数控机床技术(第一章绪论)推荐PPT文档格式.ppt

1、20世纪80年代末90年代初，计算机集成制造系统CIMS已经逐渐投入使用。,第一章绪 论,二、各国数控机床的现状 据德国机械设备制造商协会（VDMA）消息，2004年德机械设备出口1：3世界第一，占世界机械设备市场份额的19.3%，日本机械设备出口1：3所占市场份额从12.6%上升至13.3%，居世界第二。美国、意大利、法国和英国分列第三至第六位，所占市场份额分别为12.4%、9.8%、5.2%和4.8%。中国机械设备出口所占市场份额从3.5%上升到4.3%居世界第七位。,第一章绪 论,1美国的数控发展史 美国政府重视机床工业，并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注

2、重基础科研。高性能数控机床技术在世界一直领先。当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床，也为中小企业生产廉价实用的数控机床（如Haas、Fadal公司等）。其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。,第一章绪 论,第一章绪 论,2德国的数控发展史 德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，在质量上精益求精。德

3、国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅均为世界闻名。,第一章绪 论,3日本的数控发展史 日本和美、德相似，充分发展大量大批生产自动化，继而全力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国。1978年产量超过美国，至今产量、出口量一直居世

4、界首位。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本在发展数控机床的过程中，狠抓关键，突出发展数控系统。如日本FANUC系统。,第一章绪 论,4我国数控机床的现状 我国从1958年开始研究数控机床，于1966年研制成功晶体管数控系统，并生产出了数控线切割机、数控铣床等产品。数控机床的发展处于初级阶段。20世纪80年代初期，我国先后从德、日、美等国家引进一些数控系统和伺服技术，一定程度上促进了数控机床的发展，数控机床性能逐步提高，品种和数量不断增加。到1985年，我国已经拥有加工中心、数控铣床、数控磨床等

5、80多个品种的数控机床，数控机床的发展进入了实用阶段。,第一章绪 论,20世纪90年代以后，数控机床的发展速度加快，多轴、全功能中高档数控系统及交、直流伺服系统相继研制成功，FMS和CIMS也先后投入使用，数控机床的发展进入了快速阶段。随着“九五”数控车床和加工中心（包括数控铣床）的产业化生产基地的形成，我国生产的中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中、高档数控机床方面，与国外一些先进产品相比，仍存在较大差距。相比之下，我国大部分数控机床产品在技术上还处于跟踪阶段。,第一章绪 论,三、数控设备的发展 电子管（1952年）晶体管和印刷电路板（1960年）小规模集

6、成电路（1965年）小型计算机（1970年）微处理器或微型计算机（1974年）基于PC-NC的智能数控系统（90年代后）。软线数控，计算机数控系统（CNC）前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬逻辑（硬线）数控系统，简称NC，已淘汰。,第一章绪 论,基于PC-NC的第六代数控系统，它充分利用现有PC机的软硬件资源，规范设计新一代数控。第六代数控的优势在于：（1）元器件集成度高、可靠性好；（2）技术进步快、升级换代容易；（3）提供了开放式的基础，可供利用的软、硬件资源极为丰实。,第一章绪 论,第一章绪 论,第一章绪 论,1.2 数控机床的组成及工作过程 一、基本概念数字控制（Numerica

7、l Control NC）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化方法。数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。数控机床（Numerical Control Machine Tools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。,计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC）以计算机为控制核心的数字控制系统。加工中心MC（Machining

8、Center）,第一章绪 论,计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）计算机辅助检验CAT（Computer Aided Testing）计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）,柔性制造单元FMC：（Flexible Manufacturing Cell）在加工中心基础上通过增加多工作台（托盘）自动交换装置APC（Auto Pallet Changer）以及其他相关装置，组成的加工单元。FMC不仅实现了工序的集中和工艺

9、的复合，而且通过工作台的自动交换和较完善的自动监测、监控功能，可以进行一定时间的无人化加工，从而进一步提高了设备的加工效率。,第一章绪 论,FMC构成分两大类：1、加工中心配上自动托盘系统（APC）；2、数控机床配机器人。FMC既是柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）的基础，又可以作为独立的自动化加工设备使用，因此其发展速度较快。,第一章绪 论,柔性制造系统FMS：在FMC和加工中心的基础上，通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备，并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理，这样的制造系统称为柔性制造系统FMS。FMS不仅可以进行长时间无人化加工，而

10、且可以实现多品种零件的全部加工和部件装配，实现了车间制造过程的自动化，它是一种高度自动化的先进制造系统。,第一章绪 论,第一章绪 论,计算机集成制造系统CIMS：将市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全过程均由计算机集成管理和控制，由此构成的完整的自动生产制造系统。CIMS将一个更长的生产、经营活动进行了有机的集成，实现更高效益、更高柔性的智能化生产，是当今自动化制造技术发展的最高阶段。在CIMS中，不仅是生产设备的集成，更主要的是以信息为特征的技术集成和功能集成。,第一章绪 论,二、数控设备的工作原理、组成1数控设备的工作原理,第一章绪 论,根据零件要求编制数控程序，将数控程

11、序记录在程序介质（如穿孔纸带、磁盘等）上，输入输出接口输入到数控设备中，控制系统按数控程序控制该设备执行机构的各种动作或运动轨迹，达到规定的工作结果。其主要步骤：1）数控加工程序编制 根据零件图所规定零件形状、尺寸、材料及技术要求等，确定零件加工工艺过程、工艺参数，按编程手册和程序格式编写零件加工程序。2）数控机床执行数控加工程序,第一章绪 论,第一章绪 论,（1）输入设备 数控机床的信息输入通道，加工零件的程序和各种参数、数据通过输入设备送进数控装置。早期的输入方式为穿孔纸带、磁带，目前较多采用磁盘；在生产现场，特别是一些简单的零件程序都采用按键、配合显示器（CRT）的手动数据输入（MDI）

12、方式；手摇脉冲发生器输入多用于调整机床和对刀时使用；通过通信接口，可由上位机输入。,第一章绪 论,第一章绪 论,1）纸带输入方式。可用纸带光电阅读机读入零件程序，直接控制机床运动，也可将纸带内容读入存储器，用储存的程序控制机床运动。2）MDI手动数据输入方式。可利用操作面板上的键盘输入程序指令，适于比较短的程序。编辑状态下输入加工程序，存入存储器中，可重复使用程序。3）DNC直接数控输入方式。把程序保存在上级计算机中，CNC系统一边加工一边接收来自计算机的后续程序段。,（2）数控装置 数控装置是由中央处理单元（CPU）、存储器、总线、输入输出接口和相应的软件构成的专用计算机，它接收输入信息，经

13、过译码、轨迹计算（速度计算）、插补运算和补偿计算，再给各个坐标的伺服驱动系统分配速度、位移指令。主要功能如下：多坐标控制（多轴联动）。插补功能（如直线、圆弧和其它曲线插补）。程序输入、编辑和修改功能（人机对话、手动数据输入、上位机通信输入）。,第一章绪 论,故障自诊断功能插补偿功能：补偿主要包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等。信息转换功能：包括EIA/ISO代码转换、英制/米制转换、坐标转换、绝对值/增量值转化等。多种加工方式选择 可以实现多种加工方式循坏、重复加工、凹凸模加工和镜像加工等。辅助功能 辅助功能也称M功能。显示功能 用CRT或液晶屏显示程序、参数、各种补

14、偿量、坐标位置、故障源以及图形等。通信和联网功能。,第一章绪 论,第一章绪 论,（3）伺服驱动装置及检测反馈装置 伺服驱动装置又称伺服系统，它接受计算机运算处理后分配来的信号，经过调节、转换、放大以后去驱动伺服电机，带动机床的执行部件运动，并且随时检测伺服电机或工作台的实际运动情况，进行严格的速度和位置反馈控制。伺服系统包括:驱动装置 执行机构,第一章绪 论,驱动装置：分为主轴驱动单元（主要是速度控制）、进给驱动单元（包括速度控制和位置控制）和主轴伺服电动机、进给伺服电动机、回转工作台和刀库伺服控制装置等。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。伺服系统分为直流伺服系统和交流伺服系统。检测装置：有测速发电机、旋转变压器、脉冲编码器、感应同步器、光栅、磁电转速传感器、霍尔传感器等。,（4）机床本体 包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。数控机床主体具有如下结构特点：1）高刚度、高抗震性及较小热变形的机床结构。2）高性能主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置。3）高传动效率、高精度、无间隙传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、贴塑导轨副、直线滚动导轨、静压导轨等。,第一章绪 论,（5）机电接口 主轴的启停，自动换刀，