数控铣床教学基础篇ppt课件.ppt
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1、数控加工技术基础篇,模块一数控概念及数控机床的产生,一、概念 数控(NC)机床:采用数字化信号对机床的运动及加 工过程进行控制的机床,称为数控机床。 计算机数控(CNC):采用存储程序的专用计算机来 实现部分或全部基本数控功能,则称为计算机数控。 加工中心(MC):具有刀库、自动换刀装置并能对工 件进行多工序加工的数控机床。,模块一 数控概念及数控机床的产生,模块一 数控概念及数控机床的产生,二、数控机床的产生和发展,1、产生 机械产品的自身要求,模块一 数控概念及数控机床的产生,1、产生 单件、多品种小批量零件约占80%以上,变斜角零件,叶轮(曲面类零件),箱体类零件a)组合机床主轴箱 b)
2、分离式减速箱 c)车床进给箱 d)泵壳,模块一 数控概念及数控机床的产生,1952年 美国Parsons公司和MIT 三坐标数控立铣床1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工 数控系统采用电子管元件-电子管时代1959年 采用晶体管和印制电路板-第二代数控系统1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置 -第四代数控系统(CNC系统)1974年 以微处理器为核心的数控系统 -第五代数控系统(MNC系统)1990年 以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安 装NC软件系统-第六代数控系统,2、发展,印制电路板,集成电路,微处理器,PC机,3
3、、我国,1958年 起步20世纪60年代末70年代初 研制出一些晶体管式数控系统20世纪80年代初1985年 进入实用阶段19861990年 数控机床大发展时期1991年 300多种,模块一 数控概念及数控机床的产生,原中捷友谊厂生产中国第一台数控机床,三、数控机床的组成,模块一 数控概念及数控机床的产生,1、(控制介质)加工程序载体,控制介质人与机床之间建立某种联系,这种联系的 中间媒介物称为控制介质。程序包括加工零件所需的全部信息和刀具相对工件 的位移信息。载体穿孔纸带、磁带、磁盘(软盘、硬盘、内存RAM),模块一 数控概念及数控机床的产生,模块一 数控概念及数控机床的产生,穿孔纸带示例,
4、模块一 数控概念及数控机床的产生,2、数控(CNC)装置,作用:接受输入装置传来的加工信息,根据输入的零件加工程序进行相应的处理,然后输出控制命令到伺服驱动装置和PLC。CNC装置是CNC系统的核心。组成:输入装置 信息处理 输出装置,模块一 数控概念及数控机床的产生,(1)输入装置,作用:将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置,穿孔纸带光电阅读机磁带录放机磁盘驱动器和驱动卡MDI手动输入USB接口RS232C接口DNC接口,模块一 数控概念及数控机床的产生,(2)信息处理,作用:将程序载体内有关加工的信息编译成计算机 能识别的信息,由信息处理部分按照控制程 序的规定,逐步存储并进行处理后,
5、通过输 出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主 运动控制部分。,模块一 数控概念及数控机床的产生,(3)输出装置,作用:根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲, 并把它送到各坐标的伺服控制系统,经过功 率放大,驱动伺服系统,从而控制机床按规 定要求运动。,模块一 数控概念及数控机床的产生,3、伺服系统(伺服控制装置),作用:将数控装置发来的各种动作指令,转化 成机床移动部件的运动。,电动机(伺服驱动器件): 步进电动机、 直流伺服电动机、 交流伺服电动机,模块一 数控概念及数控机床的产生,4、检测反馈系统,位置和速度测量系统。以实现进给伺服系统的闭环控制。 作用:保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指
6、令:,模块一 数控概念及数控机床的产生,5、机床本体,主运动系统,进给运动系统,辅助部分,模块一 数控概念及数控机床的产生,模块二 数控机床的分类,一、按加工工艺方法分类1、普通数控机床与普通机床的区别:加工复杂形状的零件2、数控加工中心数控加工中心:带有刀库和自动换刀装置的数控机床。与一般数控机床的区别:减少机床台数,便于管理。减少定位误差工序集中,减少辅助时间,提高生产率减少专用工夹具数量,模块二 数控机床的分类,二、按工艺用途分类,1、金属切削类数控机床,1)数控车床(NC Lathe)。 2)数控铣床(NC Milling Machine)。 3)加工中心(Machine Center
7、)。 4)数控钻床(NC Drilling Machine)。 5)数控镗床(NC Boring Machine)。 6)数控齿轮加工机床(NC Gear Holling Machine)。 7)数控平面磨床( NC Surface Grinding Machine)。,模块二 数控机床的分类,4、其它类型数控机床,2、金属成型类数控机床,1)数控电火花加工机床(NC Diesinking Electric Discharge Machine)。2)数控线切割机床(NC Wire Electric Discharge Machine)。3)数控激光加工机床(NC Laser Beam Mach
8、ine)。,3、数控特种加工机床,模块二 数控机床的分类,数控剪板机,数控折弯机,数控电火花线切割机,录像,三坐标测量机,三、按运动方式分类,特点:数控装置只能控制点与点的精确定位 两相关位置之间的移动是先快后慢 点与点之间运动轨迹不需要严格控制 刀具在移动过程中不进行切削,1、点位控制数控机床,模块二 数控机床的分类,采用这种控制方式的机床有数控钻床、数控冲床、数控镗床等,模块二 数控机床的分类,2、直线控制数控机床,定义:是指数控系统除控制直线轨迹的起点和终 点定位外,还要控制在这两点之间以指定 的进给速度进行直线切削的系统。,三、按运动方式分类,模块二 数控机床的分类,特点:控制两相关点
9、的位置,还要控制两相关点 之间的移动速度和路线 沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45 角的方向进行直线移动和切削加工。 刀具在移动过程中进行切削,2、直线控制数控机床,三、按运动方式分类,模块二 数控机床的分类,采用这种控制方式的机床有数控铣床、数控车床、数控磨床等,模块二 数控机床的分类,3、轮廓控制数控机床,定义:是指数控系统能够连续控制两个或 两个以上坐标方向联合运动的系统。,三、按运动方式分类,模块二 数控机床的分类,3、轮廓控制数控机床,特点:数控装置能够同时对两个或两个以上的 坐标轴进行连续插补控制 加工复杂形状零件 刀具在移动过程中进行切削,三、按运动方式分类,模块二 数控机床的
10、分类,采用这种控制方式的机床有数控铣床、数控车床、加工中心等,模块二 数控机床的分类,四、按伺服系统的控制方式分类,1、开环数控机床,特点:没有位置检测反馈和校正控制装置 数控装置发出信号的流程是单向的 速度和加工精度低,其精度取决于伺服系统 的性能 成本低,适用于中、小型数控机床,模块二 数控机床的分类,2、闭环数控机床,特点:e=0,工作台停止 检测工作台直线位移(检测元件:感应同步器、光栅) 驱动元件:宽调速直流或交流伺服电机 加工精度高,但结构复杂,造价高,调试维修困难 适用于精度要求高的大型和精密机床,模块二 数控机床的分类,3、半闭环数控机床,特点:检测丝杠或电动机轴旋转角位移 角
11、位移检测元件:旋转变压器、脉冲编码器、圆光栅等 精度低于闭环系统 系统调试较容易,稳定性也较好,模块二 数控机床的分类,五、按可联动轴数分类,模块二 数控机床的分类,模块二 数控机床的分类,经济型数控机床 步进电机实现的开环驱动,功能简单、价格低廉、精度中等,能满足加工形状比较简单的直线、圆弧及螺纹加工。一般控制轴数在3轴以下,脉冲当量(分辨率)多为0.01mm,快速进给速度在8-15mmin。,六、按数控系统功能水平分类,模块二 数控机床的分类,六、按数控系统功能水平分类,中档型数控机床 采用交流或直流伺服电机实现半闭环驱动,能实现4轴或4轴以下联动控制,脉冲当量为1um,进给速度为15-2
12、4mmin,一般采用16位或32位处理器,具有RS232C通信接口、DNC接口和内装PLC,具有图形显示功能及面向用户的宏程序功能。,模块二 数控机床的分类,六、按数控系统功能水平分类,高档型数控机床 采用交流伺服电机形成闭环驱动,开始采用直线伺服电机,能实现5轴以上联动,脉冲当量(分辨率)为0.1um,进给速度可达100mmin以上。一般采用32位以上微处理器,形成多CPU结构。编程功能强,具有智能诊断、联网和通信功能。,模块二 数控机床的分类,模块三数控加工技术的发展趋势,1、高速度化,机械方面:提高切削速度和减少辅助时间数控系统:CPU 64位,主轴高速化:采用电主轴(内装式主轴电机),
13、即主轴电机的转子轴就是主轴部件。 主轴最高转速达200000r/min。 主轴转速的最高加(减)速为1.0g 。换刀速度 0.9秒(刀到刀) 2.8秒(切削到切削)工作台(托盘)交换速度 6.3秒,模块三 数控加工技术的发展趋势,高速加工示例,模块三 数控加工技术的发展趋势,2、高精度化 提高机械设备的制造和装配精度; 提高CNC系统的控制精度; 采用误差补偿技术。 提高CNC系统的控制精度采用高速插补技术,以微小程序段实现连续进给,使CNC控制单位精细化,采用高分辨率位置检测装置,提高位置检测精度(日本交流伺服电机已有装上106 脉冲/转的内藏位置检测器,其位置检测精度能达到0.01mm/脉
14、冲);,模块三 数控加工技术的发展趋势,采用误差补偿技术:采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术;设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明,综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少6080。,模块三 数控加工技术的发展趋势,3、多功能化:功能复合化,功能复合化体现在:工件自动装卸,工件自动定位,刀具自动对刀,工件自动测量与补偿,集钻、车、镗、铣、磨为一体的“万能加工机床”等。,模块三 数控加工技术的发展趋势,自动对刀,激光对刀,自动测量,自动装夹,模块三 数控加工技术的发展趋势,镗铣钻复合加工中心(ATC)、五面加工中心(ATC,主轴立卧转换);车铣复合车削中心
15、(ATC,动力刀头);铣镗钻车复合复合加工中心(ATC,可自动装卸车刀架);铣镗钻磨复合复合加工中心(ATC,动力磨头);可更换主轴箱的数控机床组合加工中心;,模块三 数控加工技术的发展趋势,4、智能化,“不仅有体力,而且有头脑,自己管理自己”,配置各种微型传感器,具有监控和误差自动补偿等功能。,自主管理,加工程序仿真、作业排序、数据采集、刀具寿命管理和网络通信,模块三 数控加工技术的发展趋势,驱动并联化,模块三 数控加工技术的发展趋势,虚拟轴机床1工作台 2工件 3刀具 4主轴箱 5导杆 6立柱,模块三 数控加工技术的发展趋势,设计巧妙的5杆并联机构,电滚珠丝杠,电主轴,模块三 数控加工技术
16、的发展趋势,5、高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 采用抗干扰技术,提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化、通用化和标准化 提高自诊断及保护功能,90年代数控机床可靠性水平MTBF800900h本世纪初数控机床可靠性水平MTBF1000h1200h,模块三 数控加工技术的发展趋势,RS232C串行接口、RS422等接口;DNC接口,实现多台数控机床之间的数据通信和直接对几台数控机床进行控制;有的已配备与工业局域网(LAN)通信的功能以及MAP接口,促进系统集成化和信息综合化,使远程操作和监控、遥控及远程故障诊断成为可能。,6、具有更高通信功能,模块三 数控加工技术的发展趋势,7、制造系
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