教学课件·《数控技术及应用》.ppt
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- 数控技术及应用 教学 课件 数控技术 应用
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1、数控技术及应用数控技术及应用0绪绪 论论0.1 机床数控技术组成机床数控技术组成0.2 数控机床加工特点数控机床加工特点0.3 数控机床基本控制数控机床基本控制0.4 数控技术发展趋势数控技术发展趋势0.5 本课程的任务和学习方法本课程的任务和学习方法0 绪绪 论论10.1 机床数控技术组成机床数控技术组成1.数控技术的基本概念数控技术的基本概念数控技术是指,用数字指令来实现一台或多台机数控技术是指,用数字指令来实现一台或多台机械设备运行的控制技术,数控技术所涉及的控制通常械设备运行的控制技术,数控技术所涉及的控制通常是位置、角度、速度等机械量以及与机械能量流向有是位置、角度、速度等机械量以及
2、与机械能量流向有关的开关量。数控机床就是采用了数控技术的机床,关的开关量。数控机床就是采用了数控技术的机床,是集机械制造、计算机、自动控制、电机及拖动、电是集机械制造、计算机、自动控制、电机及拖动、电力力 电电 子子、传传 感感 器器、机机 床床 电电 器器 及及 PLC、气气 液液 压压 以以 及及 网网 络络通信等技术为一体的自动化金属切削设备,是典型的通信等技术为一体的自动化金属切削设备,是典型的机电一体的产品。机电一体的产品。图图 0-1 机床数控技术组成机床数控技术组成20 绪绪 论论数控装置是数控技术的核心,是一种专门用于数数控装置是数控技术的核心,是一种专门用于数控机床控制的计算
3、机,承担着数控机床运行的数据输控机床控制的计算机,承担着数控机床运行的数据输入、处理和计算,控制信号的输入和输出,以及网络入、处理和计算,控制信号的输入和输出,以及网络通信。现代数控装置也称为计算机通信。现代数控装置也称为计算机 数控系统数控系统(C omputer N umerical C ontrol System,简称,简称 CNC)。)。30 绪绪 论论西门子数控系统西门子数控系统SINUMERIK 840Dsl 数控系统数控系统SINUMERIK 802Dsl 数控系统数控系统0 绪绪 论论4FANUC 数控系统数控系统0 绪绪 论论FANUC 16i 数控系统数控系统FANUC 0
4、iC 数控系统数控系统FANUC 30i 数控系统数控系统FANUC 0iD 数控系统数控系统5华中数控系统华中数控系统0 绪绪 论论6HMC-180XP 数控系统数控系统HMC-18i 数控系统数控系统华华 中中 8 系系 列列 数数 控控 系系 统统72.数控机床类型数控机床类型(1)数数 控控 车车 床床图图 0-2a 普通型数控车床(平床身)普通型数控车床(平床身)0 绪绪 论论8图图 0-2b 多功能数控车床(斜床身)多功能数控车床(斜床身)0 绪绪 论论9(2)数控铣床及加工中心)数控铣床及加工中心图图 0-3a 立式数控铣床立式数控铣床0 绪绪 论论10图图 0-3b 数控卧式铣
5、镗床数控卧式铣镗床0 绪绪 论论11图图 0-3c 数控龙门铣床数控龙门铣床0 绪绪 论论动梁式动梁式定梁式定梁式12图图 0-3d 立式加工中心(斗笠式刀库)立式加工中心(斗笠式刀库)0 绪绪 论论13图图 0-3e 卧式加工中心卧式加工中心0 绪绪 论论(3)数控磨床)数控磨床图图 0-4a 数控平面磨床数控平面磨床140 绪绪 论论图图 0-4b 数控外圆磨床数控外圆磨床150 绪绪 论论(4)数数 控控 电电 火火 花花 成成 型型 机机 床床 和和 线线 切切 割割 机机 床床图图 0-5 数控电火花成型机床数控电火花成型机床160 绪绪 论论图图 0-6 数控线切割机床数控线切割机
6、床170 绪绪 论论(5)数控冲床和数控折弯机)数控冲床和数控折弯机图图 0-7 数控冲床数控冲床180 绪绪 论论图图 0-8 数控折弯机数控折弯机190 绪绪 论论0.2数控机床加工特点数控机床加工特点零件图零件图编制加工程序编制加工程序输入加工程序输入加工程序加工完成后的工件加工完成后的工件200 绪绪 论论自动切削工件自动切削工件图图 0-9 数控车床加工过程数控车床加工过程n 加工过程中无需人的过多介入,把人对加工精度的加工过程中无需人的过多介入,把人对加工精度的影响降低到最小。影响降低到最小。n 数控机床本身机械精度和控制精度都较高,加工过数控机床本身机械精度和控制精度都较高,加工
7、过程中的每一步严格按照加工程序来执行,保证了零件程中的每一步严格按照加工程序来执行,保证了零件加工精度以及精度保持的一致性。加工精度以及精度保持的一致性。n 数控机床自动化程度高,如自动换刀、自动对刀等,数控机床自动化程度高,如自动换刀、自动对刀等,有效缩短了非切削时间,加工效率高。有效缩短了非切削时间,加工效率高。n 采用标准化和模块化的刀具和夹具后,加工不同的采用标准化和模块化的刀具和夹具后,加工不同的零件只需更换相应的加工程序即可,适应性强。零件只需更换相应的加工程序即可,适应性强。210 绪绪 论论0.3 数控机床基本控制数控机床基本控制加工中心机械结构加工中心机械结构电气控制柜电气控
8、制柜220 绪绪 论论1-回转式刀库回转式刀库 2-Z 轴伺服电动机轴伺服电动机3-主轴电动机主轴电动机 4-松紧刀气缸松紧刀气缸5-主轴箱主轴箱 6-主轴主轴 7-工作台工作台8-床鞍床鞍 9-床身床身 10-X 轴伺服电动机轴伺服电动机11-I/O 模块模块 12-驱动器(主轴和伺服一驱动器(主轴和伺服一体体 式驱动器)式驱动器)13-电源开关电源开关14-继电器继电器 15-机床变压器机床变压器 16-接触器接触器17-断路器断路器 18-电源变压器电源变压器 19-开关电源开关电源图图 0-10 加工中心机械结构和电气控制柜加工中心机械结构和电气控制柜数控车床机械结构及电气控制数控车床
9、机械结构及电气控制230 绪绪 论论图图 0-11 数控机床控制组成数控机床控制组成240 绪绪 论论251.主轴控制主轴控制主轴控制涉及到的机电技术包括:主轴结主轴控制涉及到的机电技术包括:主轴结构及主轴机械传动,主轴电动机及驱动,以及构及主轴机械传动,主轴电动机及驱动,以及主轴速度和位置检测等主轴速度和位置检测等控制本质控制本质 对主轴进行控制,实际上就是对主轴电动机进行控制,对主轴进行控制,实际上就是对主轴电动机进行控制,即主轴电动机的正反转决定了主轴的转向;主轴电动机的转速决即主轴电动机的正反转决定了主轴的转向;主轴电动机的转速决定了主轴的转速。定了主轴的转速。基本功能基本功能 正、反
10、转起动及停止,主轴调速,相应数控指令为正、反转起动及停止,主轴调速,相应数控指令为M03、M04、M05 及及 S。特殊功能特殊功能 主轴定向和定位控制、主轴齿轮换挡时的摆动控制、主轴定向和定位控制、主轴齿轮换挡时的摆动控制、螺纹车削及刚性攻丝同步控制等。螺纹车削及刚性攻丝同步控制等。0 绪绪 论论卸掉罩壳后卸掉罩壳后主轴电动机及驱动、主轴机械主轴电动机及驱动、主轴机械传动实现主轴的起停和转速控制传动实现主轴的起停和转速控制260 绪绪 论论2.进给控制进给控制进给控制涉及到的机电技术包括:进给进给控制涉及到的机电技术包括:进给机械传动机构、进给电动机及驱动、位置和机械传动机构、进给电动机及驱
11、动、位置和速度检测装置、伺服系统性能及调整等速度检测装置、伺服系统性能及调整等点位控制点位控制 加工中心钻孔、扩孔、铰加工中心钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及镗孔等均为点位控制。点孔、攻丝及镗孔等均为点位控制。点位控制中,刀具从当前位置快速移动位控制中,刀具从当前位置快速移动到下一位置的过程中不进行切削,移到下一位置的过程中不进行切削,移动路径可人为设置,但要保证点与点动路径可人为设置,但要保证点与点之间的位置精度。之间的位置精度。270 绪绪 论论图图 0-12a 点位控制点位控制轨迹控制轨迹控制 数控铣床、加工中心、数控车床和数控磨床进行轮廓加数控铣床、加工中心、数控车床和数控磨床进行轮廓加工均为
12、轨迹控制。轨迹控制中,刀具按规工均为轨迹控制。轨迹控制中,刀具按规 定定 的的 路路 径径 切切 削削 零零 件件,既既 要要 保保证位置精度,又要保证刀具运动速度的稳定。证位置精度,又要保证刀具运动速度的稳定。刀具进给轨迹刀具进给轨迹图图 0-12b 铣削轨迹控制铣削轨迹控制刀具进给轨迹刀具进给轨迹图图 0-12c 车削轨迹控制车削轨迹控制280 绪绪 论论卸掉罩壳后卸掉罩壳后进给电动机及驱动、进给机械进给电动机及驱动、进给机械传动实现刀架传动实现刀架 X 和和 Z 轴的进给运动轴的进给运动XZ290 绪绪 论论3.辅助功能的控制辅助功能的控制辅助功能是数控机床能顺利完成切削加工的重要辅助功
13、能是数控机床能顺利完成切削加工的重要保证,如数控车床中刀架换刀、液压卡盘和液压尾座保证,如数控车床中刀架换刀、液压卡盘和液压尾座的动作,加工中心中的刀库选刀和换刀动作等。辅助的动作,加工中心中的刀库选刀和换刀动作等。辅助功能由功能由 M 指令和指令和 T 指令通过数控系统的指令通过数控系统的 PLC 控制完成。控制完成。主轴正、反转和停止,冷却及润滑是主轴正、反转和停止,冷却及润滑是所有数控机床应具有的辅助功能控制所有数控机床应具有的辅助功能控制300 绪绪 论论卸掉罩壳后卸掉罩壳后液压卡盘夹紧液压卡盘夹紧/松开、转塔刀松开、转塔刀架换刀、液压尾座顶尖的伸出架换刀、液压尾座顶尖的伸出/缩缩回等
14、是数控车床的辅助功能控制回等是数控车床的辅助功能控制310 绪绪 论论数控车床辅助功能数控车床辅助功能32立式加工中心(斗笠式刀库)辅助功能立式加工中心(斗笠式刀库)辅助功能0 绪绪 论论卧式加工中心辅助功能卧式加工中心辅助功能330 绪绪 论论0.4数控技术发展趋势数控技术发展趋势1.高速化高速化2.高精度化高精度化3.高可靠性高可靠性4.多轴联动和功能复合化多轴联动和功能复合化5.工业机器人在数控加工生产线中的应用工业机器人在数控加工生产线中的应用6.智能化智能化7.网络化网络化8.绿色化绿色化340 绪绪 论论高高 速速 化化 电电 主主 轴轴350 绪绪 论论传统数控机床主轴驱动方式:
15、传统数控机床主轴驱动方式:主轴电动机主轴电动机+机械传动机构机械传动机构+主轴部件主轴部件电主轴电主轴电动机转子为主轴电动机转子为主轴高高 速速 化化 直直 线线 电电 机机传统数控机床伺服驱动方式:传统数控机床伺服驱动方式:伺服电动机伺服电动机+滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副+工作台工作台直线电机直线电机电动机的定电动机的定子、转子相对直线运动子、转子相对直线运动360 绪绪 论论车铣复合加工中心车铣复合加工中心车铣复合加工中心车铣复合加工中心 是是 一一 种种 以以 工工序集中为原则的新型数控机床,零序集中为原则的新型数控机床,零件通过一次装夹可完成多种加工工件通过一次装夹可完成多种加工工序
16、,如车削、钻孔、攻丝、平面铣序,如车削、钻孔、攻丝、平面铣削、铣槽等加工工序。削、铣槽等加工工序。37与普通加工时工与普通加工时工件在不同机床上加工件在不同机床上加工相比,大大降低了装相比,大大降低了装夹时间,提高了加工夹时间,提高了加工效率;同时,减少了效率;同时,减少了装夹定位误差,提高装夹定位误差,提高了加工精度。了加工精度。0 绪绪 论论工业机器人在数控加工生产线中的应用工业机器人在数控加工生产线中的应用0 绪绪 论论桁架式搬运机器人桁架式搬运机器人导轨式移动搬运机器人导轨式移动搬运机器人固定式回转搬运机器人固定式回转搬运机器人380 绪绪 论论39主轴部件中安装有主轴部件中安装有加速
17、度传感器、轴加速度传感器、轴承温度传感器等承温度传感器等智智 能能 化化 主主 轴轴 轴轴 承承 故故 障障 预预 警警由电流传感器(安装在主由电流传感器(安装在主轴电动机驱动器中)检测轴电动机驱动器中)检测主轴电动机运行电流主轴电动机运行电流网网 络络 化化 数数 控控 机机 床床 远远 程程 故故 障障 诊诊 断断0 绪绪 论论40本课程涉及的学科面广,需要有广泛的专本课程涉及的学科面广,需要有广泛的专业基础和理论知识。学好本课程的关键在于理业基础和理论知识。学好本课程的关键在于理论联系实际,要重视实验,善于借鉴,从整体论联系实际,要重视实验,善于借鉴,从整体上把握数控机床的运行原理和控制
18、过程,以及上把握数控机床的运行原理和控制过程,以及加工程序的基本指令和程序编制的方法。加工程序的基本指令和程序编制的方法。0.5本课程的任务和学习方法本课程的任务和学习方法410 绪绪 论论本章结束,感谢您的聆听学习!本章结束,感谢您的聆听学习!数控技术及应用数控技术及应用1数控机床机械传动数控机床机械传动1.1 进给机械传动进给机械传动1.2 主轴机械传动主轴机械传动1.3 辅助装置辅助装置1.4 进给机械传动特性进给机械传动特性1 数控机床机械传动数控机床机械传动11.1 进给机械传动进给机械传动1.1.1 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副1.作作 用用滚珠丝杠螺母副是数控机床进给机械传动的重
19、要部件,是一种将滚珠丝杠螺母副是数控机床进给机械传动的重要部件,是一种将旋转运动转换成直线运动的传动部件。旋转运动转换成直线运动的传动部件。图图 1-1a 滚珠丝杠与伺服电动机直联滚珠丝杠与伺服电动机直联图图 1-1b 滚珠丝杠通过同步带与伺服电动机连接滚珠丝杠通过同步带与伺服电动机连接21 数控机床机械传动数控机床机械传动2.滚珠丝杠螺母副的特点滚珠丝杠螺母副的特点(1)循循 环环 方方 式式图图 1-2a 内循环内循环图图 1-2b 外循环外循环(2)丝杠螺距及累积误差)丝杠螺距及累积误差3图图 1-3a 丝杠螺距丝杠螺距由丝杠螺距累积误差引起的机床坐标轴定位误差,可通过数控由丝杠螺距累积
20、误差引起的机床坐标轴定位误差,可通过数控系统的软件进行补偿(丝杠螺距累积误差补偿),以提高轴的定位系统的软件进行补偿(丝杠螺距累积误差补偿),以提高轴的定位精度。精度。1 数控机床机械传动数控机床机械传动(3)定定 位位 误误 差差 测测 量量干涉镜固定,反光镜随运动部件(工干涉镜固定,反光镜随运动部件(工作台)移动。激光器发出的输入光束经干作台)移动。激光器发出的输入光束经干涉镜中的半反半透镜后分为两路,一路为涉镜中的半反半透镜后分为两路,一路为参考光束,另一路为测量光束并经角锥反参考光束,另一路为测量光束并经角锥反光镜反射。当反射镜随工作台一起移动时,光镜反射。当反射镜随工作台一起移动时,
21、测量光束的光路长度发生改变,由于多普测量光束的光路长度发生改变,由于多普勒效应,测量光束的频率相对参考光束的勒效应,测量光束的频率相对参考光束的频率产生平移,由此,测量光束和参考光频率产生平移,由此,测量光束和参考光束在干涉镜处产生干涉,其叠加光束产生束在干涉镜处产生干涉,其叠加光束产生明暗相间的周期变化。侦测器通过测量叠明暗相间的周期变化。侦测器通过测量叠加光束明暗变化的条纹,计算出角锥反光加光束明暗变化的条纹,计算出角锥反光镜的移动距离。镜的移动距离。1 数控机床机械传动数控机床机械传动41 数控机床机械传动数控机床机械传动图图 1-4 激光干涉仪定位误差测量示意图激光干涉仪定位误差测量示
22、意图51 数控机床机械传动数控机床机械传动6图图 1-3b 丝杠螺距累积误差曲线丝杠螺距累积误差曲线补偿前补偿前丝杠螺距累积误差补偿前后定位误差曲线比较丝杠螺距累积误差补偿前后定位误差曲线比较1 数控机床机械传动数控机床机械传动7(4)丝丝 杠杠 螺螺 距距 累累 积积 误误 差差 补补 偿偿误差补偿是人为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误误差补偿是人为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的原始误差,以达到减小加工误差,提高零件加工精度的方法。误差补偿采用的差,以达到减小加工误差,提高零件加工精度的方法。误差补偿采用的是是“软软 技技 术术”,即即 将将 测测 量量 得得 到到 的的
23、 实实 际际 位位 置置 误误 差差 按按 数数 控控 系系 统统 规规 定定 的的 格格 式式,输输入到数控系统中作为补偿值,在系统软件的控制下将补偿值叠加到位置入到数控系统中作为补偿值,在系统软件的控制下将补偿值叠加到位置控制指令中。控制指令中。补偿后补偿后1 数控机床机械传动数控机床机械传动3.丝杠螺母预紧丝杠螺母预紧图图 1-5a 双螺母垫片预紧双螺母垫片预紧图图 1-5b 单螺母错位预紧单螺母错位预紧由丝杠螺母副反向间隙引起的坐由丝杠螺母副反向间隙引起的坐标轴定位误差,可通过数控系统的软标轴定位误差,可通过数控系统的软件进行补偿(反向间隙补偿),以提件进行补偿(反向间隙补偿),以提高
24、轴的定位精度。高轴的定位精度。8一端固定、一端自由一端固定、一端自由一端固定、一端游动一端固定、一端游动两端固定两端固定4.丝杠支承及预紧丝杠支承及预紧(1)丝丝 杠杠 轴轴 承承 预预 紧紧1 数控机床机械传动数控机床机械传动图图 1-6d 支承支承 A 结构结构9支承支承 B 放大放大两端固定两端固定(2)丝丝 杠杠 预预 紧紧10图图 1-6d 支承支承 B 结构结构通过使丝杠产生微拉伸实现丝杠预紧。丝杠预紧一方通过使丝杠产生微拉伸实现丝杠预紧。丝杠预紧一方面能提高丝杠传动刚度,有利于进给传动的稳定性;另一面能提高丝杠传动刚度,有利于进给传动的稳定性;另一方面还能抵消丝杠传动时的热变形。
25、方面还能抵消丝杠传动时的热变形。1 数控机床机械传动数控机床机械传动5.反向间隙测量及补偿反向间隙测量及补偿反向间隙测量循环反向间隙测量循环反向间隙补偿就是数控系统在执行运反向间隙补偿就是数控系统在执行运动指令过程中,当进给方向改变时自动地动指令过程中,当进给方向改变时自动地在位置指令上叠加一个补偿值,以补偿由在位置指令上叠加一个补偿值,以补偿由于反向间隙造成的位置精度的降低,该补于反向间隙造成的位置精度的降低,该补偿值就是通过测量得到的反向间隙值。反偿值就是通过测量得到的反向间隙值。反向间隙补偿值设定在数控系统的参数中。向间隙补偿值设定在数控系统的参数中。11数数 控控 车车 床床 Z 轴轴
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