單元一 數(shù)控機床與加工概述

1、單元(dnyun)一 數(shù)控機床與加工概述共五十七頁教學內(nèi)容、重點(zhngdin)和難點 （一）數(shù)控機床(sh kn j chun)概述 （二）數(shù)控加工概述（三）數(shù)控機床的插補原理 補充：數(shù)控機床的組成 共五十七頁一、學習(xux)目標了解數(shù)控機床的概念；了解數(shù)控機床的分類；了解數(shù)控技術的發(fā)展歷程；了解數(shù)控機床加工的特點及適用范圍；了解數(shù)控加工技術(jsh)的發(fā)展趨勢；理解數(shù)控加工原理。 共五十七頁(一)數(shù)控機床(sh kn j chun)概述數(shù)控技術: 是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興(xnxng)制造業(yè)的滲透形成的機電一

2、體化產(chǎn)品. 二、知識學習共五十七頁 1.基本概念（1）數(shù)字控制 (數(shù)控NC) (Numerical Control ) 它是指用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程中進行控制(kngzh)的一種方法。 1、數(shù)字化信號（01010010）2、模擬量信號() 3、開關量信號(0、1，主軸正反轉、刀架正反轉、冷卻液開關)由PLC控制 NC數(shù)控又名硬線數(shù)控。共五十七頁 1.基本概念（2）數(shù)控系統(tǒng)（NC Control System） 數(shù)控設備的數(shù)據(jù)處理和控制電路以及伺服機構等系統(tǒng)(xtng)稱數(shù)字控制系統(tǒng)(xtng)。它由程序輸入、輸出設備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器、主軸進給及驅動裝置等組成。共五

3、十七頁 1.基本概念（3）計算機數(shù)字控制機床（CNC Computer Numerical Control Machine Tools） 計算機數(shù)字控制機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機床。它綜合(zngh)了計算機、自動控制、精密測量、機床機構設計與制造等方面的最新成果。CNC數(shù)控系統(tǒng)又名軟線數(shù)控。 共五十七頁 1.基本概念（4）數(shù)控程序（NC Program） 輸入數(shù)控系統(tǒng)中的、使數(shù)控機床執(zhí)行一個(y )確定的加工任務的、具有特定代碼和其它符號編碼的一系列指令。（5）數(shù)控編程：將零件的加工信息編制成數(shù)控機床能識別的代碼。共五十七頁 1.基本概念（6）數(shù)字控制機床 (NC機

4、床) (Numerical Control Machine Tools )數(shù)控裝備是指應用數(shù)控技術對工作機械(jxi)的工作過程進行控制的裝備。 數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）的高效自動化機床。 共五十七頁 1.基本概念數(shù)控機床的產(chǎn)生: 世界上第一臺數(shù)控機床是1952年美國帕森斯parsons公司和麻省理工學院MI.T合作研制成功的三坐標數(shù)控銑床，它用來(yn li)加工直升飛機葉片輪廓檢查用樣板。共五十七頁2.數(shù)控機床(sh kn j chun)的分類（1）按工藝方式分類(fn li)金屬切削類數(shù)控機床數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床、數(shù)控齒輪加工機床、加工中心等。金屬成型

5、類數(shù)控機床數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控沖床等。數(shù)控特種加工及其他類型機床數(shù)控線切割機床、數(shù)控火焰切割機、數(shù)控三坐標測量機、數(shù)控電火花加工機床等。共五十七頁（2）按伺服控制(kngzh)方式分類開環(huán)控制(kngzh)數(shù)控機床 共五十七頁（2）按伺服控制方式(fngsh)分類半閉環(huán)控制數(shù)控機床(sh kn j chun)共五十七頁（2）按伺服控制(kngzh)方式分類閉環(huán)控制數(shù)控機床(sh kn j chun) 共五十七頁(3)按機床運動軌跡(guj)進行分類點位控制數(shù)控機床:為點到點控制，刀具從某一位置向另一位置移動時，不管中間的軌跡如何，只要刀具最后能正確到達目標位置的控制方式，稱為點位控制。

6、在從點到點的移動過程中，只作快速空程的定位(dngwi)運動，因此不能用于加工過程的控制。這類機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控沖床等。 共五十七頁 點位控制(kngzh)原理圖 (3)按機床(jchung)運動軌跡進行分類共五十七頁點位數(shù)控加工(ji gng)(3)按機床運動(yndng)軌跡進行分類共五十七頁 直線控制數(shù)控機床: 稱為(chn wi)直線切削控制或平行切削控制。除點到點的準確位置之外，還要保證兩點之間移動的軌跡是直線，而且對移動的速度也要進行控制。(3)按機床運動(yndng)軌跡進行分類共五十七頁直線(zhxin)加工共五十七頁 輪廓控制的數(shù)控機床 能夠對兩個或兩個以上運

7、動坐標的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，因而可進行曲線或曲面的加工?？煽刂频毒呦鄬τ诠ぜ?gngjin)作連續(xù)軌跡的運動，能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配以自動編程計算，可加工任意形狀的曲線和曲面。(3)按機床運動(yndng)軌跡進行分類共五十七頁(3)按機床運動(yndng)軌跡進行分類（a）點位控制(kngzh) （b）直線控制 （c）輪廓控制 共五十七頁(3)按機床(jchung)運動軌跡進行分類坐標系：是指有幾個運動采用了數(shù)字控制。兩坐標數(shù)控車床：在坐標系中，兩個(lin )方向的運動采用了數(shù)字控制三坐標數(shù)控銑床：在坐標系中，三個方向的運動采用了數(shù)字控制 共五十七頁(3)按機床

8、運動軌跡進行(jnxng)分類 坐標聯(lián)動加工： 是指數(shù)控機床的幾個坐標軸能夠同時進行移動，從而獲得平面直線、平面圓弧、空間(kngjin)直線、空間(kngjin)螺旋線等復雜加工軌跡的能力。 共五十七頁(3)按機床運動(yndng)軌跡進行分類兩坐標加工：只能控制任意兩坐標聯(lián)動，實現(xiàn)兩坐標加工，也可能是三坐標數(shù)控銑床。三坐標加工（3軸控制）：能控制三坐標聯(lián)動，實現(xiàn)三坐標加工，刀具在空間的任意方向都可移動。2.5坐標加工：某兩坐標聯(lián)動，另一坐標周期進給，將立體形面轉化為平面輪廓加工，即兩坐標聯(lián)動的三坐標機床加工。 4軸控制是指同時控制四個坐標，即在三個移動坐標之外，再加一個(y )旋轉坐標A、

9、B、C。 共五十七頁兩軸聯(lián)動(lin dn)兩軸聯(lián)動，同時控制兩個(lin )坐標 (3)按機床運動軌跡進行分類共五十七頁聯(lián)動(lin dn)加工(3)按機床(jchung)運動軌跡進行分類共五十七頁聯(lián)動(lin dn)加工共五十七頁五坐標聯(lián)動(lin dn)加工 5軸控制(kngzh)是指同時控制(kngzh)5個坐標，即在三個移動坐標之外，再加旋轉坐標A、B、C中的任意兩個。 (3)按機床運動軌跡進行分類共五十七頁(4)按數(shù)控系統(tǒng)的功能(gngnng)水平分類 功能及指標低檔中檔高檔系統(tǒng)分辨率/m1010.1G00速度（m/min）3-810-2424-100伺服類型開環(huán)及步進電機半閉環(huán)及

10、直、交流伺服電機閉環(huán)及直、交流伺服電機聯(lián)動軸數(shù)2-32-45軸或5軸以上通信功能無RS232接口、DNC接口RS232接口、MAP通信接口、具有聯(lián)網(wǎng)功能顯示功能數(shù)碼管顯示CRT功能齊全、字符圖形、人機對話、自診斷除中檔功能外，還可能有三維圖形內(nèi)裝PLC無有功能強大的內(nèi)裝PLC主CPU8位、16位CPU16位、32位CPU32位、64位CPU結構單片機或單板機單微處理器或多微處理器分布式多微處理器共五十七頁 （二）數(shù)控加工(ji gng)概述數(shù)控加工(ji gng)工作過程共五十七頁2.數(shù)控加工技術(jsh)的發(fā)展歷程 數(shù)控技術經(jīng)過50年6代的發(fā)展：第一代數(shù)控系統(tǒng)：1952年，電子管數(shù)控系統(tǒng)第二

11、代數(shù)控系統(tǒng)：50年代末，晶體管數(shù)控系統(tǒng)第三代數(shù)控系統(tǒng)：1965年，集成電路數(shù)控系統(tǒng)第四代數(shù)控系統(tǒng)：1970年，小型(xioxng)計算機數(shù)控系統(tǒng)第五代數(shù)控系統(tǒng)：1974年，微型計算機數(shù)控系統(tǒng)第六代數(shù)控系統(tǒng)： 基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng) 共五十七頁2.數(shù)控加工技術(jsh)的發(fā)展歷程第七代數(shù)控系統(tǒng)：基于Web的CNC系統(tǒng)（遠程(yunchng)CNC系統(tǒng)）、智能CNC系統(tǒng)、CAD/CAM集成CNC系統(tǒng) 共五十七頁3.數(shù)控加工(ji gng)特點1、工藝復合化和功能集成化 加工中心具有自動換刀功能，刀具的更換一般(ybn)通過刀庫、換刀機械手和主軸內(nèi)的工具夾緊裝置等的協(xié)調(diào)動作來實現(xiàn) 共五十七頁無機械

12、手換刀共五十七頁機械手換刀視頻(shpn)：機械手換刀共五十七頁加工中心(zhngxn)無臂式ATC刀具庫 視頻(shpn)：機械手下刀 共五十七頁2、能加工復雜型面 3、具有高度的柔性，適用性強 柔性即“靈活”、“可變” ，采用數(shù)控機床，當加工對象改變后，只需改變加工程序、調(diào)整刀具參數(shù)等，生產(chǎn)準備周期(zhuq)大大縮短，故特別適合于多品種、中小批量和復雜型面的零件加工 3.數(shù)控加工(ji gng)特點共五十七頁4、加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定 數(shù)控機床加工零件的質(zhì)量由機床保證，無人為操作誤差(wch)的影響，所以同一批零件的尺寸一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。 5、加工生產(chǎn)效率高 工件往往只需進行一次裝夾就能

13、完成所有的加工工序 。3.數(shù)控加工(ji gng)特點共五十七頁6、減輕了操作者的勞動強度 7、具有故障診斷的能力 8、監(jiān)控功能強 相對于普通機床，數(shù)控機床的成本較高，調(diào)試和維修比較復雜，需要專門的技術人員。對于復雜工件的加工(ji gng)，需要有高度熟練和經(jīng)過適當培訓的零件加工(ji gng)編程人員來操作。 3.數(shù)控加工(ji gng)特點共五十七頁4.數(shù)控加工的適應(shyng)范圍1)多品種(pnzhng)、單件小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件。2)幾何形狀復雜的零件。3)精度及表面粗糙度要求高的零件。4)加工過程中需要進行多工序加工的零件。5)用普通機床加工時，需要昂貴工裝設備

14、（刀具、夾具和模具）的零件。共五十七頁5.數(shù)控加工(ji gng)的發(fā)展趨勢 高速化高精度化多功能化智能化可靠性最大化共五十七頁5.數(shù)控加工(ji gng)的發(fā)展趨勢高速化: 指數(shù)控機床的高速切削和高速插補進給，目標是在保證加工(ji gng)精度的前提下，提高加工(ji gng)速度。 高速主軸單元（電主軸，轉速S/min），高速且高加/減速度的進給運動部件（切削進給速度F高達60m/min）。 車削和銑削的切削速度F已達到5000m8000m/min以上；主軸轉數(shù)S在30000轉/分(有的高達10萬轉/分)以上；小線段插補進給速度F達到12m/min共五十七頁5.

15、數(shù)控加工(ji gng)的發(fā)展趨勢高精度化:從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度(jn d)加工 ) 精度從微米級到亞微米級，乃至納米級（10nm） 年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛 共五十七頁5.數(shù)控加工(ji gng)的發(fā)展趨勢多功能化:多種監(jiān)控、檢測及補償功能 。未來的數(shù)控系統(tǒng)將具有遠程(基于網(wǎng)絡的)硬件、軟件及故障自診斷功能。 自動換刀機構(刀庫容量可達100把以上) 可在一臺機床上同時進行(jnxng)零件加工和程序編制，實現(xiàn)所謂的“前臺加工，后臺編輯”。 共五十七頁5.數(shù)控加工(ji gng)的發(fā)展趨勢智能化:具有自診斷、自修復功能(gngnng) 人工智能專家診斷系統(tǒng) 開放式數(shù)

16、控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。 共五十七頁5.數(shù)控加工(ji gng)的發(fā)展趨勢可靠性最大化: 衡量可靠性的最重要量化指標是平均無故障工作時間MTBF（mean time between failures），當前國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時(xiosh)以上，驅動裝置達30000小時以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 提高數(shù)控系統(tǒng)的硬件質(zhì)量 。模塊化、標準化和通用化。

17、共五十七頁（三）數(shù)控機床(sh kn j chun)的插補原理概述 刀具怎么從起點沿運動軌跡(guj)走向終點由數(shù)控系統(tǒng)的插補裝置或插補軟件來控制。 對于復雜的曲線輪廓 ，是用一小段直線或圓弧去逼近(或稱為擬合)零件輪廓曲線，即通常所說的直線和圓弧插補。 共五十七頁（三）數(shù)控機床(sh kn j chun)的插補原理插補：在組成軌跡的直線段或曲線段的起點和終點之間，按一定(ydng)的算法進行數(shù)據(jù)點的密化工作，以確定一些中間點。 實現(xiàn)方式：在CNC系統(tǒng)中，插補運算可有硬件插補（插補器）和軟件插補兩種實現(xiàn)方式，插補工作一般由軟件完成 。插補方法：有兩種，脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補 。 共五十七頁

18、（三）數(shù)控機床(sh kn j chun)的插補原理脈沖增量插補 特點：這類插補算法(sun f)是以脈沖形式輸出，每插補運算一次，最多給每一軸一個進給脈沖。把每次插補運算產(chǎn)生的指令脈沖輸出到伺服系統(tǒng)，以驅動工作臺運動，每發(fā)出一個脈沖，工作臺移動一個基本長度單位，實行一個脈沖當量的位移。脈沖當量：在數(shù)控機床中，一個脈沖所對應的坐標軸的移動量。優(yōu)點：實現(xiàn)方法簡單，易用硬件實現(xiàn)，運算速度很快。 共五十七頁（三）數(shù)控機床(sh kn j chun)的插補原理脈沖(michng)增量插補常用的有逐點比較法：工作原理： 是以區(qū)域判別為特征，每走一步都要將加工點的瞬時坐標與相應給定的圖形上的點相比較，判別一下偏差，然后決定下一步的走向，使刀具向減小偏差的方向并趨向終點移動，刀具所走的軌跡應該和給定軌跡非常相“象”。 共五十七頁（三）數(shù)控機床(sh kn j chun)的插補原理共五十七頁（三）數(shù)控機床(sh kn j chun)的插補原理插補原理： 一般來說，逐點比較法插補過程可按以下四個步驟進行：偏差判別：根據(jù)刀具(doj)當前位置，確定進給方向。坐標進給：使加工點向給定軌跡趨近，即向減少誤差方向移動。偏差計算：計算新加工點與給定軌跡之間的偏差，作為下