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数控机床概述及组成(一)

发布时间:2021-06-27 04:45

  数控编程与操作 主讲教师:潘红恩 课程的教学目标 通过本课程的学习,使学生: ? 了解数控设备的发展和基本特点,数控机床的主要 组成部分和功用; ? 掌握数控加工工艺的分析和数控加工指令的基本格 式; ? 学会使用数控加工指令完成零件加工程序的编写; ? 培养学生具有分析和编写数控加工工艺的能力; ? 具有编写数控中级工等级标准的零件程序的能力; ? 具有操作数控机床加工数控中级工等级标准的零件 的能力。 考核方式及评分标准 1、理论成绩:每个学生根据平时成绩(出勤、 作业、上课情况)(占30% )、期末考试成 绩(占50% )得分。 2、实验成绩(占20%) :每个实验根据学生 实验的过程、实验结果、实验报告由教师打 出实验成绩。 参考书目 1. 《数控机床操作与编程培训教程》机械工 业出版社 刘雄伟主编,2001.3 2. 《数控加工技术》 化学工业出版社 ,明 兴祖主编, 2002.12 3. 《数控编程》山东科学技术出版社,韩鸿 鸾、孙翰英主编,2006.8 绪论 人才短缺专业: ?数控技术应用 ?计算机应用与软件技术 ?汽车运用与维修 ?护理 本次课教学内容 第一节 数控技术的基本概念 第二节 数控机床的组成 教学目的 通过数控机床基本概念的讲解,了解数 控技术的发展历程,通过了解数控机床的 各个组成部分,理解数控机床的CNC系统、 伺服系统和机械系统 。 第一节 数控技术的基本概念 数控技术: 是用数字信息对机械运动和工 作过程进行控制的技术,数控装 备是以数控技术为代表的新技术 对传统制造产业和新兴制造业的 渗透形成的机电一体化产品. 第一节数控技术的基本概念 一、数字控制 (数控NC) (Numerical Control ) 它是指用数字化信号对机床运动及其加 工过程中进行控制的一种方法。 1、数字化信号(01010010) 2、模拟量信号(~) 3、开关量信号(0、1,主轴正反转、刀架 正反转、冷却液开关)由PLC控制 NC数控又名硬线数控。 第一节数控技术的基本概念 二、数字控制机床 (NC机床) (Numerical Control Machine Tools ) 数控装备是指应用数控技术对工作机械的工作 过程进行控制的装备。 数控机床是一种装有程序控制系统(数控系统) 的高效自动化机床。 第一节 数控技术的基本概念 1. 数控机床的产生: 世界上第一台数控机床是1952年美国 帕森斯parsons公司和麻省理工学院MI.T合 作研制成功的三坐标数控铣床,它用来加 工直升飞机叶片轮廓检查用样板。 第一节数控技术的基本概念 2. 数控机床的发展 ? 数控化率: 我国:是全世界机床拥有量最多的国家(近300万台) 数控化率仅达到1.9%左右 西方:20% 日本:不到80万台的机床却有10倍于我国的制造能力 ? 年产量: 我国:3000~4000台/每年 日本:5万多台/每年 我国十几亿美元进口7000~9000台/每年 第一节数控技术的基本概念 三、数控系统(NC Control System) 数控设备的数据处理和控制电路以及伺服 机构等系统称数字控制系统。它由程序输入、 输出设备、计算机数字控制装置、可编程控 制器、主轴进给及驱动装置等组成。 第一节数控技术的基本概念 数控技术经过50年6代的发展: 第一代数控系统:1952年,电子管数控系统 第二代数控系统:50年代末,晶体管数控系统 第三代数控系统:1965年,集成电路数控系统 第四代数控系统:1970年,小型计算机数控系统 第五代数控系统:1974年,微型计算机数控系统 第六代数控系统: 基于PC的开放式数控系统 第一节数控技术的基本概念 国际上最大的数控系统生产厂: ? 日本FANUC公司,1年生产5万套以 上系统,占世界市场约40%左右 ? 其次是德国的西门子公司占15%以上 ? 国产数控系统厂家主要有华中数控、北 京航天机床数控集团 19 世纪 铣床 第一节数控技术的基本概念 四、计算机数字控制机床(CNC Computer Numerical Control Machine Tools) 计算机数字控制机床是一种装有程序控制 系统(数控系统)的高效自动化机床。它综 合了计算机、自动控制、精密测量、机床机 构设计与制造等方面的最新成果。CNC数控 系统又名软线数控。 第一节数控技术的基本概念 ?第七代数控系统:基于Web的 CNC系统(远程CNC系统)、智 能CNC系统、CAD/CAM集成 CNC系统 第一节数控技术的基本概念 五、数控程序(NC Program) 输入数控系统中的、使数控机床执行一 个确定的加工任务的、具有特定代码和其 它符号编码的一系列指令。 六、数控编程:将零件的加工信息编制成数控 机床能识别的代码。 第一节数控技术的基本概念 七、数控加工 第二节 数控机床的组成 数控机床的组成: ? 信息输入 (程序)-数控装置 (译码、 运算、控制)-伺服驱动及检测装置 (驱动、电机、测量反馈)-机床本体 --机电接口 第二节 数控机床的组成 第二节 数控机床的组成 一般由 一. CNC系统 二. 伺服系统 三. 机械系统 三大部分组成。 一、CNC系统 1、是CNC机床的核心 输入设备 程序 输出设备 计算机 数字控 制装置 (CNC 装置) 可编程控 制器(PLC) 主轴控制单元 主轴电机 机 床 速度控制单元 进给电机 位置检测器 CNC系统的组成框图 一、CNC系统 数控系统除了计算机外,其外围设备还包括: 键盘:用于输入操作命令及编辑、修改程序、 输入零件加工程序。 CRT:供显示及监控。 操作面板: 供操作员改变操作方式、输入数据、 起停加工。 机床接口:计算机和机床之间联系的桥梁,包括 伺服接口及DNC输入输出接口 数控加工程序缓冲器 ISO代码 地址 N(4E) 0(30) 5(35) G(47) 9(39) 0(30) G(47) 0(30) 1(31) X(D8) 1(31) 0(30) 6(36) Y(59) -(2D) 6(36) 0(30) F(C6) 4(34) 6(36) M(4D) 0(30) 5(35) LF(0A) 2000H 2001H 2002H 2003H 2004H 2005H 2006H 2007H 2008H 2009H 200AH 200BH 200CH 200DH 200EH 200FH 2010H 2011H 2012H 2013H 2014H 2015H 2016H 2017H 内码 10H 00H 05H 11H 09H 00H 11H 00H 01H 12H 01H 00H 06H 13H 21H 06H 00H 18H 04H 06H 19H 00H 05H 20H 译码结果缓冲器 单元名 地址 N 4000H 4001H X 4002H 4003H Y 4004H 4005H Z 4006H 4007H I 4008H 4009H J 400AH 400BH K 400CH 400DH F 400EH 400FH S 4010H T 4011H MX 4012H MY 4013H MZ 4014H GA 4015H GB 4016H GC 4017H GD 4018H GE 4019H GF 401AH 内码 05H 6AH 00H C4H FFH 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 00H 2EH 00H 00H 00H 00H 00H 05H 00H 01H 00H 00H 00H 00H 90H 一、CNC系统 2. CNC系统的主要功能 CNC装置的功能是指满足用户操作和机床控制 要求的方法和手段。 基本功能——数控系统基本配置的功能,即必 备功能; 选择功能——用户可根据实际要求选择的功能。 一、CNC系统 基本功能 ① 控制功能 —— CNC能控制和能联动控制的进 给轴数。 CNC的进给轴分类: 移动轴(X、Y、Z)和回转轴(A、B、C); 附加轴(U、V、W)。 ② 准备功能(G功能) —— 指令机床动作方式的 功能。 G+两位数字,G00~G99共100种 一、CNC系统 ③ 插补功能 插补功能是数控系统实现零件轮廓(平面或空间)加工轨迹运算的功能。 ④ 进给功能 进给功能用F直接指令各轴的进给速度。 切削进给速度—— 控制刀具相对工件的运动速度,用F和其后的数字指定,单 位为mm/min。 进给倍率(进给修调率)——人工实时修调预先给定的进给速度。设置在操 作面板上,可在0%~200%之间变化,每档间隔10%。使用倍率开关不 用修改程序中的代码,就可改变机床的进给速度。 一、CNC系统 ⑤ 主轴功能—— 数控系统的主轴转速的功能。 用S+数值组成 主轴转速——主轴转速的控制功能,单位为r/min。 恒线速度控制——刀具切削点的切削速度为恒速的 控制功能 主轴定向控制——主轴周向定位于特定位置控制的 功能。 C轴控制——主轴周向任意位置控制的功能。 主轴修调率——人工实时修调预先设定的主轴转速, 可以不修改程序。 一、CNC系统 ⑥ 辅助功能(M功能) —— 用于指令机床辅助 操作的功能 ⑦ 刀具管理功能——用来选择刀具,实现对刀具 几何尺寸和寿命的管理功能 ⑧ 字符图形显示功能 ⑨ 自诊断功能------CNC自动实现故障预报和故 障定位的功能。 开机自诊断;在线自诊断;离线自诊断;远程通讯诊断 一、CNC系统 选择功能 ① 补偿功能 刀具半径和长度补偿功能: 实现按零件轮廓编 制的程序控制刀具中心轨迹的功能。 一、CNC系统 ② 固定循环功能 是数控系统实现典型加工循环(如:钻孔、攻丝、镗孔、深 孔钻削和切螺纹等)的功能 ③ 人机对话功能 在CNC装置中这类功能有: ? 菜单结构操作界面; ? 零件加工程序的编辑环境; ? 系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改 画面等。 二、伺服系统 1. 伺服系统的功能——对数控机床移动部件 的位置和速度进行控制 2. 构成: 执行元件 伺服系统由 构成 驱动控制电路 二、伺服系统 3. 分类 按调解理论 开环伺服系统 闭环伺服系统 半闭环伺服系统 采用步进电机、功率步进电机等作为执行元件 采用直流伺服电动机、 交流伺服电动机等作为执行元件 二、伺服系统 进给伺服系统--控制机床各坐标轴的切削进给运动 二、伺服系统 ? 进给伺服系统的速度控制系统是由执行机构 (例如交流伺服电动机、直流伺服电动机及速 度检测元件)和速度控制单元所组成。它的职 能是提供切削过程中需要的转矩和 功率,可 以任意调节运转速度。 ? 进给伺服系统的位置控制系统又分为开环控 制系统和闭环控制系统两种。开环控制不需 要位置检测及反馈,闭环控制需要位置检测 及反馈。 二、伺服系统 二、伺服系统 ? 是一个双闭环系统,内环是速度环,外环 是位置环。位置环由CNC系统中的位置控 制模块与速度控制单元、位置检测及反馈 控制等部分组成。位置控制主要是对数控 机床进给运动的坐标位置进行控制,例如, 工作台前后左右移动、主轴箱的上下移动、 围绕某一个直线轴的旋转运动等。 二、伺服系统 ? 按伺服系统的机床分类 ① 开环控制数控机床 二、伺服系统 ② 半闭环控制数控机床 二、伺服系统 ③闭环控制数控机床 三、机械系统 1. 按加工工艺分: ? 数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨 床、数控冲压机床、数控电加工机床、数 控测量机床等。 三、机械系统 2. 机械系统包括: ① 机床基础件:床身、立柱、横梁、滑坐和 工作台 ② 主轴部件:包括主轴电动机和主轴传动系 统 三、机械系统 ③ 进给系统: 包括进给执行电动机和进给传动系统 ? 滚珠丝杆螺母副 ? 导轨副 运动导轨:与运动部件连成一体的运动一方 支承导轨:与支承件连成一体的固定不动的一 方 滚珠丝杆 导轨 贴塑导轨 贴塑导轨 贴塑导轨 贴塑导轨 贴塑导轨 滑动贴塑导轨 直线滚动导轨 三、机械系统 ④ 实现工件回转、定位的装置和附件 ? 如 :主轴准停装置 作用——使主轴每次停在固定不变的位 置,保证换刀时主轴的键与刀柄的键槽能 对准,方便卸刀和装刀 。 利用主轴准停机能镗背孔示意图 y x D2 D1 自动换刀时主轴及刀具准停示意图 键槽 刀具柄 主轴孔 键 刀具 三、机械系统 ⑤ 实现某些部件动作和辅助功能的系统和装 置 如:液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、 防护等装置。 转塔式自动换刀 ⑥ 刀库和自动换刀装置(Automatic Tools Changer ATC) 视频:转塔式刀架 转塔式刀架 数控车床-自动刀架 有臂式ATC刀具库刀库 刀库式自动换刀: 刀库形式:鼓盘式、链式、格子箱式 视频:机械手下刀 加工中心-无臂式ATC刀具库 斗笠式刀库 数控车床-自动刀架 三、机械系统 数控机床机械结构与普通机床不同 的特点: 1. 采用了高性能的主轴部件及进给伺服驱动 系统,结构大大简化,传动链较短。 2. 为了适应数控机床连续自动化加工,机械 结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐 热性,热变性较小。 3. 更多的采用高效、高精度传动部件,如直 线滚动导轨、滚珠丝杆副等。福建体彩网, 课堂小结 1. 数字控制 (数控NC) (Numerical Control ) 2. 数控技术50年6代的发展 3. 数控机床的组成 4. CNC系统 的主要功能 5. 机械系统组成部分 课外作业 1. 数控技术经过哪6代的发展? 2. 何谓CNC? 3. 简述数控加工工作过程。 4. 例举国内外几种著名的数控系统。