,*,數(shù)控加工工藝學(xué),第1章 數(shù)控機(jī)床概述,1.1 概述,1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,1.4 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與開展,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,一、數(shù)控機(jī)床概述,數(shù)字控制機(jī)床簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床，是一種將數(shù)字計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。,1.1 概述,二、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系,1確定原那么,1刀具相對(duì)于靜止工件而運(yùn)動(dòng)的原那么。,2標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系原那么。,3運(yùn)動(dòng)方向的原那么。,1.1 概述,1.1 概述,2坐標(biāo)系確實(shí)定,1Z坐標(biāo)軸。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，機(jī)床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標(biāo)。Z坐標(biāo)的正方向?yàn)榈毒唠x開工件的方向。,2X坐標(biāo)軸。X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時(shí)，要考慮兩種情況：工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。,3Y、A、B、C及、等坐標(biāo)軸。由右手標(biāo)準(zhǔn)直角坐標(biāo)系來(lái)確定Y坐標(biāo)。正方向按照右手螺旋法那么圖1-1確定。,4坐標(biāo)方向判定。當(dāng)某一坐標(biāo)上刀具移動(dòng)時(shí)，用不加撇號(hào)的字母表示該軸運(yùn)動(dòng)的正方向；當(dāng)某一坐標(biāo)上工件移動(dòng)時(shí)，那么用加撇號(hào)的字母例如A、X等表示。加與不加撇號(hào)所表示的運(yùn)動(dòng)方向正好相反。,1.1 概述,圖1-1 標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系,3數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)簡(jiǎn)圖舉例,1數(shù)控二坐標(biāo)車床,1.1 概述,圖1-2 數(shù)控二坐標(biāo)車床,2數(shù)控臥式銑床三坐標(biāo),1.1 概述,圖1-3 數(shù)控臥式銑床,3數(shù)控立式銑床三坐標(biāo),1.1 概述,圖1-4 數(shù)控立式銑床,4臥式鏜銑床多坐標(biāo),1.1 概述,圖1-5 臥式鏜銑床,4機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系,機(jī)床坐標(biāo)系不能直接用來(lái)編程，它是幫助機(jī)床生產(chǎn)廠家確定機(jī)床參考點(diǎn)零點(diǎn)的。機(jī)床參考點(diǎn)由廠家設(shè)定后，用戶不得隨意改變，否那么影響機(jī)床的精度。,1.1 概述,1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理,一、數(shù)控機(jī)床的組成,數(shù)控機(jī)床的根本結(jié)構(gòu)框圖，如圖1-6所示，主要由輸入輸出裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和受控設(shè)備等4局部組成。,圖1-6 數(shù)控機(jī)床的根本結(jié)構(gòu)框圖,1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理,二、數(shù)控機(jī)床的工作原理,在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，那么是將被加工零件的加工順序、工藝參數(shù)和機(jī)床運(yùn)動(dòng)要求用數(shù)控語(yǔ)言編制加工程序，然后輸入到CNC計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置，CNC裝置對(duì)加工程序進(jìn)行一系列處理后，向伺服系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行指令，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，從而自動(dòng)完成零件的加工。如圖1-7所示為數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程。,圖1-7 數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程,三、數(shù)控機(jī)床的適用范圍,1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理,圖1-8 數(shù)控機(jī)床的適用范圍,1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理,數(shù)控機(jī)床最適宜加工以下類型的零件：,1生產(chǎn)批量小的零件(100件以下)。,2需要進(jìn)行屢次改型設(shè)計(jì)的零件。,3加工精度要求高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件。,4需要精確復(fù)制和尺寸一致性要求高的零件。,5價(jià)值昂貴的零件。,一、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn),數(shù)控機(jī)床具有如下特點(diǎn)：,1加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。,2能完成普通機(jī)床難以加工或根本不能加工的復(fù)雜零件。,3生產(chǎn)率高。,4對(duì)產(chǎn)品改型設(shè)計(jì)的適應(yīng)性強(qiáng)。,5有利于制造技術(shù)向綜合自動(dòng)化方向開展。,6監(jiān)控功能強(qiáng)，具有故障診斷的能力。,7減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,二、數(shù)控機(jī)床的分類,1.按數(shù)控機(jī)床的工藝用途分類,1一般數(shù)控機(jī)床。,2加工中心。,3特種數(shù)控機(jī)床。,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,2.按數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡分類,1點(diǎn)位控制系統(tǒng)。如圖1-9a所示,2直線控制系統(tǒng)。如圖1-9b所示。,3輪廓控制系統(tǒng)。如圖1-9c所示。,圖1-9 數(shù)控系統(tǒng)控制方式,a,b,c,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,3.按伺服系統(tǒng)的控制方式分,1開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)指不帶反響的控制系統(tǒng)，即系統(tǒng)沒有位置反響元件，圖1-10所示。,指令脈沖,驅(qū)動(dòng)電路,步進(jìn)電機(jī),機(jī)床工作臺(tái),圖1-10 數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制框圖,2半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)指在開環(huán)系統(tǒng)的絲杠上裝有角位移檢測(cè)裝置，通過(guò)檢測(cè)絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反響給數(shù)控裝置，如圖1-11所示。,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,圖1-11 數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制框圖,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,4.按控制的坐標(biāo)軸數(shù)分類,1兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床指可以同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)而能加工曲線輪廓零件的機(jī)床。,2三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床指可以聯(lián)動(dòng)控制，坐標(biāo)軸為三軸的數(shù)控機(jī)床。,3兩個(gè)半坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。兩個(gè)半坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床本身有3個(gè)坐標(biāo)軸，能作3個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，但控制裝置只能同時(shí)聯(lián)動(dòng)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸，第3個(gè)坐標(biāo)軸僅能作等距的周期移動(dòng)。,4多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床指可以聯(lián)動(dòng)控制的坐標(biāo)軸為四軸和四軸以上的機(jī)床。,5.按功能水平分類,數(shù)控機(jī)床按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平可分為低、中、高檔。詳見表11.,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,表11 數(shù)控機(jī)床按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平劃分,1.3 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和分類,6.按工藝用途分類,數(shù)控機(jī)床按不同工藝用途分為數(shù)控車床、銑床、磨床與齒輪加工機(jī)床等。在數(shù)控金屬成型機(jī)床中，有數(shù)控沖壓機(jī)、彎管機(jī)、裁剪機(jī)等。在特種加工機(jī)床中有數(shù)控電火花切割機(jī)、火焰切割機(jī)、點(diǎn)焊機(jī)、激光加工機(jī)等。,加工中心是一種帶有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。常見的有以加工箱體類零件為主的鏜銑類加工中心和幾乎能夠完成各種回轉(zhuǎn)體類零件所有工序加工的車削中心。,一、現(xiàn)代制造技術(shù)的開展趨勢(shì),當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的開展大致有以下特點(diǎn)：,1信息技術(shù)、制造技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)緊密結(jié)合。,2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助工程分析(CAD/CAM/CAE)。,3加工制造技術(shù)向著超精密、超高速以及開展新一代制造裝備的方向開展。,1超精密加工技術(shù)。超精密加工技術(shù)是為了獲得被加工件的形狀、尺寸精度和外表粗糙度均優(yōu)于亞微米級(jí)的一門高新技術(shù)。,2超高速切削。,3新一代制造裝備的開展。,1.4 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與開展,1.4 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與開展,4工藝研究由“經(jīng)驗(yàn)走向“定量分析,5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來(lái)越多的應(yīng)用,二、數(shù)控系統(tǒng)開展趨勢(shì),1.新一代數(shù)控系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu),2.新一代數(shù)控系統(tǒng)控制性能大大提高,1.4 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與開展,三、數(shù)控機(jī)床開展,1高速度、高精度化。,2開放式。,3智能化。1在數(shù)控系統(tǒng)中引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)。,2設(shè)置故障自診斷功能。,3具有人機(jī)對(duì)話自動(dòng)編程功能。,4應(yīng)用圖像識(shí)別和聲控技術(shù)。,4復(fù)合化。,5高可靠性。,6多種插補(bǔ)功能。,7人機(jī)界面的友好。,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,一、數(shù)控機(jī)床的使用要求,數(shù)控機(jī)床在使用時(shí)必須注意滿足以下要求：,(1)對(duì)使用人員的要求。,(2)機(jī)床位置環(huán)境要求。,(3)電源的要求。,(4)按機(jī)床說(shuō)明書使用機(jī)床,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,二、數(shù)控機(jī)床平安操作規(guī)程,數(shù)控機(jī)床的操作規(guī)程一般如下：,(1)操作者必須熟悉機(jī)床的性能、結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)原理，嚴(yán)禁超性能使用。,(2)使用機(jī)床前，應(yīng)穿好工作服，戴好工作帽。,(3)工作前，應(yīng)按規(guī)定對(duì)機(jī)床進(jìn)行檢查，查明電氣控制是否正常，各開關(guān)、手柄位置是否在規(guī)定位置，潤(rùn)滑油路是否暢通，油質(zhì)是否良好，并按規(guī)定加潤(rùn)滑劑。,(4)開機(jī)時(shí)應(yīng)先注意液壓和氣壓系統(tǒng)的調(diào)整，檢查總系統(tǒng)的工作壓力必須在額定范圍內(nèi)，溢流閥、順序閥、減壓閥等調(diào)整壓力正確。定期清理氣壓系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)和油液，使其保持清潔和枯燥。,(5)開機(jī)時(shí)應(yīng)低速運(yùn)行35 min，查看各局部運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,(6)加工工件前，必須進(jìn)行加工模擬或試運(yùn)行，嚴(yán)格檢查調(diào)整加工原點(diǎn)、刀具參數(shù)、加工參數(shù)及運(yùn)動(dòng)軌跡，并且要將工件清理干凈，特別注意工件是否牢固，調(diào)節(jié)工具是否已經(jīng)移開。,(7)工作中發(fā)生不正?，F(xiàn)象或故障時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)排除，或通知維修人員檢修。,(8)工作完畢后，及時(shí)清掃機(jī)床，并將機(jī)床恢復(fù)到原始狀態(tài)，各開關(guān)、手柄放于非工作位置，切斷電源，認(rèn)真執(zhí)行交接班制度。,(9)必須嚴(yán)格按照操作步驟操作機(jī)床，未經(jīng)操作者同意，不允許其他人員私自開動(dòng)機(jī)床。,(10)按動(dòng)按鍵時(shí)用力適度，不得用力拍打鍵盤、按鍵和顯示屏。,(11)禁止敲打中心架、頂尖、刀架、導(dǎo)軌和主軸等部件。,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,三、數(shù)控機(jī)床的維護(hù),1CNC系統(tǒng)的日常維護(hù),CNC系統(tǒng)的日常維護(hù)除按說(shuō)明書的規(guī)定進(jìn)行外，還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：,(1)確保數(shù)控柜、電器柜的散熱通風(fēng)系統(tǒng)正常。,(2)定期檢查和更換伺服電動(dòng)機(jī)的電刷,(3)定期更換系統(tǒng)后備電池。,(4)盡量少開電柜門。,(5)長(zhǎng)期閑置的CNC系統(tǒng)應(yīng)定時(shí)給系統(tǒng)通電，在機(jī)床鎖住不動(dòng)的情況下進(jìn)行空運(yùn)行。,表1-2列出了數(shù)控機(jī)床CNC系統(tǒng)的定期維護(hù)。,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,表1-2 數(shù)控機(jī)床CNC系統(tǒng)的定期維護(hù),1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,2.數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)的日常維護(hù),表1-3列出數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)定期維護(hù)的具體內(nèi)容。,表1-3 數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)定期維護(hù)的具體內(nèi)容,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,續(xù)表1-3 數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)定期維護(hù)的具體內(nèi)容,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,四、數(shù)控機(jī)床的常見故障及處理,1.故障與可靠性,1故障。故障是指設(shè)備或系統(tǒng)因自身的原因而喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象。故障具有相同的規(guī)律即故障規(guī)律曲線，如圖1-12所示。,圖1-12 故障規(guī)律曲線,I 區(qū)為初期運(yùn)行區(qū)磨合期,區(qū)為系統(tǒng)的正常運(yùn)行區(qū),區(qū)為系統(tǒng)的衰老區(qū),2可靠性。可靠性是指在規(guī)定的條件下，數(shù)控機(jī)床維持無(wú)故障工作的能力。衡量可靠性的指標(biāo)有如下3個(gè)：,總工作時(shí)間內(nèi)平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)。平均無(wú)故障時(shí)間是指一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在使用中兩次故障間隔的平均時(shí)間。,MTBF=總工作時(shí)間/總故障次數(shù),平均修復(fù)時(shí)間(MTFR)。平均修復(fù)時(shí)間是指數(shù)控機(jī)床從出現(xiàn)故障直至正常使用所用修復(fù)時(shí)間的平均值。,有效度(A)。有效度是指一臺(tái)可維修的數(shù)控機(jī)床，在某一段時(shí)間內(nèi)，維持其性能的概率。,A=MTBF/(MTBF+MTFR),1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,2.故障的分類,(1)系統(tǒng)性故障和隨機(jī)性故障。,(2)有診斷顯示故障和無(wú)診斷顯示故障。,(3)破壞性故障和非破壞性故障。,(4)機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性故障。,(5)硬件故障和軟件故障。,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,3.故障診斷及處理的根本原那么,(1)調(diào)查故障現(xiàn)場(chǎng)。,(2)分析可能造成故障的因素。,(3)確定產(chǎn)生故障的原因。,(4)排除故障。,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,4.故障診斷的根本方法,(1)直觀法。,(2)系統(tǒng)自診斷法。,(3)參數(shù)檢查法。,(4)功能測(cè)試法。,(5)部件置換法。,(6)原理分析法。,1.5 數(shù)控機(jī)床的使用、維護(hù)與故障處理,