消費者行為學(xué) 第3版 課件 學(xué)習(xí)項目1 數(shù)控機床的初始認(rèn)知

數(shù)控機床精品課件學(xué)習(xí)項目一數(shù)控機床的初始認(rèn)知

任務(wù)一數(shù)控機床簡介

任務(wù)二數(shù)控機床的分類與應(yīng)用范圍

任務(wù)三數(shù)控機床坐標(biāo)系的確定項目分解任務(wù)四數(shù)控機床主要性能指標(biāo)任務(wù)三數(shù)控機床的發(fā)展任務(wù)一數(shù)控機床簡介

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)，掌握數(shù)控機床的組成和基本工作原理，理解數(shù)控加工的特點與應(yīng)用范圍，了解數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展及我國數(shù)控機床的現(xiàn)狀。主要介紹數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展及我國數(shù)控機床的現(xiàn)狀，數(shù)控加工的特點與應(yīng)用范圍，數(shù)控機床的組成和基本工作原理。1．?dāng)?shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程一、數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟中的地位和作用

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟競爭的日趨激烈，產(chǎn)品更新速度越來越快，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求越來越高，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加。激烈的市場競爭使產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來越短。傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難以適應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效高質(zhì)量加工要求。數(shù)控機床就是為了解決單件、小批量特別是復(fù)雜型面零件加工的自動化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的，它為單件小批生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動化加工手段。數(shù)字控制是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法，簡稱數(shù)控（numericalcontrol,NC）。數(shù)控機床是指采用了數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床，也稱為NC機床。由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是通過計算機進(jìn)行控制的，因此，將數(shù)控機床又稱為CNC機床。近幾十年來，世界各國十分重視發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，在加工設(shè)備中大量采用以微電子技術(shù)和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，它集成了微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。1．?dāng)?shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展歷程一、數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟中的地位和作用數(shù)控機床是在機械制造技術(shù)和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其發(fā)展過程大致如下：1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制直升飛機螺旋槳葉片輪廓檢驗用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機床的設(shè)想。1949年，該公司與美國麻省理工學(xué)院(MIT)開始共同研究，并于1952年試制成功第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床，當(dāng)時的數(shù)控裝置采用電子管元件。1959年，數(shù)控裝置采用了晶體管元件和印刷電路板，出現(xiàn)帶自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為加工中心(MachiningCenter)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代。1965年，出現(xiàn)了第三代數(shù)控機床，采用集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，而且可靠性提高，價格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機床品種和產(chǎn)量的發(fā)展。60年代末，先后出現(xiàn)了由一臺計算機直接控制多臺機床的群控系統(tǒng)(簡稱DNC)；采用小型計算機控制的計算機數(shù)控系統(tǒng)(簡稱CNC)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計算機化為特征的第四代。1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置(簡稱MNC)，這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代初，隨著計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機床上；數(shù)控機床的自動化程度進(jìn)一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了PC+CNC智能數(shù)控系統(tǒng)，即以PC機為控制系統(tǒng)的硬件部分，在PC機上安裝NC軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護(hù)方便，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造。2．?dāng)?shù)控機床的特點與應(yīng)用范圍

一、數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟中的地位和作用數(shù)控機床對零件的加工過程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的，是一種高效能機床。與普通機床相比，具有以下明顯特點：1）適合于復(fù)雜異形零件的加工。2）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。3）具備高柔性。在數(shù)控機床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)。4）數(shù)控機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的切削用量，生產(chǎn)率高。5）機床自動化程度高，操作人員勞動強度大大降低，工作環(huán)境較好。6）有利于管理現(xiàn)代化。7）投資大，使用費用高。8）生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜。9）維修困難。2．?dāng)?shù)控機床的特點與應(yīng)用范圍一、數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟中的地位和作用由于數(shù)控機床的上述特點，適用于數(shù)控加工的零件有：批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件；幾何形狀復(fù)雜的零件；貴重零件加工；需要全部檢驗的零件；試制件。對以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的鏜銑加工中心、車削加工中心等。3．中國數(shù)控機床的發(fā)展一、數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟中的地位和作用數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是提高制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率必不可少的重要手段，關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和綜合國力水平。目前世界機床生產(chǎn)基地加速向中國轉(zhuǎn)移，繼索迪克、馬扎克、大隈、日平之后，牧野、豐田工機等日本主流企業(yè)紛紛在華投資。德、意、韓、美企業(yè)也先后把生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到中國。臺灣機床廠商也呈現(xiàn)整體性向大陸轉(zhuǎn)移的趨勢。3．中國數(shù)控機床的發(fā)展一、數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟中的地位和作用近年來中國數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化步伐正在以驚人的速度向前邁進(jìn)。年產(chǎn)數(shù)控機床第一個一萬臺用了約30年，第二個一萬臺用了3年，第三個一萬臺不到2年。2002～2008年，數(shù)控機床產(chǎn)量年平均增長率高達(dá)33.22％，明顯快于普通金屬切削機床的增長速度。到2006年中國數(shù)控機床產(chǎn)量達(dá)到85000多臺。2009年中國機床產(chǎn)值以153億美元居世界第一，占全球機床總產(chǎn)值的27.6%。數(shù)控機床在金屬加工機床總量中的比重逐年上升，我國機床的數(shù)控化率逐年提高，2009年行業(yè)重點企業(yè)機床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到50％以上。同時，國內(nèi)企業(yè)邁向國際化的步伐也顯著加快。圖1-1近年來中國數(shù)控機床產(chǎn)量（臺）3．中國數(shù)控機床的發(fā)展一、數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟中的地位和作用與此同時，中國繼2008年后，繼續(xù)保持機床消費世界第一的地位。2009年我國消費機床197.86億美元，占當(dāng)年世界機床產(chǎn)值的35.7%，即超過世界機床產(chǎn)值的三分之一。在我國機床消費總值中，進(jìn)口總值仍居世界機床進(jìn)口第一，占當(dāng)年世界機床進(jìn)口總值的28.8%。我國機床進(jìn)口占全國機床消費的比例為30%，比2008年降了9個百分點。圖1-2近幾年中國機床產(chǎn)值（億美元）及世界排位3．中國數(shù)控機床的發(fā)展一、數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展歷程及在國民經(jīng)濟中的地位和作用總的來看，我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化提前實現(xiàn)，機床工業(yè)進(jìn)入發(fā)展的新里程碑。國產(chǎn)數(shù)控機床品種達(dá)到1500余種，覆蓋超重型機床、高精度機床、特種加工機床、鍛壓設(shè)備、前沿高技術(shù)機床等領(lǐng)域，可與美、日、德、意并駕齊驅(qū)。我國機床工業(yè)與世界先進(jìn)水平相比，差距仍然十分明顯，主要表現(xiàn)在:一是國產(chǎn)高檔數(shù)控機床在品種、水平和數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國內(nèi)發(fā)展需求，高檔數(shù)控機床目前仍然大量進(jìn)口。二是數(shù)控機床功能部件和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展滯后，成為我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸。三是機床制造企業(yè)技術(shù)裝備水平不高，制造能力、綜合管理和服務(wù)能力等方面不能滿足市場要求圖1-3中國逐年進(jìn)口數(shù)控機床總值（億美元）1．基本工作原理二、數(shù)控機床的組成和基本工作原理按照零件加工的技術(shù)與工藝要求，編寫零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，通過數(shù)控裝置控制機床的主軸運動、進(jìn)給運動、刀具更換、工件的夾緊與松開、冷卻潤滑泵的開與關(guān)等動作，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。2．?dāng)?shù)控機床的組成二、數(shù)控機床的組成和基本工作原理數(shù)控機床由程序載體、人機交互裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機床本體和輔助控制裝置等六部分組成。

圖1-4數(shù)控機床組成示意圖任務(wù)二數(shù)控機床的分類與應(yīng)用范圍

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)，掌握按照運動方式、伺服驅(qū)動控制方式等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機床的分類方法，了解按照工藝用途，數(shù)控機床有哪些種類。主要介紹按照工藝用途、運動方式、伺服驅(qū)動控制方式等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機床的分類1．金屬切削類數(shù)控機床一、按照工藝用途分類

金屬切削類數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜銑床、加工中心等，加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床，如圖1-7所示。

數(shù)控機床由程序載體、人機交互裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機床本體和輔助控制裝置等六部分組成。

a)b)c)圖1-7金屬切削類數(shù)控機床a)數(shù)控車床b）數(shù)控銑床c）加工中心2．金屬成形類數(shù)控機床一、按照工藝用途分類

金屬成形類數(shù)控機床指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝方法加工零件的數(shù)控機床。金屬成形類數(shù)控機床有數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機和數(shù)控壓力機等，如圖1-8所示。a)b)c)圖1-8金屬成形類數(shù)控機床a)數(shù)控折彎機b)數(shù)控彎管機c)數(shù)控壓力機3．?dāng)?shù)控特種加工機床一、按照工藝用途分類

數(shù)控特種加工機床有數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控激光加工機床等。a)b)c)圖1-9數(shù)控特種加工機床a)數(shù)控電火花加工機床b)數(shù)控線切割機床c)數(shù)控激光加工機床4．測量、繪圖類機床一、按照工藝用途分類

主要有三坐標(biāo)測量機、數(shù)控對刀儀、數(shù)控繪圖機等。圖1-10為三坐標(biāo)測量機的外觀圖，它是利用測量技術(shù)、計算機測控技術(shù)和動態(tài)測量系統(tǒng)進(jìn)行工件表面點的采集和數(shù)據(jù)處理。三坐標(biāo)測量機主要用于機械、汽車、模具、航空等行業(yè)對齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、機架、箱體、葉輪及其他零件上的曲線或曲面、孔系尺寸的測量。圖1-10三坐標(biāo)測量機1．點位控制系統(tǒng)數(shù)控機床二、按照運動方式分類

點位控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機床工作臺，從一點準(zhǔn)確地移動到另一點，而點與點之間運動的軌跡不需要嚴(yán)格控制的系統(tǒng)。為了減少移動部件的運動與定位時間，一般先快速移動到終點附近位置，然后低速準(zhǔn)確移動到終點定位位置，以保證良好的定位精度。移動過程中刀具不進(jìn)行切削。使用這類控制系統(tǒng)的主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等，圖1-11為點位控制數(shù)控鉆孔加工示意圖。圖1-11點位控制鉆孔加工2．點位直線控制系統(tǒng)數(shù)控機床二、按照運動方式分類

點位直線控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)不僅控制刀具或工作臺從一個點準(zhǔn)確地移動到下一個點，而且保證在兩點之間的運動軌跡是一條直線的控制系統(tǒng)。刀具在移動過程可以實施切削加工。應(yīng)用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控車床、數(shù)控鉆床和數(shù)控銑床等，圖1-12為點位直線控制切削加工示意圖。圖1-12點位直線控制切削加工3．輪廓控制系統(tǒng)數(shù)控機床二、按照運動方式分類

輪廓控制系統(tǒng)也稱連續(xù)切削控制系統(tǒng)，是指數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標(biāo)軸同時進(jìn)行嚴(yán)格連續(xù)控制的系統(tǒng)。它不僅能控制移動部件從一個點準(zhǔn)確地移動到另一個點，而且還能控制整個加工過程每一點的速度與位移量，將零件加工成一定的輪廓形狀。應(yīng)用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機床和加工中心等，圖1-13為輪廓控制數(shù)控機床加工示意圖。圖1-13輪廓控制數(shù)控機床加工1．開環(huán)控制數(shù)控機床三、按照伺服驅(qū)動控制方式分類

按照數(shù)控伺服系統(tǒng)的形式，數(shù)控機床可分為開環(huán)控制數(shù)控機床、半閉環(huán)控制數(shù)控機床和閉環(huán)控制數(shù)控機床。開環(huán)控制系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)中沒有檢測反饋裝置，指令信息單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來。受步進(jìn)電動機的步距精度和工作頻率以及傳動機構(gòu)的傳動精度影響，開環(huán)系統(tǒng)的速度和精度都較低。但由于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，容易維修，成本較低，仍被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟型數(shù)控機床上。典型的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)如圖1-14所示。圖1-14開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)2．半閉環(huán)控制數(shù)控機床三、按照伺服驅(qū)動控制方式分類

半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖1-15所示。半閉環(huán)控制數(shù)控機床不是直接檢測工作臺的位移量，而是采用轉(zhuǎn)角位移檢測元件，測出伺服電動機或絲杠的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實際位移量，反饋到計算機中進(jìn)行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。由于反饋環(huán)內(nèi)沒有包含工作臺的運動量，故稱半閉環(huán)控制。半閉環(huán)控制精度較閉環(huán)控制差，但穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修也較容易，兼顧了開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩者的特點，因此應(yīng)用最為普遍。圖1-15半閉環(huán)控制數(shù)控機床3．閉環(huán)控制數(shù)控機床三、按照伺服驅(qū)動控制方式分類閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖1-16所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是，利用安裝在工作臺上的檢測元件將工作臺實際位移量反饋到計算機中，與所要求的位置指令進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止?？梢?，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除機械傳動部件的各種誤差和工件加工過程中產(chǎn)生的干擾的影響，從而使加工精度大大提高。速度檢測元件的作用是將伺服電動機的實際轉(zhuǎn)速變換成電信號送到速度控制電路中，進(jìn)行反饋校正，保證電動機轉(zhuǎn)速保持恒定不變。常用速度檢測元件是測速電動機。圖1-16閉環(huán)控制數(shù)控機床任務(wù)三

數(shù)控機床坐標(biāo)系的確定

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容通過學(xué)習(xí)，掌握數(shù)控機床坐標(biāo)系確定原則、各種數(shù)控機床坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)成，了解機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的概念及應(yīng)用。主要介紹數(shù)控機床坐標(biāo)系的確定原則、各種數(shù)控機床坐標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)成，機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系。一、數(shù)控機床坐標(biāo)系的確定原則坐標(biāo)軸及其運動方向命名原則如下：1）不管機床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運動，還是工件運動、刀具靜止，數(shù)控機床的坐標(biāo)運動指的是刀具相對于工件的運動，即規(guī)定以工件為基準(zhǔn)，假定工件不動，刀具相對工件運動的原則，編程時也是以刀具的運動軌跡來編程。2）機床運動部件運動正方向的規(guī)定：JB3051—82規(guī)定，增大工件與刀具之間距離的方向是機床運動的正方向。3）ISO對數(shù)控機床的坐標(biāo)系統(tǒng)的規(guī)定如下：采用笛卡爾直角坐標(biāo)系右手定則。圖1-17右手直角笛卡爾坐標(biāo)系二、各種數(shù)控機床坐標(biāo)系介紹1．Z軸坐標(biāo)運動的定義平行于機床主軸的坐標(biāo)軸為Z軸。正方向為從工作臺到刀具夾持的方向，即刀具遠(yuǎn)離工作臺的運動方向。2．X軸坐標(biāo)運動的定義對工件旋轉(zhuǎn)機床(車、磨)，X軸在工件徑向上，平行于橫滑座；刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向為X軸正方向。對刀具旋轉(zhuǎn)機床(銑、鉆)立式機床：X軸為水平的、平行于工件裝夾面的坐標(biāo)軸；從主軸向立柱看，水平向右為正方向。臥式機床：X軸為水平的、平行于工件裝夾平面的坐標(biāo)軸；從主軸后端向前端看，水平向右為正方向。3．Y軸坐標(biāo)運動的定義根據(jù)X和Z軸按笛卡兒坐標(biāo)系右手法則確定Y軸方位和正方向。4．旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)運動的定義旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸A、B和C的正方向相應(yīng)地在X、Y、Z坐標(biāo)軸正方向上，按右手螺紋前進(jìn)的方向來確定。二、各種數(shù)控機床坐標(biāo)系介紹a)b)c)圖1-18常見數(shù)控機床的坐標(biāo)系。a）數(shù)控車床b）立式數(shù)控銑床c）臥式數(shù)控銑床三、機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系數(shù)控機床在加工時顯示屏坐標(biāo)系頁面上一般都有下列坐標(biāo)系顯示：相對坐標(biāo)系、剩余坐標(biāo)系、工件（絕對）坐標(biāo)系、機床坐標(biāo)系，在應(yīng)用中比較關(guān)鍵的是機床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。1．機床坐標(biāo)系前面建立的數(shù)控機床標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系為確立數(shù)控機床坐標(biāo)系打下了基礎(chǔ)，其關(guān)鍵是確定數(shù)控機床坐標(biāo)系的零點（原點）。數(shù)控機床設(shè)計有機床零點，即確定數(shù)控機床坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點，也是其他坐標(biāo)系和機床參考點的出發(fā)點。機床坐標(biāo)系是由生產(chǎn)廠家事先確定的，可由機床用戶說明書查到。通常車床的機床零點在主軸法蘭盤接觸面的中心即主軸前端面的中心上。數(shù)控銑床和加工中心的機床零點因生產(chǎn)廠家而異，如有的數(shù)控銑床的機床零點在左前方。2．工件坐標(biāo)系機床坐標(biāo)系是機床進(jìn)行設(shè)計和加工的基準(zhǔn)，但是有時利用機床坐標(biāo)系編制零件的加工程序并不方便。為了解決這一問題，數(shù)控機床引入了工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系是指編程或機床操作人員，依照零件設(shè)計基準(zhǔn)，兼顧編程計算及對刀、測量方便而建立的用于描述零件圖樣上節(jié)點位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。任務(wù)四數(shù)控機床主要性能指標(biāo)

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容掌握常用數(shù)控機床精度指標(biāo)的特定含義以及運動性能指標(biāo)，了解影響數(shù)控機床加工精度的因素，數(shù)控機床的可控軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)的內(nèi)涵。主要介紹數(shù)控機床精度的含義及各種常用術(shù)語，影響數(shù)控機床加工精度的因素，數(shù)控機床的可控軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)，數(shù)控機床的運動性能指標(biāo)1．?dāng)?shù)控機床各項精度指標(biāo)的涵義一、數(shù)控機床的精度（1）測量精度（2）控制系統(tǒng)定位精度（3）重復(fù)定位精度是指機床滑板位置的可重復(fù)性。（4）機床幾何精度（5）機床定位精度是指機床在規(guī)定的加工空間范圍內(nèi)進(jìn)行定位的精度，以可能出現(xiàn)的最大定位偏差表示。（6）機床定位穩(wěn)定性（亦稱機床定位再現(xiàn)性）（7）機床精度上述七項指標(biāo)都是靜態(tài)的（即在運動停止后進(jìn)行測定的），這對各種數(shù)控機床都適用。但對于輪廓控制的機床，還要考核輪廓跟隨精度，這是一項動態(tài)精度，反映在運動過程中。（8）輪廓跟隨精度是指實際運動軌跡接近于程序給定軌跡的程度。（9）機床加工精度（或稱加工精度）是指機床上加工的工件所達(dá)到的精度。它不僅取決于上述各種機床精度指標(biāo)，而且還與夾具、刀具和工件本身的誤差有關(guān)。2．?dāng)?shù)控機床加工精度的影響因素一、數(shù)控機床的精度數(shù)控機床的加工精度不僅與數(shù)控機床本身的機床精度有關(guān)，還與夾具、刀具和工件本身的誤差有關(guān)。影響數(shù)控機床加工精度的外部因素是：周圍環(huán)境的溫度、設(shè)備的振動、空氣溫度與污染及操作者的干擾等。從加工工藝系統(tǒng)角度分析影響加工精度的因素，數(shù)控機床加工誤差主要由工件及夾具系統(tǒng)位置誤差、機床主機的空間位置誤差和刀具系統(tǒng)的位置誤差組成。必要時再結(jié)合環(huán)境條件（如環(huán)境溫度及其波動、機床安裝條件、地基變形和外界干擾振動）與機床運行情況（如機床的升溫運行時間、切削條件等）等因素分析影響數(shù)控機床加工精度的原因。決定零件加工精度的最主要因素是數(shù)控機床基本部件的精度和運動精度。因而在應(yīng)用數(shù)控技術(shù)時，要求各控制坐標(biāo)之間的相互協(xié)調(diào)盡可能完善。同時，為了使機床在空載條件下所確定的導(dǎo)軌面直線度和工作臺與主軸的垂直度等靜態(tài)精度在加載后仍然保持在規(guī)定的誤差范圍，也要求機床的結(jié)構(gòu)在加上切削力后彈性變形盡可能小，即機床的剛度要足夠大。二、數(shù)控機床的可控軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)由于數(shù)控機床是以數(shù)字的形式給出相應(yīng)的脈沖指令控制運動部件進(jìn)行加工，因此數(shù)控機床控制的軸數(shù)與普通機床中的主軸及傳動軸的概念截然不同。圖1-19為五軸控制的數(shù)控機床外觀圖。五軸控制的數(shù)控機床包含了三個移動坐標(biāo)軸和兩個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)軸。數(shù)控機床完成的運動越多，控制軸數(shù)就越多，對應(yīng)的功能就越強，同時機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度與技術(shù)含量也就越高。a)b)圖1-19五軸控制數(shù)控機床a)立式五軸聯(lián)動數(shù)控銑床b)臥式五軸聯(lián)動數(shù)控銑床二、數(shù)控機床的可控軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)數(shù)控機床實現(xiàn)了對多個坐標(biāo)軸的控制，并不等于就可以加工出任何形狀的零件。將機床數(shù)控裝置控制各坐標(biāo)軸協(xié)調(diào)動作的坐標(biāo)軸數(shù)目稱為聯(lián)動軸數(shù)。目前有兩軸聯(lián)動、兩軸半聯(lián)動、三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動、五軸聯(lián)動等。通常兩軸聯(lián)動用于數(shù)控車床加工回轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工如圖1-20所示的曲面；兩軸半聯(lián)動是三個坐標(biāo)軸中有兩個軸聯(lián)動，另外一個坐標(biāo)軸只作周期性的進(jìn)給，加工如圖1-21所示的三維空間曲面時，X、Z兩坐標(biāo)軸聯(lián)動，Y軸控制每次進(jìn)給量△Y；三軸聯(lián)動數(shù)控機床可以使用球頭銑刀加工如圖1-22所示的三維空間曲面。圖1-23為五軸聯(lián)動加工中心加工葉輪的實例圖，加工用刀具為球頭銑刀，得到葉輪輪廓需要X和Y軸進(jìn)給、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺做圓周進(jìn)給及B軸的擺動。圖1-20兩軸聯(lián)動加工圖1-21兩軸半聯(lián)動加工圖1-22三軸聯(lián)動加工圖1-23五軸聯(lián)動加工三、數(shù)控機床的運動性能指標(biāo)1．主軸轉(zhuǎn)速2．進(jìn)給速度和加速度3．行程4．回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角范圍5．刀庫容量和換刀時間任務(wù)五

數(shù)控機床的發(fā)展

任務(wù)目標(biāo)

任務(wù)內(nèi)容了解數(shù)控機床發(fā)展趨勢，柔性制造與計算機集成制造技術(shù)的應(yīng)用的基礎(chǔ)知識。

主要介紹近幾年數(shù)控機床發(fā)展趨勢和柔性制造與計算機集成制造技術(shù)的應(yīng)用。

一、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢由于數(shù)控機床綜合了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等許多方面的先進(jìn)技術(shù)，使得數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，數(shù)控機床的功能越來越強大，主要表現(xiàn)在：1．技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合趨勢明顯技術(shù)集成和技術(shù)復(fù)合是數(shù)控機床技術(shù)最活躍的發(fā)展趨勢之一。包括車銑復(fù)合、車-鏜-鉆-齒輪加工復(fù)合、車磨復(fù)合等。目前已由機加工復(fù)合發(fā)展到非機加工復(fù)合，進(jìn)而發(fā)展到零件制造和管理信息及應(yīng)用軟件的兼容。2．?dāng)?shù)字控制技術(shù)智能化智能化指工作過程智能化，利用計算機、信息、網(wǎng)絡(luò)等智能化技術(shù)有機結(jié)合，對數(shù)控機床加工過程實行智能監(jiān)控和人工智能自動編程等。3．機器人使柔性化組合效率更高機器人與加工中心、車銑復(fù)合機床、磨床、齒輪加工機床、電加工機床、沖壓機床、激光加工機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。4．精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控機床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達(dá)到0.05μm左右。超精密數(shù)控機床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05μm左右，形狀精度可達(dá)0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級（0.001μm）。5．功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。1．柔性制造單元（FMC）

二、柔性制造與計算機集成制造1967年英國的Molins公司研制了世界上第一個柔性制造系統(tǒng)（FMS）。在FMS誕生8年之后，出現(xiàn)了柔性制造單元（FMC）。柔性制造單元是一種根據(jù)一定的零件族由一臺或者數(shù)臺數(shù)控機床所組成的自動化生產(chǎn)集合。FMC可以看作是獨立的的最小規(guī)模的FMS。（1）FMC的組成FMC通常由1～2臺數(shù)控加工中心，工業(yè)機器人、工件交換系統(tǒng)（AMC），以及物料運輸存儲設(shè)備構(gòu)成。它具有獨立的自動加工功能、部分具有工件自動傳送和監(jiān)控管理的功能。通常FMC有兩種組成形式：托盤交換式和工業(yè)機器人搬運式。圖1-24為托盤交換式FMC示意圖。圖1-24托盤交換式FMC1—環(huán)形交換工作臺2—托盤座3—工件托盤4—臥式鏜銑加工中心5—托盤交換裝置1．柔性制造單元（FMC）

二、柔性制造與計算機集成制造（2）FMC的特點FMC作為柔性制造單元，可以在整個系統(tǒng)中執(zhí)行自動化的加工過程，具備以下的特點：1）有比較完善的自動檢測功能。FMC的自動檢測系統(tǒng)可以自動檢測刀尖位置；可以將傳感器檢測到的工件數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的檢驗信息進(jìn)行比較，作出判斷，以修正加工信息；對于檢驗合格的工件，由工業(yè)機器人放入合格的臺架上，不合格品自動淘汰。2）有比較可靠的自動監(jiān)控功能。FMC的自動監(jiān)控系統(tǒng)可以對切削狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制，例如對工件安裝錯誤、刀具的壽命和破損、主軸的熱變形及過載等進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)故障會立即停機。3）實現(xiàn)對工件的自動裝卸和計數(shù)管理。柔性制造單元中的數(shù)控加工中心，工業(yè)機器人和工件臺架能協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)工件的自動裝卸和計數(shù)管理。2．柔性制造系統(tǒng)（FMS）二、柔性制造與計算機集成制造柔性制造系統(tǒng)是由多臺單機組成、由計算機控制和管理的加工系統(tǒng)，它沒有固定的加工順序和節(jié)拍，在加工一定批量的某種工件后能在不停機的條件下，自動轉(zhuǎn)換為加工另一種工件。FMS是高柔性和高自動化程度的制造系統(tǒng)，它可以使勞動生產(chǎn)率大幅度提高，并大大降低勞動強度和改善勞動條件。（1）FMS的組成1）加工系統(tǒng)由兩臺以上的鏜銑加工中心、車削中心或FMC以及其他輔助加工設(shè)備所組成。2）物流系統(tǒng)包含工作流和刀具流兩部分，有倉庫、自動上下料裝置。

3）控制與管理系統(tǒng)包括過程控制、過程調(diào)度和過程監(jiān)控三個系統(tǒng)FMS還包含冷卻系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、刀具監(jiān)控和管理等附屬系統(tǒng)。圖1-25FMS的組成框圖

2．柔性制造系統(tǒng)（FMS）二、柔性制造與計算機集成制造

（2）FMS的特點柔性制造系統(tǒng)是在成組技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、計算機技術(shù)和自動檢測與控制技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的綜合技術(shù)產(chǎn)物。該制造系統(tǒng)通過計算機管理和控制實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時調(diào)度，最大限度地發(fā)揮設(shè)備潛力，減少工件搬運過程的等待時間，使多品種、中小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟效益接近大批量生產(chǎn)的水平。FMS的特點主要體現(xiàn)以下幾個方面：1）減少操作人員，提高勞動生產(chǎn)率。2）大大地縮短了生產(chǎn)周期。3）提高產(chǎn)品質(zhì)量。4）提高了機床利用率。5）減少設(shè)備數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。6）減少在制品數(shù)量和庫存數(shù)量。3．計算