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4、按同时控制的坐标轴分类
1)两坐标NC机床
2)三轴联动的NC机床
3)四坐标联动
4)五坐标联动
5)“超五坐标”NC机床及实质
四、数控加工中的几个基本概念
1、机床的切削运动
2、数控编程方法
五、数控机床的特点与发展趋势
1、现代数控机床的特点
2、数控机床的发展趋势
1、定义:
数控机床(NumericalControlMachineTools)
是采用数字技术形式控制的机床。
即凡是用数字化的代码将加工过
程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移等信息
用数字化的指令(记录在程序介质上)表示出来,并送入计算机或数
控系统经过译码、运算及处理,控制机床的刀具与工件的相对运动,
加工出所需工件的一类机床即为数控(NC)机床。
2、数控机床产生的历史背景
1)40年代后期,美JohnT.Parsons提出了数控机床构
即用记录有坐想设想通过控制机床的微小增量运动来加工机翼曲面.
标位置的数据的穿孔卡来控制机床的动作,以实现曲线、曲面的加
工。
随后美国空军投入大量军费给MIT伺服机构实验室。
2)1952年MIT第一台数控机床样机研制成功
1953年开始应用初步应用
MIT开发了APT编程系统
3)飞机制造企业对数控机床需求的发展起了推动作用。
飞机结构复杂、精度要求高、大量复杂曲面形状零件、
产量小、转型快,其生产特点决定了其急需NC设备,
从而为数控机床的发展应用提供了机遇。
3、数控技术(NUMERICALCONTROL)
1)概念:
以数字化信息实现控制的应用技术
2)分类:
硬件数控技术:
以硬件作为控制器
靠硬件完成运算;
功能简单;
存储量小
计算机控制(CNC):
以计算机作为控制器
靠软件完成运算;
功能强;
存储量大
3)数控系统对机床控制的类别:
顺序控制:
换刀、主轴调速、冷却液关启、工作台限位等
数字控制:
进给传动控制,即对刀具、工作台的运行的
顺序、位移量度以至速度实现控制。
4、数控机床的优点
传统机械式自动机床、仿形机床的缺点:
1)需要辅助工装
自动机床—需要制作凸轮、挡块等辅助装置
需要制作标准零件—仿形机床
2)加工过程是模拟量传递
3)加工精度低
4)加工零件变更需重新准备辅助装置
数控机床优点:
1)提高加工精度,保证同批零件的一致性
2)提高生产效率,一般可提高加工效率3~5倍
3)适合于复杂形状零件加工(只提高了编程难度,而无须各种工装)
4)有利于实现管理和机械加工的自动化
5.数控机床的缺点
1)设备造价昂贵,机时费用高
2)工作环境要求苛刻(温度、湿度、灰尘等)
3)操作、编程、维修保养人员素质要求高
1.数控机床的主要组成部分
1)NC程序(控制介质):
包含加工过程中的所有信息
①几何信息:
确定加工零件的几何形状,如位移、圆心、曲面法
矢量等.
②辅助功能信息:
说明加工条件,如刀具几何参数、进给速度和主
轴转速、开关冷却液、程序结束等.
③准备功能信息:
说明插补类型、加工坐标平面、实现刀具半径
补偿等.
NC程序传入NC机床的途径
键盘手工敲入、穿孔纸带、拷贝、I/O通讯接口
2)数控装置:
由输入装置、控制器、运算器和输出装置组成。
输入装置:
接收外部的输入程序并存储①.
②控制器:
控制和协调数控装置各部分协调工作
③运算器:
接收控制信息,对集合信息进行插补运算并向输出装置
发出进给脉冲
④输出装置:
将脉冲输出给伺服系统
3)伺服系统(数控机床运动的动力装置)
伺服系统是数控装置与机床本体间的传动联系环节,可以将来
自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动,使工作台精确
定位或按规定的轨迹做严格的相对运动,最后加工出符合图纸的零
件。
4)机床本体
机床本体指的是数控机床的机械构造实体。
它与普通机床的差
别,主要是机械传动的结构和功能部件要求更高。
机床本体主要由
床身、导轨、各运动部件、工作台、刀库、排屑器等组成。
5)检测装置
在机床的坐标轴中安装有光栅尺等来实时监测运动部分的位
移量,并与理论值比较,以确定需补充的运动脉冲量。
⑴一般数控机床
数控铣床
类别:
立铣、卧铣、龙门铣等
用途:
二维轮廓、复杂结构、复杂型面等,可用于孔加工
工作特点:
切削时刀具运动方向不受方向限制.
数控车床
用途:
用于加工回转类零件
刀具不旋转,零件旋转,刀具只做轴向与径向运动。
数控镗床
用于精度较高的孔加工
工作时镗刀只能沿机床主轴方向运动
精度等级:
0.01mm以内
数控钻床
传统机械孔及电子线路版孔加工
刀具旋转,钻孔时钻头只做轴向进给
效率极高,300-400孔/分,孔径:
可达0.1mm/min
数控冲床
用于钣金件的孔与形状加工
工作时,冲头不旋转,只做轴向进给
效率高,300-500孔/分
数控磨床
用于配合面的加工,表面质量精度高
磨头高速旋转,可做三个方向的运动
0.005-0.001mm以内
⑵数控加工中心
带有刀库及自动换刀装置的数控机床,习惯上称为加工中心—
—MachiningCenter,可使多道工序在一次装夹中完成,使加工精度
和效率大大提高。
.
加工中心的优点:
a.可以减少机床数量,便于管理,对于多工序的零件只要一台机床
就能完成全部工序加工,并可以减少半成品的库存率;
b.可以减少多次装夹的定位误差,提高零件加工精度
c.由于工序集中,减少了辅助时间,提高了生产率;
d.大大减少了专用工夹量具的数量,进一步缩短了生产准备时间,
降低了成本。
2.按运动轨迹分类
1)点位控制(PositioningControl)数控机床
特点:
只控制起点和终点的精确位置,与中间过程无关
共性:
中间过程属“非切削段”
包括:
数控钻、数控镗、数控冲床和数控测量机
2)点位直线控制数控机床
这类机床不仅能保证刀具在相关点的定位,还要控制刀具沿某一
个坐标轴方向作直线运动的速度和路线。
它是点位控制和单坐标控
制的结合,可有多个坐标但不能联动,起终点之间属“切削段”。
该类设备有:
简易数控车床、数控铣床等
加工零件类型:
带台阶的圆柱零件、方形零件
3)轮廓控制数控机床
实现两个或两个以上坐标做关联运动,即联动
控制内容:
程序规定的轨迹、速度
数控车床、数控铣床、数控磨床和电加工机床等。
可加工曲线、曲面类零件
3.按伺服系统控制方式分类
成本低,中小型设备,精度低,:
无反馈开环系统
闭环系统:
有反馈,精度高,精密、大型设备,成本高
半闭环系统:
有部分反馈,精度较高,中小型设备,成本适中
4.按同时控制的坐标轴分类
1)两坐标NC机床:
类型:
线切割、二坐标铣(二轴半)
可加工二维轮廓零件。
2)三轴联动的NC机床:
可实现X、Y、Z三个坐标联动
可用于加工曲面类零件
3)四坐标联动:
除X、Y、Z外还可和另一旋转轴实现联动
按旋转轴划分:
XYZA、XYZB、XYZC
可加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零
件和平面内斜孔的壳体类零件。
与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。
4)五坐标联动:
除X、Y、Z外还可和两个旋转轴实现联动
(XYZAB、XYZAC、XYZBC)
结构:
两个旋转坐标都在主轴上;
两个旋转坐标都在工作台上;
一个旋转坐标在主轴上,另一个在工作台上
理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零
件的加工,如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶
盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件.
1.机床的切削运动
概念:
刀具相对工件运动,并进行切削的过程。
切削运动是相对运动,一般视工件为静止,而刀具运动
切削运动的构成:
刀具的整体移动:
平移+摆动
刀具自身的旋转运动
2.数控编程方法
数控编程可以分为手工编程和自动编程两种
手工编程:
是指编制零件数控加工程序的各个步骤,即从零件图纸
分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、计算数控机床所需输
入的数据、编写零件的数控加工程序单直至程序的检验,均由人工
来完成。
自动编程:
即用计算机来实现零件的数控编程工作,即把零件的几
何尺寸和数据输入计算机,根据计算机建立的零件数学模型来计算
刀具加工轨迹,生成数控加工程序的过程,主要有APT语言编程和
图像编程。
1.现代数控机床的特点
1)具有较大柔性
2)能获得较高的加工精度
3)便于加工复杂形状的零件
机床的使用、维护技术要求高4).
2.数控机床的发展趋势
1)更高的速度和精度;
2)更高的可靠性;
3)更完善的功能
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