数控机床技术(第一章绪论)推荐.ppt
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数控技术,1.1数控机床的产生与发展1.2数控机床的组成及工作过程1.3数控机床的特点1.4数控机床的分类1.5数控机床坐标系1.6数控机床的主要性能指标,第一章绪论,第一章绪论,1.1数控机床的产生与发展现代制造业的水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度。
21世纪机械制造业的竞争,其实质是数控技术的竞争。
各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产。
马克思,第一章绪论,一、数控设备的产生,第一章绪论,1948年,美国帕森公司(ParsonsCompany)受美空军委托,研制直升机螺旋桨叶片轮廓样板加工设备,提出计算机控制机床设想。
1949年,其与美国麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所合作,开始数控机床研究。
1952年试制成功世界上第一台由大型立式仿形铣床改装而成、用专用计算机控制的三坐标立式数控铣床。
1955年实现产业化投放市场,由于技术和价格原因,局限在航空工业中应用。
1959年,克耐杜列克公司(Keaney&TreckerCompany)开发出了装有自动换刀装置、能够一次装夹、多工序加工的加工中心;1967年,英国首先出现柔性制造系统FMS;20世纪80年代初,国际上又出现了柔性制造单元FMC;20世纪80年代末90年代初,计算机集成制造系统CIMS已经逐渐投入使用。
第一章绪论,二、各国数控机床的现状据德国机械设备制造商协会(VDMA)消息,2004年德机械设备出口1:
3世界第一,占世界机械设备市场份额的19.3%,日本机械设备出口1:
3所占市场份额从12.6%上升至13.3%,居世界第二。
美国、意大利、法国和英国分列第三至第六位,所占市场份额分别为12.4%、9.8%、5.2%和4.8%。
中国机械设备出口所占市场份额从3.5%上升到4.3%居世界第七位。
第一章绪论,1美国的数控发展史美国政府重视机床工业,并且提供充足的经费,且网罗世界人才,特别讲究“效率”和“创新”,注重基础科研。
高性能数控机床技术在世界一直领先。
当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床,也为中小企业生产廉价实用的数控机床(如Haas、Fadal公司等)。
其存在的教训是,偏重于基础科研,忽视应用技术,且在上世纪80代政府一度放松了引导,致使数控机床产量增加缓慢,于1982年被后进的日本超过,并大量进口。
从90年代起,纠正过去偏向,数控机床技术上转向实用,产量又逐渐上升。
第一章绪论,第一章绪论,2德国的数控发展史德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位,在多方面大力扶植。
德国特别注重科学试验,理论与实际相结合,基础科研与应用技术科研并重。
企业与大学科研部门紧密合作,在质量上精益求精。
德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实,出口遍及世界。
尤其是大型、重型、精密数控机床。
德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用,其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件,在质量、性能上居世界前列。
如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅均为世界闻名。
第一章绪论,3日本的数控发展史日本和美、德相似,充分发展大量大批生产自动化,继而全力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。
日本政府对机床工业之发展异常重视,通过规划、法规引导发展。
在重视人才及机床元部件配套上学习德国,在质量管理及数控机床技术上学习美国。
1978年产量超过美国,至今产量、出口量一直居世界首位。
战略上先仿后创,先生产量大而广的中档数控机床,大量出口,占去世界广大市场。
在上世纪80年代开始进一步加强科研,向高性能数控机床发展。
日本在发展数控机床的过程中,狠抓关键,突出发展数控系统。
如日本FANUC系统。
第一章绪论,4我国数控机床的现状我国从1958年开始研究数控机床,于1966年研制成功晶体管数控系统,并生产出了数控线切割机、数控铣床等产品。
数控机床的发展处于初级阶段。
20世纪80年代初期,我国先后从德、日、美等国家引进一些数控系统和伺服技术,一定程度上促进了数控机床的发展,数控机床性能逐步提高,品种和数量不断增加。
到1985年,我国已经拥有加工中心、数控铣床、数控磨床等80多个品种的数控机床,数控机床的发展进入了实用阶段。
第一章绪论,20世纪90年代以后,数控机床的发展速度加快,多轴、全功能中高档数控系统及交、直流伺服系统相继研制成功,FMS和CIMS也先后投入使用,数控机床的发展进入了快速阶段。
随着“九五”数控车床和加工中心(包括数控铣床)的产业化生产基地的形成,我国生产的中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。
但在中、高档数控机床方面,与国外一些先进产品相比,仍存在较大差距。
相比之下,我国大部分数控机床产品在技术上还处于跟踪阶段。
第一章绪论,三、数控设备的发展电子管(1952年)晶体管和印刷电路板(1960年)小规模集成电路(1965年)小型计算机(1970年)微处理器或微型计算机(1974年)基于PC-NC的智能数控系统(90年代后)。
软线数控,计算机数控系统(CNC)前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬逻辑(硬线)数控系统,简称NC,已淘汰。
第一章绪论,基于PC-NC的第六代数控系统,它充分利用现有PC机的软硬件资源,规范设计新一代数控。
第六代数控的优势在于:
(1)元器件集成度高、可靠性好;
(2)技术进步快、升级换代容易;(3)提供了开放式的基础,可供利用的软、硬件资源极为丰实。
第一章绪论,第一章绪论,第一章绪论,1.2数控机床的组成及工作过程一、基本概念数字控制(NumericalControlNC)是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程(如加工、测量、装配等)进行编程控制的自动化方法。
数控技术(NumericalControlTechnology)采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。
数控机床(NumericalControlMachineTools)是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
数控系统(NumericalControlSystem)实现数字控制的装置。
计算机数控系统(ComputerNumericalControlCNC)以计算机为控制核心的数字控制系统。
加工中心MC(MachiningCenter),第一章绪论,计算机辅助设计CAD(ComputerAidedDesign)计算机辅助制造CAM(ComputerAidedManufacturing)计算机辅助检验CAT(ComputerAidedTesting)计算机集成制造系统CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem),柔性制造单元FMC:
(FlexibleManufacturingCell)在加工中心基础上通过增加多工作台(托盘)自动交换装置APC(AutoPalletChanger)以及其他相关装置,组成的加工单元。
FMC不仅实现了工序的集中和工艺的复合,而且通过工作台的自动交换和较完善的自动监测、监控功能,可以进行一定时间的无人化加工,从而进一步提高了设备的加工效率。
第一章绪论,FMC构成分两大类:
1、加工中心配上自动托盘系统(APC);2、数控机床配机器人。
FMC既是柔性制造系统FMS(FlexibleManufacturingSystem)的基础,又可以作为独立的自动化加工设备使用,因此其发展速度较快。
第一章绪论,柔性制造系统FMS:
在FMC和加工中心的基础上,通过增加物流系统、工业机器人以及相关设备,并由中央控制系统进行集中、统一控制和管理,这样的制造系统称为柔性制造系统FMS。
FMS不仅可以进行长时间无人化加工,而且可以实现多品种零件的全部加工和部件装配,实现了车间制造过程的自动化,它是一种高度自动化的先进制造系统。
第一章绪论,第一章绪论,计算机集成制造系统CIMS:
将市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全过程均由计算机集成管理和控制,由此构成的完整的自动生产制造系统。
CIMS将一个更长的生产、经营活动进行了有机的集成,实现更高效益、更高柔性的智能化生产,是当今自动化制造技术发展的最高阶段。
在CIMS中,不仅是生产设备的集成,更主要的是以信息为特征的技术集成和功能集成。
第一章绪论,二、数控设备的工作原理、组成1数控设备的工作原理,第一章绪论,根据零件要求编制数控程序,将数控程序记录在程序介质(如穿孔纸带、磁盘等)上,输入输出接口输入到数控设备中,控制系统按数控程序控制该设备执行机构的各种动作或运动轨迹,达到规定的工作结果。
其主要步骤:
1)数控加工程序编制根据零件图所规定零件形状、尺寸、材料及技术要求等,确定零件加工工艺过程、工艺参数,按编程手册和程序格式编写零件加工程序。
2)数控机床执行数控加工程序,第一章绪论,第一章绪论,
(1)输入设备数控机床的信息输入通道,加工零件的程序和各种参数、数据通过输入设备送进数控装置。
早期的输入方式为穿孔纸带、磁带,目前较多采用磁盘;在生产现场,特别是一些简单的零件程序都采用按键、配合显示器(CRT)的手动数据输入(MDI)方式;手摇脉冲发生器输入多用于调整机床和对刀时使用;通过通信接口,可由上位机输入。
第一章绪论,第一章绪论,1)纸带输入方式。
可用纸带光电阅读机读入零件程序,直接控制机床运动,也可将纸带内容读入存储器,用储存的程序控制机床运动。
2)MDI手动数据输入方式。
可利用操作面板上的键盘输入程序指令,适于比较短的程序。
编辑状态下输入加工程序,存入存储器中,可重复使用程序。
3)DNC直接数控输入方式。
把程序保存在上级计算机中,CNC系统一边加工一边接收来自计算机的后续程序段。
(2)数控装置数控装置是由中央处理单元(CPU)、存储器、总线、输入输出接口和相应的软件构成的专用计算机,它接收输入信息,经过译码、轨迹计算(速度计算)、插补运算和补偿计算,再给各个坐标的伺服驱动系统分配速度、位移指令。
主要功能如下:
多坐标控制(多轴联动)。
插补功能(如直线、圆弧和其它曲线插补)。
程序输入、编辑和修改功能(人机对话、手动数据输入、上位机通信输入)。
第一章绪论,故障自诊断功能插补偿功能:
补偿主要包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等。
信息转换功能:
包括EIA/ISO代码转换、英制/米制转换、坐标转换、绝对值/增量值转化等。
多种加工方式选择可以实现多种加工方式循坏、重复加工、凹凸模加工和镜像加工等。
辅助功能辅助功能也称M功能。
显示功能用CRT或液晶屏显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障源以及图形等。
通信和联网功能。
第一章绪论,第一章绪论,(3)伺服驱动装置及检测反馈装置伺服驱动装置又称伺服系统,它接受计算机运算处理后分配来的信号,经过调节、转换、放大以后去驱动伺服电机,带动机床的执行部件运动,并且随时检测伺服电机或工作台的实际运动情况,进行严格的速度和位置反馈控制。
伺服系统包括:
驱动装置执行机构,第一章绪论,驱动装置:
分为主轴驱动单元(主要是速度控制)、进给驱动单元(包括速度控制和位置控制)和主轴伺服电动机、进给伺服电动机、回转工作台和刀库伺服控制装置等。
步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。
伺服系统分为直流伺服系统和交流伺服系统。
检测装置:
有测速发电机、旋转变压器、脉冲编码器、感应同步器、光栅、磁电转速传感器、霍尔传感器等。
(4)机床本体包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。
数控机床主体具有如下结构特点:
1)高刚度、高抗震性及较小热变形的机床结构。
2)高性能主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置。
3)高传动效率、高精度、无间隙传动装置和运动部件,如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、贴塑导轨副、直线滚动导轨、静压导轨等。
第一章绪论,(5)机电接口主轴的启停,自动换刀,
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