数控机床维修工第一章课件.ppt
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- 数控机床 维修工 第一章 课件
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1、第一章第一节数控技术与数控机床一、数控技术二、数控机床第二节数控机床分类和型号一、数控机床分类二、数控机床型号三、数控机床主要技术参数第三节数控系统概述一、数控系统的组成二、数控系统的特点三、典型数控系统简介第四节数控机床维修概述一、数控机床维修的基本步骤二、数控机床维修的安全注意事项第一节数控技术与数控机床一、数控技术1.数控技术的产生与发展过程2.我国数控技术的发展概况3.数控技术的发展趋势1.数控技术的产生与发展过程(1)第一代1952年,美国帕森斯(PARSONS)公司与麻省理工学院合作研制出第一台三坐标数控机床(数控铣床),用于加工直升机螺旋桨叶片轮廓检验样板。(2)第二代1959年
2、,晶体管控制的数控机床。(3)第三代1965年,采用小、中规模集成电路的数控机床。(4)第四代1969年,采用通用小型计算机作为数控装置的数控系统(Computer Numerical Control,CNC),其特征为许多数控功能由软件完成。(5)第五代1974年,以微处理器为核心的数控系统(Microcomputer Numerical Control,MNC)。()第六代1990年,基于平台的开放式数控系统(称为数控系统)。1.数控技术的产生与发展过程()第七代1995年,PC加智能数控系统,即以机为控制系统的硬件部分,在机上安装CNC软件系统。3.数控技术的发展趋势(1)高速度、高精度
3、、高效率和高可靠性数控机床的高速化是促进其高效柔性和高精化的一个重要措施。(2)模块化、柔性化和集成化为了适应数控机床多品种、小批量的特点,机床结构模块化可以使机床性价比显著提高并加快优化。(3)智能化采用智能技术来实现多信息融合下重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、复杂曲面加工运动轨迹优化控制、故障自诊断和智能维护以及信息集成等功能,将大大提升成形和加工精度,提高制造效率。(4)开放性随着数控技术的发展,数控系统变得越来越复杂,从而暴露出许多自身固有的缺陷。(5)网络化1995年12月,美国SME主席G.Olling提出,数字制造(Digital Manufacturing)
4、将会是我们的主要工作。3.数控技术的发展趋势(6)新一代面向并联机床的开放式数控系统并联机床(Parallel Machine Tools)又称为并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools),也曾被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)。图1-1典型网络化数字制造系统3.数控技术的发展趋势图1-2新一代并联机床二、数控机床1.数控机床的组成2.数控机床的工作原理3.数控机床新技术的应用1.数控机床的组成图1-3数控机床的组成a)组成框图 b)实物示意图(1)输入介质输入介质是人与数控机
5、床之间联系的中间媒介物质,1.数控机床的组成反映了数控加工中的全部信息。(2)数控装置数控装置是数控机床的中枢,是整个数控机床的灵魂所在。图1-4数控装置a)CNC 装置(FANUC 16/18 系统)b)I/O 单元(接口电路)1.数控机床的组成1)硬线数控又称为普通数控,即NC。2)软线数控又称为计算机数控或微处理器数控,即CNC或MNC。(3)伺服系统及驱动装置(见图1-5)伺服系统主要完成机床的运动及运动控制(包括进给运动、主轴运动和位置控制等)。图1-5典型伺服系统及驱动装置1.数控机床的组成(4)位置检测反馈装置该装置由测量部件和响应的测量电路组成。(5)辅助装置辅助装置是指数控机
6、床的一些必要的配套部件。(6)机床本体机床本体是数控机床的机械结构实体(见图1-6),主要包括机床的基础大件(如床身、底座、立柱)、主轴传动装置、进给传动装置和工作台等用于完成各种切削加工的机械部件。图1-6机床本体2.数控机床的工作原理(1)工作原理数控机床是一种高度自动化的机床,它在加工工艺和加工表面形成方法上与普通机床基本相同,最根本的不同在于实现自动化控制的原理与方法。图1-7数控机床工作流程2.数控机床的工作原理1)准备阶段。2)编程阶段。3)准备信息载体。4)加工阶段。图1-8数控机床的工作过程(2)数控机床的加工特点及应用2.数控机床的工作原理1)具有广泛的适应性和较高的灵活性,
7、当改变加工零件时,只要改变数控程序即可,能满足产品更新换代快的要求。2)可以采用较高的切削速度和进给量。3)机床本身精度高,加工精度高,质量稳定,此外还可以通过修改参数来进行精度校正和补偿。4)加工生产率高。5)可获得良好的经济效益。3.数控机床新技术的应用(1)直线电动机(Linear Motor)的应用传统数控机床的工作台是通过伺服电动机的旋转经联轴器带动滚珠丝杠旋转,在滚珠丝杠带动下进行移动的。图1-9直线电动机a)实物图b)结构图3.数控机床新技术的应用图1-10国产五轴动梁式数控龙门铣床3.数控机床新技术的应用图1-11工作台移动方式比较a)普通机床b)滚珠丝杠数控机床c)直线导轨数
8、控机床(2)力矩电动机(Synchronous Built-in Servo Motor)的应用传统的数3.数控机床新技术的应用控转台特别是高精度数控转台由蜗杆副以及轴承、箱体等组成。图1-12力矩电动机(3)高速电主轴(High Speed Spindle)如图1-13所示,传统的机械主轴通常由主轴电动机和主轴箱组成。3.数控机床新技术的应用图1-13卧式加工中心机械主轴的主轴箱3.数控机床新技术的应用图1-14高速电主轴第二节数控机床分类和型号一、数控机床分类1.按工艺用途分类2.按数控机床的运动轨迹分类3.按伺服系统的控制方式分类4.按性能分类1.按工艺用途分类(1)金属切削类数控机床金
9、属切削类数控机床按能否自动换刀通常分为一般数控机床和数控加工中心两大类。1)数控车床和加工中心。按主轴配置形式,可将数控车床分为卧式和立式两大类。其中,卧式数控车床有水平导轨和斜置导轨两种形式,如图1-15所示。图1-15卧式数控车床a)卧式数控车床斜置导轨b)卧式数控车床水平导轨1.按工艺用途分类 按刀架数量,可将数控车床分为单刀架和双刀架两类。单刀架数控车床多采用水平导轨,两坐标控制;双刀架数控车床多采用斜置导轨,四坐标控制。1.按工艺用途分类 按数控车床控制系统和机械结构的档次,可将其分为经济型数控车床、全功能数控车床和车削中心。车削中心是在数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床,可以
10、在一次装夹中完成回转体零件的所有加工工序,包括车削内外表面、铣平面、铣槽、钻孔和攻螺纹等工序。车削中心除具有一般二轴联动数控车床的所有功能之外,其转塔刀架上装有能使刀具旋转的动力刀座,主轴具有按轮廓成形要求连续回转运动和进行精确分度的C轴功能,该轴能与X轴或Z轴联动。有的车削中心还具有Y轴,X、Y、Z轴交叉构成三维空间,以轴类零件为主要加工对象,除可进行车削、镗削外,还可以进行端面和周面上任意部位的钻削、铣削和攻螺纹加工。这类加工中心设有刀库,可安装412把刀具。1.按工艺用途分类图1-16主轴和刀塔a)数控分度主轴 b)带动力头刀塔2)数控铣床与加工中心。1.按工艺用途分类图1-17数控铣床
11、与加工中心a)数控铣床b)加工中心c)盘式刀库d)斗笠式刀库 三坐标数控铣床与加工中心。1.按工艺用途分类三坐标数控铣床与加工中心除具有普通铣床的功能外,还具有加工形状复杂的二维和三维轮廓的能力。这些复杂轮廓零件的加工有的只需二轴联动(如二维曲线、二维轮廓和二维区域的加工),有的则需三轴联动(如三维曲面的加工)。它们所对应的加工相应称为二轴(或2.5轴)加工与三轴加工。对于三坐标加工中心,由于具有自动换刀功能,因此适于需要铣、钻、铰及攻螺纹等多工序加工的零件,如箱体等。1.按工艺用途分类 四坐标数控铣床与加工中心。四坐标是指在X、Y、Z三个平动坐标轴基础上增加一个转动坐标轴,且四个轴一般可以联
12、动。其中,转动轴可以作用于刀具(刀具摆动型),也可以作用于零件(工作台回转/摆动型),实际中多以工作台摆动旋转居多。四坐标加工可以获得比三坐标加工更为广泛的工艺范围和加工效果。图1-18所示为数控转台和四联动数控机床。图1-18数控转台和四联动数控铣床a)鼠齿盘转台b)数控转台c)四联动数控铣床(X、Y、Z三个平动坐标轴和A转动坐标轴)1.按工艺用途分类 五坐标数控铣床与加工中心。五坐标数控铣床与加工中心具有两个回转坐标,相对于静止的零件来说,其合成运动可使刀具轴线的方向在一定的空间内得到任意控制,获得比四坐标加工更好的工艺范围和加工效果,特别适宜于三维曲面零件的高质量加工以及异型复杂零件的加
13、工。图1-19双主轴、五轴联动机床加工空客A380零件1.按工艺用途分类图1-20五轴联动高速加工中心3)复合机床1.按工艺用途分类 以车削为主型。以车削加工为主的复合加工机床是车削复合中心(车铣中心)。车削复合中心是以车床为基础的加工机床,除车削用工具外,在刀架上还装有能进行铣削加工的回转刀具,可以在圆形工件和棒状工件上加工沟槽和平面。这类复合加工机床通常把夹持零件的主轴做成两个,既可同时对两个零件进行相同的加工,也可通过在两个主轴上交替夹持,完成对夹持部位的加工。以铣削为主型。以铣削为主主要是指加工中心的复合化和加工中心的多轴化。以铣削为主型的加工中心的复合化机床(铣车中心)除铣削加工外,
14、还装有一个能进行车削的动力回转工作台。五轴控制的加工机床,除X、Y、Z三轴控制外,为适应刀具姿势的变化,可以使各进给轴回转到特定的角度位置并进行定位。六轴控制的复合加工机床可以模拟复杂形状的零件进行加工。1.按工艺用途分类图1-21螺纹丝锥磨床(带机械手)以磨削为主型。1.按工艺用途分类磨床的多轴化,原来只在无心磨床上可见,多数以装卸作业自动化为目的,现在不仅开发了在一台机床上能完成内圆、外圆和端面磨削的复合加工机床,而且开发了一种具有综合螺纹和花键磨削功能的复合加工机床,如图1-21所示。由此可见,使用复合机床加工,可以大大缩短零件的生产周期,提高零件加工精度。为了提高生产效率,数控复合加工
15、机床的开发和制造已变成了数控机床的一种发展趋势。复合加工技术的发展将会给今后的生产带来革命性的巨变,使工厂的生产模式、生产组织以及生产管理发生变化,预示着一个完全加工的时代即将到来,即在一台机床上从毛坯直接加工成成品,送入组装、总装单元进行装配,实现没有在制品、没有半成品和没有成品库的真正精益生产。1.按工艺用途分类(2)数控特种加工机床数控特种加工机床有线切割机床、数控电火花成形加工机床、火焰切割机床、数控激光加工机床和数控电解机床等,如图1-22所示。图1-22数控特种加工机床a)数控电火花成形加工机床 b)线切割机床c)数控激光加工机床d)数控电解机床1.按工艺用途分类(3)金属成形类数
16、控机床金属成形类数控机床包括数控折弯机、数控组合冲床和数控回转头压力机等,如图1-23所示。图1-23金属成形类数控机床a)数控组合冲床b)数控折弯机1.按工艺用途分类(4)其他类型的数控机床其他类型的数控机床有数控三坐标测量机床、数字化仿形加工机床等,如图1-24所示。图1-24其他类型的数控机床a)数控三坐标测量机床b)数字化仿形加工机床2.按数控机床的运动轨迹分类(1)点位控制数控机床这类机床的数控装置只能控制机床移动部件从一个位置(点)精确地移动到另一个位置(点),即仅控制行程终点的坐标值,在移动过程中不进行任何切削加工,对于两相关点之间的移动速度及路线,则取决于生产效率。(2)点位直
17、线控制数控机床这类机床工作时,不仅要控制两相关点之间的位置(即距离),还要控制两相关点之间的移动速度和路线(即轨迹)。(3)轮廓控制数控机床这类机床的控制装置能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制。3.按伺服系统的控制方式分类(1)开环伺服系统数控机床开环控制(Open Loop Control)数控机床通常不带位置检测元件,没有检测反馈装置,伺服驱动元件一般为步进电动机。图1-25开环控制系统工作过程(2)闭环伺服系统数控机床闭环控制(Closed Loop Control)数控机床通常带位置检测元件(光栅尺),3.按伺服系统的控制方式分类随时可以检测出工作台的实际位移并反馈给数控装置
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