數控機床與編程01

數控機床與編程主講人：安治國第1章概述1.1數控技術的發(fā)展1.2數控機床的組成及工作過程1.3數控機床的特點1.4數控機床的分類1.5

數控機床的坐標系1.6數控機床的主要性能指標

數控、數控機床與數控加工數字控制：是以數字化信號對機構的運動過程進行控制的一種方法。簡稱為數控（NC）。數控機床：指應用數控技術對加工過程進行控制的機床。數控加工：泛指在數控機床上進行零件加工的工藝過程。1）制造技術的自動化：

產品設計自動化例CAD、CAPP、CAM，

企業(yè)管理自動化例ERP，

加工自動化例現場總線、CNC、DNC；

質量控制過程自動化

第1章概述1.1數控技術的發(fā)展ERP（EnterpriseResourcePlanning)，企業(yè)資源計劃是一種主要面向制造行業(yè)進行物質資源、資金資源和信息資源集成一體化管理的企業(yè)信息管理系統(tǒng)。通過運用ERP，企業(yè)能夠利用計算機對企業(yè)的資金、貨物、人員和信息等資源進行自動化管理，具有制造，辦公操作，供應鏈管理，人力資源管理，項目管理，財務與管理，客戶服務，銷售與市場營銷等商業(yè)功能。企業(yè)資源計劃對于在企業(yè)高度普及計算機輔助管理，實現企業(yè)管理信息化和自動化，提高工作效率和增強快速反應能力，都具有十分重要的意義。

現場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡，也稱現場網絡。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網絡。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號，通過通訊的數字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線（配線的共享）。DNC是DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl英文一詞的縮寫,

DNC最早是指分布式數控系統(tǒng)（DistributedNumericalControl），其含義是用一臺大型計算機同時控制幾臺數控機床。后來隨著科學技術的進步，數控系統(tǒng)由NC（NumericalControl）發(fā)展為CNC

（ComputerNumericalControl計算機數控系統(tǒng)），每一臺數控機床由一臺計算機（CNC系統(tǒng)）來控制,所以過去的DNC概念已失去意義?，F在的CNC系統(tǒng)功能已非常完善，有很多CNC系統(tǒng)可實現一邊接收NC程序一邊進行切削加工，這就是所謂的DNC(DirectNumericalControl)，但不是所有的CNC系統(tǒng)都支持這一功能，有一些系統(tǒng)只是先將接收的加工程序存儲在系統(tǒng)內存(Memory)里，而不能同時進行切削加工，這種傳輸形式一般叫塊BLOCK)傳輸。第1章概述2）制造系統(tǒng)自動化

：

CIMS

FMS

1.1.1計算機數字控制裝置

（Computerizednumericalcontrol裝置,CNC）第1章概述

1.CNC系統(tǒng)由軟件和硬件共同完成數控任務2.CNC裝置——數控系統(tǒng)核心

第1章概述●主要工作：

1）程序輸入

2）譯碼

3）刀具補償

4）速度規(guī)劃

第1章概述●主要工作：

5）插補運算

6）位置控制

7）I/O處理

8）顯示

9）診斷

●

CNC裝置的的主要功能與特點

1）控制功能

2）

準備功能

3）插補功能

4）固定循環(huán)功能

5）進給功能第1章概述

1.1.2

柔性制造系統(tǒng)

（flexiblemanufacturingsystem,FMS）第1章概述能迅速響應市場需求而相應調整生產品種；由若干臺數控設備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的；根據制造任務和生產品種變化而迅速進行調整。定義

第1章概述主要特點級別與適用范圍組成與結構發(fā)展趨勢

FMS兩個主要特點第1章概述設備柔性工業(yè)柔性產品柔性工序柔性1）柔性：

第1章概述運行柔性批量柔性擴展柔性生產柔性FMS兩個主要特點1）柔性：

第1章概述目標：降低生產成本提高市場影響能力提高產品質量降低勞動強度改善環(huán)境2）

自動化

級別與適用范圍1.柔性制造模塊（flexiblemanufacturingmodule,FMM）第1章概述2.柔性制造單元

（flexiblemanufacturingcell,FMC）

級別與適用范圍第1章概述3.柔性制造系統(tǒng)

（flexiblemanufacturingsystem,FMS）4.柔性制造生產線

（flexiblemanufacturingline,FML）5.柔性制造工廠

（flexiblemanufacturingfactory,FMF）

組成與結構

第1章概述

圖1.1FMS的組成框圖及功能特征

發(fā)展趨勢1)向小型化、單元化方向發(fā)展第1章概述2)向規(guī)?；?、集成化方向發(fā)展3)單項技術性能與系統(tǒng)性能不斷提高4）重視人的因素

1.1.3

計算機集成制造系統(tǒng)1．計算機集成制造

（computerintegratedmanufacturing,CIM）

概念的提出

1)

1952年第一臺數控機床誕生

2)1963年幾何造型CAD系統(tǒng)首先在美國研制成功

3)1967年出現了第一套柔性制造系統(tǒng)

第1章概述

4)

1973年美國哈林頓博士提出計算機集成制造

5)1992年國際標準化組織定義計算機集成制造定義

6)我國863計劃中CIMS主題第1章概述

第1章概述2．計算機集成制造系統(tǒng)

（computerintegratedmanufacturingSYSTEM,CIMS）

概念的提出

指將CIM具體應用到一個企業(yè)，按照集成思想構成的一個具體的系統(tǒng)，是整個制造過程信息采集、傳遞加工處理的過程。

第1章概述圖1.2計算機集成制造系統(tǒng)的邏輯關系

第1章概述圖1.3計算機集成制造系統(tǒng)的構成與特點3．計算機集成制造系統(tǒng)的構成與特點

第1章概述3．計算機集成制造系統(tǒng)的特點

1）簡化系統(tǒng)及其操作，使其具有贏得全球性市場的能力。

2）采用動態(tài)多變的組織結構和虛擬公司的形式，使其能快速響應市場的變化

3）采用并行工程的方法，將產片的設計、制造、銷售、后勤保障和分配活動全部集成在一起。

4）以用戶為核心，盡可能縮短產品開發(fā)周期，提高質量、降低成本，并最大限度滿足用戶要求。

5）強調人的作用，強調技術、組織和人的全面集成。

1.1.4

數控機床的發(fā)展歷史第1章概述1）數控機床的產生

生產和科學技術的發(fā)展，機械產品日趨精密、復雜，而且改型頻繁，需要機床滿足高性能、高精度和高自動化。1.原因—社會生產發(fā)展（軍備競賽的產物）

2.目的—解決單件、中小批量精密復雜零件的加工問題3.時間—1948(設想提出)1952（第一臺數控銑）1959（第一臺加工中心）1967(英國FMS)20世紀八十年代末（CIMS）21世紀

第1章概述1）數控機床的產生

1946年第一臺電子計算機問世，奠定了數控機床產生的基礎

1948年產生數控機床的設想

1949年美國開始研制

1952年第一臺三坐標鏜銑床試制成功

第1章概述2）數控機床的發(fā)展史

（1）硬件直接數控（NC）：

1952年電子管

1959年晶體管

1965年集成電路第1章概述2）數控機床的發(fā)展史

（2）計算機軟件數控：

1968年小型計算機

1974年微處理器

基于工控PC機的通用型CNC系統(tǒng)

我國1958年研制了第一臺數控機床主要的數控系統(tǒng)廠家德國西門子公司（Siemens）德國德馬吉公司（DMG）日本發(fā)那克公司（Fanuc）西班牙發(fā)格公司（Fagor）日本大隗公司（Okuma）日本三菱公司（Mitsubishi）

第1章概述3）數控機床的產量情況

在數控系統(tǒng)不斷更新換代的同時，數控機床的品種得以不斷發(fā)展完善，幾乎所有品種的機床都實現了數字化。

第1章概述1.4.5數控技術的發(fā)展趨勢與研究方向1）高精度化

數控機床制造的幾何精度和機床使用的幾何精度兩個方面。

普通加工和精密加工的精度將提高幾倍，超精度加工進入納米時代。

第1章概述2）高可靠性衡量可靠性的重要的量化指標是平均無故障時間（MTBF）數控系統(tǒng)的MTBF值的提高數控機床整機的可靠性水平的提高

第1章概述3）高柔性化適應加工對象變化的能力。向單元柔性化和系統(tǒng)柔性化發(fā)展。

第1章概述4）復合化工序復合化和功能復合化車、銑、鏜、鉆工序集中到一臺機床沖孔、成形與激光切割復合機床等離子加工與沖壓復合機床

第1章概述5）高速度化提高切削速度和減少輔助時間提高主軸轉速，減少非切削時間，提高快速移動速度、縮短換刀時間及工作臺交換時間?？s短換刀時間和工作臺交換時間。

第1章概述6）設計CAD和宜人化設計方案選擇，整機的靜、動態(tài)特性的分析，計算，預測和優(yōu)化設計，對整機各工作部件進行動態(tài)仿真。

將功能設計與美學設計有機地結合在一起，技術與經濟、文化、藝術的協(xié)調統(tǒng)一。

第1章概述7）制造系統(tǒng)自動化

提高自動編程，自動換刀，自動上下料，自動加工

自動檢測，自動監(jiān)控，自動診斷，自動對刀，自動傳輸，自動調度，自動管理，

提高標準化和進線的適應能力，達到“無人化”管理正常生產的目標。

第1章概述1.2數控機床的主要結構及工作過程

1.2.1主要結構第1章概述1.2數控機床的組成及工作過程信息輸入

2)數控裝置

3)伺服驅動裝置及檢測反饋裝置

4)機床本體

5)機電接口x-y數控拖板變頻主軸機床本體數控系統(tǒng)及其操作面板行程開關控制電柜Z軸伺服電機

數控機床的組成

第1章概述圖1.4數控機床的主要結構數控機床各部分的作用1.輸入裝置作用：輸入程序（人機）、控制參數、補償量等方式：鍵盤輸入紙帶輸入（穿孔紙帶）磁盤輸入（硬盤、軟盤、U盤）網絡通訊(RS232、DNC、TCP/IP）2.數控裝置（NC)___數控機床大腦

作用：數控機床核心部件接受輸入信息運算與處理(譯碼、運算、邏輯處理)

產生輸出脈沖（動作、運動指令）計算機的功能

CNC：計算機數字控制裝置CNC系統(tǒng)構成CNC裝置控制軟件(軟件功能)硬件電路(硬件功能)主軸伺服單元主軸驅動裝置可編程控制器進給伺服單元進給驅動裝置測量裝置(位置\速度)程序操作面板輸入輸出設備機床M.S.T\輔助指令信號主軸電機主軸動作完成進給動作PLC完成開關動作伺服驅動系統(tǒng)進給電機電→機信號轉換\放大經插補運算,輸出各坐標軸進給速度、進給方向和位移量指令經邏輯運算,輸出主軸變速、換向和起停信號選擇和交換刀具的刀具指令信號輔助指令信號:冷卻、潤滑、夾經緊、松開、分度等.控制信號3.伺服系統(tǒng)：數控機床的動力裝置

作用：接受數控裝置的輸出驅動與放大實現電→機轉換

第1章概述圖1.5數控機床的主要工作流程

1.2.2主要工作過程1.3數控機床的特點第1章概述1.3.1

數控機床的特點(相對普通機床)自動化程度高

2)適應性強

3)精度高

4)效率高

5)減輕勞動強度

6)有利用生產管理的現代化不同加工方式示例

成型零件

成形車刀仿型加工靠模板數控加工

第1章概述1.3.2

CNC機床的特點(相對NC機床)柔性好

2)功能強

3)通用性好

4)可靠性高

5)易于實現機電一體化

1.4

數控機床的分類1.4.1

按伺服控制方式分類第1章概述1）開環(huán)控制圖1.6開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

第1章概述圖1.7閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖2）閉環(huán)控制系統(tǒng)

第1章概述圖1.8半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)

第1章概述1）

普通數控機床自動化程度高、精度高1.4.2按工藝用途分類數控機床：

車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床，數控機床就是在普通機床上發(fā)展過來的，數控的意思就是數字控制。

給機床裝上數控系統(tǒng)后，機床就成了數控機床。當然，普通機床發(fā)展到數控機床不只是加裝系統(tǒng)這么簡單，例如：從銑床發(fā)展到加工中心，機床結構發(fā)生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。

我們一般所說的數控設備，主要是指數控機床和加工中心。

2）

數控加工中心帶刀庫和自動接刀裝置的數控機床。加工中心

指備有刀庫，具有自動換刀功能，對工件一次裝夾后進行多工序加工的數控機床。加工中心是高度機電一體化的產品，工件裝夾后，數控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉速、進給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。因而大大減少了工件裝夾時間，測量和機床調整等輔助工序時間，對加工形狀比較復雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經濟效果。

第1章概述3）

多坐標軸數控機床

可以加工復雜形狀的零件，來完成需要三個以上坐標的合成才能加工的曲面形狀。

第1章概述4）數控特種加工機床

電火花加工機床

數控線切割機床

數控激光切割機床

電火花加工又稱放電加工（ElectricalDischargeMachining簡稱EDM）或電蝕加工，是一種通過工件和工具電極之間的脈沖放電而有控制地去除工件材料的加工方法。工件和工具電極間通常充有液體的電介質（工作液）。利用這種方法進行成形和穿孔加工。從70年代起，數控技術進入成形加工領域并快速發(fā)展，數控電火花也隨之發(fā)展包括了電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花成形磨削、電火花同步回轉加工、電火花表面強化和刻字等加工方法。在機械加工中主要用電火花成形加工和電火花線切割加工。立柱式滑枕式龍門式

數控線切割加工是在電火花加工基礎上發(fā)展起來的一種新的工藝形式，基本原理是利用移動的線狀金屬絲（銅絲或鉬絲）作為工具電極（接高頻脈沖電源的負極），對工件（接高頻脈沖電源的正極）進行脈沖火花放電而切割成所需的工件形狀與尺寸，故稱為又稱為數控電火花線切割。線切割加工時，線電極一方面相對于工件不斷地移動(慢速走絲是單向移動，快速走絲是往返移動)，另一方面，裝夾工件的十字工作臺，由數控伺服電動機驅動，在x、y軸方向實現切割進給，使線電極沿加工圖形的軌跡運動對工件進行切割加工，見圖所示。a）各種零件的加工b）冷沖凸模的加工d）棱錐體形件c）多孔窄縫加工

第1章概述1.4.3按機床的運動軌跡分類

1）

點位控制系統(tǒng)指機床移動部件只能實現由一個位置到另一個位置的精確移動，在移動和定位過程中不進行任何加工，機床移動部件的運動路線并不影響加工的孔距精度。圖1.9數控鉆床工作原理

第1章概述圖1.9數控鉆床工作原理2）直線控制數控機床要求控制點的準確定位，要求控制刀具以一定的速度沿直線平行的方向進行加工。

具有主軸轉速的選擇與控制、切削速度與刀具的選擇、循環(huán)加工等輔助功能3）輪廓控制數控機床能夠對兩個或兩個以上運動坐標的位移和速度同時進行連續(xù)相關的控制。具有插補運算功能?？梢赃M行各種斜線、圓弧、曲線的加工。

第1章概述舉例：數控鉆床

第1章概述舉例：數控坐標鏜床

第1章概述舉例：數控彎管機

第1章概述舉例：