第一章-認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床課件

廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院王如意數(shù)控編程與加工技術(shù)廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院王如意數(shù)控編程與加工技術(shù)1課題一認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床一、新課的導(dǎo)入1、常用的機(jī)械加工設(shè)備有哪些？2、它們有什么樣的加工特點(diǎn)？3、各種機(jī)械加工應(yīng)用于什么場(chǎng)合？

課題一認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床一、新課的導(dǎo)入21．1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1．1．1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生1．1．2我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀1．1．3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)二、新課的教學(xué)內(nèi)容1．1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1．1．1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生二3

1949年美國(guó)Parson公司與麻省理工學(xué)院開(kāi)始合作，歷時(shí)三年研制出能進(jìn)行三軸控制的數(shù)控銑床樣機(jī)，取名“NumericalControl”。

1953年麻省理工學(xué)院開(kāi)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(yǔ)言。

1959年美國(guó)Keaney&Trecker公司開(kāi)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、攻絲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。1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

1949年美國(guó)Parson公司與麻省理4

1968年英國(guó)首次將多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、無(wú)人化搬運(yùn)小車(chē)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(kāi)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(kāi)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。1968年英國(guó)首次將多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、無(wú)人化搬運(yùn)51.1.2我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況

我國(guó)雖然早在1958年就開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，但由于歷史原因，一直沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性成果。20世紀(jì)70年代初期，曾掀起研制數(shù)控機(jī)床的熱潮，但當(dāng)時(shí)是采用分立元件，性能不穩(wěn)定，可靠性差。

1980年北京機(jī)床研究所引進(jìn)日本FANUC5、7、3、6數(shù)控系統(tǒng)，上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國(guó)GE公司的MTC－1數(shù)控系統(tǒng)，遼寧精密儀器廠引進(jìn)美國(guó)Bendix公司的DynapthLTD10數(shù)控系統(tǒng)。在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開(kāi)發(fā)出BS03經(jīng)濟(jì)型數(shù)控和BS04全功能數(shù)控系統(tǒng)，航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)。“八五”期間國(guó)家又組織近百個(gè)單位進(jìn)行以發(fā)展自主版權(quán)為目標(biāo)的“數(shù)控技術(shù)攻關(guān)”，從而為數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化建立了基礎(chǔ)。

1.1.2我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況6

20世紀(jì)90年代末，華中數(shù)控自主開(kāi)發(fā)出基于PC-NC的HNC數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，加大了我國(guó)數(shù)控機(jī)床在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力度。據(jù)1997年不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共擁有數(shù)控機(jī)床12萬(wàn)臺(tái)。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)有100多家，年產(chǎn)量增加到1萬(wàn)多臺(tái)，品種滿足率達(dá)80%，并在有些企業(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。20世紀(jì)90年代末，華中數(shù)控自主開(kāi)發(fā)出基于7現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。1)高速切削受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。高速切削可通過(guò)高速運(yùn)算技術(shù)、快速插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。高主軸轉(zhuǎn)速可減少切削力，減小切削深度，有利于克服機(jī)床振動(dòng)，傳入零件中的熱量大大減低，排屑加快，熱變形減小，加工精度和表面質(zhì)量得到顯著改善。因此，經(jīng)高速加工的工件一般不需要精加工。1.1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一82)高精度控制高精度化一直是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的目標(biāo)。它包括機(jī)床制造的幾何精度和機(jī)床使用的加工精度控制兩方面。提高機(jī)床的加工精度，一般是通過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，提高數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性，采用補(bǔ)償技術(shù)和輔助措施來(lái)達(dá)到的。目前精整加工精度已提高到0.1μm，并進(jìn)入了亞微米級(jí)，不久超精度加工將進(jìn)入納米時(shí)代。(加工精度達(dá)0.01μm)2)高精度控制93)高柔性化柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。目前，在進(jìn)一步提高單機(jī)柔性自動(dòng)化加工的同時(shí)，正努力向單元柔性和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)在21世紀(jì)將具有最大限度的柔性，能實(shí)現(xiàn)多種用途。具體是指具有開(kāi)放性體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)重構(gòu)和編輯，視需要系統(tǒng)的組成可大可??；功能可專用也可通用，功能價(jià)格比可調(diào)；可以集成用戶的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，形成專家系統(tǒng)。3)高柔性化104)高一體化CNC系統(tǒng)與加工過(guò)程作為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、光、聲綜合控制，測(cè)量、造型、加工一體化，加工、實(shí)時(shí)檢測(cè)與修正一體化，機(jī)床主機(jī)設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。5)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機(jī)需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))對(duì)基層設(shè)備的要求。配置網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)Internet可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制加工，進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)和診斷，使維修變得簡(jiǎn)單。建立分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)，可便于形成“全球制造”。4)高一體化116)智能化21世紀(jì)的CNC系統(tǒng)將是一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)。具體是指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自適應(yīng)、自診斷和自調(diào)整；多媒體人機(jī)接口使用戶操作簡(jiǎn)單，智能編程使編程更加直觀，可使用自然語(yǔ)言編程；加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫(kù)；智能監(jiān)控；采用專家系統(tǒng)以降低對(duì)操作者的要求等。6)智能化12數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體組成。1.輸入輸出設(shè)備2.數(shù)控裝置3.伺服系統(tǒng)4.測(cè)量反饋裝置5.機(jī)床本體6.輔助控制系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體測(cè)量反饋裝置數(shù)控機(jī)床組成圖1.2數(shù)控機(jī)床的組成及工作過(guò)程1.2.1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、伺服系統(tǒng)、測(cè)量13數(shù)控機(jī)床的組成

主軸電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)伺服電機(jī)刀庫(kù)刀具定位電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)數(shù)控機(jī)床的組成

主軸電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)伺服電機(jī)刀庫(kù)刀具定位14數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）是采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床。它數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。1.2.2數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachine15

數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程加工準(zhǔn)備階段機(jī)床調(diào)整階段程序調(diào)試階段試切加工階段正式加工階段檢測(cè)數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程加工準(zhǔn)備階段機(jī)床調(diào)整階段程序調(diào)16數(shù)控加工原理框圖1．?dāng)?shù)控編程及輸入2．?dāng)?shù)據(jù)處理和計(jì)算3．伺服控制和機(jī)床加工數(shù)控加工原理框圖1．?dāng)?shù)控編程及輸入17從上圖可以看出，數(shù)控加工過(guò)程總體上可分為數(shù)控程序編制和機(jī)床加工控制兩大部分。數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)啟停、換向和變速，能自動(dòng)控制進(jìn)給速度、方向和加工路線，進(jìn)行加工，能選擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及行走軌跡，能完成加工中所需要的各種輔助動(dòng)作。從上圖可以看出，數(shù)控加工過(guò)程總體上可分為數(shù)控181．3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1.適應(yīng)性強(qiáng)2.精度高，質(zhì)量穩(wěn)定3.生產(chǎn)效率高4.能完成復(fù)雜型面的加工5.減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化1．3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1.適應(yīng)性強(qiáng)19１．4數(shù)控機(jī)床的分類

1.4.1、按工藝用途分類

１.金屬切削類（1）普通數(shù)控機(jī)床數(shù)控車(chē)、銑、鉆、鏜及磨床等（2）數(shù)控加工中心——多工序數(shù)控機(jī)床帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，如鏜銑加工中心和車(chē)削加工中心特點(diǎn)：零件一次裝夾，多種工藝、多道工序的集中連續(xù)加工，減少機(jī)床臺(tái)數(shù)和裝卸工件、更換調(diào)整刀具的輔助時(shí)間，提高了機(jī)床效率；減少了多次安裝造成的定位誤差，提高了各加工面之間的位置精度。１．4數(shù)控機(jī)床的分類

1.4.1、按工藝用途分類

１.20２.金屬成型類數(shù)控機(jī)床數(shù)控沖床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等３.數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控高壓水切割機(jī)、數(shù)控等離子切割機(jī)等４.其他類型的數(shù)控機(jī)床數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控繪圖儀等２.金屬成型類數(shù)控機(jī)床211.4.2按加工控制路線分類有點(diǎn)位控制機(jī)床、直線控制機(jī)床和輪廓控制機(jī)床。1.點(diǎn)位控制機(jī)床。它如圖1-3(a)所示，只控制刀具從一點(diǎn)向另一點(diǎn)移動(dòng)，而不管其中間行走軌跡的控制方式。在從點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng)過(guò)程中，只作快速空程的定位運(yùn)動(dòng)，因此不能用于加工過(guò)程的控制。屬于點(diǎn)位控制的典型機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。這類機(jī)床的數(shù)控功能主要用于控制加工部位的相對(duì)位置精度，而其加工切削過(guò)程還得靠手工控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行。1.4.2按加工控制路線分類22圖1-3按加工控制路線分類(a)點(diǎn)位控制；(b)直線控制；(c)輪廓控制圖1-3按加工控制路線分類23(2)直線控制機(jī)床。它如圖1-3(b)所示，可控制刀具相對(duì)于工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于某一坐標(biāo)軸方向或與坐標(biāo)軸成45°的斜線方向作直線軌跡的加工。這種方式是一次同時(shí)只有某一軸在運(yùn)動(dòng)，或讓兩軸以相同的速度同時(shí)運(yùn)動(dòng)以形成45(的斜線，所以其控制難度不大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。一般地，都是將點(diǎn)位與直線控制方式結(jié)合起來(lái)，組成點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)而用于機(jī)床上。這種形式的典型機(jī)床有車(chē)階梯軸的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鏜銑床和簡(jiǎn)單加工中心等。(2)直線控制機(jī)床。它如圖1-3(b)所示24(3)輪廓控制機(jī)床。它又稱連續(xù)控制機(jī)床。如圖1-3(c)所示，可控制刀具相對(duì)于工件作連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)，能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配以自動(dòng)編程計(jì)算，可加工任意形狀的曲線和曲面。典型的輪廓控制型機(jī)床有數(shù)控銑床、功能完善的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控磨床和數(shù)控電加工機(jī)床等。(3)輪廓控制機(jī)床。它又稱連續(xù)控制機(jī)床。如251.4.3.按伺服系統(tǒng)的控制原理分類

1.開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

工作臺(tái)減速器開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖步進(jìn)電機(jī)控制電路數(shù)控裝置輸入1.4.3.按伺服系統(tǒng)的控制原理分類工作臺(tái)減速器26開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)272.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)速度檢測(cè)元件轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度反饋位置反饋輸入2.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床數(shù)控控制伺服工作臺(tái)速度檢測(cè)元件轉(zhuǎn)角檢28半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)293.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)

數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度檢測(cè)元件位置檢測(cè)元件位置反饋速度反饋輸入3.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)數(shù)控控制伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度30閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)311.5數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系1.5.1機(jī)床坐標(biāo)系１、機(jī)床坐標(biāo)系的確定（1）機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定在機(jī)床上，我們始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)床的加工過(guò)程。1.5數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系1.5.1機(jī)床坐標(biāo)系32（2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定。在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控裝置來(lái)控制的，為了確定數(shù)控機(jī)床上的成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，必須先確定機(jī)床上運(yùn)動(dòng)的位移和運(yùn)動(dòng)的方向，這就需要通過(guò)坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)坐標(biāo)系被稱之為機(jī)床坐標(biāo)系。例如銑床上，有機(jī)床的縱向運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)以及垂向運(yùn)動(dòng)。在數(shù)控加工中就應(yīng)該用機(jī)床坐標(biāo)系來(lái)描述。（2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定33標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定：1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90°。則大拇指代表X坐標(biāo)，食指代表Y坐標(biāo)，中指代表Z坐標(biāo)。2)大拇指的指向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向，食指的指向?yàn)閅坐標(biāo)的正方向，中指的指向?yàn)閆坐標(biāo)的正方向。3)圍繞X、Y、Z坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，大拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的正向。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角34（3）運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定增大刀具與工件距離的方向即為各坐標(biāo)軸的正方向，下圖為數(shù)控車(chē)床上兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的正方向。

（3）運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定35（1）Z坐標(biāo)Z坐標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向是由傳遞切削動(dòng)力的主軸所決定的，即平行于主軸軸線的坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)，Z坐標(biāo)的正向?yàn)榈毒唠x開(kāi)工件的方向。（2）X坐標(biāo)X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時(shí)，要考慮兩種情況：1）如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則刀具離開(kāi)工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。2）如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，則分為兩種情況：Z坐標(biāo)水平時(shí)，觀察者沿刀具主軸向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時(shí)，觀察者面對(duì)刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。

下圖所示為數(shù)控車(chē)床的X坐標(biāo)。（3）Y坐標(biāo)在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來(lái)確定Y坐標(biāo)的方向。２、坐標(biāo)軸方向的確定（1）Z坐標(biāo)（2）X坐標(biāo)（3）Y坐標(biāo)２、坐標(biāo)軸方向的36第一章-認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床課件37數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系示例(a)臥式車(chē)床；(b)立式銑床數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系示例38多軸數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系示例(a)臥式鏜銑床；(b)六軸加工中心多軸數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系示例391)又稱編程坐標(biāo)系，是編程時(shí)用來(lái)定義工件形狀和刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系。2)為保證編程與機(jī)床加工的一致性，工件坐標(biāo)系也應(yīng)是右手笛卡爾坐標(biāo)系。3)工件裝夾到機(jī)床上時(shí)，應(yīng)使工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向保持一致。4)編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)，也稱編程原點(diǎn)或工件原點(diǎn)，其位置由編程者確定，如下圖所示的o2點(diǎn)，1.5.2工件坐標(biāo)系1)又稱編程坐標(biāo)系，是編程時(shí)用來(lái)定義工件形狀40立式數(shù)控銑床坐標(biāo)系和機(jī)床原點(diǎn)、工件原點(diǎn)立式數(shù)控銑床坐標(biāo)系和機(jī)床原點(diǎn)、工件原點(diǎn)41本章小結(jié)介紹數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展、數(shù)控機(jī)床的組成及工作過(guò)程、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)、數(shù)控機(jī)床的分類、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系以及數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)，旨在給出關(guān)于數(shù)控機(jī)床整體的宏觀概念。本章小結(jié)介紹數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展、數(shù)控機(jī)床的組成及工作過(guò)程、42廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院王如意數(shù)控編程與加工技術(shù)廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院王如意數(shù)控編程與加工技術(shù)43課題一認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床一、新課的導(dǎo)入1、常用的機(jī)械加工設(shè)備有哪些？2、它們有什么樣的加工特點(diǎn)？3、各種機(jī)械加工應(yīng)用于什么場(chǎng)合？

課題一認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床一、新課的導(dǎo)入441．1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1．1．1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生1．1．2我國(guó)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀1．1．3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)二、新課的教學(xué)內(nèi)容1．1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展1．1．1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生二45

1949年美國(guó)Parson公司與麻省理工學(xué)院開(kāi)始合作，歷時(shí)三年研制出能進(jìn)行三軸控制的數(shù)控銑床樣機(jī)，取名“NumericalControl”。

1953年麻省理工學(xué)院開(kāi)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(yǔ)言。

1959年美國(guó)Keaney&Trecker公司開(kāi)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、攻絲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。1.1.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

1949年美國(guó)Parson公司與麻省理46

1968年英國(guó)首次將多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、無(wú)人化搬運(yùn)小車(chē)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(kāi)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(kāi)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。1968年英國(guó)首次將多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、無(wú)人化搬運(yùn)471.1.2我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況

我國(guó)雖然早在1958年就開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，但由于歷史原因，一直沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性成果。20世紀(jì)70年代初期，曾掀起研制數(shù)控機(jī)床的熱潮，但當(dāng)時(shí)是采用分立元件，性能不穩(wěn)定，可靠性差。

1980年北京機(jī)床研究所引進(jìn)日本FANUC5、7、3、6數(shù)控系統(tǒng)，上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國(guó)GE公司的MTC－1數(shù)控系統(tǒng)，遼寧精密儀器廠引進(jìn)美國(guó)Bendix公司的DynapthLTD10數(shù)控系統(tǒng)。在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開(kāi)發(fā)出BS03經(jīng)濟(jì)型數(shù)控和BS04全功能數(shù)控系統(tǒng)，航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)。“八五”期間國(guó)家又組織近百個(gè)單位進(jìn)行以發(fā)展自主版權(quán)為目標(biāo)的“數(shù)控技術(shù)攻關(guān)”，從而為數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化建立了基礎(chǔ)。

1.1.2我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況48

20世紀(jì)90年代末，華中數(shù)控自主開(kāi)發(fā)出基于PC-NC的HNC數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，加大了我國(guó)數(shù)控機(jī)床在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力度。據(jù)1997年不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共擁有數(shù)控機(jī)床12萬(wàn)臺(tái)。目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)有100多家，年產(chǎn)量增加到1萬(wàn)多臺(tái)，品種滿足率達(dá)80%，并在有些企業(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。20世紀(jì)90年代末，華中數(shù)控自主開(kāi)發(fā)出基于49現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。1)高速切削受高生產(chǎn)率的驅(qū)使，高速化已是現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。高速切削可通過(guò)高速運(yùn)算技術(shù)、快速插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)、超高速通信技術(shù)和高速主軸等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。高主軸轉(zhuǎn)速可減少切削力，減小切削深度，有利于克服機(jī)床振動(dòng)，傳入零件中的熱量大大減低，排屑加快，熱變形減小，加工精度和表面質(zhì)量得到顯著改善。因此，經(jīng)高速加工的工件一般不需要精加工。1.1.3數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高柔性化、高一502)高精度控制高精度化一直是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的目標(biāo)。它包括機(jī)床制造的幾何精度和機(jī)床使用的加工精度控制兩方面。提高機(jī)床的加工精度，一般是通過(guò)減少數(shù)控系統(tǒng)誤差，提高數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)特性和熱穩(wěn)定性，采用補(bǔ)償技術(shù)和輔助措施來(lái)達(dá)到的。目前精整加工精度已提高到0.1μm，并進(jìn)入了亞微米級(jí)，不久超精度加工將進(jìn)入納米時(shí)代。(加工精度達(dá)0.01μm)2)高精度控制513)高柔性化柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。目前，在進(jìn)一步提高單機(jī)柔性自動(dòng)化加工的同時(shí)，正努力向單元柔性和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)在21世紀(jì)將具有最大限度的柔性，能實(shí)現(xiàn)多種用途。具體是指具有開(kāi)放性體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)重構(gòu)和編輯，視需要系統(tǒng)的組成可大可?。还δ芸蓪Ｓ靡部赏ㄓ茫δ軆r(jià)格比可調(diào)；可以集成用戶的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，形成專家系統(tǒng)。3)高柔性化524)高一體化CNC系統(tǒng)與加工過(guò)程作為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)機(jī)、電、光、聲綜合控制，測(cè)量、造型、加工一體化，加工、實(shí)時(shí)檢測(cè)與修正一體化，機(jī)床主機(jī)設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。5)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)多種通訊協(xié)議，既滿足單機(jī)需要，又能滿足FMS(柔性制造系統(tǒng))、CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))對(duì)基層設(shè)備的要求。配置網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)Internet可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制加工，進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)和診斷，使維修變得簡(jiǎn)單。建立分布式網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)，可便于形成“全球制造”。4)高一體化536)智能化21世紀(jì)的CNC系統(tǒng)將是一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)。具體是指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自適應(yīng)、自診斷和自調(diào)整；多媒體人機(jī)接口使用戶操作簡(jiǎn)單，智能編程使編程更加直觀，可使用自然語(yǔ)言編程；加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫(kù)；智能監(jiān)控；采用專家系統(tǒng)以降低對(duì)操作者的要求等。6)智能化54數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床本體組成。1.輸入輸出設(shè)備2.數(shù)控裝置3.伺服系統(tǒng)4.測(cè)量反饋裝置5.機(jī)床本體6.輔助控制系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體測(cè)量反饋裝置數(shù)控機(jī)床組成圖1.2數(shù)控機(jī)床的組成及工作過(guò)程1.2.1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、伺服系統(tǒng)、測(cè)量55數(shù)控機(jī)床的組成

主軸電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)伺服電機(jī)刀庫(kù)刀具定位電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)數(shù)控機(jī)床的組成

主軸電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)伺服電機(jī)刀庫(kù)刀具定位56數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）是采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床。它數(shù)控技術(shù)典型應(yīng)用的例子。數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControlCNC）以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。1.2.2數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachine57

數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程加工準(zhǔn)備階段機(jī)床調(diào)整階段程序調(diào)試階段試切加工階段正式加工階段檢測(cè)數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程加工準(zhǔn)備階段機(jī)床調(diào)整階段程序調(diào)58數(shù)控加工原理框圖1．?dāng)?shù)控編程及輸入2．?dāng)?shù)據(jù)處理和計(jì)算3．伺服控制和機(jī)床加工數(shù)控加工原理框圖1．?dāng)?shù)控編程及輸入59從上圖可以看出，數(shù)控加工過(guò)程總體上可分為數(shù)控程序編制和機(jī)床加工控制兩大部分。數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)啟停、換向和變速，能自動(dòng)控制進(jìn)給速度、方向和加工路線，進(jìn)行加工，能選擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及行走軌跡，能完成加工中所需要的各種輔助動(dòng)作。從上圖可以看出，數(shù)控加工過(guò)程總體上可分為數(shù)控601．3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1.適應(yīng)性強(qiáng)2.精度高，質(zhì)量穩(wěn)定3.生產(chǎn)效率高4.能完成復(fù)雜型面的加工5.減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化1．3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1.適應(yīng)性強(qiáng)61１．4數(shù)控機(jī)床的分類

1.4.1、按工藝用途分類

１.金屬切削類（1）普通數(shù)控機(jī)床數(shù)控車(chē)、銑、鉆、鏜及磨床等（2）數(shù)控加工中心——多工序數(shù)控機(jī)床帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，如鏜銑加工中心和車(chē)削加工中心特點(diǎn)：零件一次裝夾，多種工藝、多道工序的集中連續(xù)加工，減少機(jī)床臺(tái)數(shù)和裝卸工件、更換調(diào)整刀具的輔助時(shí)間，提高了機(jī)床效率；減少了多次安裝造成的定位誤差，提高了各加工面之間的位置精度。１．4數(shù)控機(jī)床的分類

1.4.1、按工藝用途分類

１.62２.金屬成型類數(shù)控機(jī)床數(shù)控沖床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等３.數(shù)控特種加工機(jī)床數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控高壓水切割機(jī)、數(shù)控等離子切割機(jī)等４.其他類型的數(shù)控機(jī)床數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控繪圖儀等２.金屬成型類數(shù)控機(jī)床631.4.2按加工控制路線分類有點(diǎn)位控制機(jī)床、直線控制機(jī)床和輪廓控制機(jī)床。1.點(diǎn)位控制機(jī)床。它如圖1-3(a)所示，只控制刀具從一點(diǎn)向另一點(diǎn)移動(dòng)，而不管其中間行走軌跡的控制方式。在從點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng)過(guò)程中，只作快速空程的定位運(yùn)動(dòng)，因此不能用于加工過(guò)程的控制。屬于點(diǎn)位控制的典型機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。這類機(jī)床的數(shù)控功能主要用于控制加工部位的相對(duì)位置精度，而其加工切削過(guò)程還得靠手工控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行。1.4.2按加工控制路線分類64圖1-3按加工控制路線分類(a)點(diǎn)位控制；(b)直線控制；(c)輪廓控制圖1-3按加工控制路線分類65(2)直線控制機(jī)床。它如圖1-3(b)所示，可控制刀具相對(duì)于工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于某一坐標(biāo)軸方向或與坐標(biāo)軸成45°的斜線方向作直線軌跡的加工。這種方式是一次同時(shí)只有某一軸在運(yùn)動(dòng)，或讓兩軸以相同的速度同時(shí)運(yùn)動(dòng)以形成45(的斜線，所以其控制難度不大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。一般地，都是將點(diǎn)位與直線控制方式結(jié)合起來(lái)，組成點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)而用于機(jī)床上。這種形式的典型機(jī)床有車(chē)階梯軸的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鏜銑床和簡(jiǎn)單加工中心等。(2)直線控制機(jī)床。它如圖1-3(b)所示66(3)輪廓控制機(jī)床。它又稱連續(xù)控制機(jī)床。如圖1-3(c)所示，可控制刀具相對(duì)于工件作連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)，能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配以自動(dòng)編程計(jì)算，可加工任意形狀的曲線和曲面。典型的輪廓控制型機(jī)床有數(shù)控銑床、功能完善的數(shù)控車(chē)床、數(shù)控磨床和數(shù)控電加工機(jī)床等。(3)輪廓控制機(jī)床。它又稱連續(xù)控制機(jī)床。如671.4.3.按伺服系統(tǒng)的控制原理分類

1.開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

工作臺(tái)減速器開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖步進(jìn)電機(jī)控制電路數(shù)控裝置輸入1.4.3.按伺服系統(tǒng)的控制原理分類工作臺(tái)減速器68開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)692.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺(tái)速度檢測(cè)元件轉(zhuǎn)角檢測(cè)元件半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度反饋位置反饋輸入2.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床數(shù)控控制伺服工作臺(tái)速度檢測(cè)元件轉(zhuǎn)角檢70半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)713.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)

數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度檢測(cè)元件位置檢測(cè)元件位置反饋速度反饋輸入3.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)數(shù)控控制伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度72閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)731.5數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系1.5.1機(jī)床坐標(biāo)系１、機(jī)床坐標(biāo)系的確定（1）機(jī)床相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)定在機(jī)床上，我們始終認(rèn)為工件靜止，而刀具是運(yùn)動(dòng)的。這樣編程人員在不考慮機(jī)床上工件與刀具具體運(yùn)動(dòng)的情況下，就可以依據(jù)零件圖樣，確定機(jī)床的加工過(guò)程。1.5數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系1.5.1機(jī)床坐標(biāo)系74（2）機(jī)床坐標(biāo)系的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床坐標(biāo)系中X、Y、Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手笛卡爾直角坐標(biāo)系決定。在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控裝置來(lái)控制的，為了確定數(shù)控機(jī)床上的成形運(yùn)