第一章 數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)(1~3)

數(shù)控加工技術(shù)

緒論數(shù)控加工技術(shù)MV4VACYCLE

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PROTECT數(shù)控加工是根據(jù)被加工零件的圖樣和工藝要求，編制成以數(shù)碼表示的程序輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置或控制計(jì)算機(jī)中，以控制工件和工具的相對運(yùn)動，使之加工出合格零件的方法第1章概論 1.1

數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生

1959年，由于在計(jì)算機(jī)行業(yè)中研制出晶體管元件，在數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印刷電路板，從而跨入了第二代。 1965年，出現(xiàn)小規(guī)模集成電路，由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。 以上三代系統(tǒng)，都是采用專用控制計(jì)算機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，，統(tǒng)稱為普通數(shù)控系統(tǒng)。

隨著當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格急劇下降，激烈地沖擊著市場。數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家采用小型計(jì)算機(jī)來取代專用控制計(jì)算機(jī)，許多功能可以依靠編制專用程序存在計(jì)算機(jī)的存儲器中，構(gòu)成控制軟件而加以實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。這種數(shù)控系統(tǒng)，稱為第四代系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更新很快，就在1970年前后，有了小型處理器，并且用到了各個(gè)行業(yè)，數(shù)控技術(shù)也不例外。以小處理機(jī)技術(shù)為特征的數(shù)控系統(tǒng)稱為第五代系統(tǒng)。1990年的第六代——有了PC的數(shù)控機(jī)床。1.1.2我國的發(fā)展情況我國從1958年開始研究數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)，60年代我國研制出了可以加工非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件的銑床、數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從1973年以來進(jìn)行了數(shù)控機(jī)床的研制，經(jīng)過3年努力，到1975年已試制生產(chǎn)了300多臺數(shù)控機(jī)床。1982年，青海第一機(jī)床廠生產(chǎn)的XHK754臥式加工中心，長城機(jī)床廠生產(chǎn)的CK7815數(shù)控車床可以陸續(xù)形成了批量生產(chǎn)。

數(shù)控機(jī)床可以按多種方式進(jìn)行分類。若按工藝用途，可將其分為一般數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心機(jī)床、多坐標(biāo)機(jī)床等；

若按測量裝置的有無及位置可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)等系統(tǒng)。三、數(shù)控加工的特點(diǎn)與適應(yīng)性1.具有加工復(fù)雜形狀零件的能力2.具有良好的加工柔性3.加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定4.生產(chǎn)效率高，勞動強(qiáng)度低5.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化三、數(shù)控加工的特點(diǎn)與適應(yīng)性根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)與大量應(yīng)用實(shí)踐，最適應(yīng)（廣義上的適應(yīng)，并非指某一具體種類的數(shù)控機(jī)床）數(shù)控加工的零件類型是：1）形狀復(fù)雜2）必須在一次裝夾中合并完成銑、鏜、鉸、鉆及攻螺紋等多工序的零件。3）中、小批量生產(chǎn)4）在通用機(jī)床上加工時(shí)，要求設(shè)計(jì)制造復(fù)雜的專用工具裝夾或需做長時(shí)間調(diào)整的零件。5）公差帶小、互換性好、要求精確復(fù)雜的零件第一章數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)第一章數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)一、數(shù)控機(jī)床的基本概念：●數(shù)控技術(shù)(NumericalControlTechnology)：指利用數(shù)字、字母和符號對機(jī)械運(yùn)動及工作過程進(jìn)行程序控制的技術(shù)；●數(shù)控系統(tǒng)(NumericalControlSystem)：指實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件模塊有機(jī)集成系統(tǒng)，它是數(shù)控技術(shù)的載體；●計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(ComputerNumericalControl,CNC)：指以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)；●數(shù)控機(jī)床(NumericalControlMachineTools)：指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)控加工是泛指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝方法。一般地說，數(shù)控加工技術(shù)主要涉及數(shù)控機(jī)床加工工藝和數(shù)控編程技術(shù)兩大方面，數(shù)控加工中的刀具、夾具等工裝也在其涉及的范疇之內(nèi)。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動可控性為數(shù)控加工提供了硬件基礎(chǔ)，但數(shù)控機(jī)床是按照提供給它的指令信息——加工程序來執(zhí)行運(yùn)動的，因此數(shù)控加工工藝的制定和零件加工程序的編制是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的重要環(huán)節(jié)。

數(shù)控加工的一般過程數(shù)控加工原理第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念二、機(jī)床數(shù)控技術(shù)的組成機(jī)床數(shù)控技術(shù)主要由機(jī)床本體、數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控加工技術(shù)三大部分組成。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念1.機(jī)床本體：機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對象，是實(shí)現(xiàn)加工工件的執(zhí)行部件。

由主運(yùn)動部件（主軸、主運(yùn)動傳動機(jī)構(gòu)）、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺、托板及相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)）、支撐件（立柱、床身等）以及自動工件交換（APC)系統(tǒng)、自動刀具交換（ATC)系統(tǒng)和輔助裝置（冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）組成。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念

數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床在整體布局上有不少相似之處，在設(shè)計(jì)中相對普通機(jī)床作了重大的調(diào)整：1）采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，機(jī)床傳動系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)在為簡化。2）采用了滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌等高效、無間隙的傳動部件，機(jī)床各個(gè)運(yùn)動副間的摩擦系數(shù)較小，傳動精度較高。3）機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼及耐磨性，熱變形降低。4）機(jī)床功能部件、輔助裝置增多，形成了多功能集成化和工藝復(fù)合化的新結(jié)構(gòu)。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念2.數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是一種程序控制系統(tǒng)，它嚴(yán)格按照外部輸入的程序控制機(jī)床運(yùn)動。由于按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)編制的加工程序，記載了機(jī)床加工所需的全部信息（刀具軌跡信息、工藝信息等），故數(shù)控機(jī)床可自動加工出符合圖樣要求的零件。

數(shù)控系統(tǒng)主要由輸入輸出裝置、數(shù)控裝置、進(jìn)給驅(qū)動裝置、主軸驅(qū)動裝置、電器控制裝置等部分組成。2.數(shù)控系統(tǒng)PLC機(jī)床I/O電路和裝置操作面板主軸伺服單元主軸驅(qū)動裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置進(jìn)給伺服單元進(jìn)給驅(qū)動裝置測量裝置輸入輸出設(shè)備鍵盤計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床主運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)輔助控制機(jī)構(gòu)第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念1.數(shù)控裝置：數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。對輸入的信息進(jìn)行譯碼、處理與計(jì)算并發(fā)出相應(yīng)執(zhí)行命令裝置。CNC裝置的系統(tǒng)軟件由管理和控制兩部分組成。通過MDI方式直接從鍵盤輸入，或通過軟驅(qū)、USB接口、RS232C接口輸入的數(shù)控加工程序，由數(shù)控裝置構(gòu)件加以識別與解釋，并對解釋結(jié)果的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和邏輯處理。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念2.進(jìn)給驅(qū)動裝置數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)：分主軸伺服系統(tǒng)與進(jìn)行伺服系統(tǒng)兩種，前者主要是實(shí)現(xiàn)工作加工的切削運(yùn)動，后者是控制工件加工的成形運(yùn)動。進(jìn)給驅(qū)動裝置又稱伺服驅(qū)動裝置，是數(shù)控裝置和機(jī)床本體進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件的聯(lián)系環(huán)節(jié)。它接受來自數(shù)控裝置的位置與速度控制信息，根據(jù)這些信息，驅(qū)動進(jìn)給發(fā)動機(jī)帶動執(zhí)行部件運(yùn)動并正確定位。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念（3）主軸驅(qū)動裝置數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動裝置是數(shù)控裝置和機(jī)床本體主運(yùn)動執(zhí)行部件的聯(lián)系環(huán)節(jié)。它也分為直流主軸驅(qū)動與交流驅(qū)動兩種類型。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念3.數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)主要涉及數(shù)控加工工藝、數(shù)控加工工藝裝備和數(shù)控加工程序編制等技術(shù)。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念

人們對多品種小批量生產(chǎn)條件下，數(shù)控加工工藝裝備和數(shù)控加工程序編制等技術(shù)利用率在良好的使用條件下為80%，而通常僅為60%左右，其余20%～40%。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念（1）數(shù)控加工工藝與工裝數(shù)控加工工藝規(guī)程和普通機(jī)床加工工藝規(guī)程相比，在許多方面遵循的普遍原則是基本一致的，但數(shù)控加工有著它的特殊性。加工工藝參數(shù)：數(shù)控機(jī)床較普通機(jī)床的剛度高，數(shù)控加工刀具的切削性能好，在同等條件下，所采用的切削用量要比普通機(jī)床大，加工效率高。工藝內(nèi)容：數(shù)控加工的工藝內(nèi)容十分具體且相當(dāng)嚴(yán)密，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床自動化程度高，數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化和諧越來越高，故數(shù)控加工的工序相對集中，工序數(shù)目減少了，但工序內(nèi)容要比普通機(jī)床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念（2）數(shù)控加工程序的編制在掌握數(shù)控加工工藝與工裝技術(shù)的基礎(chǔ)上對被加工零件做好工藝處理后，便可充分利用數(shù)控系統(tǒng)的指令功能編制加工程序。第一章數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類及應(yīng)用第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類及應(yīng)用機(jī)床的工藝用途切削加工類（普通數(shù)控機(jī)床、加工中心兩類）成型加工類（通過物理方法心改變工件形狀的）如數(shù)控沖壓機(jī)、彎管機(jī)、折彎機(jī)等特種加工類（如電火花、激光加工機(jī)床等）其他類型數(shù)控等離子切割、火焰切割、點(diǎn)焊機(jī)、三坐標(biāo)測量機(jī)等控制功能點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床（只控制到點(diǎn)的精確位置，不管過程）直線控制數(shù)控機(jī)床（控制平行軸、與軸夾角為45度的直線上的位置與速度）輪廓控制數(shù)控機(jī)床（具備兩軸以上聯(lián)動能力）進(jìn)給伺服系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控機(jī)床（無位置檢測裝置，單向信息流）半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床（通過控制電動機(jī)絲杠的轉(zhuǎn)角來控制工作臺的位置）閉環(huán)數(shù)控機(jī)床（直接在工作臺上安裝檢測裝置）數(shù)控加工演示二、按運(yùn)動控制方式分類：可以分為點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制。概念：（1）點(diǎn)位控制

點(diǎn)位控制方式就是刀具與工件相對運(yùn)動時(shí)，只控制從一點(diǎn)運(yùn)動到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確性，而不考慮兩點(diǎn)之間的運(yùn)動路徑和方向。移動時(shí)，刀具未加工。適用范圍：多應(yīng)用于數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床和數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。（2）直線控制

直線控制方式就是刀具與工件相對運(yùn)動時(shí)，除控制從起點(diǎn)到終點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要保證平行坐標(biāo)軸的直線切削運(yùn)動。適用范圍：用于簡易數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床。（3）輪廓控制(又稱連續(xù)軌跡控制）

輪廓控制就是刀具與工件作相對運(yùn)動時(shí)，能對兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸的運(yùn)動同時(shí)進(jìn)行控制。

適用范圍：這類控制方式的數(shù)控機(jī)床有:數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心等。

①開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床三、按進(jìn)給伺服裝置類型分類：此類控制的數(shù)控機(jī)床其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件。此類數(shù)控機(jī)床的信息是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實(shí)際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測，也不能進(jìn)行誤差校正。②閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是指在機(jī)床移動部件上安裝直線位移檢測裝置，直接對工作臺的實(shí)際位移進(jìn)行檢測，將測量的實(shí)際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對機(jī)床進(jìn)行控制，使移動部件按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)移動部件的精確運(yùn)動的和定位。

由于工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)數(shù)控機(jī)床。閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。③半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是指在伺服電動機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實(shí)際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進(jìn)行修正。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。四、按可控制聯(lián)動的坐標(biāo)軸分類概念：數(shù)控機(jī)床可控制聯(lián)動的坐標(biāo)軸，是指數(shù)控裝置控制幾個(gè)伺服電動機(jī)，同時(shí)驅(qū)動機(jī)床移動部件運(yùn)動的坐標(biāo)軸數(shù)目。分類：（1）兩坐標(biāo)聯(lián)動（2）三坐標(biāo)聯(lián)動（3）兩軸半坐標(biāo)聯(lián)動（4）多坐標(biāo)聯(lián)動（a）臥式車床四、按聯(lián)動軸數(shù)分類（1）兩坐標(biāo)聯(lián)動

數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制兩個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動即數(shù)控裝置同時(shí)控制X和Z方向運(yùn)動。圖（a）適用數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床銑削平面輪廓。（2）三坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控機(jī)床能同時(shí)控制三個(gè)坐標(biāo)軸