数控与机电一体化-第1章

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将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。　中国机电设计迈入PLM全新阶段，正挑战着了前所未有的，不可预测的难题，一个个久战沙场经久不衰精兵良将正褪去了昨日英雄的光环，唯有CAMEL　VIEW　能够胜任军统三国，光复旧业的重任，此时数系科技与德国iXtronics　GmbH公司携手共同开拓机电设计领域的新篇章，CAMEL　VIEW　作为机电一体化设计系统，从产品的概念设计到产品性能的测试、验证、通过都是一体化的，流程化的、规范化的，在满足用户设计的前提下，数值实验的仿真与结果的验证无不精确化，支持复杂环境下，多工况，多耦合场设计。
（1）培养目标
　　本专业培养具有机械、电子、液（气）压一体化技术基本理论，掌握机电一体化设备的操作、维护、调试和维修，掌握应用机电一体化设备加工的工艺设计和加工工艺的基本方法和基本技能的中级工程技术人才。
（2）主干课程
　　电工技术、电子技术、机械设计基础、机械加工机床、机械加工工艺、互换性与测量技术、液压与气动技术、检测技术、数控技术、电气控制技术、机电传动控制、单片机原理与应用、可编程控制器及应用、机电一体化系统与设计等。
（3）主要内容
　　1。就业岗位群：　　　机电一体化技术专业应用领域广泛。毕业生主要可从事数控设备的维护、调试、操作、制造、安装和营销等技术与管理工作，就业岗位群大。主要可适应的岗位与就业方向为：　　　1）从事数控设备的安装、调试、生产运行、维护等方面的技术工作；　　　2）从事数控设备（数控车床、数控铣床、加工中心和其它数控设备）的编程、操作工作；　　　3）从事数控设备的技术改造、技术革新、电气维修、销售和售后服务等工作。　　　2。　专业核心能力：　　　a、掌握典型数控设备的维护能力；　　　b、掌握典型数控设备的操作的能力。　　　3。　本专业的核心课程有：液压与气动技术、机械制造工艺与工装、数控原理与系统、数控加工工艺与编程模块、数控机床机械结构、数控机床电气控制、数控机床故障诊断与维修模块、CAD/CAM应用技术、Solidworks以及电力拖动，电动机原理结构

（4）、知识、能力、素质要求
　　1。知识要求　　　（1）　掌握马克思主义基础原理和必要的科技文化知识；　　　（2）　掌握必需的数学和英语基础知识；　　　（3）　掌握机械制造知识；　　　（4）　掌握必需的电工、电子技术知识；　　　（5）　掌握微机与应用知识；　　　（6）　掌握数控原理、数控机床和数控加工编程知识；　　　（7）　数控机床的故障诊断与维修的知识。







2数控机床的产生
　　随着生产和科学技术的飞速发展，社会对机械产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加，同时随着汽车工业和轻工业消费品的高速增长，机械产品的结构日趋复杂，其精度日趋提高，性能不断改善，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化、高效和高质量复杂零件加工要求。因此，对制造机械产品的生产设备——机床，必然会相应地提出高效率、高精度和高自动化的要求。　　　在机械产品中，单件与小批量产品占到70％——80％。这类产品的生产不仅对机床提出了“三高”要求，而且还要求机床应具有较强的适应产品变化的能力。特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件，若采用通用机床加工，只能借助画线和样板用手工操作的方法来加工，或利用靠模和仿型机床来加工，其加工精度和生产效率都受到了很大的限制。　　　数控机床就是为了解决单件、小批量，特别是高精度、复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。1947年美国PARSONS公司为了精确制造直升飞机机翼、浆叶和框架，开始探讨用三坐标曲线数据控制机床运动，并进行实验加工飞机零件。1952年麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所用实验室制造的控制装置与辛辛那提（Cincinnati　Hydrotel）公司的立式铣床成功的实现了三轴联动数控运动，实现控制铣刀连续空间曲面加工，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，是一种新型的机床，可用于加工复杂曲面零件。该铣床的研制成功是机械制造行业中的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个崭新的阶段，揭开了数控加工技术的序幕。　　　数控机床的定义，国际信息处理联盟IFIP（International　Federation　of　Information　Processing）　将其定义为：数控机床是一种装有程序控制的机床，机床的运动和动作按照这种程序系统发出的特定代码和符号编码组成的指令进行。国标GB8129—1987将“数控”定义为：用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。
数控机床的发展趋势
　　数控机床自上世纪50年代问世到现在的半个世纪中，数控机床的品种得以不断发展，几乎所有机床都实现了数控化。目前，已经出现了包括生产决策、产品设计及制造和管理等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS（puter　Integrated　Manufacturing　System），以实现工厂生产自动化。数控机床的应用领域已从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等机械制造行业，出现了金属成型类数控机床、特种加工数控机床，还有数控绘图机、数控三坐标测量机等。　　　1。　高精度化　普通级数控机床加工精度已由原来的±10μm；提高到±5μm和±2μm，精密级从±5μm提高到±1。5μm。　　　2。　高速度化　提高主轴转速是提高切削速度的最直接方法，现在主轴最高转速可达50000r/min，进给运动快速移动速度达30…40m/min。　　　3。　高柔性化　由单机化发展到单元柔性化和系统柔性化，相继出现柔性制造单元（FMC）；柔性制造系统（FMS）；和介于二者之间的柔性制造线（FTL）。　　　4。　高自动化　数控机床除自动编程，上下料、加工等自动化外，还在自动检索、监控、诊断、自动对刀、自动传输的方面发展。　　　5。　复合化　包含工序复合化，功能复合化，在一台数控设备上完成多工序切削加工（车、铣、镗、钻）　　　6。　高可靠性　系统平均无故障时间MTBF由80年代10000h提高到现在的30000h，而整机的MTBF也从100～200h提高到500～800h。　　　7。　在智能化　网络化方面也得到较大发展现已出现了通过网络功能进行的远程诊断服务。
数控机床的特点
　　加工精度　　　数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的。目前数控机床的脉冲当量普遍达到了0。001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到很高的加工精度。　　　对加工对象的适应性强　　　在数控机床上改变加工零件时，只需从新编制（更换）程序，输入新的程序就能实现对新的零件的加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利。　　　自动化程度高，劳动强度低　　　数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了安放穿孔带或操作键盘、装卸工件、关键工序的中间检测以及观察机床运行之外，不需要进行繁杂的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，加上数控机床一般都具有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑装置，操作者的劳动条件也大为改善。　　　生产效率高　　　数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此，数控机床每一道工序都选用最有利的切削用量。由于数控机床的结构刚性好，因此允许进行大切削量的强力切削，这就提高了数控机床的切削功率，节省了机动时间。　　　数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，故节省了零件安装、调整时间。数控机床加工质量稳定，一般只做首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。　　　良好的经济效益　　　在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省了直接生产费用；使用数控机床加工零件一般不需要制作专用夹具，节省了工艺装备费用；数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。　　　有利于现代化管理　　　采用数控机床加工，能准确地计算出零件加工工时和费用，并有效地简化了检验夹具、半成品的管理工作，这些特点都有利于现代化的生产管理。
数控机床的组成
　　数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成
数控机床的分类
　　1，按加工工艺方法分类　　　普通数控机床　　　为了不同的工艺需要，普通数控机床有数控车床、铣床、钻床、镗床及磨床等，而且每一类又有很多品种。　　　数控加工中心　　　数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。典型的数控加工中心有镗铣加工中心和车削加工中心。　　　多坐标数控机床　　　多坐标联动的数控机床，其特点是数控装置能同时控制的轴数较多，机床结构也较复杂。坐标轴数的多少取决于加工零件的复杂程度和工艺要求，现在常用的有四、五、六坐标联动的数控机床。　　　数控特种加工机床　　　数控特种加工机床包括电火花加工机床、数控线割机床、数控激光切割机床等。　　　2，按控制运动的方式分类　　　点位控制数控机床　　　这类机床只控制运动部件从一点移动到另一点的准确位置，在移动过程中不进行加工，对两点间的移动速度和运动轨迹没有严格要求，可以沿多个坐标同时移动，也可以沿各个坐标先后移动。采用点位控制的机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床和数控测量机等。　　　直线控制数控机床　　　这类机床不仅要控制点的准确定位，而且要控制（或工作台）以一定的速度沿与坐标轴平行的方向进行切削加工。　　　轮廓控制数控机床　　　这类机床能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间运动轨迹能满足零件轮廓的要求。　　　轮廓控制数控机床有数控铣床、车床、磨床和加工中心等。　　　3、按所用进给伺服系统的类型分类　　　开环数控机床　　　开环数控机床采用开环进给伺服系统，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。　　　闭环数控机床　　　闭环数控机床的进给伺服系统是按闭环原理工作的，带有直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移量进行检测。伺服驱动部件通常采用直流伺服电动机和交流伺服电动机。　　　半闭环数控机床　　　这类控制系统与闭环控制系统的区别在于采用角位移检测元件，检测反馈信号不是来自工作台，而是来自与电动机相联系的角位移检测元件。　　　4、按所给数控装置类型分类　　　硬件式数控机床　　　硬件式数控机床（NC机床）使用硬件式数控装置，它的输入、查补运算和控制功能都由专用的固定组合逻辑电路来实现，不同功能的机床，其结合逻辑电路也不相同。改变或增减控制、运算功能时，需要改变数控装置的硬件电路。　　　软件式数控机床　　　这类数控机床使用计算机数控装置（CNC）。此数控装置的硬件电路是由小型或微型计算机再加上通用或专用的大规模集成电路制成。数控机床的主要功能几乎全部由系统软件来实现，所以不同功能的机床其系统软件也就不同，而修改或增减系统功能时，不需改变硬件电路，只需改变系统软件。　　　按数控装置的功能水平分类　　　按此分类方法可将数控机床分为低、中、高档三类。
数控机床的工作原理
　　1、根据被加工零件的图样与工艺规程，用规定的代码和程序格式编写加工程序。　　　2、将所编程序指令输入机床数控装置。　　　3、数控装置将程序（代码）进行译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制在发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助动作，最后加工出合格的零件。