中職教材數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識(shí)

課題1認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床1.1實(shí)訓(xùn)目的1.11.2相關(guān)知識(shí)1.21.3實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1.31.1實(shí)訓(xùn)目的掌握數(shù)控機(jī)床的組成及種類，熟悉數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)和加工對(duì)象，了解數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生背景、發(fā)展趨勢(shì)及先進(jìn)的制造技術(shù)。1.2相關(guān)知識(shí)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)控機(jī)床的概念及組成數(shù)控機(jī)床的種類與應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)1.2.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展

1．?dāng)?shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

1952年的第一代——電子管數(shù)控機(jī)床

1959年的第二代——晶體管數(shù)控機(jī)床

1965年的第三代——集成電路數(shù)控機(jī)床

1970年的第四代——小型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床

1974年的第五代——微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

1990年的第六代——基于PC的數(shù)控機(jī)床。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)（1）高速度高精度化（2）多功能化（3）智能化（4）小型化（5）高可靠性1.2.2數(shù)控機(jī)床的概念及組成

1．?dāng)?shù)控機(jī)床的基本概念（1）數(shù)控（NumericalControl，簡(jiǎn)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，簡(jiǎn)稱CNC機(jī)床。2．?dāng)?shù)控機(jī)床加工零件的過程

①根據(jù)零件加工圖樣進(jìn)行工藝分析。②編寫零件加工程序單。③輸入或傳輸程序。④將加工程序進(jìn)行刀具路徑模擬、試運(yùn)行等。⑤通過對(duì)機(jī)床的正確操作，運(yùn)行程序，完成零件的加工。3．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成（1）輸入輸出裝置

在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，首先根據(jù)零件圖紙上的零件形狀、尺寸和技術(shù)條件，確定加工工藝，然后編制出加工程序，程序通過輸入裝置，輸送給機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床內(nèi)存中的零件加工程序可以通過輸出裝置傳出。輸入輸出裝置是機(jī)床與外部設(shè)備的接口，常用輸入裝置有軟盤驅(qū)動(dòng)器、RS232C串行通信口、MDI方式等。

（2）CNC裝置

CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，它接受輸入裝置送來的數(shù)字信息，經(jīng)過控制軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，使設(shè)備按規(guī)定的動(dòng)作執(zhí)行?，F(xiàn)在的CNC裝置通常由一臺(tái)通用或?qū)Ｓ梦⑿陀?jì)算機(jī)構(gòu)成。（3）伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行部分，其作用是把來自CNC裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，使機(jī)床工作臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合圖紙要求的零件。伺服系統(tǒng)一般包括驅(qū)動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分，常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等。

（4）機(jī)床本體

機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體，主要包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（如工作臺(tái)、刀架）、支承部件（如床身、立柱等），還有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位部件，如夾緊、換刀機(jī)械手等輔助裝置。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的整體布局、外觀造型、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工具系統(tǒng)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很大的變化。

1.2.3數(shù)控機(jī)床的種類與應(yīng)用

按工藝用途可分為金屬切削類數(shù)控機(jī)床、金屬成型類數(shù)控機(jī)床、數(shù)控特種加工機(jī)床、其它類型的數(shù)控機(jī)床。

1．按工藝用途分類

（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床

指采用車、銑、鏜、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機(jī)床。包括數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。加工中心，也稱為可自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床都帶有一個(gè)刀庫和自動(dòng)換刀系統(tǒng)，刀庫可容納16～100多把刀具。

（2）金屬成型類數(shù)控機(jī)床

指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機(jī)床。包括數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控組合沖床、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)等。（3）數(shù)控特種加工機(jī)床

如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床等。（4）其它類型的數(shù)控機(jī)床

如數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、數(shù)控對(duì)刀儀、數(shù)控繪圖儀等。2．按機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制軌跡分類

要求控制機(jī)床的移動(dòng)部件從某一位置移動(dòng)到另一位置的準(zhǔn)確定位，對(duì)于兩位置之間的運(yùn)動(dòng)軌跡不作嚴(yán)格要求，在移動(dòng)過程中刀具不進(jìn)行切削加工。（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條與機(jī)床坐標(biāo)軸平行的直線，而且對(duì)移動(dòng)的速度也要進(jìn)行控制，因?yàn)檫@類數(shù)控機(jī)床在兩點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)要進(jìn)行切削加工。

（2）直線控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，因而可以進(jìn)行曲線或曲面的加工。（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床3．按伺服控制的方式分類

是不帶反饋的控制系統(tǒng)，輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算，發(fā)出指令脈沖，通過環(huán)形分配器和驅(qū)動(dòng)電路，使步進(jìn)電機(jī)或電液伺服電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。再經(jīng)過減速齒輪帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)最后轉(zhuǎn)換為工作臺(tái)的直線移動(dòng)。（1）開環(huán)控制系統(tǒng)

是在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移測(cè)量裝置（如感應(yīng)同步器和光電編碼器等），通過檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(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(cè)范圍之內(nèi)，因而稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）半閉環(huán)控制系統(tǒng)

是在機(jī)床移動(dòng)部件上直接裝有位置檢測(cè)裝置，將測(cè)量的結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移進(jìn)行比較，用偏差進(jìn)行控制，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。

（3）閉環(huán)控制系統(tǒng)

4．按控制坐標(biāo)軸的數(shù)量分類

按計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置能同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制的坐標(biāo)軸的數(shù)量分類，有兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床和多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，如圖1.11、1.12、1.13所示。圖1.11兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)示意圖圖1.12三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)示意圖圖1.13五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)示意圖有一些早期的數(shù)控機(jī)床盡管具有三個(gè)坐標(biāo)軸，但能夠同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的可能只是其中兩個(gè)坐標(biāo)軸，那就屬于兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的三坐標(biāo)機(jī)床。像這類機(jī)床就不能獲得空間直線、空間螺旋線等復(fù)雜加工軌跡。要想加工復(fù)雜的曲面，只能采用在某平面內(nèi)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，第三軸作單獨(dú)周期性進(jìn)給的“兩維半”加工方式。圖1.14“兩維半”坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)示意圖5．按數(shù)控系統(tǒng)分類

（1）日本FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)（2）德國SIEMENS公司的

SINUMERIK系列數(shù)控系統(tǒng)（3）華中數(shù)控系統(tǒng)HNC6．按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類

功能低檔中檔高檔系統(tǒng)分辨率10um1um0.1umG00速度3～8m/min10～24m/min24～100m/min伺服類型開環(huán)半閉環(huán)閉環(huán)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2～32～45軸或5軸以上通信功能無RS-232或DNCDND、MAP顯示功能數(shù)碼管顯示圖形、人機(jī)對(duì)話三維圖形、自診斷內(nèi)裝PLC無有功能強(qiáng)大的內(nèi)裝PLC主CPU8位、16位16位、32位32位、64位結(jié)構(gòu)單片機(jī)或單板機(jī)單微處理器或多微處理器分布式多微處理器1.2.4數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)及應(yīng)用

1．?dāng)?shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)可以加工具有復(fù)雜型面的工件

加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)率高改善勞動(dòng)條件有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化

2．?dāng)?shù)控機(jī)床的適用范圍

（1）多品種、單件小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件（2）幾何形狀復(fù)雜的零件（3）精度及表面粗糙度要求高的零件（4）加工過程中需要進(jìn)行多工序加工的零件（5）用普通機(jī)床加工時(shí)，需要昂貴工裝設(shè)備（工具、夾具和模具）的零件1.2.5先進(jìn)制造技術(shù)

1．快速原型法