模具數(shù)控加工技術課件

1、書名：模具數(shù)控加工技術 ISBN： 978-7-111-34701-9出版社：機械工業(yè)出版社本書配有電子課件模具數(shù)控加工技術 ppt 課件模具數(shù)控加工技術教學單元二：模具數(shù)控加工技術基礎教學單元2 模具數(shù)控加工技術基礎2.1數(shù)控機床概述2.2數(shù)控編程基礎練習與思考題2.1、數(shù)控機床概述2.1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生數(shù)控機床的產(chǎn)生 數(shù)控機床是為了解決單件、小批量、多品種，特別是復雜型面零件加工的自動化，并保證質量要求而產(chǎn)生的。 1952年美國PARSONS公司與麻省理工學院（MIT）合作研制了第一臺坐標數(shù)控銑床，它綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅動、精密檢測與新型機械結構等多方面的技術成果，是

2、一種新型的機床，可用于加工復雜曲面零件。 2.1.2 數(shù)控機床的組成、控制原理和特數(shù)控機床的組成、控制原理和特點點 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床的組成一、數(shù)控機床的組成一、數(shù)控機床的組成 程序編制及程序載體 數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。 輸入裝置 它的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應的電脈沖信號，傳送并存人數(shù)控裝置內(nèi)。 一、數(shù)控機床的組成一、數(shù)控機床的組成數(shù)控裝置及強電控制裝置 數(shù)控裝置 是數(shù)控機床的核心，它接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機床的各個部分，進行規(guī)定的、有序的動作。 強電控制

3、裝置 是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。一、數(shù)控機床的組成一、數(shù)控機床的組成伺服驅動系統(tǒng)及位置檢測裝置 伺服驅動系統(tǒng)由伺服驅動電路和伺服驅動裝置（電動機）組成，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。 機床的機械部件 數(shù)控機床的機械部件包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件、工作臺、拖板及其傳動部件和床身立柱等支撐部件，此外，還有冷卻、潤滑、排屑、轉位和夾緊等輔助裝置。 一、數(shù)控機床的組成一、數(shù)控機床的組成二、數(shù)控機床的控制原理二、數(shù)控機床的控制原理 數(shù)控機床是用數(shù)字化的信息來實現(xiàn)自動控制的，將與加工零件有關的信息工件與刀具相對運動軌跡的尺寸參數(shù)（進給執(zhí)行部件的進給

4、尺寸）、切削加工的工藝參數(shù)（主運動和進給運動的速度、背吃刀量等），以及各種輔助操作（主運動變速、刀具更換、冷卻潤滑液開停、工件夾緊、松開等）等加工信息用規(guī)定的文字、數(shù)字和符號組成的代碼，按一定的格式編寫成加工程序單，將加工程序通過控制介質輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置經(jīng)過分析處理后，發(fā)出各種與加工程序相對應的信號和指令控制機床進行自動加工。 三、數(shù)控機床的特點三、數(shù)控機床的特點能適應不同零件的自動加工 生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質量穩(wěn)定 能高效優(yōu)質完成復雜型面零件的加工 工序集中，一機多用 數(shù)控機床是一種高技術的設備 2.1.3 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類 一、按數(shù)控機床的加工功能分類一、按數(shù)

5、控機床的加工功能分類點位控制數(shù)控機床 這類機床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標測量機等，此外印刷電路板鉆孔機應算是最簡單的點位控制數(shù)控機床。 點位控制加工示意圖點位控制加工示意圖 一、按數(shù)控機床的加工功能分類一、按數(shù)控機床的加工功能分類直線控制數(shù)控機床 直線控制數(shù)控機床可控制刀具或工作臺以適當?shù)乃徒o速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。 直線控制加工示意圖直線控制加工示意圖 一、按數(shù)控機床的加工功能分類一、按數(shù)控機床的加工功能分類輪廓控制數(shù)控機床 輪廓控制數(shù)控機床分為平面輪廓加工的數(shù)控機床和空間輪廓加工的數(shù)控機床。 數(shù)控加工平面輪

6、廓的成形數(shù)控加工平面輪廓的成形 二、按工藝用途分類二、按工藝用途分類一般數(shù)控機床 最普通的數(shù)控機床有鉆床、車床、銑床、鏜床等。 數(shù)控加工中心 這類數(shù)控機床是在一般數(shù)控機床的基礎上，加裝一個刀庫和自動換刀裝置，構成一種帶自動換刀裝置的數(shù)控機床。多坐標軸數(shù)控機床 有些復雜的工件，例如螺旋槳，飛機發(fā)動機葉片曲面等用三坐標數(shù)控機床無法加工，于是出現(xiàn)了多坐標軸的數(shù)控機床。 三、按所用進給伺服系統(tǒng)的類型分類三、按所用進給伺服系統(tǒng)的類型分類 開環(huán)數(shù)控機床 開環(huán)數(shù)控機床采用開環(huán)進給伺服系統(tǒng)，圖2-10所示為典型的開環(huán)進給伺服系統(tǒng)。 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)開環(huán)進給伺服系統(tǒng)三、按所用進給伺服系統(tǒng)的類型分類三、按所用進給

7、伺服系統(tǒng)的類型分類 半閉環(huán)數(shù)控機床 如果將位置檢測裝置安裝在驅動電機的端部，或安裝在傳動絲杠端部，間接測量執(zhí)行部件的實際位置或位移，這種系統(tǒng)就是半閉環(huán)進給系統(tǒng)。 半閉環(huán)數(shù)控機床半閉環(huán)數(shù)控機床三、按所用進給伺服系統(tǒng)的類型分類三、按所用進給伺服系統(tǒng)的類型分類 閉環(huán)數(shù)控機床 閉環(huán)數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)是按閉環(huán)原理工作的。閉環(huán)數(shù)控機床閉環(huán)數(shù)控機床四、按所用數(shù)控裝置類型分類四、按所用數(shù)控裝置類型分類硬線數(shù)控機床 硬線數(shù)控機床（NC）使用硬線數(shù)控裝置，它的輸入處理、插補運算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來實現(xiàn)，不同功能的機床，其組合邏輯電路也不相同。 計算機數(shù)控機床 這類機床使用計算機數(shù)控裝置（C

8、NC），即軟線數(shù)控裝置。 2.1.4數(shù)控機床的發(fā)展數(shù)控機床的發(fā)展 一、數(shù)控裝置的發(fā)展一、數(shù)控裝置的發(fā)展數(shù)控裝置的微處理器數(shù)控裝置的微處理器 數(shù)控裝置配備有多種遙控和智能接口數(shù)控裝置配備有多種遙控和智能接口 數(shù)控裝置具有很好的操作性能數(shù)控裝置具有很好的操作性能 數(shù)控裝置的可靠性大大提高數(shù)控裝置的可靠性大大提高 開放式體系開放式體系 二、進給伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展二、進給伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展永磁同步交流伺服電機逐漸取代了直流伺服電動機，提高永磁同步交流伺服電機逐漸取代了直流伺服電動機，提高了電動機的可靠性，降低了制造成本，基本上無需維修。了電動機的可靠性，降低了制造成本，基本上無需維修。 組成伺服驅動電

9、路的位置、速度和電流控制環(huán)節(jié)部分實現(xiàn)組成伺服驅動電路的位置、速度和電流控制環(huán)節(jié)部分實現(xiàn)數(shù)字化，甚至利用單片微機或高速數(shù)字信號處理器為硬件數(shù)字化，甚至利用單片微機或高速數(shù)字信號處理器為硬件基礎進行全數(shù)字化控制，與基礎進行全數(shù)字化控制，與CNC系統(tǒng)的計算機有雙向通系統(tǒng)的計算機有雙向通信聯(lián)系。信聯(lián)系。 采用高速和高分辨率的位置檢測裝置組成半閉環(huán)和閉環(huán)位采用高速和高分辨率的位置檢測裝置組成半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。置控制系統(tǒng)。通過進給伺服系統(tǒng)實現(xiàn)絲桿螺距誤差補償外，熱變形誤差通過進給伺服系統(tǒng)實現(xiàn)絲桿螺距誤差補償外，熱變形誤差補償、空間誤差補償技術的研究也取得了顯著的成效。補償、空間誤差補償技術的研究也

10、取得了顯著的成效。 三、程序編制三、程序編制 數(shù)控機床編程技術的發(fā)展水平表現(xiàn)在以下幾個方面： 圖形編程了長足的發(fā)展，增加了自動編程的手段。圖形編程了長足的發(fā)展，增加了自動編程的手段。 從脫機編程逐漸發(fā)展到在線編程。從脫機編程逐漸發(fā)展到在線編程。 在線編程過程中不僅可以處理幾何信息，還可以處理工藝信息，在線編程過程中不僅可以處理幾何信息，還可以處理工藝信息，數(shù)控裝置內(nèi)設有與該機床加工工藝相關的小型工藝數(shù)據(jù)庫或專家數(shù)控裝置內(nèi)設有與該機床加工工藝相關的小型工藝數(shù)據(jù)庫或專家系統(tǒng)，可以自動選擇最佳的工藝參數(shù)。系統(tǒng)，可以自動選擇最佳的工藝參數(shù)。 四、數(shù)控機床的工況檢測、監(jiān)控和故障四、數(shù)控機床的工況檢測、監(jiān)

11、控和故障診斷診斷 現(xiàn)代數(shù)控機床上裝有工件尺寸檢測裝置，對工件加工尺寸進行定期檢測，發(fā)現(xiàn)超差則及時發(fā)出報警或補償信號。還有紅外、超聲發(fā)射等監(jiān)控裝置，對刀具工況進行監(jiān)控，遇有刀具磨損超標或刀具破損，能及時報警，以便調(diào)換刀具，保證加工產(chǎn)品的質量。 目前CNC系統(tǒng)中已經(jīng)采用了開機診斷、運行診斷、通信診斷和專家診斷系統(tǒng)等故障自診斷技術，對故障進行自動查找、分類、顯示、報警，便于及時發(fā)現(xiàn)和排除系統(tǒng)的故障。 五、采用功能很強的可編程控制器五、采用功能很強的可編程控制器 現(xiàn)代數(shù)控機床廣泛采用內(nèi)裝型或獨立型可編程控制器PC（Programmable Controller），它有專用的32位微處理器，基本指令執(zhí)行

12、時間是0.2s/step，有梯形語言程序16000step以上，可以采用C語言或Pascal語言來編制PC程序，程序容量68256kB以上，在PC與CNC之間有高速窗口。采用C語言編程時，可以在個人計算機的開發(fā)環(huán)境下工作。利用PC的高速處理功能，使CNC與PC有機地結合起來，而且可以利用梯形圖（Ladder）的監(jiān)控功能，使機床的故障診斷和維修更加方便。 六、機床的主機六、機床的主機 數(shù)控機床的主機也有很多新的發(fā)展。表現(xiàn)在： 主運動部件不斷實現(xiàn)電氣化和高速化主運動部件不斷實現(xiàn)電氣化和高速化 增加加工功能增加加工功能 采用機電一體化和全封閉式結構采用機電一體化和全封閉式結構 主機的大件采用焊接結構

13、和合理的結構形式主機的大件采用焊接結構和合理的結構形式2.2、數(shù)控編程基礎、數(shù)控編程基礎2.2.1 數(shù)控機床的坐標系數(shù)控機床的坐標系一、坐標軸及其運動方向一、坐標軸及其運動方向p建立機床坐標系建立機床坐標系是為了確定刀具或工件在機床中的位置，是為了確定刀具或工件在機床中的位置，確定機床運動部件的位置及其運動范圍。統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機確定機床運動部件的位置及其運動范圍。統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機床坐標系各軸的名稱及其正負方向，可以簡化數(shù)控程序的床坐標系各軸的名稱及其正負方向，可以簡化數(shù)控程序的編制，并使編制的程序對同類型機床有互換性編制，并使編制的程序對同類型機床有互換性。 p機床的運動機床的運動是指刀具和工件之

14、間的相對運動，一律假定工是指刀具和工件之間的相對運動，一律假定工件是靜止的，刀具在坐標系內(nèi)相對于工件運動。件是靜止的，刀具在坐標系內(nèi)相對于工件運動。 笛卡兒右手直角坐標系與右手螺旋法則 對數(shù)控機床中的坐標系和運動方向的命名，ISO標準和我國統(tǒng)一規(guī)定采用標準的右手笛卡爾坐標系，并規(guī)定增大刀具與工件之間距離的方向為坐標正方向。 Z軸的確定 機床主軸是傳遞主要切削力的軸，可以表現(xiàn)為加工過程帶動工具旋轉，也可以表現(xiàn)為帶動工件旋轉。 數(shù)控懸臂刨床數(shù)控懸臂刨床 數(shù)控立式?jīng)_床數(shù)控立式?jīng)_床 X軸的確定 X軸是水平的，平行于工件的裝夾面。對于加工過程中不產(chǎn)生刀具旋轉或工件旋轉的機床，X軸平行于主切削方向，坐標軸

15、正方向與切削方向一致，例如前面提到的數(shù)控懸臂刨床。對于加工過程中主軸帶動工件旋轉的機床，例如數(shù)控車床、數(shù)控磨床等，X坐標軸沿工件的徑向，平行于橫向滑座或導軌，刀架上刀具或砂輪離開工件旋轉中心的方向為坐標軸正方向；對于刀具旋轉的機床，如果Z軸是水平的，例如數(shù)控臥式鏜銑床，則從與Z平行的主軸向工件看時，X軸的正向（+X）指向右方；如果Z軸是垂直的，對單立柱機床，例如立式數(shù)控銑床和數(shù)控水平轉塔立式鉆床，則從與Z軸平行的主軸向立柱看時，X軸的正向指向右方；對于龍門式機床，例如數(shù)控龍門銑床，則從與Z軸平行的主軸向左側立柱看時，X軸的正向指向右方。 根據(jù)X、Z軸及其方向，利用右手定則即可確定Y軸的方向；根

16、據(jù)X、Y、Z軸及其方向，利用右手螺旋定側即可確定軸線平行于X、Y、Z軸的旋轉運動A、B、C的方向。機床坐標可在機床使用說明書或機床標牌上找到。二、機床原點、機床參考點二、機床原點、機床參考點 機床原點 機床原點又稱為機械原點，它是機床坐標系的原點。 機床參考點 機床參考點是機床坐標系中一個固定不變的原點，是用于對機床工作臺、滑板與刀具相對運動的測量系統(tǒng)進行標定和控制的點。 三、工件坐標系三、工件坐標系 為了編程方便，在工件圖樣上設置一個坐標系，坐標系的原點就是工作原點，也叫做工件零點。 選擇工件零點的一般原則是： 工件零點選在工件圖樣的基準上，以利于編程。工件零點選在工件圖樣的基準上，以利于編

17、程。 工件零點盡量選在尺寸精度高、粗糙度值小的工件表面上。工件零點盡量選在尺寸精度高、粗糙度值小的工件表面上。 工件零點最好選在工件的對稱中心上。工件零點最好選在工件的對稱中心上。 要便于測量和檢驗。要便于測量和檢驗。 2.2.2 數(shù)控程序的格式與編制數(shù)控程序的格式與編制 一、程序的格式一、程序的格式 數(shù)控加工程序是由一系列機床數(shù)控系統(tǒng)能辨識的指令有序結合而構成的，可分為程序號、程序段和程序結束等幾個部分。下面為一數(shù)控加工程序實例： 一、程序的格式一、程序的格式 程序號 每個程序多要進行編號，在編號前面要用程序編號地址碼進行編號指令。 程序段的格式和組成 程序段的格式可分為地址格式、分隔順序格式、固定程序段格式和可變程序段格式等。最常用的是可變程序段格式。 二、程序編制的內(nèi)容和步驟二、程序編制的內(nèi)容和步驟 手工編程的主要內(nèi)容有：分析零件圖