第1章 數(shù)控機(jī)床概述

第1章數(shù)控機(jī)床概述1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)1.3數(shù)控機(jī)床的組成及分類

?了解數(shù)控機(jī)床的組成、分類；熟悉數(shù)控機(jī)床的工作流程、技術(shù)特點(diǎn)

?掌握數(shù)控機(jī)床的性能特點(diǎn)知識(shí)目標(biāo)1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床是綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、精密機(jī)械制造技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)等高新技術(shù)而發(fā)展起來的，是具有高精度、高自動(dòng)化、高效率的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想，最早是在20世紀(jì)40年代初提出的。1949年帕森斯公司正式接受美國(guó)空軍委托，在麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的協(xié)助下，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過3年時(shí)間的研究，于1952年試制成功世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)，并取名“NumericalControl”。1974年以后，國(guó)際上又出現(xiàn)了以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，即微機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)，這種數(shù)控系統(tǒng)體積小、價(jià)格低、性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大。20世紀(jì)80代年以后，國(guó)際上相繼又研制出了柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC）及柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）。20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了包括市場(chǎng)預(yù)測(cè)、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造和銷售等全過程均由計(jì)算機(jī)集成管理和控制的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），其中數(shù)控機(jī)床是其基本控制單元，F(xiàn)MC和FMS是實(shí)現(xiàn)CIMS的必經(jīng)階段和基礎(chǔ)。1.1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展使數(shù)控機(jī)床在技術(shù)上呈現(xiàn)以下7個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)。（1）采用先進(jìn)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（2）采用前饋控制技術(shù)。（3）采用機(jī)床動(dòng)、靜摩擦的非線性補(bǔ)償控制技術(shù)。（4）補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。（5）采用高精度的脈沖當(dāng)量。（6）采用高分辨率的位置檢測(cè)裝置。1．高精度化（1）采用高性能CPU。（2）配置高速、功能強(qiáng)大的內(nèi)裝式可編程序控制器（PLC）。（3）提高多軸控制水平。（4）使用超高速切削刀具。2．高速化（1）提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量。（2）模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。3．高自動(dòng)化4．高可靠性（1）數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多能，以提高設(shè)備利用率。（2）良好的人機(jī)對(duì)話功能。（3）更強(qiáng)的通信功能。5．多功能化（1）刀具壽命自動(dòng)檢測(cè)更換。（2）自動(dòng)診斷、自動(dòng)修復(fù)。（3）實(shí)時(shí)補(bǔ)償。（4）引進(jìn)模式識(shí)別技術(shù)。6．?dāng)?shù)控編程自動(dòng)化7．智能化1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo) 1.2.1數(shù)控機(jī)床的使用特點(diǎn) 1.2.2主要技術(shù)指標(biāo) 1.2.1數(shù)控機(jī)床的使用特點(diǎn)1．對(duì)操作及維修人員的技術(shù)水平要求較高2．對(duì)夾具和刀具的要求較高①單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，一般采用通用夾具；批量生產(chǎn)時(shí)，為節(jié)省加工時(shí)間，應(yīng)使用專用夾具或組合夾具。②夾具應(yīng)該定位可靠，能自動(dòng)夾緊或松開工件，具有良好的排屑和冷卻結(jié)構(gòu)。（1）數(shù)控機(jī)床對(duì)夾具的要求。①精度較高、壽命長(zhǎng)、尺寸穩(wěn)定、變化小。②能實(shí)現(xiàn)機(jī)外預(yù)調(diào)、快速換刀。③刀柄應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)系列。④能很好地控制切屑的折斷、卷曲和排出。⑤具有良好的冷卻性能。（2）數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具的要求。（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。3．?dāng)?shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍廣1.2.2主要技術(shù)指標(biāo)1．主要技術(shù)規(guī)格數(shù)控車床主要技術(shù)規(guī)格有床身規(guī)格尺寸、最大車削直徑、刀架最大回轉(zhuǎn)直徑、最大車削長(zhǎng)度等；數(shù)控銑床主要技術(shù)規(guī)格有工作臺(tái)尺寸、工作臺(tái)T形槽尺寸、工作臺(tái)行程等規(guī)格尺寸。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)指標(biāo)主要是指主軸轉(zhuǎn)速。2．運(yùn)動(dòng)指標(biāo)（1）脈沖當(dāng)量（分辨率）。（2）定位精度。（3）重復(fù)定位精度。3．精度指標(biāo)4．刀具系統(tǒng)5．其他指標(biāo)1.3數(shù)控機(jī)床的組成及分類1.3.1數(shù)控機(jī)床的組成 1.3.2數(shù)控機(jī)床的工作過程 1.3.3數(shù)控機(jī)床的分類 1.3.1數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成如圖1.2所示，通常由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)及反饋系統(tǒng)、機(jī)床主機(jī)及輔助裝置組成。圖1.2數(shù)控機(jī)床組成控制介質(zhì)有多種，如早期使用的穿孔帶、磁帶，現(xiàn)在一般使用磁盤、光盤等，采用何種控制介質(zhì)取決于數(shù)控裝置的類型。1．控制介質(zhì)數(shù)控裝置由硬件和軟件組成。CNC的硬件為一款專用計(jì)算機(jī)，通過軟件來實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，也可以改變軟件更改或擴(kuò)展其功能。2．?dāng)?shù)控裝置伺服系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、位置檢測(cè)反饋裝置等部分組成。3．伺服系統(tǒng)檢測(cè)及反饋裝置可以包括在伺服系統(tǒng)中。它由檢測(cè)元件和相應(yīng)的電路組成，其作用主要是檢測(cè)速度和位移，并將信息反饋到控制系統(tǒng)，構(gòu)成閉環(huán)控制。無測(cè)量反饋裝置的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。常用的測(cè)量元件有脈沖編碼器、光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、激光位移檢測(cè)系統(tǒng)等。4．檢測(cè)及反饋裝置主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體，包括床身、箱體、導(dǎo)軌、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。5．機(jī)床主機(jī)輔助裝置主要包括：工件自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)（APC）、刀具自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)（ATC）、工件夾緊與松開機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、液壓控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑冷卻裝置、排屑照明裝置、過載與限位保護(hù)功能以及對(duì)刀儀等部分。6．輔助裝置1.3.2數(shù)控機(jī)床的工作過程圖1.4數(shù)控機(jī)床的工作過程1.3.3數(shù)控機(jī)床的分類1．按工藝用途分類（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床。

①普通型數(shù)控機(jī)床。②在普通數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上增加自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)（ATC）和一個(gè)刀庫(kù)，即稱為數(shù)控加工中心。（2）金屬成形類數(shù)控機(jī)床。（3）數(shù)控特種加工機(jī)床。（4）其他類型的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、直線控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床。

2．按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分類圖1.5按加工控制路線分類（2）直線控制數(shù)控機(jī)床。（3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床。①二軸聯(lián)動(dòng)。②二軸半聯(lián)動(dòng)。圖1.6二軸半聯(lián)動(dòng)加工曲面圖1.7三軸聯(lián)動(dòng)加工曲面③三軸聯(lián)動(dòng)。圖1.8四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床④四軸聯(lián)動(dòng)。圖1.9五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床⑤五軸聯(lián)動(dòng)。3．按機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)不同分類（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)。圖1.10開環(huán)伺服系統(tǒng)（2）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。圖1.11半閉環(huán)伺服系統(tǒng)（3）閉環(huán)伺服系統(tǒng)。圖1.12閉環(huán)伺服系統(tǒng)表1.1 不同檔次數(shù)控功能及指標(biāo)4．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/

m1010.1進(jìn)給速度/（m·min?1）8～1515～2424～100伺服進(jìn)給類型開環(huán)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)半閉環(huán)及直、交流伺服閉環(huán)及直、交流伺