第1章 數(shù)控機床概述

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

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

?掌握數(shù)控機床的性能特點知識目標(biāo)1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生 1.1.2數(shù)控機床的發(fā)展 1.1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生數(shù)控機床是綜合運用了計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動檢測技術(shù)、精密機械制造技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、液壓氣動技術(shù)等高新技術(shù)而發(fā)展起來的，是具有高精度、高自動化、高效率的典型機電一體化產(chǎn)品。采用數(shù)字控制技術(shù)進行機械加工的思想，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空軍委托，在麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室的協(xié)助下，開始從事數(shù)控機床的研制工作。經(jīng)過3年時間的研究，于1952年試制成功世界第一臺數(shù)控機床試驗性樣機，并取名“NumericalControl”。1974年以后，國際上又出現(xiàn)了以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，即微機控制的數(shù)控系統(tǒng)，這種數(shù)控系統(tǒng)體積小、價格低、性能穩(wěn)定、功能強大。20世紀(jì)80代年以后，國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)了包括市場預(yù)測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計與制造和銷售等全過程均由計算機集成管理和控制的計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS），其中數(shù)控機床是其基本控制單元，F(xiàn)MC和FMS是實現(xiàn)CIMS的必經(jīng)階段和基礎(chǔ)。1.1.2數(shù)控機床的發(fā)展使數(shù)控機床在技術(shù)上呈現(xiàn)以下7個方面的發(fā)展趨勢。（1）采用先進的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。（2）采用前饋控制技術(shù)。（3）采用機床動、靜摩擦的非線性補償控制技術(shù)。（4）補償技術(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裝置。1．高精度化（1）采用高性能CPU。（2）配置高速、功能強大的內(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．高自動化4．高可靠性（1）數(shù)控機床采用一機多能，以提高設(shè)備利用率。（2）良好的人機對話功能。（3）更強的通信功能。5．多功能化（1）刀具壽命自動檢測更換。（2）自動診斷、自動修復(fù)。（3）實時補償。（4）引進模式識別技術(shù)。6．?dāng)?shù)控編程自動化7．智能化1.2數(shù)控機床的特點及主要技術(shù)指標(biāo) 1.2.1數(shù)控機床的使用特點 1.2.2主要技術(shù)指標(biāo) 1.2.1數(shù)控機床的使用特點1．對操作及維修人員的技術(shù)水平要求較高2．對夾具和刀具的要求較高①單件或小批量生產(chǎn)時，一般采用通用夾具；批量生產(chǎn)時，為節(jié)省加工時間，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)控機床對夾具的要求。①精度較高、壽命長、尺寸穩(wěn)定、變化小。②能實現(xiàn)機外預(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)控機床對刀具的要求。（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）價值昂貴，不允許報廢的零件。（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、最大車削長度等；數(shù)控銑床主要技術(shù)規(guī)格有工作臺尺寸、工作臺T形槽尺寸、工作臺行程等規(guī)格尺寸。數(shù)控機床的運動指標(biāo)主要是指主軸轉(zhuǎn)速。2．運動指標(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)控機床的組成及分類1.3.1數(shù)控機床的組成 1.3.2數(shù)控機床的工作過程 1.3.3數(shù)控機床的分類 1.3.1數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的組成如圖1.2所示，通常由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測及反饋系統(tǒng)、機床主機及輔助裝置組成。圖1.2數(shù)控機床組成控制介質(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算機，通過軟件來實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，也可以改變軟件更改或擴展其功能。2．?dāng)?shù)控裝置伺服系統(tǒng)主要由驅(qū)動裝置、執(zhí)行機構(gòu)、位置檢測反饋裝置等部分組成。3．伺服系統(tǒng)檢測及反饋裝置可以包括在伺服系統(tǒng)中。它由檢測元件和相應(yīng)的電路組成，其作用主要是檢測速度和位移，并將信息反饋到控制系統(tǒng)，構(gòu)成閉環(huán)控制。無測量反饋裝置的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。常用的測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、激光位移檢測系統(tǒng)等。4．檢測及反饋裝置主機是數(shù)控機床的主體，包括床身、箱體、導(dǎo)軌、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。5．機床主機輔助裝置主要包括：工件自動交換機構(gòu)（APC）、刀具自動交換機構(gòu)（ATC）、工件夾緊與松開機構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺、液壓控制系統(tǒng)、潤滑冷卻裝置、排屑照明裝置、過載與限位保護功能以及對刀儀等部分。6．輔助裝置1.3.2數(shù)控機床的工作過程圖1.4數(shù)控機床的工作過程1.3.3數(shù)控機床的分類1．按工藝用途分類（1）金屬切削類數(shù)控機床。

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

2．按運動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)控機床。（3）輪廓控制數(shù)控機床。①二軸聯(lián)動。②二軸半聯(lián)動。圖1.6二軸半聯(lián)動加工曲面圖1.7三軸聯(lián)動加工曲面③三軸聯(lián)動。圖1.8四軸聯(lián)動數(shù)控機床④四軸聯(lián)動。圖1.9五軸聯(lián)動數(shù)控機床⑤五軸聯(lián)動。3．按機床進給伺服系統(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進給速度/（m·min?1）8～1515～2424～100伺服進給類型開環(huán)及步進電動機半閉環(huán)及直、交流伺服閉環(huán)及直、交流伺