 分度回轉工作臺兩種定位銷式分度工作臺開環(huán)數(shù)控回轉工作臺61 1.4 數(shù)控技術的發(fā)展趨勢數(shù)控技術的發(fā)展趨勢 1高精度化高精度化 從精密加工發(fā)展到超精密加工，是世界各工業(yè)從精密加工發(fā)展到超精

19、密加工，是世界各工業(yè)強國的發(fā)展方向。其加工精度已從微米級發(fā)展到強國的發(fā)展方向。其加工精度已從微米級發(fā)展到亞微米級，乃至納米級。亞微米級，乃至納米級。 2高速化高速化 機床向高速化發(fā)展，可以充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材機床向高速化發(fā)展，可以充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅提高加工效率、降低加工成料的性能，不但可大幅提高加工效率、降低加工成本，而且還可以提高零件的表面加工質量和精度。本，而且還可以提高零件的表面加工質量和精度。62 3高柔性化高柔性化 柔性自動化技術是制造業(yè)適應市場動態(tài)需求柔性自動化技術是制造業(yè)適應市場動態(tài)需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展及產品迅速更新的主要手段，是各國制

20、造業(yè)發(fā)展的主流趨勢。的主流趨勢。 4高自動化高自動化 高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人高自動化是指在全部加工過程中盡量減少人的介入而自動完成任務，它包括物料流和信息流的介入而自動完成任務，它包括物料流和信息流的自動化。的自動化。 5智能化智能化 數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在以下幾個方面：數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （1） 應用自適應控制技術應用自適應控制技術63（2） 自動編程技術自動編程技術（3） 具有故障自動診斷功能具有故障自動診斷功能（4） 應用模式識別技術應用模式識別技術6開放式體系結構開放式體系結構 為適應數(shù)控進線、聯(lián)網、普及型個性化、多為適應數(shù)控進線、聯(lián)網、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的是體系結構的開放性，如設計生產開放最重要的是體系結構的開放性，如設計生產開放式的數(shù)控系統(tǒng)。式的數(shù)控系統(tǒng)。 7基于網絡的數(shù)控系統(tǒng)基于網絡的數(shù)控系統(tǒng) 網絡的任務主要是進行通訊，共享信息。數(shù)網絡的任務主要是進行通訊，共享信息。數(shù)控機床作為車間的基本設備?？貦C床作為車間的基本設備。64 8 提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性提高數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 可靠性是數(shù)控機床用戶最為關注的問題，提可靠性是數(shù)控機床用戶最為