机床数控技术1修改.ppt

1、1 概述1.1 1.1 机床数字控制的基本概念机床数字控制的基本概念1.2 1.2 数控机床的构成和工作原理数控机床的构成和工作原理1.3 1.3 数字控制机床的分类数字控制机床的分类1.4 1.4 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 11/9/202211.1 1.1 机床数控技术的基本概念机床数控技术的基本概念 (1)(1)数控数控(Numerical Control,)Numerical Control,)是数字控制技术的简称,缩写为NCNC。在自动控制技术中.数字控制是相对模拟控制而言的,但模拟控制几乎已被数字控制所替代。根据控制对象不同，有各种数字控制系统,其中,产生最早、应用

2、最广泛的是机床的数字控制机床的数字控制.在工业技术领域，如果不作特殊说明，一般谈到数控都是指机床的数字控制一般谈到数控都是指机床的数字控制。(2)(2)数控机床是用数字化代码程序控制数控机床是用数字化代码程序控制,能自动完成加工循环的通用机床能自动完成加工循环的通用机床.在机床领域，除了数字控制技术外，还有顺序控制技术，采用可编程逻辑控制器，即PLCPLC，主要用于专用机床或专门化机床。11/9/20222(3)(3)计计算算机机数数控控（Computer Computer Numerical Numerical ControlControl）是是计计算算机机数数字字控控制制的的简简称称。缩缩

3、写写为为 CNCCNC 数数控控装装置置是数控机床的控制中枢。早期是由数字逻辑电路构成的，因此称为硬件数控。随着计算机技术的发展，硬件数控系统已被淘汰，取而代之的是微处理器为核心的计算机数控。CNCCNC是采用存储程序的计算机来完成部分或全部基本数控功能，主要由计算机程序，即软件来对各类控制信息进行处理，不仅具有真正的柔性，而且可处理逻辑电路难以处理的各种复杂信息，因此使数控系统的功能大大提高，而且还在向更高水平发展。现现在在的的数数控控机机床床都都是是计计算算机机数数控控机机床床，即即CNCCNC机机床床,但但一一般般仍仍称称数数控控机机床。床。11/9/202231.2数控机床的构成和工作

4、原理11/9/202241.2.1 计算机数控装置（数控系统）计算机数控装置计算机数控装置，即CNCCNC装置装置，是数控机床的核心，由微处理器（CPU）、存储器、各种I/O接口及外围逻辑电路等构成，其基本功能基本功能是对输入的数控程序及有关数据进行存储与处理，通过插补运算等形成运动轨迹指令，控制伺服单元和驱动装置，实现刀具与工件的相对运动。此外还有越来越多的扩展扩展功能功能。主要如下：多种程序输入功能（人机对话、手动数据输入，串行口（R232）输入，DNC输入等），以及编辑和修改功能；信息转换功能（EIA/ISO代码转换，英制/公制转换，坐标转换/绝对值/增量值转换等）；11/9/20225

5、 实现多种插补（直线、圆弧等）运算和多坐标控制（多轴联动），刀具半径补偿、长度补偿等；系统检测和诊断功能，具有故障自诊断功能；图形显示和加工仿真功能；通讯和连网功能；加工任务数据的统计与管理功能等。智能化功能 工件自动检测、自动定心；刀具寿命及刀具收存情况管理；刀具破损检测及自动更换备用刀具；负载监控；根据加工时的热变形，利用检测反馈的各种实时补偿，如对滚珠丝杠等的伸缩进行适时补偿功能；维修管理等。11/9/202261.2.2 伺服进给系统（1）作用 伺服系统的作用是把来自数控装置的指令信息转换为床移动部件的运动，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的运动，最后加工出符合图纸要求的零件。伺服

6、系统的精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量及生产率的重要因素之一。11/9/20227（2）组成 进给伺服电动机及其驱动控制系统，位置检测反馈装置等组成。目前进给伺服电动机主要是交流伺服电动机、取代了过去的直流伺服电动机，步进电机用于简易数控机床。对于大多数数控机床，为提高其定位精度，都有一套位置测量与反馈装置，形成闭环或半闭环控制。目前在数控机床上常用的测量装置有光光栅栅（闭闭环控制）环控制）、旋转变压器、感应同步器、磁栅、编码盘（半闭环控制）编码盘（半闭环控制）等。11/9/20228（3 3）主要技术指标：）主要技术指标：脉脉冲冲当当量量（或或最最小小设设定定单单位位），数控装

7、置发出一个控制脉冲，机床工作台移动的距离称为脉冲当量。脉冲当量越小，加工精度越高。一般为0.010。001mm。此外还有运动速度、输出转矩、定位精度等。11/9/202291.2.3 可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器PLC 用于完成数控机床的各种逻辑运算和顺序控制（即各种设备开关控制）；PLC还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，一方面将有关指令送往CNC用于加工过程协调控制。PLC有内置型和独立型两大类。11/9/2022101.2.4 主轴驱动单元有三种类型 （1）经济型数控机床，主轴及主传动系统与一般机床相似，普通电机驱动，滑移齿轮有级变速。（2）中挡型数控机床，主轴采用无

8、级调速电机驱动，机械变速装置简化或取消；（3）高挡型数控机床，主轴采用伺服电机驱动，可以无级调速及插补控制，机械变速装置简化或取消。11/9/20221111/9/2022121.2.5 数控面板 数控面板是数控系统的控制面板，各种数控系统的数控面板是不相同的，但大多数是有共性或相似的。主要由显示器、手动数据输入（Manual Data Input，简称MDI）键盘组成，又称为MDI面板。操作人员可通过键盘和显示器实现系统管理和对数控程序及有关数据进行输入和编辑修改。此外，数控程序及数据还可以通过磁盘（即软盘）或通讯接口输入。显显示示器器常常具具有有多多个个软软功功能能键键（简简称称软软件件）

9、，用用于于选选择择菜菜单单。按键除各种符号键和数字键外，还常设控制键和用户定义键等。11/9/2022131.2.6 机床操作面板 由各种按钮和旋钮等组成，主要用于对机床的操作。如系统启动开关，紧急停车开关，进给速度倍率旋钮（或按钮），机床回零按钮，手动快、慢进给按钮等。11/9/2022141.2.7机床本体 它指的是数控机床机械结构实体。它与传统的普通机床相比较，同样由主传动机构、进给传动机构、工作台、床身及立柱等部分组成，但数控机床的整体布局、外观造型、传动机构及操作机构等方面都发生了很大的变化，归纳起来由以下及点：(1)由于普遍采用了伺服电机无级调速技术，机床进给运动和主传动的变速操纵

10、机构被极大地简化甚至取消；11/9/202215 (2)进给传动采用高效传动件。如滚珠丝杠、直线滚动导轨副，贴塑导轨、同步齿形带，柔性联轴器等，具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点。(3)结构设计具有刚度大、精度高、抗振性强、热变形小等特点布局形式便于高效生产。如采用斜床身，有利于提高机床刚度和方便排屑）(4)加工中心 有较完善的刀具自动交换和管理系统，有的有工件自动交换工作台。工件在加工中心类机床上一次安装后，能自动地完成或接近完成工件各面的加工工序。采用全封闭罩壳。由于数控机床是自动完成加工，为了操作安全等，一般采用移门结构的全封闭罩壳，对机床的加工部位进行全封闭。11/9/20221

11、611/9/20221711/9/20221811/9/20221911/9/20222011/9/2022211.1.2 数控机床的技术特点 由于数控机床综合了微电子技术、计算机应用技术、自动控制技术以及精密机床设计与制造技术，具有专用机床的高效率，精密机床的高精度和通用机床的高柔性等显著特点，具体说来可包括以下几个方面。（复复杂杂、精精密密、多多变变零零件件的的高高效效、自动化加工自动化加工 ）(1)(1)柔柔性性自自动动化化，具具有有广广泛泛适适应应性性。由于采用数控程序控制，加工中多采用通用型工装，只要改变数控程序，便可实现对新零件的自动化加工，因此能适应当前市场竞争中对产品不断更新换

12、代的要求，解决了多品种、中小批量生产自动化问题。11/9/202222 (2)精度高、质量稳定。在数控机床中集中了众多提高加工精度和保证质量稳定性的技术措施。首先数控机床是根据数控程序自动工作，一般在工作过程中不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的失误或误差；数控机床的机械结构是按照精密机床要求进行设计和制造的，采用了滚珠丝杠、滚动导轨等高精度传动部件，而且刚度大，精度高；伺服传动系统的脉冲当量或最小设定单位可以达到0.010.0005mm，同时工作中还大多采用具有检测反馈的闭环或半闭环控制，并且有误差修正或补偿功能，可进一步提高精度和稳定性；数控加工中心具有刀库和自动换刀装置，工件可在一

13、次装夹后完成工件的多面和多工序加工，最大限度地减小了装夹误差的影响等。11/9/202223 (3)(3)生产效率高生产效率高。数控机床能最大限度地减小零件加工所需的机动时间与辅助时间，使生产效率显著提高。数控机床的进给运动和多数主运动都采用无级调速，且调速范围大，因此每一道工序都能选择最佳的切削速度和进给速度；良好的结构刚度和抗振性允许机床采用大切削用量和进行强力切削；一般不需要停机对工件进行检测，从而有效地减少了机床加工中的停机时间；机床移动部件在定位中都采用自动加减速措施，因此可选用很高的空行程运动速度，大大节约了辅助运动时间；加工中心可采用自动换刀和自动交换工作台等措施，工件一次装夹，

14、可进行多面和多工序加工，可大大减少工件装夹、对刀等辅助时间；而且加工工序集中，可减少零件周转，减少了设备台数及厂房面积，给生产调度管理带来极大方便。11/9/202224 (4)(4)能能实实现现复复杂杂零零件件的的加加工工。由于数控机床采用计算机插补技术和多坐标联动控制，可以实现任意的轨迹运动和加工出任何复杂形状的空间曲面，可方便地完成各种复杂曲面，如螺旋桨、汽轮机叶片、汽车外形冲压用模具等类零件的加工。(5)(5)减减轻轻劳劳动动强强度度、改改善善劳劳动动条条件件。由于数控机床的操作者主要是利用操作面板对机床的自动加工进行操作，大大减轻了操作者的劳动强度，改善了生产条件，并且可以实现一个人

15、轻松管理多台机床。11/9/202225(6)有利于现代化生产与管理。采用数控机床加工能方便精确计算零件的加工工时或进行自动加工统计，能精确计算生产和加工费用，有利于生产过程的科学管理。数控机床是计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、群控或分布式控制（DNC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）等先进制造系统的基础。11/9/2022261.1.3 数控机床存在的问题数控机床存在的问题（1）成本高 初始投资大（2）维护费用高技术难度大（3）对操作、维护、管理人员素质要求高 对于上述问题相应对策（1）合理选择：工件复杂程度 批量 10100（2）提高开工率：回收资金（3）降

16、低数控机床成本：经济型加工中心11/9/2022271.3 数字控制机床的分类数字控制机床的分类1.3.1 按工艺用途分类按工艺用途分类1.3.2 按运动轨迹类型分类按运动轨迹类型分类1.3.3 按控制方式进行分类按控制方式进行分类1.3.4 按数控系统的功能水平进行分类按数控系统的功能水平进行分类 11/9/2022281.3.1 按工艺用途分类按工艺用途分类（1 1）金属切削类）金属切削类 可进一步划分为普通数控机床和加工中心两类。1 1）普通数控机床）普通数控机床 根根据据我我国国1985 1985 年年颁颁布布的的“JB1838-85JB1838-85金金属属切切削削机机床床型型号号编编制制方方法法”，金金切切机床划分为机床划分为1212大类：大类：车床（C）、钻床（Z）、镗床（T）、磨床（M）、齿轮加工机床（Y）、螺纹加工机床（S）、铣床（X）、刨床（B）、拉床（L）、超声波及电加工机床（D）、切割机床（G）、其它机床（Q）。因因此此普普通通数数控控机机床床也也划划分分为为相相应应的的1212大大类类，仅仅在在类类代代号号后后面面增增加加机机床床通通用性代号用性代号“K”K”