《數(shù)控車削編程與加工技術(shù)》圖文課件-第一章

數(shù)控車削編程與加工技術(shù)

第1章數(shù)控車床的基礎(chǔ)知識(shí)第1章數(shù)控車床的基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)要求：1.了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生背景、數(shù)控車床的發(fā)展趨勢及其在先進(jìn)制造技術(shù)中的作用。2.熟悉數(shù)控車床的加工特點(diǎn)和加工對(duì)象。3.掌握數(shù)控車床的組成及分類。

教學(xué)重點(diǎn)：

1.數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)、組成及應(yīng)用

2.數(shù)控車床的加工特點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)：

數(shù)控車床的加工特點(diǎn)和數(shù)控車床的加工原理新課的導(dǎo)入1.常用的機(jī)械加工設(shè)備有哪些？2.常用的機(jī)械加工設(shè)備有什么樣的加工特點(diǎn)？3.各種機(jī)械加工應(yīng)用于什么場合？

1.1數(shù)控車床加工概述

1.數(shù)控機(jī)床的基本概念

(1)數(shù)控（NumericalControl，簡稱NC）

是采用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的方法。

(2)數(shù)控機(jī)床（NumericallyControlledMachineTool）是指裝備了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。2.數(shù)控車床與普通車床的區(qū)別在加工上，在數(shù)控車床加工前，我們需要把原先在普通車床上加工時(shí)需要操作工人考慮和決定的操作內(nèi)容及動(dòng)作，例如走刀路線、切削參數(shù)、位移量、開車、停車、換向、主軸變速和開關(guān)切削液等各種動(dòng)作用一些數(shù)字代碼表示，把這些數(shù)字代碼通過信息載體輸入給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運(yùn)算以及處理，發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令，自動(dòng)地控制數(shù)控車床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需要的工件。數(shù)控車床與普通車床的一個(gè)顯著區(qū)別在于，當(dāng)加工對(duì)象改變時(shí)，除了重新裝夾工件和更換刀具之外，只需更換新程序即可，不需要對(duì)數(shù)控車床作任何調(diào)整。采用數(shù)控車床加工可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證零件的精度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，為新產(chǎn)品的研制與改型換代節(jié)省大量時(shí)間和費(fèi)用，提高產(chǎn)品的競爭能力。

2.數(shù)控車床與普通車床的區(qū)別在結(jié)構(gòu)上，數(shù)控車床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由不同的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，而且這些電動(dòng)機(jī)都可以在數(shù)控車床的控制系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。普通車床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，它只能在一次調(diào)整完畢后，以固定的速度和方向進(jìn)行加工，在加工過程中不允許變速；而數(shù)控機(jī)床則由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，它可以隨時(shí)由數(shù)控系統(tǒng)對(duì)各臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，隨時(shí)改變加工速度，而且數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)普通車床有進(jìn)給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車床是直接用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡化，因而可以加工精度高、幾何形狀復(fù)雜的零件。數(shù)控車床配有旋轉(zhuǎn)刀架或旋轉(zhuǎn)刀盤，在零件加工過程中由程序自動(dòng)選用刀具和更換刀位。

1.2數(shù)控車床的組成及加工原理

1.2.1數(shù)控車床的組成數(shù)控車床由數(shù)控加工程序、輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置、檢測反饋裝置和車床本體等部分組成，其組成框圖如圖所示。數(shù)控車床的組成1.輸入裝置

輸入裝置的作用是將數(shù)控程序和各種參數(shù)、數(shù)據(jù)傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。常用的輸入方式為穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等。2.數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控車床的核心。它的基本任務(wù)是接收控制介質(zhì)上的數(shù)字化信息，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，把它們轉(zhuǎn)換為伺服系統(tǒng)能夠接收的指令信號(hào)，然后將結(jié)果由輸出裝置送到各坐標(biāo)控制的伺服系統(tǒng)，控制數(shù)控車床的各個(gè)部分，進(jìn)行規(guī)定的、有序的動(dòng)作。1.2.1數(shù)控車床的組成1.2.1數(shù)控車床的組成3.伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是數(shù)控車床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置兩大部分組成。脈沖當(dāng)量：每一脈沖使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量4.輔助控制裝置

它的作用是接收數(shù)控裝置輸出的指令信號(hào)，經(jīng)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械部件，以完成各種規(guī)定的動(dòng)作。1.2.1數(shù)控車床的組成5.檢測反饋裝置檢測反饋裝置也稱反饋元件，通常安裝在車床的工作臺(tái)上或滾珠絲杠上，作用相當(dāng)于普通車床上的刻度盤或人的眼睛。檢測反饋裝置可以將工作臺(tái)的位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且反饋給CNC系統(tǒng)。6.車床本體

車床本體是數(shù)控車床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，包括車床的主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如刀架、主軸箱、尾座、導(dǎo)軌及其傳動(dòng)部件等。1.2.2加工原理

采用數(shù)控車床加工零件時(shí)，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成零件加工程序。然后將編好的數(shù)控程序輸入到車床控制系統(tǒng)中，再由其進(jìn)行運(yùn)算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)，從而控制車床主運(yùn)動(dòng)的變速、啟動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移大小，以及換刀、工件的夾緊松開和切削液的開關(guān)等動(dòng)作，自動(dòng)地加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。1.3數(shù)控車床的分類1.3.1按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類1.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床也稱簡易型數(shù)控車床，一般是由普通車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用步進(jìn)電機(jī)和單片機(jī)對(duì)普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造后形成的。結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、自動(dòng)化程度和功能都比較差，適用于加工精度不高的回轉(zhuǎn)體零件。2.普通數(shù)控車床專門設(shè)計(jì)的配備通用數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床，系統(tǒng)功能強(qiáng)，加工精度較高，可以同時(shí)控制X、Z兩個(gè)軸。3.車削加工中心配備有刀庫、自動(dòng)換刀器、分度裝置、銑削動(dòng)力頭、機(jī)械手等部件，可以控制X、Z、C等多個(gè)軸，可以加工各種型面，精度高，價(jià)格貴。4.FMC車床由數(shù)控車床與機(jī)器人組成的柔性制造單元。1.3.2按主軸的配置形式分類1.臥式數(shù)控車床主軸軸線為水平位置的數(shù)控車床，分為數(shù)控水平導(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床。數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床剛性好，易于排屑。2.立式數(shù)控車床主軸軸線為垂直位置的數(shù)控車床，主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對(duì)較小的大型復(fù)雜零件。1.3.3按加工零件的基本類型分類1.卡盤式數(shù)控車床沒有尾座，適合于車削盤類（含短軸類）零件。2.頂尖式數(shù)控車床有普通尾座或數(shù)控尾座，適用于加工較長的零件以及直徑不大的盤類零件。1.3.4按刀架的數(shù)量分類1.單刀架數(shù)控車床配備有一個(gè)刀架，常用的有4工位刀架和多工位轉(zhuǎn)塔式刀架。2.雙刀架數(shù)控車床配備有兩個(gè)刀架，采用平行分布或垂直分布兩種形式。1.3.5

按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的不同分類

1.開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)是指不帶反饋的控制系統(tǒng)。開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定、容易調(diào)試、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的誤差沒有補(bǔ)償和校正，所以精度低。一般適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床和舊車床數(shù)控化改造。

2.閉環(huán)控制系統(tǒng)

1）在機(jī)床移動(dòng)部件上直接裝有位置檢測裝置，將測量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入指令進(jìn)行比較控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)精確定位，原理如下圖所示，因?yàn)榘衍嚧补ぷ髋_(tái)納入了位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2）該系統(tǒng)定位精度高，調(diào)節(jié)速度快。該系統(tǒng)調(diào)試工作困難，系統(tǒng)復(fù)雜并且成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機(jī)床，如精密數(shù)控鏜銑床、超精密數(shù)控車床等。3.半閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移測量裝置，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動(dòng)部件的位移，反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，由于慣性較大的機(jī)床移動(dòng)部件不包括在檢測范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖所示。（2）系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的控制特性。機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差，可用補(bǔ)償?shù)霓k法消除，可獲得滿意的精度。中檔數(shù)控車床廣泛采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。1.3.6其他分類方法數(shù)控車床按照控制方式可以分為直線控制、輪廓控制等；按專門工藝又可分為螺紋數(shù)控車床、活塞數(shù)控車床、曲軸數(shù)控車床等。1.4數(shù)控車床的特點(diǎn)與應(yīng)用1.4.1數(shù)控車床的加工特點(diǎn)

1.自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低

2.加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定

3.對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)能力強(qiáng)

4.生產(chǎn)率高

5.良好的經(jīng)濟(jì)效益

6.有利于生產(chǎn)管理的信息化1.4.2數(shù)控車床的機(jī)械特點(diǎn)1.傳動(dòng)鏈短

進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。2.剛性高適用于高精度工件的加工。3.輕拖動(dòng)

刀架移動(dòng)采用滾珠絲杠副，絲杠兩端的支撐采用專用軸承等。1.4.3數(shù)控車床的應(yīng)用(1)多品種、小批量生產(chǎn)的零件。(2)形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件。(3)需要頻繁改型的零件。(4)價(jià)值昂貴，不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件。(5)需要最短周期的急需零件。(6)批量較大、精度要求高的零件。1.5數(shù)控車床的發(fā)展趨勢與作用

1.高速度、高精度采用電主軸，轉(zhuǎn)速高達(dá)10000r/min以上，車床分辨率在0.1μm、0.01μm時(shí)仍能獲得100～240m/min的進(jìn)給速度。

2.復(fù)合化一機(jī)多用、一級(jí)多能，可以實(shí)現(xiàn)車銑復(fù)合加工。

3.柔性化

適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。

4.智能化

應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇故障診斷專家智能系統(tǒng)智能化伺服驅(qū)動(dòng)裝置智能4M數(shù)控系統(tǒng)5.開放化理想的開放系統(tǒng)為數(shù)控軟件和硬件均可選擇、重組和添加，這就要求軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。6.網(wǎng)絡(luò)化支持網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，配置網(wǎng)絡(luò)接口，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)。1.5數(shù)控車床的發(fā)展趨勢與作用1.5.2數(shù)控車床在先進(jìn)制造技術(shù)中的應(yīng)用三個(gè)概念：

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