项目一数控加工技术基础

1、数控加工技术基础学习数控机床的概念及组成认识不同种类的数控机床数控机床加工的特点及应用数控机床的发展趋势本章难点回顾项目要点：1.掌握数控机床的概念及组成；2.掌握数控机床的分类；3.理解数控机床加工的特点及应用；4.了解数控机床的发展趋势。任务一 学习数控机床的概念及组成一、任务引入二、任务分析三、知识准备四、任务实施一、任务引入1.任务描述： 本任务以最新的FANUCOiMateTD型数控车床为例，介绍数控机床的一些基础知识，包括数控的概念及数控机床的主要组成。2.知识目标（1）了解数控机床的概念；（2）掌握数控机床的组成。3.技能目标能够熟练识别数控机床的组成部件。二、任务分析1 .数控

2、及数控机床的概念；2 .数控机床的组成；3 .各部分的作用。三、知识准备 (一) 数控机床的概念 1.数控 用数字信号对机床的运动及加工过程进行控制的一种方法。 2. 数控机床 用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者说是装备了数控系统的机床。 3.数控加工 数控加工是指在数控机床上加工零部件的一种工艺方法。 (二) 数控机床的组成数控机床一般由输入/输出设备、数控装置( 或称CNC 单元) 、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程控制器PLC 及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。四、任务实施认识CK6152数控车床的组成。任务二 认识不同种类的数控机床一、任

3、务引入二、任务分析三、知识准备一、任务引入1.任务描述 从不同的角度出发，数控机床可分为多种类型。2.知识目标（1）了解数控机床的原则；（2）理解按照工艺用途、控制轴数分类特点；（3）掌握数控机床按照伺服系统的控制方式、控制运动的轨迹分类类型。二、任务分析 数控机床的种类、规格繁多，从不同的技术或经济指标出发，可以对数控机床进行各种不同的分类，一般可以按下面几种原则进行分类。本任务介绍数控机床按五种情况分类，主要讨论按伺服系统的类型、控制运动的轨迹分类。三、知识准备 (一) 按控制运动的轨迹划分 数控机床运动轨迹主要有3 种形式: 点位控制运动、直线控制运动和连续控制运动。 1.点位控制运动

4、点位控制运动是指刀具相对工件的点定位, 一般对刀具运动轨迹无特殊要求。即只控制从一点到另一点位置的精确定位，而不控制移动轨迹，在移动和定位过程中不进行任何加工。2.直线控制运动 直线控制运动是指刀具或工作台以给定的速度按直线运动。图1-6 点位控制运动 图1-7 直线控制运动 图1-8 连续控制运动2.连续控制运动连续控制运动也称轮廓控制运动, 是指刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动, 运动轨迹为任意方向的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线。即对两个或两个以上坐标轴同时进行控制。 (二) 按伺服系统的类型划分开环数控系统 闭环数控系统（根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环）开环数

5、控系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。减速器数控装置控制电路步进电机工作台输入开环控制系统框图特性：无位置反馈，精度低。其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。伺服驱动元件：一般以功率步进电机作为。优缺点：具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床及普通机床的数控改造。例如：CJK6125B 、J1BNC320等。 半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件

6、的实际位置。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈数控装置控制电路伺服电机工作台输入半闭环控制系统框图速度检测元件速度反馈位置反馈转角检测元件半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高。是现代CNC机床中应用最广泛的一种伺服系统形式。 全闭环数控系统全闭环数控系

7、统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈数控装置控制电路伺服电机工作台输入闭环控制系统框图位置检测元件速度检测元件速度反馈位置反馈从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有最高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。 (三) 按工艺用途划

8、分 (三) 按控制轴数和联动轴数划分 2轴联动（平面曲线） 3轴联动（空间曲面，球头刀） 4轴联动（空间曲面） 5轴联动（空间曲面） 。 联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。坐 标 联 动 ？ 指数控机床的几个坐标轴能够同时进行移动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线和空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力。 数控车床是两坐标控制的， 数控铣床是三坐标控制的， 早期的数控机床尽管具有三个坐标轴，但能够同时进行联动控制的可能只是其中两个坐标轴，那就属于两坐标联动的三坐标机床称为两轴半。像这类机床无法获得空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹。 要想加工复杂的曲面，只能采用三轴以上的联动控制。两轴半坐标

9、联动 机床本身有三个坐标能作三个方向的运动，但控制装置只能同时控制两个坐标，而第三个坐标只能作等距周期移动。坐标联动加工 任务三 数控机床加工的特点及应用一、任务引入二、任务分析三、知识准备一、任务引入1.任务描述机械零件多种多样，完成一个零件的加工需要多道工序，我们在本任务中了解数控机床的加工特点及其在零件加工中的应用。2.知识目标（1）了解数控机床的应用； （2）掌握数控机床的加工特点。二、任务分析 本任务通过分析数控机床的加工特点，能根据工件合理的选择数控机床。三、知识准备 （一）数控机床加工的特点 1.自动化程度高，减轻人工劳动强度 2.柔性加工程度高，适应性强 3.加工精度高, 加工

10、质量稳定 4.生产效率高 5.有利于生产管理的现代化 6.良好的经济效益（二）数控机床的应用1.最适应数控加工零件类（1）形状复杂, 加工精度要求高, 用通用机床很难加工或虽然能加工但很难保证加工质量的零件。（2）用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。（3）具有难测量, 难控制进给, 难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件。（4）必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻螺纹等多工序的零件。2.不适应数控加工零件类（1）生产批量大的零件( 当然不排除其中个别工序用数控机床加工)。（2）装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。（3）加工余量很不稳定, 且在数控机床上无在线检测系统用于自动调整

11、零件坐标位置的零件。（4）必须用特定的工艺装备协调加工的零件。任务四 数控机床的发展趋势一、任务引入二、任务分析三、知识准备一、任务引入1.任务描述 能够讲述数控机床的发展趋势。2.知识目标了解数控机床的应用； 二、任务分析 机械工业的发展，使数控机床也不断发展。 本任务介绍数控机床的产生与发展，以及数控机床未来的发展趋势。三、知识准备 （一） 数控机床的产生与发展 1948年受美国空军委托Parsons公司和M.I.T合作，1952年研制了世界上第一台三座标数控机床（实验性）。1954年11月，第一台工业用数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix）生产出来。从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的五代。 第一代：1955年 NC系统以电子管组成，体积大，功耗大。第二代：1959年 NC系统以晶体管组成，采用印刷电路板。第三代：1965年 NC系统采用小规模集成电路作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。以上三代NC系统，由于其数控功能均由硬件实现，故历史上又称其为“硬线NC”第四代：1970年 NC系统采用小型计算机取代专用计算机，其部分功能由软件实现，它具有价格低，可靠性高和功能多等特点。第五代：1974年 NC系统以微处理器为核心，不仅价格进一步降低，体积进一步缩