数控机床课件

数控机床课件第1页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的基本组成1．数控机床的产生随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一，不仅能够提高产品质量和生产线，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企业采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线

第2页，共19页，2023年，2月20日，星期五产生在机械制造工业中，单件、小批量生产的零件约占机械加工总量的70％-80％。科学技术的进步和机械产品市场竞争的日趋激烈，致使机械产品不断改型、更新换代，批量相对减少，质量要求越来越高。采用专用的自动机床加工这类零件就显得很不合理，而且调整或改装用的“刚性”自动生产线投资大、周期长，有时从技术上甚至是不可能实现的。为了解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂、精度要求高的零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适于产品频繁变化的“柔性”自动化机床。随计算机科学技术的发展，1952年，美国帕森斯公司(Parsons)和麻省理工学院(MIT)合作，研制成功了世界L第一台以数字计算机为基础的数字控制(numericalcontrol，简称NC)3坐标直线插补铣床，从而使机械制造业进入了一个新阶段。第3页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的特点

与普通机床相比，数控机床有如下特点：

●对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；

●加工精度高，具有稳定的加工质量；●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件，

●加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；●机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；●机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

●有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；●对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；●可靠性高。第4页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的组成

1、程序及载体（穿孔纸带、磁带、磁盘）

2、输入/输出设备（纸带阅读机、软盘驱动器及键盘（MDI方式）等，还有RS232串行通讯接口，输出设备主要有CRT显示器或点阵式液晶显示器）

3、计算机数控装置（核心部件，包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统的其他组成部分联系的接口等）

4、伺服单元（计算机数控装置和机床本体的联系环节，它的主要功能是把来自CNC装置的微弱的脉冲指令信息，经过功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的运动部件，完成指令规定的动作，加工出合格的零件。通常伺服单元由进给驱动、主轴驱动和位置驱动三部分组成。）

5、驱动装置（是数控系统主要的执行元件之一，主要功能是把经过放大的指令信号变为机械运动。驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等）

6、测量反馈装置（反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，主要功能是将数控机床各坐标轴的位移指令检测值反馈到机床的数控装置中，供计算机数控装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动）

7、机床主体（主运动部件——主轴、进给机构等完成切削加工；进给运动部件——工作台、刀架；支撑部件——床身、立柱；辅助装置——冷却、润滑、转位、夹紧、换刀机械手等）第5页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的工作原理

1.输入：零件加工程序一般通过DNC从上一级计算机输入而来。

2.译码：译码程序将零件加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。

数控装置信息处理过程3.数据处理：包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能的处理。

数控机床的工作流程信息载体输入装置运算器输出装置伺服系统控制器第6页，共19页，2023年，2月20日，星期五5.伺服输出：伺服控制程序的功能是完成本次插补周期的位置伺服计算，并将结果发送到伺服驱动接口中去4.插补：是在已知一条曲线的种类、起点、终点以及进给速度后，在起点和终点之间进行数据点的密化。数控机床的组成和工作原理零件图样程序编制信息载体数控装置伺服系统机床毛坯工件数控机床加工零件的过程第7页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的分类1、按数控机床的加工原理分类普通数控机床：数控车床、数控铣床、加工中心、车削中心等（用切削刀具对零件进行切削加工）。特种加工数控机床：线切割数控机床、电火花成型加工数控机床（采用电火花原理对高硬度零件进行切割及形腔进行加工）。2、按数控机床的运动轨迹分类点位控制运动：刀具相对于工件的点定位直线控制运动：刀具或工作台以给定的速度按直线运动连续控制运动（轮廓控制运动）：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3、按进给伺服系统的类型分类开环控制系统：采用步进电机，无位置检测元件，对执行机构不检测，无反馈控制信号。闭环控制系统：采用伺服电机，有位置检测元件和位置比较电路。半闭环控制系统：位置检测元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电机的转角，推算出位移第8页，共19页，2023年，2月20日，星期五驱动程序步进电机工作台指令位置比较速度控制工作台指令伺服电机速度检测位置检测反馈指令位置比较速度控制工作台伺服电机速度检测位置检测反馈开环控制系统半闭环控制系统闭环控制系统数控机床的分类第9页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的坐标系１、机床坐标系的确定（1）机床相对运动的规定在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。（2）机床坐标系的规定标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。第10页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的坐标系标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：①伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。②大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。③围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。第11页，共19页，2023年，2月20日，星期五（3）运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，下图为数控车床上两个运动的正方向。数控机床的坐标系第12页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的坐标系２、坐标轴方向的确定（1）Z坐标Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。（2）X坐标X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内，且垂直于Z轴。则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向，确定X轴的方向时，要考虑：①工件做旋转运动的机床，取平行于横向导轨的方向（即工件径向）为刀具运动的X方向。②刀具做旋转运动的机床，则分为两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴后端向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。下图所示为数控车床的X坐标。

③对于没有回转轴或没有回转工件的机床，X轴平行于主要切削方向，且以该方向为正方向。第13页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的坐标系（3）Y坐标在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。第14页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的坐标系3、机床原点的设置

机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。（1）数控车床的原点在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。第15页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的坐标系4、机床参考点机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。下图为数控车床的参考点与机床原点。第16页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的坐标系5、编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。如左图所示，其中O2即为编程坐标系原点。编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致，如右图所示为车削零件的编程原点。第17页，共19页，2023年，2月20日，星期五数控机床的坐标系6、加工坐标系（1）加工坐标系的确定：加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。（2）加工坐标系的设定：在机床坐标系中直接设定加工原点。例：以下图为例，在配置FANUC-OM系统的立式数控铣床上设置加工原点03。①加工坐标系的选择：编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。设工作台工作面尺寸为800mm×320mm，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点03就在距机床原点O1