模塊九(數(shù)控加工)

第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本知識一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復(fù)雜，特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備。1普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機(jī)床顯然無法適應(yīng)這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進(jìn)一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。一種新型的生產(chǎn)設(shè)備——數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了。2二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡況

1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機(jī)床。半個世紀(jì)以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和五代。3第1代數(shù)控機(jī)床：1952年～1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）。第2代數(shù)控機(jī)床：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第3代數(shù)控機(jī)床：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。以上三代都是采用專用計算機(jī)的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)。裝有這類數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床為硬件數(shù)控機(jī)床，簡稱NC機(jī)床。4第4代數(shù)控機(jī)床：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機(jī)控制的系統(tǒng)（CNC）。第5代數(shù)控機(jī)床：從1974年開始采用微型計算機(jī)控制的系統(tǒng)（MNC）。

5三、數(shù)控機(jī)床的基本概念（一）數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)控(NumericalControl，NC)

數(shù)控是采用數(shù)字化信息對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的方法，即硬件數(shù)控。2.數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。63.數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）

是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動控制的一類機(jī)床。它是數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。國際信息處理聯(lián)盟定義:是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床4.數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5.計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計算機(jī)為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，即軟件數(shù)控。6.計算機(jī)直接控制技術(shù)（DNC）7（二）數(shù)控機(jī)床的特點加工精度高生產(chǎn)效率高減輕勞動強(qiáng)度改善勞動條件有利于生產(chǎn)管理8四、數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢高速、高效加工高精密、超精密加工高可靠性工序復(fù)合化和復(fù)合加工智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化并聯(lián)機(jī)床技術(shù)91.高速、高效加工高速CPU芯片主軸高速化，采用電主軸采用全數(shù)字交流伺服機(jī)床動、靜態(tài)性能的改善10在分辨率為1μm時，快進(jìn)速度達(dá) 240m/min，可獲得復(fù)雜型面的精確加工加速度達(dá)2g主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)200,000r/min換刀速度少于1s112高精密、超精密加工

提高機(jī)械的制造和裝配精度；采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本交流伺服電機(jī)已有裝上1000000脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測器，其位置檢測精度能達(dá)到0.01μm/脈沖）位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法12采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)

設(shè)備的熱變形誤差補(bǔ)償和空間誤差的綜合補(bǔ)償技術(shù)。研究表明，綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少60％～80％。

135.并聯(lián)機(jī)床1）機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)上的突破性進(jìn)展當(dāng)屬20世紀(jì)90年代中期問世的并聯(lián)機(jī)床。并聯(lián)機(jī)床是機(jī)器人技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)、現(xiàn)代伺服驅(qū)動技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，被稱為“21世紀(jì)的機(jī)床”

14傳統(tǒng)機(jī)床基本上都遵循笛卡爾直角坐標(biāo)系的運(yùn)動原理被設(shè)計制造出來，其結(jié)構(gòu)為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，存在懸臂部件，承受很大彎矩和扭矩，不容易獲得高的結(jié)構(gòu)剛度。另外，傳統(tǒng)機(jī)床組成環(huán)節(jié)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形成誤差迭加，限制了加工精度和速度的提高。152）我國自主研發(fā)的并聯(lián)機(jī)床樣機(jī)16173）并聯(lián)機(jī)床的優(yōu)、缺點及發(fā)展熱點：優(yōu)點：進(jìn)給速度快；精度高；剛性好；加速度高；安裝、維修方便。局限：工作空間??；姿態(tài)能力差；運(yùn)動特性和力特性非線性。目前研究熱點：混聯(lián)機(jī)床。18五、數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）分類

數(shù)控機(jī)床規(guī)格繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計已有400多個品種規(guī)格。可以按照多種原則來進(jìn)行分類。但歸納起來，常見的是以下面4種方法來分類的。1.按工藝用途分類2.按運(yùn)動軌跡分類3.按伺服系統(tǒng)的控制方式分類4.按數(shù)控裝置分類191.按工藝用途分類一般數(shù)控機(jī)床：車銑鏜鉆磨等，功能與通用機(jī)床相似；但是可以加工復(fù)雜形狀的零件。數(shù)控加工中心：在數(shù)控銑、鏜、鉆床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置。帶刀庫，一次裝夾后可完成多工序加工。20多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床：坐標(biāo)軸大于3，能加工復(fù)雜形狀零件。線切割機(jī)床電火花機(jī)床212.按運(yùn)動軌跡分類點位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運(yùn)動；對軌跡不作控制要求；運(yùn)動過程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)。22點位控制鉆孔加工工件刀具AB23直線控制數(shù)控系統(tǒng)能實現(xiàn)點位控制數(shù)控系統(tǒng)的功能能實現(xiàn)沿平行某個坐標(biāo)軸（如X、Y、Z）或兩軸等速的方向進(jìn)行加工；適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控加工中心等。24直線控制切削加工25輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個進(jìn)給軸同時諧調(diào)運(yùn)動(坐標(biāo)聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動，在運(yùn)動過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機(jī)床。現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。26工件刀具輪廓控制加工273.按聯(lián)動軸數(shù)分，2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面）。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。28

4.按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。29第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的有關(guān)功能規(guī)定一、數(shù)控機(jī)床技術(shù)術(shù)語（一）DNC（計算機(jī)直接控制技術(shù)）由一臺計算機(jī)控制一臺或多臺數(shù)控機(jī)床。（二）FMS（柔性制造系統(tǒng)）1.柔性制造單元FMC：由加工中心（MC）與自動交換工件（AW、APC）的裝置所組成。2.核心：柔性，并不事先固定哪一臺機(jī)床加工什么零件，而是根據(jù)需要，由系統(tǒng)調(diào)度由哪一臺機(jī)床加工某一零件。30二、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)的運(yùn)動方向的規(guī)定

統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸及其運(yùn)動的方向，可使編程方便，并使編出的程序?qū)ν愋蜋C(jī)床有通用性。同時也給

維修和使用帶來極大的方便。ISO和我國都擬定了命名的標(biāo)準(zhǔn)。31+Z32