第一章数控加工技术概述课件.ppt
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- 第一章 数控 加工 技术 概述 课件
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1、数控加工技术基础20092009年年1111月月田锡天NWPU参参 考考 书书1.田锡天田锡天.数控加工技术基础(讲义)数控加工技术基础(讲义).西北工业大学出西北工业大学出版社,版社,20092.范炳炎范炳炎.数控加工程序编制(第数控加工程序编制(第2版)版).航空工业出版社,航空工业出版社,19953.蔡兰蔡兰.数控加工工艺学数控加工工艺学.化学工业出版社,化学工业出版社,20054.王爱玲王爱玲.现代数控编程技术及应用现代数控编程技术及应用.国防工业出版社,国防工业出版社,2002先修课程先修课程1.现代制造工艺基础(含夹具)现代制造工艺基础(含夹具)2.切削加工及刀具技术切削加工及刀具
2、技术3.机床概论与设计机床概论与设计NWPU内内 容容第一章第一章 数控加工技术概述数控加工技术概述第二章第二章 数控加工程序编制基础数控加工程序编制基础第三章第三章 数控加工工艺过程设计数控加工工艺过程设计第四章第四章 数控铣床的程序编制数控铣床的程序编制第五章第五章 加工中心的程序编制加工中心的程序编制第六章第六章 数控车床的程序编制数控车床的程序编制第七章第七章 CAD/CAM软件及其应用软件及其应用NWPU 第一章第一章 数控加工技术概述数控加工技术概述本章内容:本章内容:1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念1.2 数控机床数控机床1.3 数控系统数控系统1.4 数控机床的发展
3、数控机床的发展NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念1.数字控制数字控制Numerical Control,NC 数字控制,简称数控。数字控制,简称数控。数字控制是用数字信号对控制对象进行自动控制的一种数字控制是用数字信号对控制对象进行自动控制的一种技术。技术。数字控制的优点:数字控制的优点:可用不同的字长表示不同精度的信息;可用不同的字长表示不同精度的信息;可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算等复杂的可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算等复杂的信息处理工作;信息处理工作;可用计算机程序来改变信息处理的方式或过程,而可用计算机程序来改变信息处理的方式或过程,而不用改变电路或机械机
4、构,从而使机械设备具有很不用改变电路或机械机构,从而使机械设备具有很大的柔性。大的柔性。NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念2.数控机床数控机床数字控制的对象是多种多样的,但数控机床是最早应数字控制的对象是多种多样的,但数控机床是最早应用数控技术的控制对象,也是应用最广泛和最典型的数用数控技术的控制对象,也是应用最广泛和最典型的数控设备。控设备。因此,国家标准将数字控制定义为:用数字化信号对因此,国家标准将数字控制定义为:用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控机床数控机床是采用了数控技术的机床,或者说是装备了是采用
5、了数控技术的机床,或者说是装备了数控系统的机床。数控系统的机床。数控系统数控系统是数控机床的控制装置,其作用是处理输入是数控机床的控制装置,其作用是处理输入到系统中具有特定指令代码的程序,控制机床的运动,到系统中具有特定指令代码的程序,控制机床的运动,实现零件的加工。实现零件的加工。NWPU3.数控机床的应用数控机床的应用l数控机床是一种数控机床是一种新型新型的自动化机床,具有广泛的通用性的自动化机床,具有广泛的通用性和较高的经济加工精度。和较高的经济加工精度。l适应于单件和中小批量生产的自动化加工。适应于单件和中小批量生产的自动化加工。在整个机械在整个机械加工生产中,中小批量和单件生产的零件
6、品种,占加工生产中,中小批量和单件生产的零件品种,占80以以上。一般的自动化机床由于准备工作、调整工作量很大上。一般的自动化机床由于准备工作、调整工作量很大(凸轮,靠模、挡块、电器、液压等),在大批量生产中(凸轮,靠模、挡块、电器、液压等),在大批量生产中使用才是经济合理的,而对中小批量、单件生产是不合理使用才是经济合理的,而对中小批量、单件生产是不合理的。的。l适应于精密复杂零件的自动化加工。适应于精密复杂零件的自动化加工。在航空、汽车、造在航空、汽车、造船、兵器等工业中,机械产品日趋精密、复杂,而且改型船、兵器等工业中,机械产品日趋精密、复杂,而且改型频繁,一些普通机床加工手段已不能完全适
7、应,对于一些频繁,一些普通机床加工手段已不能完全适应,对于一些复杂曲线、曲面零件,手工操作不仅劳动强度大、生产周复杂曲线、曲面零件,手工操作不仅劳动强度大、生产周期长,精度不易保证期长,精度不易保证,有时甚至无法加工。,有时甚至无法加工。1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念4.数控加工数控加工数控加工是指使用数控机床进行零件加工的方法或技数控加工是指使用数控机床进行零件加工的方法或技术,它采用数字信息对零件加工过程进行定义(即程术,它采用数字信息对零件加工过程进行定义(即程序),并控制机床自动运行完成零件的加工。序),并控制机床自动运
8、行完成零件的加工。NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念数控加工过程数控加工过程:(1)数控加工程序编制。首先根据零件设计要求制定数数控加工程序编制。首先根据零件设计要求制定数控加工工艺过程,选择刀具及切削参数,然后按数控机控加工工艺过程,选择刀具及切削参数,然后按数控机床规定的编程格式编写零件的数控加工程序。床规定的编程格式编写零件的数控加工程序。(2)数控加工程序输入。根据数控机床的程序输入要求,数控加工程序输入。根据数控机床的程序输入要求,通过输入装置将数控加工程序输入到数控机床的数控系通过输入装置将数控加工程序输入到数控机床的数控系统中。统中。(3)零件加工。数控系统对输
9、入的数控加工程序进行必零件加工。数控系统对输入的数控加工程序进行必要的处理,生成和发出相应的控制指令,控制机床的各要的处理,生成和发出相应的控制指令,控制机床的各种运动和动作,使刀具与工件严格地按照程序规定的顺种运动和动作,使刀具与工件严格地按照程序规定的顺序、刀具路径和参数运动,从而加工出符合要求的零件。序、刀具路径和参数运动,从而加工出符合要求的零件。NWPU1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念数控加工程序数控加工程序,简称为数控程序或零件程序(,简称为数控程序或零件程序(Part Program),是用特定格式的一套指令代码编写的控制数),是用特定格式的一套指令代码编写的控制数控
10、机床执行一个确定的加工任务的一系列指令。控机床执行一个确定的加工任务的一系列指令。数控加工程序编制数控加工程序编制是指为零件的数控加工编写加工程是指为零件的数控加工编写加工程序的过程。序的过程。数控加工技术包括数控加工工艺和数控加工程序编制数控加工技术包括数控加工工艺和数控加工程序编制技术两大方面。数控机床为数控加工提供了物质基础,技术两大方面。数控机床为数控加工提供了物质基础,但数控机床是按照事先规定的指令信息但数控机床是按照事先规定的指令信息数控加工程数控加工程序来执行各种运动的。因此,数控加工程序的编制是实序来执行各种运动的。因此,数控加工程序的编制是实现数控加工的重要环节。对于复杂零件
11、的加工,其编程现数控加工的重要环节。对于复杂零件的加工,其编程工作显得尤其重要。工作显得尤其重要。NWPU数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机械数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机械系统等组成。系统等组成。(图(图1-1,图,图1-2)一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.2 数控机床数控机床数控系统数控系统控制介质控制介质伺服系统伺服系统机械系统机械系统测量装置测量装置NWPU图图1-2 数控机床的组成数控机床的组成1.2 数控机床数控机床数控程序数控程序输输入入装装置置输输出出装装置置数数控控装装置置PLC主主轴轴控控制制主主轴轴电电机机机机床床本本体体位置控制位置控
12、制伺服电机伺服电机测量装置测量装置存储介质存储介质数控系统数控系统伺服系统伺服系统NWPU 1.控制介质控制介质/信息载体信息载体2.数控系统数控系统3.伺服系统伺服系统4.机械系统机械系统一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.2 数控机床数控机床NWPU1.控制介质控制介质/信息载体信息载体用于记录零件的数控程序。用于记录零件的数控程序。输入装置输入装置光电阅读机光电阅读机磁带磁带磁带录音机磁带录音机磁盘磁盘磁盘驱动器磁盘驱动器网络传送网络传送穿孔纸带穿孔纸带图图1-31.2 数控机床数控机床NWPU图图1-3 穿孔纸带穿孔纸带NWPU 1.控制介质控制介质/信息载体信息载体2.数控系统数
13、控系统3.伺服系统伺服系统4.机械系统机械系统一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.2 数控机床数控机床NWPU2.数控系统数控系统/数控装置数控装置/控制机控制机数控系统控制的机床运动和动作主要包括:数控系统控制的机床运动和动作主要包括:机床主轴运动,如主轴的启动、停止、转向和速度;机床主轴运动,如主轴的启动、停止、转向和速度;机床进给运动,如点位、直线、圆弧进给运动,运动方机床进给运动,如点位、直线、圆弧进给运动,运动方向和进给速度选择等;向和进给速度选择等;刀具选择、换刀和刀具补偿;刀具选择、换刀和刀具补偿;其它辅助运动,如工作台锁紧和松开、工作台的旋转与其它辅助运动,如工作台锁紧和松
14、开、工作台的旋转与分度、冷却液的开和关等各种辅助操作。分度、冷却液的开和关等各种辅助操作。数控系统是数控机床的控制系统,是数控机床的核心组数控系统是数控机床的控制系统,是数控机床的核心组成部分。它的功能是输入数控加工程序,进行计算和处理后,成部分。它的功能是输入数控加工程序,进行计算和处理后,发出相应的指令,传送给伺服系统,通过伺服系统控制机床发出相应的指令,传送给伺服系统,通过伺服系统控制机床的运动和动作。的运动和动作。1.2 数控机床数控机床NWPU 1.控制介质控制介质/信息载体信息载体2.数控系统数控系统3.伺服系统伺服系统4.机械系统机械系统一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.2
15、 数控机床数控机床NWPU3.伺服系统伺服系统(1)伺服系统的组成伺服系统的组成伺服系统(或称驱动系统)是数控系统与机床执行机伺服系统(或称驱动系统)是数控系统与机床执行机构的连接环节,是数控机床执行机构的驱动部件。构的连接环节,是数控机床执行机构的驱动部件。伺服系统的作用是把来自数控系统的脉冲信号,经功伺服系统的作用是把来自数控系统的脉冲信号,经功率放大和处理后,转换成机床执行部件的运动,如工作率放大和处理后,转换成机床执行部件的运动,如工作台的直线运动和主轴的旋转运动。台的直线运动和主轴的旋转运动。根据驱动主轴或进给运动,可以将伺服系统划分为根据驱动主轴或进给运动,可以将伺服系统划分为主主
16、轴伺服系统轴伺服系统和和进给伺服系统进给伺服系统。NWPU3.伺服系统伺服系统(1)伺服系统的组成伺服系统的组成伺服系统由驱动单元和伺服电动机组成。伺服系统由驱动单元和伺服电动机组成。驱动单元包括位置控制单元和速度控制单元。驱动单元包括位置控制单元和速度控制单元。数控系统数控系统位置控制位置控制单元单元速度控制速度控制单元单元伺服伺服电动机电动机机床机床测量反馈测量反馈单元单元 一般情况下,多将位置控制单元与数控系统做在一起,一般情况下,多将位置控制单元与数控系统做在一起,所以通常所说的驱动单元是指速度控制单元。所以通常所说的驱动单元是指速度控制单元。速度控制单元是一个调速系统,由速度调节器、
17、电流调速度控制单元是一个调速系统,由速度调节器、电流调节器、功率驱动放大环节等组成。节器、功率驱动放大环节等组成。NWPU3.伺服系统伺服系统常用的伺服电动机:步进电动机、直流伺服电动机、常用的伺服电动机:步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机和数字伺服电动机。交流伺服电动机和数字伺服电动机。NWPU3.伺服系统伺服系统(2)伺服系统的组成伺服系统的组成举例举例总旋转角总旋转角驱动装置驱动装置步进步进电机电机工作台工作台脉冲信息脉冲信息脉冲总数脉冲总数滚珠丝杠滚珠丝杠总位移总位移丝杠回转时,滚珠相对于螺母在滚动。丝杠回转时,滚珠相对于螺母在滚动。滚珠丝杠的滚珠丝杠的优点:优点:摩擦小,运动
18、平稳,传动精度高,预摩擦小,运动平稳,传动精度高,预紧后可消除间隙,有可逆性。丝杠和螺母都可作主动件。紧后可消除间隙,有可逆性。丝杠和螺母都可作主动件。NWPU(3)伺服系统的作用伺服系统的作用 因为数控系统发出的信号因为数控系统发出的信号脉冲信息脉冲信息是不连续的数字是不连续的数字量,而机床工作台的位移是一种连续的模拟量,中间需要量,而机床工作台的位移是一种连续的模拟量,中间需要一个转换环节一个转换环节伺服系统。伺服系统。作用作用:接受来自数控系统的指令信息,通过步进电机、直:接受来自数控系统的指令信息,通过步进电机、直流伺服电机或交流伺服电机及减速齿轮、滚珠丝杠等传动流伺服电机或交流伺服电
19、机及减速齿轮、滚珠丝杠等传动机构驱动机床的移动部件运动。机构驱动机床的移动部件运动。脉冲信息脉冲信息功率放大功率放大模拟量(如转角等)模拟量(如转角等)传动机构传动机构工作台工作台转换转换NWPU(4)脉冲当量脉冲当量 脉冲当量是指当数控系统发送一个脉冲时工作台或刀脉冲当量是指当数控系统发送一个脉冲时工作台或刀具移动的距离。如:具移动的距离。如:0.01mm/脉冲,脉冲,0.001mm/脉冲。脉冲。总位移量脉冲总数总位移量脉冲总数脉冲当量脉冲当量当数控装置输出指令脉冲信号给伺服系统时,伺服系统当数控装置输出指令脉冲信号给伺服系统时,伺服系统就使机床上的移动部件作相应的移动,并对定位精度和速度就
20、使机床上的移动部件作相应的移动,并对定位精度和速度加以控制。加以控制。伺服系统的性能将直接影响数控机床部件的运动精度和伺服系统的性能将直接影响数控机床部件的运动精度和速度,因此是影响数控机床加工精度和加工效率的主要因素速度,因此是影响数控机床加工精度和加工效率的主要因素之一。之一。NWPU 1.控制介质控制介质/信息载体信息载体2.数控系统数控系统3.伺服系统伺服系统4.机械系统机械系统一、数控机床的组成一、数控机床的组成1.1 数控机床概述数控机床概述NWPU4.机械系统机械系统与普通机床相比,数控机床在外部造型、整体布局、传与普通机床相比,数控机床在外部造型、整体布局、传动系统、刀具部件系
21、统的结构、操作机构等方面具有特色。动系统、刀具部件系统的结构、操作机构等方面具有特色。机械系统组成:机械系统组成:l机床基础件:机床基础件:包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等,它是整台机床的的基础和框架。作台等,它是整台机床的的基础和框架。l主轴部件:主轴部件:包括主轴伺服电动机和主轴传动系统。包括主轴伺服电动机和主轴传动系统。l进给系统:进给系统:包括进给伺服电动机和进给传动系统。包括进给伺服电动机和进给传动系统。l实现工件回转、定位的装置和附件。实现工件回转、定位的装置和附件。l实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置,如液压、实现某些部件动作和辅
22、助功能的系统和装置,如液压、气动、润滑、防护等装置。气动、润滑、防护等装置。l刀库和自动换刀装置。刀库和自动换刀装置。l自动托盘交换装置。自动托盘交换装置。NWPU4.机械系统机械系统数控机床的机械系统的主要特点:数控机床的机械系统的主要特点:l大多数数控机床采用高性能的主轴及伺服传动系统,因大多数数控机床采用高性能的主轴及伺服传动系统,因此,数控机床的机械传动机构得到了简化,此,数控机床的机械传动机构得到了简化,传动链较短传动链较短。l为了适应数控机床的连续自动化加工,数控机床具有为了适应数控机床的连续自动化加工,数控机床具有较较高的刚度高的刚度、精度及耐磨性,热变形较小。、精度及耐磨性,热
23、变形较小。l采用高效、高精度、无间隙传动部件,如滚珠丝杠螺母采用高效、高精度、无间隙传动部件,如滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨、静压导轨等。副、直线滚动导轨、静压导轨等。l一些数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床一些数控机床还采用了刀库和自动换刀装置以提高机床工作效率。工作效率。NWPU零件图零件图程序编制程序编制穿孔制带穿孔制带数控系统数控系统伺服系统伺服系统机床加工机床加工零件成品零件成品1.2 数控机床数控机床二、数控机床的工作过程二、数控机床的工作过程NWPU1.2 数控机床数控机床数控机床按其加工工艺方式一般可分为金属切削数控机数控机床按其加工工艺方式一般可分为金属切削数控机床
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