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(jī)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(diǎn)和數(shù)控加工的主要內(nèi)容4、掌握數(shù)控機(jī)床的組成與分類；數(shù)控機(jī)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(chǎng)教學(xué)：數(shù)控實(shí)訓(xùn)中心1.2數(shù)控機(jī)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(hào)對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)。(2)數(shù)控技術(shù)：是指用數(shù)字、字母和符號(hào)對(duì)某一工作過程進(jìn)行可編程自動(dòng)控制的技術(shù)。(3)數(shù)控系統(tǒng)：是指實(shí)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(jī)床加工過程中，由機(jī)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(jī)床、夾具、刀具和工件等組成。

(5)數(shù)控機(jī)床(NCMachine)：是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。模塊的有機(jī)集成系統(tǒng)，它是數(shù)控技術(shù)的載體。(4)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)：是指以計(jì)算機(jī)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(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，以控制數(shù)控機(jī)床中刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(bǔ)處理、插補(bǔ)計(jì)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(jī)床加工零件時(shí)，所運(yùn)用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個(gè)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(jī)床上直接改變加工對(duì)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(diǎn)1．?dāng)?shù)控加工工藝內(nèi)容要求更加具體、詳細(xì)

2．?dāng)?shù)控加工工藝要求更嚴(yán)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(jì)算4．考慮進(jìn)給速度對(duì)零件形狀精度的影響5．強(qiáng)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(yàn)與修改是數(shù)控加工工藝的一項(xiàng)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(jìn)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(jì)算編制輸入程序安裝工件對(duì)刀試切加工檢驗(yàn)1.1.4數(shù)控加工的內(nèi)容和特點(diǎn)一.數(shù)控加工內(nèi)容(2)結(jié)合加工表面的特點(diǎn)和數(shù)控設(shè)備的功能對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析；(3)進(jìn)行數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)；(4)對(duì)零件圖形進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和計(jì)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(yàn)與修改加工程序；(8)首件試加工以進(jìn)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(diǎn)1．對(duì)加工對(duì)象改型的適應(yīng)性強(qiáng)2．加工精度高3．加工生產(chǎn)率高4．減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度5．良好的經(jīng)濟(jì)效益6．有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化1.2數(shù)控機(jī)床組成系統(tǒng)1.2.1數(shù)控機(jī)床的組成與分類

數(shù)控機(jī)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(dòng)作的機(jī)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(jī)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(jī)交流的媒介。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲(chǔ)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(jī)床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元內(nèi)。1數(shù)控機(jī)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?！袷謩?dòng)輸入手動(dòng)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?chǔ)器使用數(shù)控裝置的串行口，直接讀入在自動(dòng)編程機(jī)上、其他計(jì)算機(jī)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(gè)部分組成，是數(shù)控機(jī)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(jì)算機(jī)能識(shí)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(chǔ)并進(jìn)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(yùn)動(dòng)控制部分。

（2）數(shù)控裝置（CNC單元）伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行部分。它能將數(shù)控裝置送來(lái)的指令信息加以放大，經(jīng)功率放大后。通過機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)元件(如齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母等)，去驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件(工作臺(tái)或刀架)，以便精確定位或按照規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，使機(jī)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(dòng)裝置有：開環(huán)伺服系統(tǒng)常用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，閉環(huán)伺服系統(tǒng)常用脈寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)和交流伺服電機(jī)等。

（3）伺服系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的本體是指其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體，是實(shí)現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。它主要由主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)（如工作臺(tái)、刀架）、以及輔助部分（如液壓、氣動(dòng)、冷卻和潤(rùn)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(chǔ)備刀具的刀庫(kù)、自動(dòng)換刀裝置(ATC)、自動(dòng)托盤交換裝置等。

（4）機(jī)床本件

輔助裝置主要包括換刀機(jī)構(gòu)、工件自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、工件夾緊機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置、照明裝置、排屑裝置、液壓汽動(dòng)系統(tǒng)、過載保護(hù)與限位保護(hù)裝置等。

（5）

輔助裝置2.數(shù)控機(jī)床的分類（1）按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡的分類

●點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)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(jī)和數(shù)控沖剪床等。

直線控制數(shù)控機(jī)床又稱為平行切削控制。一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。主要有比較簡(jiǎn)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(jī)床

●輪廓控制數(shù)控機(jī)床

輪廓控制就是刀具與工作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行控制。輪廓控制指的是可以同時(shí)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(dòng)的輪廓加工

①2軸控制

即指兩個(gè)軸連續(xù)控制、第3個(gè)軸作周期性的點(diǎn)位或直線控制，從而實(shí)現(xiàn)三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z內(nèi)的二維控制。二軸半聯(lián)動(dòng)的曲面加工

②2.5軸控制是指同時(shí)控制X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，進(jìn)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(dòng)的曲面加工控制

③3軸控制是指同時(shí)控制四個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，即在X、Y、Z三個(gè)直角坐標(biāo)軸之外，再加一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。4軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)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(gè)坐標(biāo)，形成同時(shí)控制五個(gè)軸聯(lián)動(dòng)。⑤5軸控制5軸聯(lián)動(dòng)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(jī)床

這類機(jī)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(hào)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，沒有來(lái)自位置傳感器的反饋信號(hào)。開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：

①?zèng)]有反饋信號(hào)。②精度低。③系統(tǒng)穩(wěn)定性好。④設(shè)計(jì)和調(diào)整方便。開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用：

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

①有位置反饋信號(hào)。②很高的加工精度。③設(shè)計(jì)和調(diào)整有較大的難度。④系統(tǒng)不穩(wěn)定。⑤檢測(cè)直線位移。閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)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(jī)床它是在開環(huán)控制系統(tǒng)的絲杠端頭或電動(dòng)機(jī)端頭上裝有檢測(cè)裝置，通過檢測(cè)絲杠的角位移（轉(zhuǎn)角）和轉(zhuǎn)速，間接地檢測(cè)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量，然后反饋到CNC裝置中進(jìn)行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)：①精度介于開環(huán)、閉環(huán)之間。②設(shè)計(jì)和調(diào)整較容易。③系統(tǒng)的較穩(wěn)定。④檢測(cè)角位移。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)床中檔數(shù)控機(jī)床高檔數(shù)控機(jī)床進(jìn)給當(dāng)量和進(jìn)給速度進(jìn)給當(dāng)量為10μm，進(jìn)給速度在8-15m／min進(jìn)給當(dāng)量為1μm，進(jìn)給速度為15-24m／min進(jìn)給當(dāng)量為0.1μm，進(jìn)給速度為15-100m／min伺服進(jìn)給系統(tǒng)

開環(huán)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

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(dòng)機(jī)主軸、直線電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2-3軸3-4軸3軸以上通信功能

無(wú)

RS232或DNC接口

RS232、RS485、DNC、MAP接口顯示功能

數(shù)碼管顯示或簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)圖形顯示)內(nèi)裝PLC

無(wú)

有

有強(qiáng)功能的PLC，有軸控制的擴(kuò)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(jī)床的主要性能指標(biāo)

(1)數(shù)控機(jī)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(jī)床工作臺(tái)等移動(dòng)部件在確定的終點(diǎn)所達(dá)到的實(shí)際位置的精度。重復(fù)定位精度是指在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)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(tái)在分度時(shí)，理論要求回轉(zhuǎn)的角度值和實(shí)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(gè)相鄰的分散細(xì)節(jié)之間可以分辨的最小間隔。1.2.2數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)(2)數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)與聯(lián)動(dòng)軸數(shù)數(shù)控機(jī)床的可控軸數(shù)是指機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的坐標(biāo)數(shù)目。(3)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)①主軸轉(zhuǎn)速②進(jìn)給速度③行程④擺角范圍⑤刀庫(kù)容量和換刀時(shí)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(qiáng)功能可編程序控制器CPU。

2.多功能①具有多種監(jiān)控、檢測(cè)及補(bǔ)償功能。②彩色CRT圖形顯示。③人機(jī)對(duì)話功能。④自診斷功能。⑤很強(qiáng)的通信功能。

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