第1章數(shù)控加工概述

1、數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控加工的概念數(shù)控加工的概念 第一章第一章 數(shù)控加工概述數(shù)控加工概述第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及分類數(shù)控機(jī)床的組成及分類 第三節(jié)第三節(jié) 常見數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介常見數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展 第六節(jié)第六節(jié) 以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù) 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控加工的概念數(shù)控加工的概念 一、數(shù)字控制與數(shù)控機(jī)床 數(shù)字控制（Numerical Control)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)行及其加工過程進(jìn)行控

2、制的一種方法，簡(jiǎn)稱數(shù)控（NC）。 數(shù)控機(jī)床（ Numerical Control Machine Tools)是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有特定代碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程二、數(shù)控機(jī)床的工作原理二、數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)值計(jì)算程序校核工藝分析 制備控制介質(zhì)編程序清單零件圖紙輸入裝置工作臺(tái)數(shù)控裝置 輸出裝置伺服機(jī)構(gòu)毛坯工件編程部分機(jī)床控制部分?jǐn)?shù)控加工原理如下圖所示：數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程三、數(shù)控加工的定義三、數(shù)控加工的定義 數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)加工的一種工藝方法。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程

3、四、數(shù)控加工的特點(diǎn)四、數(shù)控加工的特點(diǎn)（1）柔性自動(dòng)化，具有廣泛的適應(yīng)性。（2）精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。（3）生產(chǎn)效率高。（4）能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工。（5）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。（6）有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)與管理。 數(shù)控機(jī)床的初始投資及維護(hù)費(fèi)用較高，對(duì)操作與管理人員的素質(zhì)要求較高。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程五、數(shù)控加工常用術(shù)語五、數(shù)控加工常用術(shù)語1.數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)：指機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)可控制的、按加工要求運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸數(shù)目。2.數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)：指機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)可同時(shí)控制的、按加工要求運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸數(shù)目。3.脈沖當(dāng)量：數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)使機(jī)床移動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量。4.插補(bǔ)：數(shù)控系統(tǒng)依照一

4、定方法確定刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，使刀具運(yùn)動(dòng)軌跡以一定精度逼近給定線段的過程。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程插補(bǔ) a)直線插補(bǔ) b)圓弧插補(bǔ)數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的組成及分類數(shù)控機(jī)床的組成及分類 一、數(shù)控機(jī)床的組成一、數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、操作面板、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）、位置檢測(cè)裝置及其接口電路和機(jī)床本體等部分組成，如圖所示。 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程二、數(shù)控機(jī)床的分類二、數(shù)控機(jī)床的分類 目前數(shù)控機(jī)床的品種、規(guī)格繁多，功能各異，通?？砂聪铝袔追N方法進(jìn)行分類。數(shù)控加工工藝與編程

5、數(shù)控加工工藝與編程（一）按控制的運(yùn)動(dòng)軌跡分（一）按控制的運(yùn)動(dòng)軌跡分 根據(jù)數(shù)控機(jī)床刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的類型，可將數(shù)控機(jī)床劃分為點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制三種類型。如下圖所示：(a) 點(diǎn)位控制 (b) 直線控制 (c) 輪廓控制數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程（二）按伺服控制方式分（二）按伺服控制方式分 主要有開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 1開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床沒有檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)是單方向傳送的。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程

6、閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 2閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床在其移動(dòng)部件上直接裝有直線位置檢測(cè)裝置，將測(cè)量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的位移值進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)部件的精確定位。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 3半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)元件安裝在伺服電機(jī)上，通過測(cè)量伺服電機(jī)的角位移間接計(jì)算出機(jī)床工作臺(tái)等執(zhí)行部件的實(shí)際位置（或位移），反饋到計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置中進(jìn)行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程（三）按工藝用途分（三）按工藝用途

7、分 按其工藝用途可分為四大類。 1.金屬切削類 2.金屬成形類 3.特種加工類 4.測(cè)量繪圖類數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程（四）按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分（四）按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分 按照數(shù)控系統(tǒng)的功能水平，數(shù)控機(jī)床可以分為三種類型。 1.經(jīng)濟(jì)型 2. 普及型 3. 高檔型數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程第三節(jié)第三節(jié) 常見數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介常見數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)介一、數(shù)控車床一、數(shù)控車床 （一）數(shù)控車床的組成（一）數(shù)控車床的組成 如圖所示：數(shù)控車床由主軸箱、刀架、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、床身、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程（二）數(shù)控車床的特點(diǎn)（二）數(shù)控車床的特點(diǎn)

8、數(shù)控車床與普通臥式車床相比具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）精度高。（2）效率高。（3）高柔性。（4）可靠性高。（5）工藝能力強(qiáng)。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程（三）數(shù)控車床的分類（三）數(shù)控車床的分類1.按數(shù)控系統(tǒng)的功能分（1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。（2）全功能型數(shù)控車床。（3）FMC車床。2.按主軸的配置形式分（1）臥式數(shù)控車床。（2）立式數(shù)控車床。3.按軸數(shù)分（1）兩軸 （2）四軸（雙刀架） 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程二、數(shù)控銑床二、數(shù)控銑床（一）數(shù)控銑床的用途及特點(diǎn)（一）數(shù)控銑床的用途及特點(diǎn) 用途：用途：一般情況下，在數(shù)控銑床上只能用來加工平面曲線的輪廓。對(duì)于有特殊要求的數(shù)控銑床，還可

9、以加進(jìn)一個(gè)回轉(zhuǎn)的A坐標(biāo)或C坐標(biāo)，即增加一個(gè)數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，這時(shí)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)為四坐標(biāo)的數(shù)控系統(tǒng)，可用來加工螺旋槽、葉片等立體曲面零件。 與普通銑床比數(shù)控銑床的特點(diǎn)如下：與普通銑床比數(shù)控銑床的特點(diǎn)如下：（1）加工精度高。（2）加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。（3）對(duì)零件加工的適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好。（4）生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，操作者勞動(dòng)強(qiáng)度低。（5）生產(chǎn)效率高。（6）適合加工復(fù)雜形狀或精度要求高的中小批量零件。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程（二）數(shù)控銑床的分類（二）數(shù)控銑床的分類 數(shù)控銑床通常按其主軸位置的不同分為下面三類： （1）立式數(shù)控銑床（2）臥式數(shù)控銑床（3）立臥兩用式數(shù)控銑床 數(shù)控加工工藝

10、與編程數(shù)控加工工藝與編程三、加工中心三、加工中心（一）加工中心的特點(diǎn)（一）加工中心的特點(diǎn)（1）具有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置。（2）帶有自動(dòng)擺角的主軸。（3）有的加工中心帶有自動(dòng)交換工作臺(tái)。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程（二）加工中心的的分類（二）加工中心的的分類1.按加工方式分類（1）車削中心（2）銑削加工中心2.按機(jī)床主要結(jié)構(gòu)分類（1）立式（2）臥式（3）龍門式（4）復(fù)合式3.按換刀形式分類（1）轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)加工中心（2）無機(jī)械手的加工中心（3）帶刀庫(kù)、機(jī)械手的加工中心 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程四、數(shù)控線切割機(jī)床四、數(shù)控線切割機(jī)床 數(shù)控電火花線切割加工是利用作為負(fù)極的電極絲（鉬絲或

11、銅絲）和作為正極的工件之間脈沖性火花放電的腐蝕作用來對(duì)工件進(jìn)行加工的一種方法。在加工中，電極絲相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡由數(shù)控程序控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程 數(shù)控線切割機(jī)床 數(shù)控電火花線切割機(jī)床按其走絲速度分為快速走絲和慢速走絲線切割機(jī)床兩大類。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)一、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的硬件組成一、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的硬件組成 控制系統(tǒng)的硬件主要包括：微機(jī)基本系統(tǒng)、人機(jī)界面接口、通信接口、進(jìn)給軸位置控制接口、主軸控制接口以及輔助功能控制接口等部分。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程（一）微機(jī)基本系統(tǒng)（一

12、）微機(jī)基本系統(tǒng) 微機(jī)基本系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的控制核心。其主要部分是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。主要用于將加工程序編譯成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信息，然后進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。（二）接口（二）接口 1.人機(jī)界面接口 2.通信接口 3.進(jìn)給軸位置控制接口 4.主軸控制接口 5.輔助功能控制接口數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程 二、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的軟件組成及功能二、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的軟件組成及功能 控制系統(tǒng)軟件由許多功能模塊組成。其中加工程序譯碼、預(yù)處理計(jì)算、插補(bǔ)運(yùn)算與位置伺服四個(gè)功能模塊主要實(shí)現(xiàn)位置控制。另外還有一些模塊，其功能可從它們的名稱反映出來，如系統(tǒng)管理功能，加工程序輸入與存儲(chǔ)模塊，S（主軸）、T（刀具）、M（輔助）功

13、能處理與數(shù)據(jù)輸入/輸出模塊，顯示服務(wù)模塊，加工程序編輯模塊，手動(dòng)自動(dòng)模塊，手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入功能模塊，系統(tǒng)監(jiān)視與故障診斷模塊等。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程三、典型數(shù)控系統(tǒng)三、典型數(shù)控系統(tǒng)（一）日本（一）日本FANUC系列數(shù)控系統(tǒng)系列數(shù)控系統(tǒng) FANUC公司生產(chǎn)的CNC產(chǎn)品主要有0系列、1X系列。（二）德國(guó)（二）德國(guó)SIEMENS公司的數(shù)控系統(tǒng)公司的數(shù)控系統(tǒng) SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)常用的有 SINUMERIK810,820T/M/G,840D/T,802D等幾種。（三）華中數(shù)控系統(tǒng)華中數(shù)控系統(tǒng)HNC HNC是武漢華中數(shù)控研制開發(fā)的國(guó)產(chǎn)型數(shù)控系統(tǒng)。已開發(fā)和應(yīng)用的產(chǎn)品有HNC1和HNC2000兩

14、個(gè)系列，共計(jì)16種型號(hào)。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程四、開放式數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介四、開放式數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介（一）開放式數(shù)控系統(tǒng)的定義（一）開放式數(shù)控系統(tǒng)的定義 符合系統(tǒng)規(guī)范的應(yīng)用系統(tǒng)，可以運(yùn)行在多個(gè)銷售商的不同平臺(tái)上，可以與其他系統(tǒng)的應(yīng)用程序進(jìn)行互操作，并且能夠給用戶提供一致性的人機(jī)交互方式。（二）開放式數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)（二）開放式數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）相互操作性（2）可移植性（3）可縮放性（4）相互替代性數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展一、數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展歷程一、數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展歷程 1949年，美國(guó)帕森斯公司與麻省理工學(xué)院合作，開始了銑

15、床的數(shù)控化研制工作，于1952年研制成功了世界上第一臺(tái)能進(jìn)行三軸控制的立式數(shù)控銑床。 1953年麻省理工學(xué)院開發(fā)出只需確定零件輪廓、指定切削路線，即可生成NC程序的自動(dòng)編程語言。 1959年美國(guó)Keaney&Trecker公司開發(fā)成功了帶刀庫(kù)，能自動(dòng)進(jìn)行刀具交換，一次裝夾中即能進(jìn)行銑、鉆、鏜、攻螺紋等多種加工功能的數(shù)控機(jī)床，這就是數(shù)控機(jī)床的新種類加工中心。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程 1967年英國(guó)首次將多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、無人化搬運(yùn)小車和自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)在計(jì)算機(jī)控制下連接成自動(dòng)加工系統(tǒng)，這就是柔性制造系統(tǒng)FMS。 1974年微處理器開始用于機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中，從此CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng))軟線

16、數(shù)控技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展得以快速發(fā)展。 1976年美國(guó)Lockhead公司開始使用圖像編程。利用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))繪出加工零件的模型，在顯示器上“指點(diǎn)”被加工的部位，輸入所需的工藝參數(shù)，即可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算刀具路徑，模擬加工狀態(tài)，獲得NC程序。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程 DNC(直接數(shù)控)技術(shù)始于20世紀(jì)60年代末期。它是使用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心，進(jìn)行多品種、多工序的自動(dòng)加工。DNC群控技術(shù)是FMS柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著DNC數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已成為無人控制工廠的基本組成單元。 20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了包括市場(chǎng)分析、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品

17、設(shè)計(jì)與制造和銷售等全過程均由計(jì)算機(jī)集成管理和控制的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。其中，數(shù)控機(jī)床是CIMS的基礎(chǔ)。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程 我國(guó)1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，但沒有取得實(shí)質(zhì)性的成果。20世紀(jì)80年代前期，我國(guó)在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了數(shù)控機(jī)床的研究和數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)，使我國(guó)的數(shù)控機(jī)床進(jìn)入小批量生產(chǎn)的商品化時(shí)代。通過“七五”數(shù)控技術(shù)攻關(guān)和“八五”數(shù)控系統(tǒng)攻關(guān)，大大推進(jìn)了我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。目前我國(guó)已有自主版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，并能生產(chǎn)門類齊全的各種數(shù)控機(jī)床，有些企業(yè)實(shí)施了FMS和CIMS工程，數(shù)控機(jī)床及其加工技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用階段。 數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程

18、二、數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展方向二、數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展方向 1. 高速化 2. 高精度化 3. 高柔性化 4. 復(fù)合化 5. 網(wǎng)絡(luò)化 6. 智能化數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程第六節(jié) 以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù) 采用單臺(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)單工序柔性自動(dòng)化加工，對(duì)生產(chǎn)率的提高還是有限的，必須發(fā)揮生產(chǎn)線和整個(gè)制造系統(tǒng)的效能，為此出現(xiàn)了分布式數(shù)字控制（DNC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。數(shù)控加工工藝與編程數(shù)控加工工藝與編程一、分布式數(shù)字控制（一、分布式數(shù)字控制（DNC） 分布式數(shù)字控制（Distributed Numerical Control，簡(jiǎn)稱DNC），原來稱直接數(shù)字控制（Direct Numerical Control），是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制數(shù)臺(tái)數(shù)控機(jī)床，形成分級(jí)連接和控制的制造系統(tǒng)，因此稱為分布式數(shù)字控制系統(tǒng)更為合適，也稱群控系統(tǒng)。中央計(jì)算機(jī)主要對(duì)多臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控加工程序和有關(guān)數(shù)據(jù)的分配，并分時(shí)監(jiān)控各臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行，會(huì)進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率。 二、柔性制造單元（二、柔性制造單元（FMC） 柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell，簡(jiǎn)稱FMC），是由一或兩臺(tái)數(shù)控加工中心和