1、數控機床概述數控加工工藝學數控機床概述第1章 數控機床概述 1.1 概述 1.2 數控機床的組成與工作原理 1.3 數控機床的特點和分類 1.4 數控技術的應用與發展 1.5 數控機床的使用、維護與故障處理數控機床概述一、數控機床概述 數字控制機床簡稱數控機床，是一種將數字計算技術應用于機床的控制技術，是一種典型的機電一體化產品。1.1 概述數控機床概述 二、數控機床的坐標系 1確定原則 （1）刀具相對于靜止工件而運動的原則。 （2）標準坐標系原則。 （3）運動方向的原則。1.1 概述數控機床概述1.1 概述 2坐標系的確定（1）Z坐標軸。標準規定，機床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標。Z坐標的正

2、方向為刀具離開工件的方向。（2）X坐標軸。X坐標平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內。 確定X軸的方向時，要考慮兩種情況：工件做旋轉運動和刀具做旋轉運動。 （3）Y、A、B、C及、等坐標軸。由右手標準直角坐標系來確定Y坐標。正方向按照右手螺旋法則（圖1-1）確定。 （4）坐標方向判定。當某一坐標上刀具移動時，用不加撇號的字母表示該軸運動的正方向；當某一坐標上工件移動時，則用加撇號的字母（例如A、X等）表示。加與不加撇號所表示的運動方向正好相反。數控機床概述1.1 概述圖1-1 標準的機床坐標系數控機床概述 3數控機床的坐標簡圖舉例（1）數控二坐標車床1.1 概述圖1-2 數控二坐標車床數控機床

3、概述 （2）數控臥式銑床（三坐標）1.1 概述圖1-3 數控臥式銑床數控機床概述 （3）數控立式銑床（三坐標）1.1 概述圖1-4 數控立式銑床數控機床概述 （4）臥式鏜銑床（多坐標）1.1 概述圖1-5 臥式鏜銑床數控機床概述 4機床坐標系和工件坐標系 機床坐標系不能直接用來編程，它是幫助機床生產廠家確定機床參考點（零點）的。機床參考點由廠家設定后，用戶不得隨意改變，否則影響機床的精度。1.1 概述數控機床概述1.2 數控機床的組成與工作原理 一、數控機床的組成 數控機床的基本結構框圖，如圖1-6所示，主要由輸入輸出裝置、計算機數控裝置、伺服系統和受控設備等4部分組成。圖1-6 數控機床的基

4、本結構框圖數控機床概述1.2 數控機床的組成與工作原理二、數控機床的工作原理在數控機床上加工零件時，則是將被加工零件的加工順序、工藝參數和機床運動要求用數控語言編制加工程序，然后輸入到CNC（計算機數控）裝置，CNC裝置對加工程序進行一系列處理后，向伺服系統發出執行指令，由伺服系統驅動機床移動部件運動，從而自動完成零件的加工。如圖1-7所示為數控機床的工作過程。圖1-7 數控機床的工作過程數控機床概述三、數控機床的適用范圍1.2 數控機床的組成與工作原理圖1-8 數控機床的適用范圍數控機床概述1.2 數控機床的組成與工作原理 數控機床最適宜加工以下類型的零件：（1）生產批量小的零件(100件以

5、下)。（2）需要進行多次改型設計的零件。（3）加工精度要求高、結構形狀復雜的零件。（4）需要精確復制和尺寸一致性要求高的零件。（5）價值昂貴的零件。數控機床概述 一、數控機床的特點 數控機床具有如下特點： （1）加工精度高，質量穩定。 （2）能完成普通機床難以加工或根本不能加工的復雜零件。 （3）生產率高。 （4）對產品改型設計的適應性強。 （5）有利于制造技術向綜合自動化方向發展。 （6）監控功能強，具有故障診斷的能力。 （7）減輕工人勞動強度，改善勞動條件。1.3 數控機床的特點和分類數控機床概述 二、數控機床的分類 1. 按數控機床的工藝用途分類（1）一般數控機床。（2）加工中心。（3）

6、特種數控機床。1.3 數控機床的特點和分類數控機床概述1.3 數控機床的特點和分類 2. 按數控機床的運動軌跡分類（1）點位控制系統。如圖1-9（a）所示（2）直線控制系統。如圖1-9（b）所示。（3）輪廓控制系統。如圖1-9（c）所示。圖1-9 數控系統控制方式（a）（b）（c）數控機床概述1.3 數控機床的特點和分類 3. 按伺服系統的控制方式分（1）開環控制系統。開環控制系統指不帶反饋的控制系統，即系統沒有位置反饋元件，圖1-10所示。圖1-10 數控機床開環控制框圖數控機床概述（2）半閉環控制系統。半閉環控制系統指在開環系統的絲杠上裝有角位移檢測裝置，通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部

7、件的位移，然后反饋給數控裝置，如圖1-11所示。1.3 數控機床的特點和分類圖1-11 數控機床半閉環控制框圖數控機床概述1.3 數控機床的特點和分類 4. 按控制的坐標軸數分類（1）兩坐標數控機床。兩坐標數控機床指可以同時控制兩個坐標軸聯動而能加工曲線輪廓零件的機床。（2）三坐標數控機床。三坐標數控機床指可以聯動控制，坐標軸為三軸的數控機床。（3）兩個半坐標數控機床。兩個半坐標數控機床本身有3個坐標軸，能作3個方向運動，但控制裝置只能同時聯動控制兩個坐標軸，第3個坐標軸僅能作等距的周期移動。（4）多坐標數控機床。多坐標數控機床指可以聯動控制的坐標軸為四軸和四軸以上的機床。數控機床概述 5.

8、按功能水平分類 數控機床按數控系統的功能水平可分為低、中、高檔。詳見表11.1.3 數控機床的特點和分類表11 數控機床按數控系統的功能水平劃分數控機床概述1.3 數控機床的特點和分類6. 按工藝用途分類數控機床按不同工藝用途分為數控車床、銑床、磨床與齒輪加工機床等。在數控金屬成型機床中，有數控沖壓機、彎管機、裁剪機等。在特種加工機床中有數控電火花切割機、火焰切割機、點焊機、激光加工機等。加工中心是一種帶有自動換刀裝置的數控機床。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體類零件所有工序加工的車削中心。數控機床概述 一、現代制造技術的發展趨勢 當前先進制造技術的發展大致

9、有以下特點：1信息技術、制造技術與自動化技術緊密結合。2計算機輔助設計、輔助制造、輔助工程分析(CAD/CAM/CAE)。3加工制造技術向著超精密、超高速以及發展新一代制造裝備的方向發展。 （1）超精密加工技術。超精密加工技術是為了獲得被加工件的形狀、尺寸精度和表面粗糙度均優于亞微米級的一門高新技術。 （2）超高速切削。 （3）新一代制造裝備的發展。1.4 數控技術的應用與發展數控機床概述1.4 數控技術的應用與發展4工藝研究由“經驗”走向“定量分析5虛擬現實技術在制造業中獲得越來越多的應用二、數控系統發展趨勢 1. 新一代數控系統采用開放式體系結構2. 新一代數控系統控制性能大大提高數控機床

10、概述1.4 數控技術的應用與發展 三、數控機床發展 1高速度、高精度化。 2開放式。 3智能化 。（1）在數控系統中引進自適應控制技術。 （2）設置故障自診斷功能。 （3）具有人機對話自動編程功能。 （4）應用圖像識別和聲控技術。 4復合化。 5高可靠性。 6多種插補功能。 7人機界面的友好。數控機床概述1.5 數控機床的使用、維護與故障處理 一、數控機床的使用要求 數控機床在使用時必須注意滿足以下要求： (1) 對使用人員的要求。 (2) 機床位置環境要求。 (3) 電源的要求。 (4) 按機床說明書使用機床數控機床概述1.5 數控機床的使用、維護與故障處理二、 數控機床安全操作規程 數控機

11、床的操作規程一般如下： (1) 操作者必須熟悉機床的性能、結構、傳動原理，嚴禁超性能使用。 (2) 使用機床前，應穿好工作服，戴好工作帽。 (3) 工作前，應按規定對機床進行檢查，查明電氣控制是否正常，各開關、手柄位置是否在規定位置，潤滑油路是否暢通，油質是否良好，并按規定加潤滑劑。 (4) 開機時應先注意液壓和氣壓系統的調整，檢查總系統的工作壓力必須在額定范圍內，溢流閥、順序閥、減壓閥等調整壓力正確。定期清理氣壓系統內的雜質和油液，使其保持清潔和干燥。 (5) 開機時應低速運行35 min，查看各部分運轉是否正常。數控機床概述1.5 數控機床的使用、維護與故障處理(6) 加工工件前，必須進行

12、加工模擬或試運行，嚴格檢查調整加工原點、刀具參數、加工參數及運動軌跡，并且要將工件清理干凈，特別注意工件是否牢固，調節工具是否已經移開。 (7) 工作中發生不正?，F象或故障時，應立即停機排除，或通知維修人員檢修。 (8) 工作完畢后，及時清掃機床，并將機床恢復到原始狀態，各開關、手柄放于非工作位置，切斷電源，認真執行交接班制度。 (9) 必須嚴格按照操作步驟操作機床，未經操作者同意，不允許其他人員私自開動機床。 (10) 按動按鍵時用力適度，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、導軌和主軸等部件。 數控機床概述1.5 數控機床的使用、維護與故障處理三、 數控機

13、床的維護 1CNC系統的日常維護 CNC系統的日常維護除按說明書的規定進行外，還應注意以下幾個方面： (1) 確保數控柜、電器柜的散熱通風系統正常。 (2) 定期檢查和更換伺服電動機的電刷 (3) 定期更換系統后備電池。 (4) 盡量少開電柜門。 (5) 長期閑置的CNC系統應定時給系統通電，在機床鎖住不動的情況下進行空運行。 表1-2列出了數控機床CNC系統的定期維護。數控機床概述1.5 數控機床的使用、維護與故障處理表1-2 數控機床CNC系統的定期維護 數控機床概述1.5 數控機床的使用、維護與故障處理 2. 數控機床機械系統的日常維護 表1-3列出數控機床機械系統定期維護的具體內容。表

14、1-3 數控機床機械系統定期維護的具體內容數控機床概述1.5 數控機床的使用、維護與故障處理續表1-3 數控機床機械系統定期維護的具體內容數控機床概述1.5 數控機床的使用、維護與故障處理四、數控機床的常見故障及處理 1. 故障與可靠性（1）故障。故障是指設備或系統因自身的原因而喪失規定功能的現象。故障具有相同的規律即故障規律曲線，如圖1-12所示。 圖1-12 故障規律曲線I 區為初期運行區（磨合期）區為系統的正常運行區區為系統的衰老區數控機床概述（2）可靠性?？煽啃允侵冈谝幎ǖ臈l件下，數控機床維持無故障工作的能力。衡量可靠性的指標有如下3個： 總工作時間內平均無故障時間(MTBF)。平均無故障時間是指一臺數控機床在使用中兩次故障間隔的平均時間。MTBF=總工作時間/總故障次數 平均修復時間(MTFR)。平均修復時間是指數控機床從出現故障直至正常使用所用修復時間的平均值。 有效度(A)。有效度是指一臺可維修的數控機床，在某一段時間內，維持其性能的概率。A=MTBF/(MTBF+MTFR)1.5 數控機床的使用、維護與故障處理數控機床概述2. 故障的分類(1)系統性故障和隨機性故障。(2)有診斷顯示故障和無診斷顯示故障。(3)破壞性故障和非破壞性