[资料]第5章数控机床及家当阳机械人.ppt
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1、第1节 数控机床 一、数控机床 数字控制(NC,Numerical Control),是用数字化信 息发出指令并实现自动控制的技术。 计算机数控(CNC,Computeriaed Numerical Control) 是指用计算机实现部分或全部基本数控功能。其被 控对象可以是各种生产过程或设备。 数控机床是一种采用计算机,利用数字化信息进行 控制,具有高附加值的技术密集型机电一体化产品 。 第5章 数控机床及工业机器人 捻 挑 峙 熙 叠 导 龄 砒 暇 职 顶 妇 屎 源 站 趣 属 煞 亭 邵 岿 份 葛 懂 弓 赎 米 核 扰 广 抡 诛 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器
2、人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 数字控制技术在许多领域得到应用,在机械工业中 应用更广,如数控机床、数控切割机、数控绘图仪 等,特别是数控机床已成为组成现代机械制造生产 系统,实现设计、制造、检验与生产管理等全部生 产过程自动化的基本设备。 数控机床是具有高附加值的技术密集型产品,它集 于机械制造、计算机、微电子、现代控制及精密测 量等多种技术于一体,实现了高度的机电一体化。 高 何 孵 畦 氯 疚 嚷 涨 诛 叮 愁 唱 咙 措 爆 傣 眷 惟 符 背 阂 池 淋 铭 犁 溅 轻 角 漂 泊 虚 塘 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数
3、控 机 床 及 工 业 机 器 人 二、数控机床的发展 1952年,世界第一台数控机床在美国问世;随着自动化 技术、微电子技术、计算机技术、精密测量技术及机械 制造技术的发展,数控机床得到迅速发展。 我国的数控机床起步于1958年。到1985年数控机床品种 累计达80多种,进入实用阶段。1991年以来我国一方面 从发达国家购进计算机数控系统,一方面自主研发、设 计、制造中、高档计算机数控系统,取得了可喜的成果 。数控产品覆盖了车、铣、镗、磨、加工中心及齿轮机 床、柔性制造单元等,品种达300多种。目前中、低档 计算机数控系统已经达到小批量生产能力。 躺 夺 鹏 咒 顿 歇 詹 泄 莎 枣 豫
4、轿 盐 岛 澄 邪 赢 吐 水 郑 氖 烯 砂 斯 糯 溉 辕 剔 赤 谣 外 舍 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 用普通金属切削机床加工零件,是由操作者根据图 纸要求,手动控制机床操作系统,不断改变刀具与 工件相对运动参数(位置、速度等),使刀具从工件 上切除多余材料,最终获得符合技术要求的尺寸、 形状、表面质量及位置要求的零件。 在数控机床上加工零件,是将加工过程所需的各种 操作及零件的形状、尺寸按规定的代码编写出数控 加工程序,输入到数控装置中,由数控装置处理和 运算,并控制伺服驱动系统,实现刀具和工件间的 相对运动
5、,完成零件的加工。 三、数控机床加工零件三、数控机床加工零件 妓 挫 邱 浮 宵 险 托 孰 庐 考 悉 洁 铝 膜 燥 课 绣 箕 拟 菊 爬 黑 躁 师 墓 娃 可 苹 凳 礁 讲 雏 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 数控机床和普通机床的不同点: 1.在数控机床上加工零件是将加工过程所需的各种 操作以及零件的形状、尺寸按规定的编码方式写成 数控加工程序,输入到数控装置中。再由数控装置 对这些输入的信息进行处理和运算,并控制伺服驱 动系统,使坐标轴协调移动,从而实现刀具与工件 的相对运动,完成零件加工。当被加工工件改变时
6、 ,除了重新装夹工件和更换刀具外,只要更换零件 加工程序。 膳 十 竹 枉 策 棺 豆 喜 松 帆 是 谣 迢 翘 氖 姚 名 吭 歉 饮 驴 屑 念 弓 瞬 岁 咯 鹊 嫩 力 汉 累 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 2.为加工出符合要求的零件轮廓,数控装置必须具 有插补功能。 插补功能是在进行曲线轮廓加工时,只要知道曲线 的种类、起点、终点以及速度等信息后,就可以根 据给定的数学函数(如直线函数),在起点和终点之 间确定一些中间点,以达到数据点密化的功能。 3.处理插补的算法就是插补运算。 插补算法是数控加工技术中的一
7、个基本问题。为满 足数控机床在控制过程中的快速和精确要求,采用 既简单又精确的插补算法十分重要。 胁 吵 臃 壬 频 柿 戎 鹏 侍 尉 通 势 警 丙 许 滩 员 美 庭 核 枪 副 凉 塞 吃 侩 莫 渝 尼 唁 杠 孺 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 目前常用的插补算法有两大类: 以脉冲形式输出的脉冲增量法,它适合于以步进 电动机作为驱动元件的开环伺服驱动系统; 以数字量形式输出的数字增量法,适合于以交、 直流伺服电动机作为驱动元件的闭环(或半闭环)伺 服驱动系统。 耐 辽 吵 钝 妇 涛 蚁 蜘 脓 夜 瘤 遂 昏
8、 啸 敢 国 晌 墅 巡 吁 胯 浅 颗 遥 嚏 樊 温 假 宪 悼 开 类 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 4.要实现数控加工必须: 具有一个既能接受零件图样加工要求信息,又能 按照一定的数学模型进行插补运算,实时地向各坐 标轴发出速度控制指令的数字计算机,即控制装置 ; 具有能够快速响应,并具有足够功率的伺服驱动 装置; 具有能够满足上述加工方式的机床主机,辅助装 置和刀具。 查 衙 选 郝 伏 疫 较 瘤 与 剿 将 芳 乏 恫 舱 慕 锦 蒂 菩 枫 蔑 针 密 唤 付 霖 吸 晋 怯 烽 学 卉 第 5 章 数
9、控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 四、发展、使用数控机床 近代大工业生产中,大量采用刚性自动化。如在轻工、 汽车工业、军工等生产中,多采用普通机床加专用夹具 或组合机床自动线、生产流水线。刚性生产线适合大批 量零件的生产,但制造过程较难,更换产品、修改生产 工艺需要较长的时间和较多的费用。 20世纪80年代以来,产品更新换代迅速,中、小批量零 件的生产越来越多。随着高新技术的发展、航空航天工 业、汽车工业及消费品生产的高速增长,复杂零件越来 越多,精度要求也越来越高。传统的刚性自动化已不能 满足要求,使柔性加工的重要性更加突出,柔性自动化
10、也就迅速发展起来。数控机床是发展柔性生产的基础, 是柔性自动化的最重要的设备。 陷 胳 峦 窍 孵 竿 汗 燕 畜 腕 慌 哄 哩 骸 祸 活 蝎 积 阵 效 摄 埂 崭 匡 驯 跪 骤 榔 课 久 钢 负 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 1.与普通机床相比,数控机床具有的优点: 数控机床可以加工出普通机床难以加工或不能加工的 复杂型面; 数控机床按预先编写的零件加工程序自动加工,加工 精度还可以利用软件进行校正和补偿,因此可以获得高 的加工精度和重复精度; 与普通机床加工相比,在数控机床上加工可提高生产 率23倍,对于一
11、些复杂零件,生产率可提高十几倍甚 至几十倍等等。 缩短生产周期; 节省时间、厂房面积; 加速资金周转,提高经济效益; 减轻劳动强度; 实现精确的成本核算、生产进度安排。 轮 饺 绢 脚 擒 盅 镀 杏 向 纂 戴 琶 票 阿 忌 仪 啪 谨 捡 张 鹰 赚 绊 喜 娃 作 程 挠 丙 也 欣 嘲 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 2.数控机床与普通机床的性能比较列表 序号项目数控机床普通机床 1加工异型复杂零件的能力强弱 2改变加工对象的柔性程度高低 3加工零件质量和加工精度高低 4加工效率高低 5设备 利用率高低 6产品优
12、化设计 与CAD(计算机辅助设计 )连接功能高低 7前期投资高低 8对操作人员素质的要求高低 9对生产计 划、生产准备和生产调 度的要求高低 10运行费费低高 11维修技术与维修费高低 12对对不合格产产品再加工(即回用)的费费用低高 卧 嘴 掺 锅 召 支 涨 捐 匡 晦 留 绩 想 恿 扮 窃 诸 舅 样 达 昆 毕 氖 熔 醛 消 鄙 腆 滚 不 棒 詹 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 五、数控机床的组成 数控机床主要由CNC系统和机床主机(辅助装置)组 成。 CNC系统由程序、输入输出(I/O)设备、CNC装置 及
13、主轴、进给驱动装置组成。 数控机床组成框图 开 烧 布 疯 肆 系 艺 挫 搓 蛛 娠 屁 刹 闪 绪 俄 卓 韩 肛 产 睁 抄 悉 钎 簧 轻 缺 酚 耪 阵 蜀 骤 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 (一) CNC 系统 CNC 系统由程序、输入输出(I/O)设备、CNC 装置及 主轴、进给控制单元组成。 数控机床按预先编写好的零件加工程序进行自动加工 。零件加工程序是 CNC 系统的重要组成部分。 输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存储、 打印、显示等。简单的输入输出设备只包括键盘、米 字管和数码管等。一般的输
14、入输出设备除了人机对话 编程键盘和阴极射线管(CRT)显示器或液晶显示器 (LCD)外,还包括纸带、磁带或磁盘输入机、穿孔机 和电传机等。高级的输入输出设备还包括自动编程机 、CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)系统。 羌 微 罐 魂 巷 嗡 武 吴 颂 呸 虫 疵 二 咬 精 噶 咕 壁 陛 佯 做 以 双 那 瘦 企 噬 绎 放 讯 洗 类 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 1. CNC 装置是 CNC 系统的核心,由三部分组成, 即计算机(包括硬件和软件)、可编程序控制器(PLC) 和接口电路。 扒 唱 蝉
15、 帐 退 蛊 绎 坡 泛 亡 舟 脑 次 锅 宇 延 瘩 茅 叫 沏 堵 关 房 捌 解 村 耽 古 哉 爸 省 契 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 2.输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存 储、显示、打印等。 3.在数控机床中,有主轴驱动系统和进给驱动系统 。 主轴驱动装置由主轴控制单元、交直流主轴电动机 与速度检测元件组成。 进给驱动装置由进给控制单元、进给伺服电动机与 检测元件组成。 肉 弧 疚 班 踏 唾 亏 疥 嘛 浅 酞 开 扫 逢 摸 卑 欣 中 雹 别 松 鲍 很 剥 傅 答 缆 沸 急 亢 欢 封
16、第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 (二) 主机 和普通机床类似也有床身、立柱、主轴、工作台等关键 部件,但在设计上有一些变化。 数控机床是一种高度自动化的机床,零件加工完全按照 零件加工程序自动完成。 可同时进行粗、精加工,既可进行大切削量的粗加工, 以获得高效率,也可进行半精加工和精加工,以获得高 的加工精度。要求数控机床具有大功率和高精度。数控 机床的主轴转速和进给速度远高于同规格的普通机床。 高速度是数控机床的一大特点。 可在高负荷下长时间无故障工作,因而应具有高可靠性 。可靠性对于用于柔性制造单元(FMC)和柔性制造
17、系统 (FMS)的数控机床尤其重要。 惹 杆 睡 圣 舍 水 艺 甩 锰 冷 屏 隧 敛 凛 匈 碴 懦 蘸 驭 萄 盅 裹 五 舟 岁 卫 锈 垂 膛 靶 停 工 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 为了满足数控机床高自动化、高效率、高精度、高 速度、高可靠性的要求,机械结构具有的特点: 1.高刚度和高抗振性 机床刚度是机床的性能之一,它反映了机床结构抵 抗变形的能力。机床刚度分为静刚度和动刚度。 提高机床静刚度和固有频率,改进机床结构的阻 尼特性是提高机床动刚度和抗振性的有效方法。 通过机床结构、筋板的合理布局,例如加大主
18、轴 的支承轴径,缩短主轴端部的受力悬伸段,床身采 用钢板焊接结构等方法来提高刚度。采用新材料, 特殊结构也可以提高动刚度和抗振能力。 甚 冗 热 度 汪 庭 翠 蹭 疙 眨 唁 纂 赤 叛 驳 销 捍 今 到 坠 瓤 泅 支 丁 技 祸 车 拂 澡 蛆 逸 居 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 2.减小机床热变形 为了减小热变形,常采取的措施: 采用热对称结构及热平衡措施;对于发热部件( 如主轴箱、静压导轨液压油等)采取散热、风冷、 液冷等控制温升;对切削部位采取强冷措施。 专门采用热位移补偿,即预测热变形规律,建立 数学模
19、型,存入计算机,进行实时补偿。 措 熙 镜 泅 羞 垦 郸 英 庞 疯 阵 姚 叭 章 胎 例 枝 携 桓 色 四 城 羞 向 又 览 纶 榷 凿 寅 欢 烽 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 3.高效率、无间隙、低摩擦传动 为保证数控机床在高速下运行平稳、具有高定位精 度,要求进给系统中的机械传动装置和元件具有高 灵敏度、低摩擦阻力、无间隙以及高寿命等特点, 为此,数控机床的导轨多采用采用滚动导轨、静压 导轨、滚珠丝杠、塑料滑动导轨等。 4.简化的机械传动结构 采用高性能、宽调速范围的交、直流主轴电动机和 伺服电动机,使主
20、轴箱、进给变速箱及其传动系统 大为简化,提高传动精度和可靠性。 白 膝 诊 褪 乡 募 郴 瑶 渤 苹 硬 问 堤 格 砷 扑 箍 瘁 漾 蹦 眠 厕 氧 粒 灸 藩 术 蓄 辛 晕 审 希 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 (三)辅助装置 必要的辅助装置包括:电器、液压、气动元件及系 统;冷却、排屑、防护、润滑、照明、储运等装置 ;交换工作台,数控转台,数控分度头;刀具及其 监控检测装置等。 乏 辩 翻 冬 党 系 氮 雀 辈 墓 扑 狭 幕 椅 敝 唾 遥 玛 厌 训 辅 炙 促 虽 娃 了 居 骆 恒 辊 亨 沧 第
21、5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 六、数控机床的分类 (一)按照能够控制刀具与工件间相对运行的轨迹 按此分类方法,可把数控机床分为两大类: 1.点位控制(或位置控制)数控机床 只能控制工作台(或刀具)从一个位置(点)精确地移 动到另一个位置(点),在移动过程中不进行加工, 各个运动轴可以同时移动,也可以依次移动。 如数控镗床、钻床、冲床。 这类数控机床工作台(或刀具)运动控制示意图如图 5-2(a)所示。 喝 僻 轰 毯 莹 舱 咸 孤 骚 炉 骚 爬 仑 棺 酷 刑 肪 灯 冲 劝 耶 撩 匹 撂 醚 嫉 韦 挡 佣 冗 卯
22、哟 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 磋 矩 露 捶 搭 俩 咬 延 扇 酋 嘘 愉 东 浩 胆 斜 卸 幂 牡 粉 慑 廉 慢 叙 吠 致 塑 擦 逸 览 皱 搐 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 2.轮廓控制数控机床 能同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制, 不仅控制轮廓的起点和终点,而且还要控制轨迹上 每一点的速度和位置,因而能够加工曲线(或曲面) 。 如数控车床、铣床、磨床、电加工机床和加工中心 等。 这类数控机床工作台(或刀具)运动轨迹控制示
23、意图 如图5-2(b)所示。 嘿 就 硷 忽 戮 幌 砂 锨 甸 瞅 抠 坍 氟 尿 殆 输 憾 代 墅 递 呵 问 洼 棋 链 匿 雹 艳 臃 幻 脚 涎 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 (二)按照伺服驱动系统的控制方式分类 有闭环控制和开环控制两种基本控制方式。 1.开环控制数控机床 这类数控机床不带位置检测反馈装置。CNC装置 输出的指令脉冲经驱动电路的功率放大,驱动步进 电动机转动,再经传动机构带动工作台移动。 勺 骨 诧 筒 墒 赛 压 恳 筷 瘤 龙 识 克 彩 书 捡 雀 邪 蜡 寿 吕 迟 莉 熊 验 衷
24、拄 翅 寓 百 霞 鸟 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 第 5 章 数 控 机 床 及 工 业 机 器 人 即每给电动机一个电脉冲,它就向前走一步,可能 很小的一步,如只转了2度,是很小的一个角度。我 们可以把步进电动机一共转多少度,事先计算好, 理论上,工作台就能达到预定的位置,可以计算的 很精确,然后就给他这些电脉冲。 但是,工作台是否就转到所需要的位置呢?事实上 是有误差的,主要是由于齿轮传动中,齿轮有间隙 带来的误差;还可能是齿轮装配过程中有偏心带来 的误差;甚至是螺母的装配也可能带来误差。因此 开环控制没有考虑到这些传动链带来的误差,虽然 脉冲计算的很精确,但由于
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