数控技术基本知识.ppt

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1、 第第1章章 绪 论 数控技数控技术是制造是制造业实现自自动化、柔性化、集化、柔性化、集成化生成化生产的基的基础；数控技；数控技术的的应用是提高制造用是提高制造业的的产品品质量和量和劳动生生产率必不可少的重要手段。率必不可少的重要手段。我国制造我国制造业数控化率年增数控化率年增长率达率达6%，据，据预测到到2020年，制造年，制造业数控化率将达到数控化率将达到60%。1 1-1 数控系数控系统及数控机床的基本概念及数控机床的基本概念 一、定一、定义 1.数字控制数字控制(数控数控NC)(Numerical Control)它是指用数字化信号它是指用数字化信号对机床运机床运动及其加工及其加工过程

2、程中中进行控制的一种方法。行控制的一种方法。2.数控系数控系统（NC Control System）数控数控设备的数据的数据处理和控制理和控制电路以及伺服机构路以及伺服机构等等统称称数控控制系数控控制系统。它由程序。它由程序输入、入、输出出设备、计算机数字控制装置、可算机数字控制装置、可编程控制器、主程控制器、主轴进给及及驱动装置等装置等组成。成。数控机床数控机床是一种装有程序控制系是一种装有程序控制系统（数控系（数控系统）的高效自的高效自动化机床。它化机床。它综合了合了综合了合了计算机、自算机、自动控制、精密控制、精密测量、机床的机构量、机床的机构设计与制造等方与制造等方面的最新成果。面的最

3、新成果。3.数控机床（数控机床（NC Machine Tools）3二、数控加工的原理二、数控加工的原理数数控控装装置置伺伺服服系系统加工程序加工程序零件零件图数控系数控系统 机床机床数控机床的工作原理图4 1.2 数控数控车床床组成：成：一、数控一、数控车床是集机、床是集机、电、液、气、液、气为一体一体,按照人机工程学宜人化按照人机工程学宜人化进行布局行布局设计,全封全封闭防防护。主要由如下几部分。主要由如下几部分组成成:（1）主机）主机:它是数控它是数控车床的机械部分床的机械部分,包括床身底座、主包括床身底座、主轴箱、箱、刀架、尾座、刀架、尾座、进给机构。机构。（2）数控装置）数控装置:它

4、是数控它是数控车床的控制核心部分床的控制核心部分,包括包括CPU、存、存储器、器、CTR等。等。数控装置数控装置（3）伺服）伺服驱动系系统:它是数控它是数控车床的切削床的切削动力部分力部分,主要主要实现主运主运动和和进给运运动,由伺服由伺服驱动电机和伺服机和伺服驱动装置装置组成。伺服成。伺服驱动装置主装置主要由主要由主轴电机和机和进给伺服伺服驱动装置。装置。v（4）辅助装置助装置:辅助装置包括数控助装置包括数控车床的一些配件床的一些配件,包括液包括液压装置、装置、气气压装置、排屑装置冷、却装置、排屑装置冷、却润滑装置等。滑装置等。二、数控二、数控车床加工的特点如下床加工的特点如下:（1）自自动

5、化程度高化程度高,减减轻操作者的操作者的劳动强度度。（2）加工加工质量量稳定定,尺寸尺寸统一性好一性好。（3）生）生产效率高效率高。（4）便于）便于产品研制品研制。（5）便于）便于实现计算机算机辅助制造。助制造。（6）加工成本一般加工成本一般较高。高。（7）适宜多品种中小批量生适宜多品种中小批量生产。（8）设备维修困修困难。1.3数控机床总体结构设计一、对数控机床总体设计的要求1、对机床性能的要求 （1）机床工艺范围：要适应不同生产要求的能力 （2）加工精度高：抵挡数控系统的分辨率为10um 中档为1um，高档为0.1um.2、满足机床刚度和抗震性的要求3、减少热变形的要求 2022/11/7

6、114、对机床可靠性的要求 5、对速度的要求6、经济效益7、人机关系的要求 二、数控机床的总体布局 机床的机床的总体布局直接影响到机床的体布局直接影响到机床的结构和性能。合理构和性能。合理选择机床布局，不但可以使机械机床布局，不但可以使机械结构更构更简单、合理、合理、经济，而且能提，而且能提高机床高机床刚度、改善机床受力情况，提高度、改善机床受力情况，提高热稳定性和操作性能，使定性和操作性能，使机床机床满足数控化的要求。足数控化的要求。（1）卧式数控）卧式数控车床：床：刀架后置的数控刀架后置的数控车床床（2）立式数控）立式数控车床：床：主主轴轴线处于垂直位的数控于垂直位的数控车床。床。立式数控

7、立式数控车床床（3）双刀架四）双刀架四轴控制的数控控制的数控车床：床：机床上有两个独立的回机床上有两个独立的回转 刀架，可刀架，可实现四四轴控制。控制。16（4）三）三轴控制的控制的车削中心：削中心：车削中心是在数控削中心是在数控车床的基床的基础上上发展起来的，展起来的，主要特征主要特征是是在数控在数控车床的床的转塔刀架上塔刀架上增增设了多种自了多种自驱动刀具，并刀具，并对主主轴（C 轴）进行伺服控制，自行伺服控制，自驱动刀具有刀具有钻削削头、铣削削头等。等。17（5）五五轴联动车铣复合中心复合中心：机床配置双机床配置双车主主轴、一个、一个铣轴、一个回、一个回转刀架和一个刀架和一个盘式刀式刀库

8、。车铣复合中心主要复合中心主要用于航空、用于航空、军工、汽工、汽车、船舶等行、船舶等行业中复中复杂零件的加工。零件的加工。主主 轴 銑銑 轴前置回前置回转刀架刀架三、数控机床的主传动系统数控机床的主传动系统包括主轴电动机、传动系统和主轴组件1、对主传动系统的要求（1）调速范围（2）热变形（3）主轴的旋转精度和运动精度（4）主轴的静刚度和抗震性（5）主轴组件的耐磨性 2、数控机床主轴的调速方法数控机床的主传动要求较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产效率、加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。数控机床主传动系

9、统主要有四种配置方式带有有变速速齿轮的主的主传动通通过带传动的主的主传动用两个用两个电动机分机分别驱动主主轴内装内装电动机主机主轴传动结构构3、主轴部件主轴部件是机床重要的部件之一，它带动工件或刀具执行机床的切削运动，因此数控机床主轴的精度，抗震性，和热变形对加工质量有直接影响主主轴部件包括主部件包括主轴的支承、安装在主的支承、安装在主轴上的上的传动零件等。零件等。锥孔双列孔双列圆柱柱滚子子轴承承 双列推力角接触球双列推力角接触球轴承承 双列双列圆锥滚子子轴承承带凸肩的双列凸肩的双列圆锥滚子子轴承承|常用主常用主轴轴承承|轴承的配置承的配置 合理配置合理配置轴承承,可以提高主可以提高主轴精度精

10、度,降低温升降低温升,简化支承化支承结构。构。在数控机床上配制在数控机床上配制轴承承时,前后前后轴承都承都应能承受径向能承受径向载荷荷,支支承承间的距离要的距离要选择合理合理,并根据机床的并根据机床的实际情况配制情况配制轴向力的向力的轴承。承。（1）采用）采用后端定位后端定位,推力推力轴承布置在后支承的两承布置在后支承的两侧,轴向向载荷由后支承承受。荷由后支承承受。（2）采用）采用前、后两端定位前、后两端定位,推力推力轴承布置在前、后支承的承布置在前、后支承的两外两外侧,轴向向载荷由前支承承受荷由前支承承受,轴向向间隙由后端隙由后端调整。整。（3）采用）采用前端定位前端定位,推力推力轴承布置在

11、前支承承布置在前支承,轴向向载荷由前荷由前支承承受。支承承受。四、数控机床的进给传动系统数控机床数控机床对进给系系统的基本要求的基本要求 1)提高提高传动部件的部件的刚度。度。2)减小减小传动部件的部件的惯量。量。3)减小减小传动部件的部件的间隙隙4)减小系减小系统的摩擦阻力的摩擦阻力数控机床数控机床进给系系统的基本形式的基本形式滚珠珠丝杠螺母副杠螺母副 静静压丝杠螺母副杠螺母副 静静压蜗杆杆蜗条副和条副和齿轮齿条副条副 直直线电动机直接机直接驱动|滚珠珠丝杠螺母副的杠螺母副的结构原理构原理滚珠丝杠的支撑方法1、机床支承件及其功用、机床支承件及其功用 机床支承件是机床的基机床支承件是机床的基础

12、构件。构件。包括床身、立往、横梁、底座、刀架、工作台、箱体和升包括床身、立往、横梁、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等。降台等。这些件一般称些件一般称为“大件大件”。机床的各种支承件有的互相固定机床的各种支承件有的互相固定连接、有的在接、有的在导轨上运上运动。切削切削时它它们受力并受力并变形。机床形。机床变动的切削力、运的切削力、运动件的件的惯性、旋性、旋转件的不平衡等件的不平衡等动态力会引力会引发支承件和整机振支承件和整机振动。支承件的支承件的热变形会改形会改变执行机构的正确位置或运行机构的正确位置或运动轨迹，迹，影响加工精度和表面影响加工精度和表面质量量e因此必因此必须重重视支承件的支承件

13、的设计。五、机床支承件2、对机床支承件的基本要求机床支承件的基本要求 （1）、）、应具有足具有足够的静的静刚废和和较高的高的刚度一重量比。度一重量比。（2）、）、应有有较好的好的动态特性特性 （3）、）、应具有具有较好的好的热变形特性形特性 （4）、）、应考考虑到便于排屑、清砂，吊运安全；合理地布到便于排屑、清砂，吊运安全；合理地布置液置液 压，电气等器件，并具有良好的工气等器件，并具有良好的工艺性，便于制造和性，便于制造和装配。装配。3、数控机床支承件、数控机床支承件结构的一些特点构的一些特点(一一)支承件的形状支承件的形状选择原原则1)在同等面在同等面积下，下，设计支承件支承件时总是使壁厚

14、在工是使壁厚在工艺可能的可能的 前提下尽量薄前提下尽量薄2)方形截面的抗弯方形截面的抗弯刚度比度比圆形的大，而抗扭形的大，而抗扭刚度度则较低因此，低因此，如果支承件所承受的主要是弯短，如果支承件所承受的主要是弯短，则截面形状以方形和矩形截面形状以方形和矩形为佳。佳。3)不封不封闭的截面比封的截面比封闭的截面，的截面，刚度度显著下降，特著下降，特别是抗扭是抗扭刚度，度，下降更多因此，在可能条件下，下降更多因此，在可能条件下，应尽量把支承件的截面做成封尽量把支承件的截面做成封闭的框形。的框形。(二二)结构特点构特点 为提高静提高静刚度和抗振性，度和抗振性，应合理的合理的设计横截面的横截面的形状尺寸

15、，合理的布置筋板形状尺寸，合理的布置筋板结构构五、数控机床导轨1、机床、机床导轨的功用的功用机床机床导轨的功用是起的功用是起导向及支承作用，即向及支承作用，即保保证运运动部件在外力的作用下部件在外力的作用下(运运动部件部件本身的重量、工件重量、切削力及本身的重量、工件重量、切削力及牵引力引力等等)能准确地沿着一定方向的运能准确地沿着一定方向的运动。2、导轨应满足的基本要求足的基本要求（1）导向精度向精度（2）刚度度（3）耐磨性）耐磨性（4）低速平）低速平稳性性（5）结构工构工艺性性3、导轨基本基本类型及特点型及特点1)导轨按工作性按工作性质可分可分为主运主运动导轨、进给运运动导轨。2)校运校运

16、动轨迹可分迹可分为直直线运运动和和圆周运周运动导轨。3)按受力情况可分按受力情况可分为开式开式导轨和和闭式式导轨。4)按摩掠性按摩掠性质可分可分为滑滑动导轨和和滚动导轨。直线滑动导轨滚动导轨6、刀库和机械手选刀方式是将所需刀具从刀库中准确调出的方法，常用的有顺序选刀和任意选刀二、刀具的选择方式顺序选刀：按照工艺顺序的要求依次将所用刀具插入 刀库刀座中，需要时按规定的顺序取刀。更换不同的工件时必须重新排列刀库中刀 具的顺序，因而操作繁琐。任意选刀：可分为刀座编码、刀具编码、和跟踪记忆等方式顺序选刀刀座编码任选刀具七、回转工作台数控机床的回转工作台主要有：数控进给回转工作台和 分度回转工作台两种定

17、位销式分度工作台开环数控回转工作台 1.4 数控技数控技术的的发展展趋势 1高精度化高精度化 从精密加工从精密加工发展到超精密加工，是世界各工展到超精密加工，是世界各工业强国的国的发展方向。其加工精度已从微米展方向。其加工精度已从微米级发展到展到亚微米微米级，乃至，乃至纳米米级。2高速化高速化 机床向高速化机床向高速化发展，可以充分展，可以充分发挥现代刀具材代刀具材料的性能，不但可大幅提高加工效率、降低加工成料的性能，不但可大幅提高加工效率、降低加工成本，而且本，而且还可以提高零件的表面加工可以提高零件的表面加工质量和精度。量和精度。61 3高柔性化高柔性化 柔性自柔性自动化技化技术是制造是制

18、造业适适应市市场动态需求需求及及产品迅速更新的主要手段，是各国制造品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展展的主流的主流趋势。4高自高自动化化 高自高自动化是指在全部加工化是指在全部加工过程中尽量减少人程中尽量减少人的介入而自的介入而自动完成任完成任务，它包括物料流和信息流，它包括物料流和信息流的自的自动化。化。5智能化智能化 数控系数控系统的智能化主要体的智能化主要体现在以下几个方面：在以下几个方面：（1）应用自适用自适应控制技控制技术62（2）自自动编程技程技术（3）具有故障自具有故障自动诊断功能断功能（4）应用模式用模式识别技技术6开放式体系开放式体系结构构 为适适应数控数控进线、联网、普

19、及型个性化、多品网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最展的要求，最重要的是体系重要的是体系结构的开放性，如构的开放性，如设计生生产开放式开放式的数控系的数控系统。7基于网基于网络的数控系的数控系统 网网络的的任任务主主要要是是进行行通通讯，共共享享信信息息。数数控机床作控机床作为车间的基本的基本设备。63 8 提高数控系提高数控系统的可靠性的可靠性 可靠性是数控机床用可靠性是数控机床用户最最为关注的关注的问题，提，提高可靠性通常可采取下列一些措施：高可靠性通常可采取下列一些措施：（1）提高提高线路的集成度路的集成度 采用大采用大规模集成模集

20、成电路、路、专用芯片及混合式集用芯片及混合式集成成电路，以减少元器件数量，精路，以减少元器件数量，精简外部外部连线和降和降低功耗。低功耗。（2）建立由建立由设计、试制到生制到生产的完整的完整质量保量保证体系体系 例如例如采取防采取防电源干源干扰，输入入、输出隔离；使出隔离；使数控系数控系统模模块化、通用化及化、通用化及标准化，以便准化，以便组织批批量生量生产和和维修；在安装制造修；在安装制造时注意注意严格格筛选元器元器件；件；对系系统可靠性可靠性进行全面行全面检查考核等。考核等。64 （3）增增强故障自故障自诊断功能和保断功能和保护功能。功能。由于元器件失效、由于元器件失效、编程及人程及人为操作失操作失误等等原因，数控系原因，数控系统完全可能出完全可能出现故障。数控系故障。数控系统一般具有故障一般具有故障预报和自恢复功能。和自恢复功能。9 复合化复合化 复合化包括工序复合化和功能复合化。复合化包括工序复合化和功能复合化。复合复合加工机床的含加工机床的含义是在一台机床上是在一台机床上实现或尽可能从或尽可能从毛胚至成品的全部加工。毛胚至成品的全部加工。复复合合数数控控机机床床可可以以减减少少在在不不同同数数控控机机床床间进行行工工序序的的转换而而引引起起的的待待工工以以及及多多次次上上下下料料等等时间。65