數(shù)控加工技術(shù)實訓(xùn)

數(shù)控加工技術(shù)實訓(xùn)2022/11/101單元1數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容提要：實訓(xùn)目的與要求數(shù)控加工的基本知識數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的工作原理及組成數(shù)控加工的基本術(shù)語實訓(xùn)內(nèi)容

2022/11/1021.1實訓(xùn)目的與要求1、實訓(xùn)目的通過對數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，了解和掌握數(shù)控機床的加工原理、基本組成部分和機械結(jié)構(gòu)，為數(shù)控加工技術(shù)實訓(xùn)打下基礎(chǔ)。2、實訓(xùn)要求了解數(shù)控加工技術(shù)的基本知識：數(shù)控加工的基本概念，數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展，數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)的特點，數(shù)控機床的分類等；理解并掌握數(shù)控機床的工作原理及組成，掌握數(shù)控加工的基本術(shù)語；完成數(shù)控機床認識實訓(xùn)的內(nèi)容。2022/11/1031、產(chǎn)生背景從工業(yè)化革命以來人們實現(xiàn)機械加工自動化的手段有：自動機床組合機床專用自動生產(chǎn)線它們存在固有的缺點：初始投資大準備周期長柔性差主軸承蓋加工數(shù)控組合機床軸承蓋加工自動線1.2

數(shù)控加工的基本知識

2022/11/104上述方法僅適用批量較大的零件生產(chǎn)。然而，隨著市場競爭的日趨激烈產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短，批量大的產(chǎn)品越來越少，而小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)所占的比重越來越大，約占總加工量的80％以上。在航空、航天、重型機床以及國防部門尤其如此。因此，迫切需要一種精度高、柔性好的加工設(shè)備來滿足上述需求，這是機床數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在動力。另一方面，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展則為NC機床的進步提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，這是機床NC技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的可能性。NC技術(shù)正是在這種背景下誕生和發(fā)展起來的。它極其有效地滿足了上述要求，為小批量、精密復(fù)雜的零件生產(chǎn)提供了自動化加工手段。它的產(chǎn)生給自動化技術(shù)帶來了新的概念，推動了加工自動化技術(shù)的發(fā)展。1.2

數(shù)控加工的基本知識

2022/11/1052、發(fā)展沿革1952研制了世界第一臺三坐標立式數(shù)控銑床。50-60年代，發(fā)展到NC（硬件數(shù)控）階段。70年代，發(fā)展到CNC（計算機數(shù)控）階段。80年代，出現(xiàn)高速高精度CNC的開發(fā)和應(yīng)用階段。90年代，基于PC的開放式CNC的開發(fā)與應(yīng)用。當(dāng)代，也主要是基于PC的CNC開放式系統(tǒng)，軟件有所提高。1.2

數(shù)控加工的基本知識

2022/11/106一、按加工工藝方法分類1、一般數(shù)控機床切削加工類：捷克托斯數(shù)控鏜床CKA6150數(shù)控車床哈挺數(shù)控磨床1.3數(shù)控機床的分類2022/11/107成型加工類：數(shù)控折彎機數(shù)控彎管機數(shù)控型材彎弧機1.3數(shù)控機床的分類內(nèi)容講解2022/11/108特種加工類：火花成型線切割機火花小孔激光加工1.3數(shù)控機床的分類2022/11/109其它類型：三坐標測量機CNC影像儀1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1010德馬吉立式加工中心2、帶自動換刀裝置的數(shù)控機床（加工中心）臥式加工中心德馬吉萬能車削中心1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1011點位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。二、按控制系統(tǒng)功能特點分類1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1012點位直線控制數(shù)控系統(tǒng)點位直線控制數(shù)控機床的特點是機床移動部件不僅要實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確移動定位，而且能夠?qū)崿F(xiàn)平行坐標軸方向的直線切削加工運動。

點位直線數(shù)控機床雖然擴大了點位控制數(shù)控機床的工藝范圍，但它的應(yīng)用仍然受到了很大的限制

運動過程中不進行任何加工。適用范圍：簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑鏜床。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1013輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個進給軸同時諧調(diào)運動(坐標聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床。現(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1014三、按伺服系統(tǒng)的特點分類按數(shù)控系統(tǒng)的進給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1015開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機機械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1016無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1017半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋1.3數(shù)控機床的分類2022/11/10181.3數(shù)控機床的分類2022/11/1019半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應(yīng)用。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1020全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋1.3數(shù)控機床的分類2022/11/10211.3數(shù)控機床的分類2022/11/1022從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1023按聯(lián)動軸數(shù)分2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面）。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。四、按控制系統(tǒng)的功能水平分類1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1024圖不同聯(lián)動軸數(shù)所能加工的型面(a)二軸聯(lián)動；(b)二軸半聯(lián)動；(c)三軸聯(lián)動1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1025圖五軸聯(lián)動銑削曲面零件1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1026圖六軸加工中心坐標示意圖1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1027按數(shù)控系統(tǒng)類型分類經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)（又稱簡易數(shù)控系統(tǒng)）

這一檔次的數(shù)控機床僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋的零件，采用的微機系統(tǒng)為單板機或單片機系統(tǒng)，具有數(shù)碼顯示，CRT字符顯示功能，機床進給由步進電動機實現(xiàn)開環(huán)驅(qū)動，控制的軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)在3軸或3軸以下。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1028普及型數(shù)控系統(tǒng)（通常稱之為全功能數(shù)控系統(tǒng)）這類數(shù)控系統(tǒng)功能較多，除了具有一般數(shù)控系統(tǒng)的功能以外，還具有一定的圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能等，采用的微機系統(tǒng)為16位或32位微處理機，具有RS-232C通信接口，機床的進給多用交流或直流伺服驅(qū)動，一般系統(tǒng)能實現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動控制。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1029高檔數(shù)控系統(tǒng)

采用的微機系統(tǒng)為32位以上微處理機系統(tǒng)，機床的進給大多采用交流伺服驅(qū)動，除了具有一般數(shù)控系統(tǒng)的功能以外，應(yīng)該至少能實現(xiàn)5軸或5軸以上的聯(lián)動控制。具有三維動畫圖形功能和宜人的圖形用戶界面，同時還具有豐富的刀具管理功能、寬調(diào)速主軸系統(tǒng)、多功能智能化監(jiān)控系統(tǒng)和面向用戶的宏程序功能，還有很強的智能診斷和智能工藝數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)加工條件的自動設(shè)定，且能實現(xiàn)與計算機的聯(lián)網(wǎng)和通信。1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1030基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)

用通用微機技術(shù)開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)可以得到強有力的硬件與軟件支持，這些軟件和硬件的技術(shù)是開放式的，此時的通用微機除了具備本身的功能外，還具備了全功能數(shù)控系統(tǒng)的所有功能。

1.3數(shù)控機床的分類2022/11/1031工藝分析數(shù)控加工程序工序卡傳統(tǒng)加工數(shù)控加工傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的比較圖1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1032數(shù)控加工過程示意圖1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1033數(shù)控機床加工零件的工作過程分以下幾個步驟：根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序所編寫程序指令輸入數(shù)控裝置數(shù)控裝置將程序(代碼)進行譯碼、運算之后，向機床各個坐標的伺服機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信號，以驅(qū)動機床的各運動部件，并控制所需要的輔助動作，最后加工出合格的零件

1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1034數(shù)控機床的基本組成1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1035操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤一樣）和顯示器；。它是數(shù)控機床特有部件。1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1036控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。數(shù)控機床常用的控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備見表1：1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1037表1控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1038通訊現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進行信息交換外，一般都具有用通訊方式進行信息交換的能力。它們是實現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有：串行通訊（RS-232等串口）、自動控制專用接口和規(guī)范（DNC方式，MAP協(xié)議等）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1039

CNC裝置(CNC單元)組成：計算機系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應(yīng)的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進行工作的。CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1040伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置伺服單元和驅(qū)動裝置主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電機進給伺服驅(qū)動裝置和進給電機測量裝置位置和速度測量裝置。以實現(xiàn)進給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用保證靈敏、準確地跟蹤CNC裝置指令：進給運動指令：實現(xiàn)零件加工的成形運動（速度和位置控制）。主軸運動指令，實現(xiàn)零件加工的切削運動（速度控制）1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1041

PLC、機床I/O電路和裝置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成與邏輯運算有關(guān)順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成；機床I/O電路和裝置：實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路；功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應(yīng)的開關(guān)動作接受操作面板和機床側(cè)的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機床的動作。1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/1042機床機床：數(shù)控機床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成：由主運動部件、進給運動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。1.4數(shù)控機床的工作原理及組成2022/11/10431、數(shù)字控制（NumericalControlNC）是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進行可編程控制的自動化方法。2、數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。1.5數(shù)控加工的基本術(shù)語2022/11/10443、數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）是采用數(shù)字控制技術(shù)對機床的加工過程進行自動控制的一類機床。它數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。4、數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。5、計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。1.5數(shù)控加工的基本術(shù)語2022/11/10456、坐標聯(lián)動：坐標軸的非獨立運動。即：一個軸的運動要受到其它軸運動的制約。7、坐標聯(lián)動加工：數(shù)控機床加工時的橫向、縱向等進給量都是以軸坐標數(shù)據(jù)控制的。如：兩坐標車床、三坐標銑床、五軸加工中心等。8、脈沖當(dāng)量：相對于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的每個進給脈沖信號，機床移動部件的位移量。也稱為最小設(shè)定（移動）單位，數(shù)控機床根據(jù)其精度的不同，常用的脈沖當(dāng)量為0.0lmm，0.005mm，及0.001mm。1.5數(shù)控加工的基本術(shù)語2022/11/10469、進給速度：單位時間內(nèi)坐標軸移動的距離。（加工時刀具相對于工件的移動速度）單位：mm/min或mm/r。10、速度修調(diào)：通過修調(diào)倍率對速度進行適量修調(diào)。數(shù)控機床在加工過程中能通過速度修調(diào)實時調(diào)整進給速度和主軸轉(zhuǎn)速，便于加工。11、插補：在組成軌跡的直線段或曲線段的起點和終點之間，按一定的算法進行數(shù)據(jù)點的密化工作，以確定一些中間點的方法就稱之為“插補”。計算插補點的運算稱為插補運算.1.5數(shù)控加工的基本術(shù)語2022/11/104712、刀補運算：零件的加工程序一般是按零件輪廓和工藝要求的進給路線編制的，而數(shù)控機床在加工過程中所控制的是刀具中心的運動軌跡。不同的刀具，其幾何參數(shù)也不相同，加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡，這樣才能加工出符合要求的零件。刀補運算就是完成這種轉(zhuǎn)換的程序。13、機床坐標系：是數(shù)控機床安裝調(diào)試時便設(shè)定好的一固定的坐