現(xiàn)代數(shù)控加工工藝與裝備第1章

數(shù)控加工工藝與裝備1、理解數(shù)控加工工藝系統(tǒng)、數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機床的概念2、熟悉數(shù)控加工過程及數(shù)控加工原理3、掌握數(shù)控加工工藝特點和數(shù)控加工的主要內(nèi)容4、掌握數(shù)控機床的組成與分類；數(shù)控機床的主要性能指標(biāo)及應(yīng)用范圍5、了解數(shù)控加工與工藝技術(shù)的新發(fā)展學(xué)習(xí)目的第1章數(shù)控加工工藝系統(tǒng)1.1數(shù)控加工工藝系統(tǒng)概述第1章數(shù)控加工工藝系統(tǒng)本章主要內(nèi)容如下：●現(xiàn)場教學(xué)：數(shù)控實訓(xùn)中心1.2數(shù)控機床組成系統(tǒng)1.3數(shù)控加工與工藝技術(shù)的新發(fā)展1.1數(shù)控加工工藝系統(tǒng)概述1.1.1數(shù)控加工原理及加工過程

1.數(shù)控概念

(1)數(shù)字控制(NC)：是一種用數(shù)字化信號對控制對象進行自動控制的技術(shù)。(2)數(shù)控技術(shù)：是指用數(shù)字、字母和符號對某一工作過程進行可編程自動控制的技術(shù)。(3)數(shù)控系統(tǒng)：是指實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件

（6）工藝系統(tǒng)的概念：在數(shù)控機床加工過程中，由機床、夾具、刀具和工件等組成的系統(tǒng)，稱為數(shù)控加工工藝系統(tǒng)。

（7）數(shù)控加工工藝系統(tǒng)的組成：由數(shù)控機床、夾具、刀具和工件等組成。

(5)數(shù)控機床(NCMachine)：是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對加工過程進行控制的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。模塊的有機集成系統(tǒng)，它是數(shù)控技術(shù)的載體。(4)計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)：是指以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。

數(shù)控加工就是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件，編制零件數(shù)控加工程序，并輸入到數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)，以控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。2.數(shù)控加工過程數(shù)控加工流程3.數(shù)控加工原理

CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程：譯碼、刀補處理、插補計算、PLC控制。1.1.2數(shù)控加工工藝過程

1．工藝過程

數(shù)控加工工藝是指采用數(shù)控機床加工零件時，所運用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝過程是利用切削刀具在數(shù)控機床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。

2．?dāng)?shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系(1)數(shù)控程序(2)數(shù)控編程(3)數(shù)控加工工藝與數(shù)控編程的關(guān)系1.1.3數(shù)控加工工藝特點1．?dāng)?shù)控加工工藝內(nèi)容要求更加具體、詳細

2．?dāng)?shù)控加工工藝要求更嚴密、精確

3．?dāng)?shù)控加工零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計算4．考慮進給速度對零件形狀精度的影響5．強調(diào)刀具選擇的重要性

6．?dāng)?shù)控加工工藝的特殊要求7．?dāng)?shù)控加工程序的編寫、校驗與修改是數(shù)控加工工藝的一項特殊內(nèi)容(1)通過數(shù)控加工的適應(yīng)性分析選擇并確定進行數(shù)控加工的零件的內(nèi)容；零件圖紙工藝分析數(shù)值計算編制輸入程序安裝工件對刀試切加工檢驗1.1.4數(shù)控加工的內(nèi)容和特點一.數(shù)控加工內(nèi)容(2)結(jié)合加工表面的特點和數(shù)控設(shè)備的功能對零件進行數(shù)控加工的工藝分析；(3)進行數(shù)控加工的工藝設(shè)計；(4)對零件圖形進行數(shù)學(xué)處理和計算；

(5)編寫加工程序單；(6)按程序單制作控制介質(zhì)，如磁帶、磁盤等；(7)檢驗與修改加工程序；(8)首件試加工以進一步修改加工程序；(9)編制數(shù)控加工工藝技術(shù)文件，如數(shù)控加工工序卡，程序說明卡，走刀路線圖等。二.數(shù)控加工特點1．對加工對象改型的適應(yīng)性強2．加工精度高3．加工生產(chǎn)率高4．減輕操作者的勞動強度5．良好的經(jīng)濟效益6．有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化1.2數(shù)控機床組成系統(tǒng)1.2.1數(shù)控機床的組成與分類

數(shù)控機床是一種利用數(shù)控技術(shù)，按照事先編好的程序?qū)崿F(xiàn)動作的機床。它由控制介質(zhì)(穿孔帶、磁帶)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床四部分及輔助裝置組成。（1）控制介質(zhì)控制介質(zhì)是人機交流的媒介。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶或軟磁盤等，通過數(shù)控機床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元內(nèi)。1數(shù)控機床的組成●控制介質(zhì)輸入一種方法是通過紙帶輸入。另一種方法是軟驅(qū)輸入。●手動輸入手動數(shù)據(jù)輸入(ManualDataInput,MDl)。程序編輯界面(EDIT)狀態(tài)下，用按鍵輸入?！裰苯虞斎氪鎯ζ魇褂脭?shù)控裝置的串行口，直接讀入在自動編程機上、其他計算機上或網(wǎng)絡(luò)上編制好的加工程序。

由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成，是數(shù)控機床的中樞。程序載體通過輸入裝置將加工信息傳給CNC單元，編譯成計算機能識別的信息、由信息處理部分按照控制程序的規(guī)定，逐步存儲并進行處理后，通過輸出單元發(fā)出位置和速度指令給伺服系統(tǒng)和主運動控制部分。

（2）數(shù)控裝置（CNC單元）伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行部分。它能將數(shù)控裝置送來的指令信息加以放大，經(jīng)功率放大后。通過機床進給傳動元件(如齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母等)，去驅(qū)動機床移動部件(工作臺或刀架)，以便精確定位或按照規(guī)定的軌跡和速度運動，使機床加工出符合圖樣要求的零件。信息輸入到CNC單元內(nèi)。伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置有：開環(huán)伺服系統(tǒng)常用步進電動機，閉環(huán)伺服系統(tǒng)常用脈寬調(diào)速直流電動機和交流伺服電機等。

（3）伺服系統(tǒng)

數(shù)控機床的本體是指其機械結(jié)構(gòu)實體，是實現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。它主要由主運動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)（如工作臺、刀架）、以及輔助部分（如液壓、氣動、冷卻和潤滑部分等）和支撐部件（如床身、立柱）等一般部件外，尚有些特殊部件，如儲備刀具的刀庫、自動換刀裝置(ATC)、自動托盤交換裝置等。

（4）機床本件

輔助裝置主要包括換刀機構(gòu)、工件自動交換機構(gòu)、工件夾緊機構(gòu)、潤滑裝置、冷卻裝置、照明裝置、排屑裝置、液壓汽動系統(tǒng)、過載保護與限位保護裝置等。

（5）

輔助裝置2.數(shù)控機床的分類（1）按機床運動軌跡的分類

●點位控制數(shù)控機床點位控制

主要用于平面內(nèi)的孔系，主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控彎管機和數(shù)控沖剪床等。

直線控制數(shù)控機床又稱為平行切削控制。一般只能加工矩形、臺階形零件。主要有比較簡單的數(shù)控鏜銑床、數(shù)控車床和加工中心等。直線控制

●直線控制數(shù)控機床

●輪廓控制數(shù)控機床

輪廓控制就是刀具與工作相對運動時，能對兩個或兩個以上坐標(biāo)軸的運動同時進行控制。輪廓控制指的是可以同時控制2軸。主要用于數(shù)控車床加工回轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工曲線柱面。a)b)2軸聯(lián)動的輪廓加工

①2軸控制

即指兩個軸連續(xù)控制、第3個軸作周期性的點位或直線控制，從而實現(xiàn)三個坐標(biāo)軸X、Y、Z內(nèi)的二維控制。二軸半聯(lián)動的曲面加工

②2.5軸控制是指同時控制X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸聯(lián)動，進行三維的立體加工，比較多的用于數(shù)控銑床、加工中心等。3軸聯(lián)動的曲面加工控制

③3軸控制是指同時控制四個坐標(biāo)運動，即在X、Y、Z三個直角坐標(biāo)軸之外，再加一個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。4軸聯(lián)動的數(shù)控機床

④4軸控制五軸是指在直線坐標(biāo)X、Y、Z以外，再加上圍繞這些直線坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C中的兩個坐標(biāo)，形成同時控制五個軸聯(lián)動。⑤5軸控制5軸聯(lián)動的加工中心加工工件

（2）按伺服系統(tǒng)類型分類●開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床

這類機床的數(shù)控系統(tǒng)將零件的程序處理后，輸出數(shù)字指令信號給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動機床運動，沒有來自位置傳感器的反饋信號。開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床特點：

①沒有反饋信號。②精度低。③系統(tǒng)穩(wěn)定性好。④設(shè)計和調(diào)整方便。開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床應(yīng)用：

多應(yīng)用于經(jīng)濟型數(shù)控和對舊機床的改造上?！耖]環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床在機床移動部件的位置上直接裝有直線位置檢測裝置，檢測刀具或工作臺的實際位移值并將檢測到的位移值及時反饋到CNC裝置中，與所要求的位移指令值進行比較，用比較的差值進行控制，直到差值消除為止。閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床特點：

①有位置反饋信號。②很高的加工精度。③設(shè)計和調(diào)整有較大的難度。④系統(tǒng)不穩(wěn)定。⑤檢測直線位移。閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床應(yīng)用：

用于一些精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精銑床等。

●半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床它是在開環(huán)控制系統(tǒng)的絲杠端頭或電動機端頭上裝有檢測裝置，通過檢測絲杠的角位移（轉(zhuǎn)角）和轉(zhuǎn)速，間接地檢測移動部件的實際位移量，然后反饋到CNC裝置中進行位置比較，用比較的差值進行控制。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床特點：①精度介于開環(huán)、閉環(huán)之間。②設(shè)計和調(diào)整較容易。③系統(tǒng)的較穩(wěn)定。④檢測角位移。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床應(yīng)用：

配備精密滾珠絲杠的半閉環(huán)控制系統(tǒng)得到廣泛采用。滾珠絲杠結(jié)構(gòu)示意圖

1-絲杠2-滾珠3-回珠管4-螺母

（3）按數(shù)控系統(tǒng)功能水平的分類數(shù)控機床按數(shù)控系統(tǒng)功能水平可分為低、中、高三檔。檔次功能低檔數(shù)控機床中檔數(shù)控機床高檔數(shù)控機床進給當(dāng)量和進給速度進給當(dāng)量為10μm，進給速度在8-15m／min進給當(dāng)量為1μm，進給速度為15-24m／min進給當(dāng)量為0.1μm，進給速度為15-100m／min伺服進給系統(tǒng)

開環(huán)、步進電動機

半閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)或交流伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)、電動機主軸、直線電動機聯(lián)動軸數(shù)2-3軸3-4軸3軸以上通信功能

無

RS232或DNC接口

RS232、RS485、DNC、MAP接口顯示功能

數(shù)碼管顯示或簡單的CRT字符顯示功能較齊全的CRT顯示或液晶顯示功能齊全的CRT(三維動態(tài)圖形顯示)內(nèi)裝PLC

無

有

有強功能的PLC，有軸控制的擴展功能主CPU

8位或16位CPU由16位向32位CPU過渡32位向64位CPU發(fā)展1.2.2數(shù)控機床的主要性能指標(biāo)

(1)數(shù)控機床的精度指標(biāo)①定位精度和重復(fù)定位精度定位精度是指數(shù)控機床工作臺等移動部件在確定的終點所達到的實際位置的精度。重復(fù)定位精度是指在同一臺數(shù)控機床上，應(yīng)用相同程序相同代碼加工一批零件，所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。②分度精度分度精度是指分度工作臺在分度時，理論要求回轉(zhuǎn)的角度值和實際回轉(zhuǎn)的角度值的差值。③分辨度與脈沖當(dāng)量分辨度是指兩個相鄰的分散細節(jié)之間可以分辨的最小間隔。1.2.2數(shù)控機床的主要性能指標(biāo)(2)數(shù)控機床的可控軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù)數(shù)控機床的可控軸數(shù)是指機床數(shù)控裝置能夠控制的坐標(biāo)數(shù)目。(3)數(shù)控機床的運動性能指標(biāo)①主軸轉(zhuǎn)速②進給速度③行程④擺角范圍⑤刀庫容量和換刀時間六軸加工中心

1．3數(shù)控加工與工藝技術(shù)的新發(fā)展

1.高速化①選用高速微處理器。②提高多軸控制水平。③配置高速、強功能可編程序控制器CPU。

2.多功能①具有多種監(jiān)控、檢測及補償功能。②彩色CRT圖形顯示。③人機對話功能。④自診斷功能。⑤很強的通信功能。

3.智能化①工件自動檢測、自動定心。②刀具折損檢測及自動更換備用刀具。③刀具壽命及刀具收存情況管理。④負載監(jiān)控。⑤數(shù)據(jù)管理。⑥維修管理。⑦利用反饋控制實