数控机床概述及组成(一)课件.ppt

1、数控编程与操作1课程的教学目标通过本课程的学习，使学生通过本课程的学习，使学生:v了解了解数控设备的发展和基本特点，数控机床的主要数控设备的发展和基本特点，数控机床的主要组成部分和功用组成部分和功用;v掌握掌握数控加工工艺的分析和数控加工指令的基本格数控加工工艺的分析和数控加工指令的基本格式式;v学会使用学会使用数控加工指令完成零件加工程序的编写数控加工指令完成零件加工程序的编写;v培养学生培养学生具有具有分析和编写数控加工工艺的能力分析和编写数控加工工艺的能力;v具有具有编写数控中级工等级标准的零件程序的能力编写数控中级工等级标准的零件程序的能力;v具有具有操作数控机床加工数控中级工等级标准

2、的零件操作数控机床加工数控中级工等级标准的零件的能力。的能力。2考核方式及评分标准1、理论成绩：理论成绩：每个学生根据平时成绩（出勤、每个学生根据平时成绩（出勤、作业、上课情况）（占作业、上课情况）（占30%）、期末考试成）、期末考试成绩（占绩（占50%）得分。）得分。2、实验成绩（占实验成绩（占20%）：每个实验根据学生每个实验根据学生实验的过程、实验结果、实验报告由教师打实验的过程、实验结果、实验报告由教师打出实验成绩。出实验成绩。3参考书目1.数控机床操作与编程培训教程数控机床操作与编程培训教程机械工机械工业出版社业出版社 刘雄伟主编，刘雄伟主编，2001.32.数控加工技术数控加工技术

3、 化学工业出版社化学工业出版社，明，明兴祖主编，兴祖主编，2002.123.数控编程数控编程山东科学技术出版社，韩鸿山东科学技术出版社，韩鸿鸾、孙翰英主编，鸾、孙翰英主编，2006.84绪 论人才短缺专业人才短缺专业:数控技术应用数控技术应用计算机应用与软件技术计算机应用与软件技术汽车运用与维修汽车运用与维修护理护理 5本次课教学内容 第一节 数控技术的基本概念 第二节 数控机床的组成 6教学目的 通过数控机床基本概念的讲解，了解数通过数控机床基本概念的讲解，了解数控技术的发展历程，通过了解数控机床的控技术的发展历程，通过了解数控机床的各个组成部分，理解数控机床的各个组成部分，理解数控机床的C

4、NC系统系统、伺服系统伺服系统和和机械系统机械系统。7第一节 数控技术的基本概念数控技术数控技术:是用数字信息对机械运动和工是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品渗透形成的机电一体化产品.8第一节数控技术的基本概念一、一、数字控制数字控制(数控数控NC)(Numerical Control)它是指用数字化信号对机床运动及其加它是指用数字化信号对机床运动及其加工过程中进行控制的一种方法。工过程中进行控制的一种方法。1、

5、数字化信号（、数字化信号（01010010）2、模拟量信号、模拟量信号()3、开关量信号、开关量信号(0、1，主轴正反转、刀架，主轴正反转、刀架正反转、冷却液开关正反转、冷却液开关)由由PLC控制控制 NC数控数控又名硬线数控。又名硬线数控。9第一节数控技术的基本概念二、二、数字控制机床数字控制机床(NC机床机床)(Numerical Control Machine Tools)数控装备数控装备是指应用数控技术对工作机械的工作是指应用数控技术对工作机械的工作过程进行控制的装备。过程进行控制的装备。数控机床数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机

6、床。的高效自动化机床。10第一节 数控技术的基本概念 1.数控机床的产生数控机床的产生:世界上第一台数控机床是世界上第一台数控机床是1952年美国年美国帕森斯帕森斯parsons公司和公司和麻省理工学院麻省理工学院MI.T合合作研制成功的作研制成功的三坐标数控铣床三坐标数控铣床，它用来加，它用来加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。工直升飞机叶片轮廓检查用样板。11第一节数控技术的基本概念2.数控机床的发展数控机床的发展数控化率：数控化率：我国：是全世界机床拥有量最多的国家（近我国：是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台）万台）数控化率仅达到数控化率仅达到1.9左右左右 西方：西方：20 日本：

7、不到日本：不到80万台的机床却有万台的机床却有10倍于我国的制造能力倍于我国的制造能力年产量：年产量：我国：我国：30004000台台/每年每年 日本：日本：5万多台万多台/每年每年 我国十几亿美元进口我国十几亿美元进口70009000台台/每年每年 12第一节数控技术的基本概念三、数控系统（三、数控系统（NC Control System）数控设备的数据处理和控制电路以及伺服数控设备的数据处理和控制电路以及伺服机构等系统称机构等系统称数字控制系统数字控制系统。它由程序输入、。它由程序输入、输出设备、计算机数字控制装置、可编程控输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、主轴进给及驱动装置等组

8、成。制器、主轴进给及驱动装置等组成。13第一节数控技术的基本概念 数控技术经过数控技术经过50年年6代的发展：代的发展：第一代数控系统：第一代数控系统：1952年，年，电子管电子管数控系统数控系统第二代数控系统：第二代数控系统：50年代末，年代末，晶体管晶体管数控系统数控系统第三代数控系统：第三代数控系统：1965年，年，集成电路集成电路数控系统数控系统第四代数控系统：第四代数控系统：1970年，年，小型计算机小型计算机数控系统数控系统第五代数控系统：第五代数控系统：1974年，年，微型计算机微型计算机数控系统数控系统第六代数控系统：第六代数控系统：基于基于PC的开放式的开放式数控系统数控系统

9、 14第一节数控技术的基本概念国际上最大的数控系统生产厂国际上最大的数控系统生产厂:公司，年生产万套以公司，年生产万套以上系统，占世界市场约上系统，占世界市场约40左右左右其次是其次是占占15以上以上国产数控系统厂家主要有国产数控系统厂家主要有、北、北京航天机床数控集团京航天机床数控集团1519 19 世纪世纪铣铣 床床 16第一节数控技术的基本概念四、四、计算机数字控制机床（计算机数字控制机床（CNC Computer Numerical Control Machine Tools）计算机数字控制机床是一种装有程序控制计算机数字控制机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。它综

10、系统（数控系统）的高效自动化机床。它综合了计算机、自动控制、精密测量、机床机合了计算机、自动控制、精密测量、机床机构设计与制造等方面的最新成果。构设计与制造等方面的最新成果。CNC数控数控系统又名软线数控。系统又名软线数控。17第一节数控技术的基本概念第七代数控系统：基于第七代数控系统：基于Web的的CNC系统（远程系统（远程CNC系统）、智系统）、智能能CNC系统、系统、CAD/CAM集成集成CNC系统系统 18第一节数控技术的基本概念五、五、数控程序（数控程序（NC Program）输入数控系统中的、使数控机床执行一输入数控系统中的、使数控机床执行一个确定的加工任务的、具有特定代码和其个确

11、定的加工任务的、具有特定代码和其它符号编码的一系列指令。它符号编码的一系列指令。六、六、数控编程：数控编程：将零件的加工信息编制成数控将零件的加工信息编制成数控机床能识别的代码。机床能识别的代码。19第一节数控技术的基本概念七、数控加工七、数控加工 20第二节 数控机床的组成数控机床的组成数控机床的组成:信息输入信息输入（程序）（程序）数控装置数控装置（译码、（译码、运算、控制）运算、控制）伺服驱动及检测装置伺服驱动及检测装置（驱动、电机、测量反馈）（驱动、电机、测量反馈）机床本体机床本体-机电接口机电接口 21第二节 数控机床的组成 22第二节 数控机床的组成 一般由一般由一一CNC系统系统

12、二二伺服系统伺服系统三三机械系统机械系统 三大部分组成。三大部分组成。23一、CNC系统1、是、是CNC机床的核心机床的核心 CNC系统的组成框图 24一、CNC系统数控系统除了数控系统除了计算机计算机外，其外围设备还包括：外，其外围设备还包括：键盘键盘：用于输入操作命令及编辑、修改程序、：用于输入操作命令及编辑、修改程序、输入零件加工程序。输入零件加工程序。CRT：供显示及监控。：供显示及监控。操作面板操作面板:供操作员改变操作方式、输入数据、供操作员改变操作方式、输入数据、起停加工。起停加工。机床接口机床接口：计算机和机床之间联系的桥梁，包括：计算机和机床之间联系的桥梁，包括伺服接口及伺服

13、接口及DNC输入输出接口输入输出接口 25ISO代码代码地址地址内码内码N(4E)2000H10H0(30)2001H00H5(35)2002H05HG(47)2003H11H9(39)2004H09H0(30)2005H00HG(47)2006H11H0(30)2007H00H1(31)2008H01HX(D8)2009H12H1(31)200AH01H0(30)200BH00H6(36)200CH06HY(59)200DH13H-(2D)200EH21H6(36)200FH06H0(30)2010H00HF(C6)2011H18H4(34)2012H04H6(36)2013H06HM(4D

14、)2014H19H0(30)2015H00H5(35)2016H05HLF(0A)2017H20H单元名单元名地址地址内码内码N4000H05HX4001H6AH4002H00HY4003HC4H4004HFFHZ4005H00H4006H00HI4007H00H4008H00HJ4009H00H400AH00HK400BH00H400CH00HF400DH2EH400EH00HS400FH00H4010H00HT4011H00HMX4012H00HMY4013H05HMZ4014H00HGA4015H01HGB4016H00HGC4017H00HGD4018H00HGE4019H00HGF4

15、01AH90HISO代码代码地址地址内码内码N(4E)2000H10H0(30)2001H00H5(35)2002H05HG(47)2003H11H9(39)2004H09H0(30)2005H00HG(47)2006H11H0(30)2007H00H1(31)2008H01HX(D8)2009H12H1(31)200AH01H0(30)200BH00H6(36)200CH06HY(59)200DH13H-(2D)200EH21H6(36)200FH06H0(30)2010H00HF(C6)2011H18H4(34)2012H04H6(36)2013H06HM(4D)2014H19H0(30)

16、2015H00H5(35)2016H05HLF(0A)2017H20H数控加工程序缓冲器数控加工程序缓冲器译码结果缓冲器译码结果缓冲器26一、CNC系统2.CNC系统的主要功能系统的主要功能CNC装置的功能装置的功能是指满足用户操作和机床控制是指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段。要求的方法和手段。基本功能基本功能数控系统基本配置的功能，即必数控系统基本配置的功能，即必备功能；备功能；选择功能选择功能用户可根据实际要求选择的功能。用户可根据实际要求选择的功能。27一、CNC系统n基本功能基本功能 控制功能控制功能 CNC能控制和能联动控制的进能控制和能联动控制的进给轴数给轴数。CNC的进给

17、轴分类：的进给轴分类：移动轴（移动轴（X、Y、Z）和回转轴（）和回转轴（A、B、C）；）；附加轴（附加轴（U、V、W）。）。准备功能（准备功能（G功能）功能）指令机床动作方式的指令机床动作方式的功能。功能。G+两位数字，两位数字，G00G99共共100种种 28一、CNC系统 插补功能插补功能 插补功能插补功能是数控系统实现零件轮廓是数控系统实现零件轮廓(平面或空间平面或空间)加工轨迹运算的功能。加工轨迹运算的功能。进给功能进给功能进给功能用进给功能用F直接指令各轴的进给速度。直接指令各轴的进给速度。切削进给速度切削进给速度 控制刀具相对工件的运动速度，用控制刀具相对工件的运动速度，用F和其后

18、的数字指定，单和其后的数字指定，单位为位为mm/min。进给倍率（进给修调率）进给倍率（进给修调率）人工实时修调预先给定的进给速度。设置在操人工实时修调预先给定的进给速度。设置在操作面板上，可在作面板上，可在0%200%之间变化，每档间隔之间变化，每档间隔10%。使用倍率开关不使用倍率开关不用修改程序中的代码，就可改变机床的进给速度。用修改程序中的代码，就可改变机床的进给速度。29一、CNC系统 主轴功能主轴功能 数控系统的主轴转速的功能数控系统的主轴转速的功能。用用S+数值组成数值组成主轴转速主轴转速主轴转速的控制功能，单位为主轴转速的控制功能，单位为r/min。恒线速度控制恒线速度控制刀具

19、切削点的切削速度为恒速的刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能控制功能主轴定向控制主轴定向控制主轴周向定位于特定位置控制的主轴周向定位于特定位置控制的功能。功能。C轴控制轴控制主轴周向任意位置控制的功能。主轴周向任意位置控制的功能。主轴修调率主轴修调率人工实时修调预先设定的主轴转速，人工实时修调预先设定的主轴转速，可以不修改程序。可以不修改程序。30一、CNC系统辅助功能（辅助功能（M功能）功能）用于指令机床辅助用于指令机床辅助操作的功能操作的功能刀具管理功能刀具管理功能用来选择刀具，实现对刀具用来选择刀具，实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能几何尺寸和寿命的管理功能 字符图形显示功能字符图形显示

20、功能自诊断功能自诊断功能-CNC自动实现故障预报和故自动实现故障预报和故障定位的功能。障定位的功能。开机自诊断；在线自诊断；离线自诊断；远程通讯诊断开机自诊断；在线自诊断；离线自诊断；远程通讯诊断31一、CNC系统n选择功能选择功能补偿功能补偿功能刀具半径和长度补偿功能：刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心轨迹的功能。制的程序控制刀具中心轨迹的功能。32一、CNC系统固定循环功能固定循环功能 是数控系统实现典型加工循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深是数控系统实现典型加工循环（如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等）的功能孔钻削和切螺纹等）的功能人机对话功能

21、人机对话功能在在CNC装置中这类功能有：装置中这类功能有：菜单结构操作界面；菜单结构操作界面；零件加工程序的编辑环境；零件加工程序的编辑环境；系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。画面等。33二、伺服系统1.伺服系统的伺服系统的功能功能对数控机床移动部件对数控机床移动部件的的位置和速度进行控制位置和速度进行控制 2.构成构成：34二、伺服系统3.分类分类 35二、伺服系统进给伺服系统进给伺服系统-控制机床各坐标轴的控制机床各坐标轴的切削进给切削进给运动运动 36二、伺服系统v进给伺服系统的进给伺服系统的速度控制系统速度控制系统是

22、由是由执行机构执行机构(例如交流伺服电动机、直流伺服电动机及速例如交流伺服电动机、直流伺服电动机及速度检测元件度检测元件)和和速度控制单元速度控制单元所组成。它的所组成。它的职职能能是提供切削过程中需要的转矩和是提供切削过程中需要的转矩和 功率，功率，可可以任意调节运转速度以任意调节运转速度。v进给伺服系统的进给伺服系统的位置控制系统位置控制系统又分为开环控又分为开环控制系统和闭环控制系统两种。开环控制不需制系统和闭环控制系统两种。开环控制不需要位置检测及反馈，闭环控制需要位置检测要位置检测及反馈，闭环控制需要位置检测及反馈。及反馈。37二、伺服系统38二、伺服系统v是一个双闭环系统，内环是速

23、度环，外环是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。是位置环。位置环位置环由由CNC系统中的位置控系统中的位置控制模块与速度控制单元、位置检测及反馈制模块与速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。控制等部分组成。位置控制主要是对数控位置控制主要是对数控机床进给运动的坐标位置进行控制机床进给运动的坐标位置进行控制，例如，例如，工作台前后左右移动、主轴箱的上下移动、工作台前后左右移动、主轴箱的上下移动、围绕某一个直线轴的旋转运动等。围绕某一个直线轴的旋转运动等。39二、伺服系统按伺服系统的机床分类按伺服系统的机床分类 开环控制数控机床开环控制数控机床 40二、伺服系统半闭环控制数控机床半闭

24、环控制数控机床41二、伺服系统闭环控制数控机床闭环控制数控机床 42三、机械系统 1.按加工工艺分按加工工艺分:v数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、数控冲压机床、数控电加工机床、数床、数控冲压机床、数控电加工机床、数控测量机床等。控测量机床等。43三、机械系统2.机械系统包括机械系统包括：机床基础件机床基础件：床身、立柱、横梁、滑坐和：床身、立柱、横梁、滑坐和工作台工作台主轴部件主轴部件：包括主轴电动机和主轴传动系：包括主轴电动机和主轴传动系统统 44三、机械系统进给系统：进给系统：包括进给执行电动机和进给传动系统包括进给执行电动机和进给传动系统 v滚

25、珠丝杆螺母副滚珠丝杆螺母副 v导轨副导轨副 运动导轨：运动导轨：与运动部件连成一体的运动一方与运动部件连成一体的运动一方支承导轨：支承导轨：与支承件连成一体的固定不动的一与支承件连成一体的固定不动的一方方 45滚珠丝杆46导轨47贴塑导轨贴塑导轨 48贴塑导轨贴塑导轨49贴塑导轨贴塑导轨50贴塑导轨贴塑导轨51贴塑导轨贴塑导轨52滑动贴塑导轨滑动贴塑导轨 53直线滚动导轨直线滚动导轨 54三、机械系统实现工件回转、定位的装置和附件实现工件回转、定位的装置和附件 v如如：主轴准停装置主轴准停装置 作用作用使主轴每次停在固定不变的位使主轴每次停在固定不变的位置，保证换刀时主轴的键与刀柄的键槽能置，

26、保证换刀时主轴的键与刀柄的键槽能对准，方便卸刀和装刀对准，方便卸刀和装刀。55利用主轴准停机能镗背孔示意图 56自动换刀时主轴及刀具准停示意图 57三、机械系统实现某些部件动作和辅助功能的系统和装实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置置如：液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、如：液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑、防护等装置。防护等装置。58转塔式自动换刀刀库和自动换刀装置（刀库和自动换刀装置（Automatic Tools Changer ATC）59转塔式刀架转塔式刀架视频：转塔式刀架视频：转塔式刀架60数控车床自动刀架数控车床自动刀架 61刀库刀库62刀库式自动换刀：刀库式自动换刀：刀库

27、形式：鼓盘式、链式、格子箱式刀库形式：鼓盘式、链式、格子箱式6364加工中心无臂式加工中心无臂式ATC刀具库刀具库 视频：机械手下刀视频：机械手下刀 65斗笠式刀库斗笠式刀库66数控车床自动刀架数控车床自动刀架 67三、机械系统 数控机床机械结构与普通机床不同数控机床机械结构与普通机床不同的特点：的特点：1.采用了高性能的主轴部件及进给伺服驱动采用了高性能的主轴部件及进给伺服驱动系统，结构大大简化，传动链较短。系统，结构大大简化，传动链较短。2.为了适应数控机床连续自动化加工，机械为了适应数控机床连续自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐结构具有较高的动态刚度、阻尼精度及耐热性，

28、热变性较小。热性，热变性较小。3.更多的采用高效、高精度传动部件，如直更多的采用高效、高精度传动部件，如直线滚动导轨、滚珠丝杆副等。线滚动导轨、滚珠丝杆副等。68课堂小结1.数字控制数字控制(数控数控NC)(Numerical Control)2.数控技术数控技术50年年6代的发展代的发展3.数控机床的组成数控机床的组成 4.CNC系统系统 的主要功能的主要功能5.机械系统组成部分机械系统组成部分69课外作业1.数控技术经过哪数控技术经过哪6代的发展？代的发展？2.何谓何谓CNC？3.简述数控加工工作过程。简述数控加工工作过程。4.例举国内外几种著名的数控系统。例举国内外几种著名的数控系统。70