《数控机床与应用》课件.ppt

1、数控机床及应用课件，内容，第1章：绪论第2章：数控机床的机械结构第3章：计算机数控系统第4章：数控机床的伺服系统第5章：数控机床的原理第6章：数控编程第7章：数控机床的应用实例、数控机床及应用目录第1章，本章的要点：1.1了解数控机床的产生和发展1.2了解数控机床的应用特点、组成和工作原理1.3掌握数控机床的分类和发展趋势1。数控机床的产生和发展：随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日益提高，其生产类型正从大批量生产向多品种、小批量生产转变。因此，机械产品的加工要求高精度、高柔性和高自动化。数控机床的生产是为了解决单件、小批量、特别是复杂轮廓零件加工的自动化和保证质

2、量要求。第一台数控机床是1952年由帕森斯公司和麻省理工学院开发的三坐标数控铣床。它综合应用了计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测和新型机械结构等多项技术成果。它可用于加工复杂的曲面零件。数控机床的发展经历了五代数控系统，如电子管(1952)、晶体管(1959)、小规格集成电路(1965)、大规格集成电路和小型计算机(1970)以及微处理器或微型计算机(1974)。2.数控技术的基本概念1。数控，简称数控，是利用数字信息实现加工自动化的控制技术，利用数字信号控制机床运动及其加工过程的机床称为数控机床。2.数控机床早期，数控机床的数控装置由各种逻辑元件和存储元件组成。随机逻辑电路通过硬件实现数控

3、功能，称为硬件数控。通过该技术实现的数控机床称为数控机床。现代数控机床的数控系统采用微处理器或专用微机的计算机数控系统。预先存储在存储器中的系统程序(软件)实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备连接。这种机床被称为数控机床。3.数控机床的特点与普通机床相比，数控机床具有以下特点：强适应性是指数控机床对生产对象变化的适应性。高精度工作过程自动进行，无需人工干预，并通过实时检测装置进行校正或补偿，以获得更高的精度。高效数控机床可以使用较大的切削量，并具有自动变速、自动换刀等辅助操作自动化功能。降低劳动强度，改善劳动条件，促进生产管理现代化；4.数控机床的组成和工作原理、工作原理

4、、图纸、计量吸入器等。存储介质、数控装置、输入、输出、数控装置、伺服驱动装置、伺服系统、执行器、切割驱动装置、机床主体、检测装置、2.输入/输出设备3。数控装置是数控机床的核心。它接收脉冲信号，经解码、运算和逻辑处理后，将指令信息输出给伺服系统，使设备能够按照轨道的固定动作执行。伺服装置是数控机床执行机构的驱动部分，其功能是将来自数控装置的脉冲信号转换成机床执行部件的运动。5.检测反馈装置的功能是检测机床的实际运动速度、方向、位移和加工状态，并将结果反馈给数控装置，计算与指令位移的偏差，并发出指令修正误差。机床主体是加工运动的实际机械部分，主要包括主运动部件、进给运动的执行部件如工作台、滑架和

5、刀架，支撑部件如床身和立柱，以及辅助装置如冷却、润滑和滑动、分度部件、夹紧和换刀机械手。数控机床分类，1。按工业用途分类(1)数控车床(2)数控铣床(3)数控钻床(4)数控镗床。(5)数控齿轮加工机床，(6)数控平面磨床，(7)数控外圆磨床，(8)数控轮廓磨床。(9)数控工具磨床，(10)数控夹具磨床，(11)数控放电加工机，(12)数控放线机，(13)数控激光束机。(14)数控冲床(15)加工中心(16)数控超声波机(17)其他(如三坐标测量机等)。)，2 .根据运动模式分类(1)点控制系统仅控制刀具从一点到另一点的位置，但不控制运动轨迹，刀具不控制运动轨迹。刀具有三条路径：1) 2) 3)

6、，X，Y，Z，(3)轮廓控制系统(轮廓控制)，可同时连续控制两个或多个坐标轴，并可控制机器运动部件的位移和速度它的轨迹是直线、圆弧、螺旋等。具有任意斜率。、3。按控制方式分类(1)开环控制系统没有位置测量元件，数控装置根据控制介质上的指令信号，通过控制操作发出指令脉冲。特点：位置测量元件无反馈信号，执行机构动作不检查，指令流向单向，控制精度低。闭环控制系统这种机床有一个检测反馈装置，它可以将测得的实际位移值反馈给数控装置，并与输入的指令位移值进行比较，用差值进行控制，直到差值为零，从而实现运动部件的精确定位。从理论上讲，闭环控制系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与传动链中的误差无关。然

7、而，闭环控制系统对机床结构的刚度、传动部件的间隙和导轨运动的灵敏度有严格的要求。特点：位移精度高，但调试维护复杂，成本高，一般适用于高精度数控机床。半闭环控制系统这种机床不直接测量工作台的位移，而是通过检测丝杠的角度间接测量工作台的位移，然后反馈给数控装置。目前，半闭环控制系统广泛应用于大多数中小型数控机床。6.数控机床的发展趋势1。数控系统的发展1)高速高精度速度和精度是数控机床的两个重要指标。为了提高加工效率，必须首先提高切削速度和进给速度。随着工业技术的深入发展，对产品的加工精度提出了相当高的要求。目前，相应的数控系统可以设置在0.1单位。2)提高数控系统的高可靠性高可靠性是指数控系统的

8、可靠性比被控设备高一个数量级以上，但不是可靠性越高越好，而是适度可靠。提高数控系统可靠性的措施包括：采用更高的集成电路芯片，使用大规模或超大规模的专用和混合集成电路，减少元器件数量以提高系统的可靠性。3)编程自动化自动编程是用计算机完成数控机床的编程。当面对一些复杂的加工零件时，手工编程是非常复杂的。在这种情况下，系统的编程自动化可以用于自动编程，以完成零件加工的编程。从而大大降低了工人的劳动强度。4)智能数控系统数控系统使用的计算机容量越来越大，运行速度越来越快。在这种情况下，数控系统不仅可以完成数字控制功能，还可以与其他辅助系统连接实现智能系统。5)较强的通信功能现代数控机床可以通过自身的

9、通信功能与其他数控系统进行通信，以满足数控机床的网络和进线要求。除了RS-232通信接口，现代数控机床还具有其他功能的通信接口。2.新制造技术1)柔性制造单元(FMC)可以作为独立的生产设备进行自动加工，也可以作为柔性制造系统的加工模块。它具有占地面积小、易扩展、成本低、功能完善、加工适应性广的特点，非常适合中小企业。它由一个加工中心和一个自动工件交换装置(AWC)组成。同时，数控系统还增加了自动检测和工况自动监控等功能。2)柔性制造系统有许多制造设备，其中大部分都在10台以下。典型的柔性制造系统由四部分组成：加工系统、物流系统、中央管理系统和监控系统。整个生产过程由一台中央计算机调度。因此，

10、该系统可提高生产效率50%，缩短生产周期50%。3)计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)是一种先进的生产模式，它通过新的生产管理模式、过程理论和计算机网络，将企业所有生产经营活动所需的各种分布式自动化子系统有机地集成在一起，从而获得一个高效、高柔性、高质量的适合多品种、中小批量生产的智能制造系统。典型的CIMS系统由六个子系统组成：信息管理、工程设计自动化、制造自动化、质量保证、计算机网络和数据库。七、作业，什么是数控机床？它的特点是什么？数控机床是如何工作的？它由哪些部分组成？每个组件的功能是什么？什么是点控制、直线

11、控制和轮廓控制？它们的主要特征和区别是什么？什么是开环、闭环和半闭环系统？他们的特点是什么？第二章是数控机床的机械结构。一、数控机床的制度要求和特点。首先，数控机床的结构要求数控机床具有加工范围广、技术能力强的特点。因此，其主传动运动系统具有较大的、连续的速度范围和较高的速度，以满足高加工精度和效率的要求。现代使用的电机多为交流和DC调速电机，实现主轴无级变速，减少传动部件。此外，主轴的部件应具有较高的精度和刚度。对主轴系统的要求：(1)为了达到最佳的切削效果，通常需要在最佳的切削条件下工作。因此，一般要求主轴实现无级变速。(2)要求机床的主轴系统必须有足够高的速度和足够高的功率，以满足高速高

12、效加工的要求。(3)为了降低噪音、热量和振动，主传动系统应简化其结构并减少传动部件。(4)在加工中心，还必须有b(5)为了扩展机床的功能和控制C轴位置(主轴旋转角度)，主轴还需要安装位置检测装置来控制主轴位置。(2)主传动运动的变速方式具有适应数控机床加工范围、工艺适应性强、自动化程度高、加工精度高等特点，其主传动运动要求较大的调速范围。传统的主传动运动变速主要包括：(1)带有简单变速机构的主传动(机械变速：电机通过齿轮的主传动运动)；(2)主传动通过皮带传动；(3)电机直接驱动的主轴结构(两种类型)。然而，随着交流和DC变频主轴电机调速系统的改进和成熟，单齿轮段无级变速的主传动运动系统越来越

13、少。而是在交流电机和DC电机无级变速的基础上采用齿轮传动，以保证低速时的扭矩，扩大调速范围。(1)主传动采用简单的变速机构，其优点是能满足各种切削运动的扭矩输出，并具有大范围调速的能力。缺点：结构复杂，需要润滑和温控装置；成本更高；很难制造和维护。用途：这种结构通常用于大中型铣床。(2)皮带驱动的主驱动主轴电机的运行由同步带或三角带驱动。优点：结构简单，安装调试方便，传动平衡，振动低，噪音低。在一定条件下，可以满足速度和扭矩的输出要求。缺点：速度范围比(恒功率速度范围与恒转矩速度范围之比)受电机速度范围比的限制。用途：用于要求低扭矩输出的小型数控机床主轴上。(3)电机直接驱动的主轴结构(两种类

14、型)。电机直接驱动主传动：电机通过精密联轴器与主轴相连。特点：结构紧凑，输出功率与实际功率差小，传动效率高，主轴的特性与电机的输出特性完全一致，使用受到限制。缺点：主轴输出扭矩小，电机发热对主轴精度影响大。电主轴：主轴和电机转子为一体，称为电主轴。特点：结构更紧凑，惯性小，刚性高，响应快，调速电机启停特性好。制造和控制要求很高。如散热、动平衡、支撑、润滑和主轴控制。高成本。用途：主要用于高速加工。(3)数控机床主轴结构主轴是影响机床加工质量的主要部件。其旋转精度直接影响工件的加工精度；功率和转速影响加工效率。因此，在技术上要求主轴具有与机床本身相适应的旋转精度、刚度、抗冲击性、耐磨性和低温升。1.主轴轴承支撑结构轴承的使用应符合机床的规格和精度。主轴轴承配置1)双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列径向推力球轴承用于前支架，径向推力球轴承用于后支架。特点：大大提高主轴的刚性，满足强力切削的要求。2)前支架采